Валок профилегибочного стана

Валок профилегибочного стана — это рабочий инструмент профилегибочного агрегата, представляющий собой цилиндрическое или фасонное тело вращения, предназначенное для последовательной пластической деформации (гибки) металлической полосы (ленты) с целью придания ей заданного поперечного сечения (профиля) в холодном состоянии. Валки являются основным элементом формообразующих клетей стана и определяют геометрию, точность и качество поверхности готового изделия.

История и развитие

Процесс холодной профилировки металла известен с середины XIX века, однако массовое применение профилегибочных станов началось в XX веке с развитием автомобильной, строительной и авиационной промышленности. Первые валки изготавливались из инструментальной стали и имели простую цилиндрическую форму для гибки листов. С усложнением профилей (швеллеры, уголки, гофрированные листы, замкнутые профили) конструкция валков стала многоручьевой, а их калибровка — многоступенчатой.

В СССР и России значительный вклад в теорию и практику профилирования внесли учёные и инженеры, такие как В. Н. Выдрин, А. Г. Григорьев, В. И. Зюзин. Развитие систем числового программного управления (ЧПУ) и автоматизированного проектирования (CAD/CAM) в конце XX века позволило создавать валки со сложной геометрией, обеспечивающей плавный переход металла от одной клети к другой.

Классификация валков

Валки профилегибочных станов классифицируются по нескольким признакам.

По конструкции

• Цельные (монолитные): изготавливаются из одной заготовки. Применяются для простых профилей и при небольших масштабах производства.
• Составные (сборные): состоят из ступицы (вала) и сменных рабочих элементов (бандажей, колец, втулок). Позволяют быстро менять калибр для разных профилей, экономят дорогостоящий инструментальный материал. Широко используются в универсальных станах.
• Регулируемые: имеют подвижные элементы (например, консольные ролики), позволяющие изменять геометрию калибра без замены валка. Применяются для гибки профилей с переменной шириной полки.

По назначению

• Формовочные (калибровочные): основные валки, последовательно деформирующие полосу от плоской заготовки до заданного профиля.
• Правильные: устанавливаются в конце стана для устранения остаточных напряжений и исправления геометрии (например, серповидности или скручивания).
• Подающие (транспортирующие): обеспечивают продольное перемещение полосы без значительной деформации. Часто имеют рифлёную или насечённую поверхность для увеличения сцепления.
• Режущие: используются в линиях с порезкой профиля на мерные длины; могут быть выполнены в виде дисковых ножей или гильотинных ножниц, интегрированных в валковую клеть.

По материалу

• Инструментальные стали: У8, У10, Х12М, Х12Ф1, 9ХС, 5ХНМ. Обеспечивают высокую твёрдость (HRC 58–64) и износостойкость. Основной материал для большинства валков.
• Быстрорежущие стали (Р6М5, Р18): применяются для профилирования высокопрочных и нержавеющих сталей, где требуется повышенная стойкость к абразивному износу.
• Твёрдые сплавы (ВК8, ВК10): используются для вставок и бандажей в зонах наибольшего износа (например, на кромках калибра). Обеспечивают ресурс в десятки раз выше, чем стальные.
• Чугуны (СЧ20, ВЧ50): применяются для крупногабаритных валков в станах для гибки толстых листов (до 6–8 мм) из-за хороших антифрикционных свойств и низкой стоимости.
• Полимеры (полиуретан, капрон): используются для подающих валков и валков для профилирования алюминия или оцинкованной стали, чтобы избежать царапин на поверхности.

Устройство и конструкция

Валок профилегибочного стана состоит из следующих основных элементов:

1. Рабочая часть (калибр): поверхность, непосредственно контактирующая с металлом. Имеет сложную форму, соответствующую поперечному сечению профиля на данной стадии формовки. Калибр может быть открытым (для незамкнутых профилей) или закрытым (для труб, коробов).
2. Шейки: цилиндрические участки, которыми валок опирается на подшипники (качения или скольжения) в корпусе клети.
3. Приводной хвостовик: элемент для соединения с приводом (зубчатая муфта, шлицевое соединение, шпонка). Верхние валки часто не имеют привода и вращаются за счёт трения о полосу.
4. Бурты (реборды): выступы на рабочей части, ограничивающие боковое смещение полосы и формирующие кромки профиля.

Валки устанавливаются попарно (верхний и нижний) в каждой клети стана. Зазор между ними (калибр) регулируется для обеспечения требуемой толщины стенки профиля. Для сложных профилей (например, швеллер с отогнутыми полками) используется несколько пар валков в одной клети.

Процесс профилирования

Профилирование осуществляется за несколько последовательных проходов полосы через клети с валками. Каждая пара валков выполняет определённую операцию:

• 1-я клеть: подгибка кромок (загиб на 10–30°).
• 2–3-я клети: дальнейший загиб кромок и формирование стенок.
• 4–5-я клети: формирование дна и полок профиля.
• 6–7-я клети: калибровка (точное выдерживание размеров) и правка.

Количество клетей (от 4 до 20 и более) зависит от сложности профиля и толщины металла. Угол подгибки за один проход обычно не превышает 15–30°, чтобы избежать трещин и складок на кромках.

Применение

Валки профилегибочных станов используются для производства широкого спектра изделий:

• Строительные профили: профнастил (С8, С20, НС35, Н60), металлочерепица, сайдинг, доборные элементы (коньки, карнизы), швеллеры, уголки, Z-образные профили.
• Машиностроительные профили: направляющие, кронштейны, обечайки, элементы кузовов автомобилей, вагоностроения.
• Трубные профили: квадратные, прямоугольные и овальные трубы (в том числе для мебельной промышленности).
• Специальные профили: для авиастроения, судостроения, энергетики (например, профили лопаток турбин, корпусов теплообменников).

Износ и ремонт

Основные виды износа валков:

• Абразивный износ: истирание рабочей поверхности из-за трения о металл (особенно при наличии окалины или абразивных частиц).
• Контактная усталость: образование трещин и выкрашивание (питтинг) в зонах максимальных нагрузок.
• Схватывание (наволакивание): прилипание частиц металла полосы к поверхности валка, что приводит к дефектам профиля.

Для восстановления валков применяют:

• Перешлифовку: удаление изношенного слоя (до 0,5–1 мм) с последующей калибровкой.
• Наплавку: нанесение износостойкого слоя (например, сормайтом или порошковыми проволоками) с последующей механической обработкой.
• Замену сменных элементов: для составных валков.

Средний ресурс валков из инструментальной стали составляет 100–500 тысяч метров профиля, а из твёрдых сплавов — до 1–2 миллионов метров.

Интересные факты

• Первые холодногнутые профили в России начали производить в 1930-х годах на Магнитогорском металлургическом комбинате.
• Для профилирования алюминиевых сплавов часто используют валки с полиуретановым покрытием, чтобы избежать царапин на декоративной поверхности.
• Современные валки проектируются с использованием метода конечных элементов (МКЭ), что позволяет минимизировать количество опытных проходов и сократить время наладки стана.

Источники

1. Выдрин В. Н. «Теория и технология холодной прокатки и профилирования». — М.: Металлургия, 1970.
2. Григорьев А. Г., Зюзин В. И. «Профилегибочные станы». — М.: Машиностроение, 1985.
3. «Справочник по холодной штамповке и профилированию» / под ред. А. М. Дальского. — М.: Машиностроение, 2000.
4. ГОСТ 14792-80 «Валки прокатные. Типы и основные размеры».
5. Техническая документация ОАО «ММК» (Магнитогорский металлургический комбинат) по профилегибочным станам.