Вальцевание металла: что это, особенности и характеристики

О чем речь? Вальцевание металла является одним из основных методов обработки металлического сырья и имеет широкое применение в производстве различных изделий.

На что обратить внимание? Основными типами вальцовочного оборудования являются холодное и горячее вальцевание. Холодное вальцевание применяется для обработки тонкого листового материала или проволоки, а горячее – для более толстых заготовок или труб.

Суть вальцевания металла

Вальцевание – общее название процессов обработки листового металла и композиционных материалов, которые заключаются в пластическом деформировании. Чтобы изменить толщину или придать заготовкам форму конуса, цилиндра и т. д., листы пропускают через вращающиеся валы.

Такая обработка обычно производится без нагрева, эту технологию называют холодным вальцеванием. Но для работы с листовыми материалами большой ширины и толщины и для серийного производства заготовок требуется одновременное воздействие высоких температур.

Чаще всего вальцевание применяется при производстве и технологической обработке труб. С помощью деформации валами можно изменять диаметры изделий, чтобы, вставляя один сегмент трубы в другой, создавать их плотное соединение. Например, радиальную деформацию используют для надежной фиксации элементов трубной решетки теплообменника.

Вальцовка трубного металлопроката может быть достаточно трудной процедурой. На сложность работы влияют такие параметры:

• разница между исходным и необходимым диаметром заготовки;
• длина подлежащей деформации трубы.

Вальцовку металла на производствах выполняют на оборудовании, которое позволяет производить обработку листовых материалов в соответствии с требованиями ГОСТов. Станки для деформации металла должны обладать определенными техническими характеристиками и мощностью. Эти факторы определяют возможности типов обработки, точность и скорость работы, а также влияют на вид и конструкционные показатели готовых изделий.

Для обработки труб и других изделий из листового металла вальцевание применяется довольно широко. Этот метод популярен в промышленности благодаря ряду преимуществ, выделяющих его среди прочих видов металлообработки. Основным из них является тот фактор, что холодное деформирование не влияет на физико-химические характеристики материала, и он сохраняет все свои свойства. Вальцовка не повреждает изделие, не разрушает целостность кристаллической решетки, что крайне важно при обработке сплавов разнородных металлов.

В каких сферах деятельности применяется метод вальцовки

Вальцовка применяется на промышленных предприятиях, чья деятельность заключается в обработке и выпуске готовых метизов и заготовок из металлических листов. Этот метод можно использовать для первичной обработки, а также для подготовки материала для последующей штамповки.

Читайте также: «Гибка листового металла: технология, способы»

Вальцовка подходит для создания и обработки не только плоских конструкций. Технологию можно успешно применять на металлических заготовках в виде прутков и профилей, а также на различных полимерных изделиях. Комбинация холодных методов обработки – вальцевания и штамповки металла и полимеров – позволяет создавать изделия высокого качества. Структура материала становится более плотной, и его изначальные свойства меняются к лучшему.

В зависимости от технических возможностей станка с помощью вальцовки можно получать заготовки и изделия разнообразной формы.

Вальцовочное оборудование может создавать разные по форме конструкции:

• цилиндрические;
• конусовидные;
• квадратные;
• овальные.

Метод позволяет выпускать готовые изделия для разных видов работ. Чаще всего вальцевание применяют для изготовления:

• пил;
• П-образных профилей;
• профильных уголков;
• цилиндрических обечаек и труб;
• декора для отделочных работ;
• композитных панелей.

Кроме того, не стоит забывать, что вальцовку используют не только для создания новых метизов, но и для улучшения характеристик и изменения формы готовых деталей. С помощью станков плющат, сдавливают и уплотняют материалы, меняя предназначение заготовок. Применяя метод вальцевания, мастер может дать новую жизнь детали, чья конструкция уже неактуальна, убрать неровности с поверхности металла, задать толщину, равномерную по всей длине изделия.

Чтобы создать изделие требуемой формы, нужно выставить подходящие параметры на вальцовочном оборудовании. Из-за неверных настроек можно не получить желаемый результат. Для выполнения работы в первую очередь нужно выбрать определенный вид подачи материала на валы станка:

• Поперечная подача. Этот вид применяют для получения длинных незамкнутых изделий трубопроката.
• Продольная подача. Используется для работы с короткими трубами и другими деталями.
• Винтовая подача. Отлично справляется с обработкой заготовок, для которых в дальнейшем не нужна обязательная сварка.

С развитием технологи станки для вальцевания металла претерпевают разные улучшения и модификации. Современное оборудование может одновременно выполнять разнообразный ряд работ. Оно позволяет осуществить как массовый выпуск металлических изделий, так и небольшое производство заготовок для домашнего использования. Некоторые небольшие станки можно оснастить самостоятельно, предварительно получив необходимые сведения.

В профессиональной промышленности задействованы крупногабаритные аппараты с электрическими и гидравлическими приводами. Эти агрегаты выполняют более быструю и точную работу по сравнению с домашними установками, поэтому благодаря им можно получать большие партии изделий за короткое время.

Виды станков для вальцовки

Вальцевание для обработки различных металлов используют уже довольно давно. Модернизированное вальцовочное оборудование подходит для выполнения многих видов работ. Станки отличаются типами приводов, техническими характеристиками, например мощностью, и прочими индивидуальными особенностями. Для выбора подходящего варианта стоит ознакомиться с видами оборудования, существующими на данный момент.

Ручные станки

Такие станки чаще всего используют для вальцовки в домашних условиях. С помощью этих агрегатов нельзя изготавливать большие партии изделий. Зато они просты в использовании и достаточно надежны.

Основное достоинство ручного оборудования – это тот факт, что большого опыта и специальных навыков для работы с ним не требуется. Владелец станка может начать использовать его сразу после приобретения. Ручной аппарат автономен, не требует частого сервиса и способен прослужить долгое время при соблюдении техники безопасности.

Многие любители поработать с металлическими изделиями дома или в гараже приобретают именно ручные вальцовочные установки. Они стоят недорого, но при этом позволяют создавать качественные детали.

Недостатки этих аппаратов заключаются в следующем:

• Нельзя обрабатывать листы толще 2 мм.
• Ограниченный функционал.
• Малое количество инструментов для работы.

Приобретение ручного станка станет хорошим вариантом для начинающих и любителей домашней обработки металла, кому не нужно производить большие объемы изделий.

Электрические станки

По сравнению с ручными эти агрегаты обладают более высокими мощностями и разнообразием возможных работ. Электрооборудование для вальцевания металла оборудовано силовым электрическим мотором, который запускает механизмы устройства.

Выбирая электростанок, важно обратить внимание на показатели его мощности. От них напрямую зависит производительность агрегата.

Главным достоинством электрических станков для вальцовки является их способность существенно ускорить процесс изготовления и обработки деталей. Этим устройствам необходимо постоянное питание от сети, поэтому они немобильны. Такое оборудование можно встретить в просторных цехах и других помещениях промышленных производств. Использовать его дома будет затруднительно ввиду крупных размеров и особых требований к обеспечению питания от электросетей.

Единственный минус электростанка – это большие объемы потребляемой энергии. Чтобы снизить их, лучше использовать оборудование мощностью до 20 кВт. Такие устройства не слишком быстро работают, но зато с их помощью можно сэкономить на расходах за потребление электричества и стоимости самого станка.

Гидравлические станки

Для производства крупных партий и обработки металлоконструкций в крупных масштабах нельзя найти вариант лучше, чем гидравлический вальцовочный станок. Это крупный и мощный агрегат, на котором можно быстро и качественно обрабатывать листы и плотные пластины металла.

Такие габаритные установки относят к классу тяжелого промышленного оборудования. По мощности и скорости они в разы превосходят ручные и электрические вальцовочные станки.

Большинство современных гидравлических агрегатов для вальцовки оборудованы ЧПУ. Инженер задает необходимые параметры и алгоритмы для выполнения задач, и станок осуществляет обработку быстро и идеально точно.

Самым главным преимуществом гидравлических станков является их способность справиться даже со сложными конструкциями нестандартных форм.

Инструменты и приспособления

Все основные механизмы и узлы любого вальцовочного станка расположены на прочной литой станине, изготовленной из чугуна или металлосплавов. Размеры плиты зависят от типа используемого оснащения и инструментов. На станине фиксируется деформирующее устройство, состоящее из валков для прокатки изделия. Два рабочих вала полностью неподвижны, третий и/или четвертый вращает заготовку по ходу обработки.

Читайте также: «Деформация металла: виды, описание процессов»

Некоторые станки для вальцевания металла оборудуют подвижными элементами, которые способны перемещать лист и по вертикальной плоскости. Это позволяет производить более широкий ассортимент метизов и работать с разнообразными материалами.

Верхний вал фиксируют на станине так, чтобы к нему всегда был доступ. Для изготовления деталей с разным сечением понадобятся определенные настройки положения валков. Регулируют элементы с помощью типового винта или храпового механизм. На более современных автоматических станках регулировку осуществляют специальные программы. Настройка валков заключается в изменении их технологических характеристик, а именно в расширении или сужении зазора между валами.

Помимо листовых материалов, агрегат способен обрабатывать прутки и проволоку. Для этого устанавливают специальные валки с канавками по окружности, благодаря которым и сгибается металл.

На ручные вальцовочные агрегаты не устанавливают больше трех валков. Устройство имеет простую конструкцию для удобной работы. Если поставить больше валков, для многих материалов применения физической силы уже будет недостаточно. На электрические станки устанавливают 3–4 валка в зависимости от мощности привода и других параметров. Промышленные гидравлические аппараты оборудованы четырьмя валами.

Помимо самого станка для вальцовки металлических изделий, не требуется больше никаких инструментов. Только небольшое количество моделей нуждаются в ручной регулировке валков, для этого понадобится подходящий по размеру гаечный ключ.

Особенности вальцовочных станков

Все вальцовочные агрегаты имеют похожие принципы работы. Закругление детали выполняется с помощью подвижного валка. Его параметры и ширина зазора между направляющими элементами придают заготовке требуемую форму.

Чтобы получить цилиндрическую конструкцию, нужно установить валки параллельно друг другу.

Чтобы создать металлическое изделие в форме конуса, элементы выставляют под определенным углом. Мастер может дополнять комплектацию своего станка валками с разными предназначениями, найти и купить в магазине подходящий вал не составит труда.

В комплект со станком обычно добавляют валки с разными типами поверхностей: прорезиненной, гладкой полированной и особо плотной.

Результат обработки металлического листа в большинстве случаев зависит от технических возможностей установленного вальцовочного оборудования. Перед покупкой станка определите задачи работы и собственные предпочтения. В частности, нужно обратить внимание на ограничения максимальной толщины материала, с которой способен работать агрегат.

Основные характеристики процесса

Подача листа для вальцовки может осуществляться тремя способами:

• в продольном направлении;
• в поперечном направлении;
• в спиральном направлении (винтовая подача).

Первый вариант используется для изготовления длинных и незамкнутых труб, второй – для получения коротких. Винтовое вальцевание металла применяется для создания труб, которым в дальнейшем не нужна сварка стыков.

Для вальцовки заготовок из стали толщиной до 6 мм не требуется нагрев. Однако для изменения форм материалов с более широкой толщиной листа, а также малопластичных сплавов необходим нагрев до температуры от 250 до 300 градусов по Цельсию. В таких случаях рядом с вальцовочным станком устанавливают нагревательную печь.

Читайте также: «Газовая сварка металлов: преимущества и недостатки»

Газовая среда в печи практически не содержит кислорода, что помогает снизить активность появления поверхностной окалины на изделиях. Хотя при обработке валками малых радиусов в процессе окалина частично осыпается с поверхности нагретой заготовки.

Стандартная операция по обработке металлического листа включает в себя следующие этапы:

1. Лист металла подается в захватную зону.
2. Инженер выставляет ширину зазора между рабочими валками и задает другие параметры деформирования.
3. Лист прокатывают между валками в заданном направлении.
4. Заготовку извлекают из валков. Закатывают одну из кромок полуфабриката – это позволяет отрегулировать радиус кривизны изделия, чтобы он был одинаковым по всему диаметру.

Чтобы деформировать горячекатаные листовые металлы, перед вальцеванием необходимо выправить лист. Это необходимо для того, чтобы сделать заготовку более плоской, поскольку ГОСТ 16523-97 предусматривает, что значения допусков на неплоскостность таких метизов могут быть выше стандартных. Для холодного деформирования тоже требуется предварительная правка, если толщина листа 4 мм и шире.

Силовые характеристики листового вальцевания заключаются в таких особенностях:

• Деформирование происходит не из-за применения усилия, а благодаря крутящему моменту. Его показатели зависят как от параметров станка (диаметра валков и характеристик контактного трения), так и от свойств самого материала.
• Скорость выполнения операции не влияет на расход энергии во время вальцовки. Даже наоборот: если увеличить скорость вращения рабочих валков, энергетические затраты снизятся.
• Трение между рабочими валками зависит от характера их покрытия: чем более гладкая у них поверхность, тем ниже трение. Поэтому при регулярном использовании станка для вальцевания металла требуется периодически обрабатывать оснастку для достижения необходимой гладкости или шероховатости. Особенно важно делать это при работе с горячекатаными листами и изделиями большой толщины.
• Прокат высокоуглеродистых сталей, а также алюминий-марганцевых сплавов может иметь упругое пружинение во время обработки. При гибке оно более заметно, чем во время вальцевания, но в большинстве случаев для придания заготовке нужной формы требуется повторить процедуру несколько раз.

Диапазоны допустимых для вальцовки характеристик листовых материалов и технические возможности вальцовочных станков таковы:

• Длина пропускаемого листа – до 12 000 мм (12 м).
• Толщина листа – до 60 мм (6 см).
• Частота вращения валков (у оборудования с приводом) – 1–40 оборотов в минуту.
• Скорость непрерывного вальцевания – 8–10 метров в минуту.
• Диаметр валков – до 500 мм (50 см).

Характеристики ручных станков гораздо более скромные, но их вполне достаточно для использования при свертке листовой заготовки по заданным значениям радиуса.

Особенности технологии завальцовки

Чтобы производить такие металлические изделия, как шиферные гвозди, применяют метод жесткой завальцовки. Шляпку делают из тонких листов оцинкованной стали. По ходу вальцевания из материала формируются детали в форме колпачков. Их нижняя поверхность соответствует волнообразным изгибам и другим неровностям кровельного материала, это гарантирует плотное соединение и герметичность крепления.

С помощью пластического деформирования торцов трубного металлопроката небольшого диаметра можно изготавливать неразъемные заглушки. При помощи вальцевания часто ремонтируют трубки теплообменников различных бытовых приборов, например кондиционеров или холодильников. При обжимке и завальцовке краев заготовки формируется глухой торец. Это может быть выполнено за счет уменьшения диаметра трубки либо загибки кромки внутрь, что делается на станке или вручную.

Также вальцевание часто применяют для изготовления тормозных трубок. Этот метод позволяет создавать плотные, герметичные крепления. Лучше всего деформации поддаются детали из латуни, алюминия, меди и низкоуглеродистой стали. Для осуществления операции требуется поддерживать необходимые условия:

• Следует подогреть кромку трубы, подвергаемую вальцовке, чтобы сделать металл более податливым. Благодаря этому снижается риск появления трещин и неравномерного уплотнения при пластическом деформировании.
• Нужно быстро приступать к операции при развальцовывании торца металлической трубы на специальном оборудовании. Выполняют ее на больших скоростях, пока материал не остыл. Постепенно нужно снижать скорость вращения валков, чтобы из-за большого натяжения не было разрыва металла.

В домашних условиях завальцовку трубки с толщиной стенки 1,5–2 мм производят не на ручном станке, а простым молотком. Действовать слишком грубо нельзя, чтобы заготовка не растрескалась и не деформировалась. Если требуется завальцевать края труб для подачи воды под высоким давлением, без специального оборудования и инструментов не обойтись.

Читайте также: «Электромуфтовая сварка: преимущества, технологии, проверка качества»

На гидравлических станках выполняют обжатие металлических муфт, надеваемых на шланги с пресс-ниппелями. Для этого на оборудовании применяется специальная матрица. Заготовку размещают так, чтобы место обжима находилось между губок устройства. Затем включают компрессор, который создает давление, нужное для вальцевания металла.

Самые широко применяемые технологии завальцовки:

• Сплошная завальцовка. Такое закатывание кромки изделия предотвращает радиальные разрывы, случающиеся из-за смещения материала. Перед началом обработки необходимо сделать V-образные канавки по всему диаметру трубки. Их угол и глубина будет зависеть от характеристик подшипника рабочего валка. Обжимку осуществляют с помощью кольцевых пуансонов.
• Вальцовка шариковыми подшипниками. На заготовке предварительно требуется выполнить такие же V-образные канавки, в которые помещают металлические шарики. Материал сжимаемой части изделия пластически деформируется за счет обкатки с использованием соответствующего крутящего момента и приложением нагрузки. При этом подшипники завальцовывают внутрь детали. Эта технология наиболее часто используется при производстве авиационных двигателей.

Вальцевание широко применяется для изготовления дверей автомобилей. Процедура несложная – технология состоит в надежном креплении частей конструкции друг к другу, выполняемом одновременно с загибанием и завальцовкой их краев.

Преимущества вальцевания для обработки и производства различных видов металлических изделий делают эту технологию востребованной и широко применяемой. Если необходимо создать сложную конструкцию для ответственной эксплуатации, не следует вальцевать ее элементы самостоятельно. Чтобы изготовить нужные изделия быстро и качественно, стоит поручить вальцовку проверенным и квалифицированным подрядчикам с технологичным оборудованием.

Часто задаваемые вопросы о вальцевании металла

Что такое развальцовка?

Помимо вальцевания металла, на том же станке можно выполнять развальцовку или развальцовывание. Суть этой технологии состоит в расширении и уплотнении торцов труб и других деталей с отверстиями. Ее применяют для закрепления отдельных элементов в отверстиях фланцев, утолщения стенок трубок теплообменников и других приборов.

Какая технология у вальцовки?

Объяснить алгоритм операции можно простыми словами. На станке горизонтально расположены вращающиеся цилиндры – валы. Между ними пропускают лист металла или другого материала. От давления, оказываемого цилиндрами, лист гнется и сворачивается. При необходимости можно повторить процедуру несколько раз. Чтобы вальцевать трубу, используют специальный трубогибочный станок.

Как вальцевать трубы?

На трубогибочном станке можно осуществлять две операции по вальцовке труб. Во-первых, выполняют деформирование заготовки – трубу сгибают под нужными углами. Во-вторых, можно выполнять манипуляции, изменяющие диаметр трубы, для создания герметичных соединений между сегментами.