Wytwarzanie kształtowników w giętkarkach rolkowych

1. Nomenklatura i podział walcowni, walcarek i wyrobów walcowniczych

Walcownie i walcarki
Zazwyczaj huta produkująca stal ma trzy działy produkcyjne: wielkopiecowy, stalowniczy i walcowniczy. Otrzymanie wyrobu walcowanego jest więc ostatecznym celem produkcji metalurgicznej.
Definicję walcowni określa się na podstawie pojęcia organizacji pracy danego zakładu hutniczego. Walcownia jest to wydział lub oddział produkcyjny, w którym przerabiane są metale i ich stopy na wyroby walcowane. Praca odbywa się na komplecie urządzeń, który nazywa się zespołem walcowniczym. Zespół ten przystosowany jest do gatunku i temperatury przerabianego materiału oraz do wymiarów i kształtów produkowanych wyrobów walcowniczych. Typ konstrukcyjny zespołu walcowniczego nadaje walcowni nazwę.
W celu zapewnienia sprawnej organizacji i poprawnego rozliczenia kosztów eksploatacji i remontów dzieli się walcownie na oddziały lub pododdziały, w zależności od przyjętej w hucie organizacji. Walcownie składają się z następujących oddziałów lub pododdziałów:
- skład materiałów wsadowych ewentualnie z urządzeniami do przygotowania wsadu (np. wytrawialni w walcowniach zimnych);
- piece grzewcze ( oczywiście tylko w walcowniach gorących i wtedy gdy trzeba podnieść temperaturę wsadu);
- zespół walcowniczy wraz z wyposażeniem do walcowania i cięcia ewentualnie zwijania oraz z chłodnią;
- wykończalnia, która wyposażona jest w maszyny do prostowania, cięcia, szlifowania, sortowania oraz w urządzenia grzewcze (np. piece do obróbki cieplnej) oraz ewentualnie agregaty do oczyszczania i wytrawiania;
- skład wyrobów gotowych i pakownia;
- warsztaty pomocnicze i naprawcze (mechaniczny, elektryczny, tokarnia walców itp.).
Komplet urządzeń złożonych z walcarek, których konstrukcja i wzajemne usytuowanie zabezpiecza wykonanie pełnego cyklu przerobu walcowniczego, nazywa się zespołem walcowniczym lub zespołem walcarek.
Zespół walcowniczy można scharakteryzować na podstawie rozplanowania względem siebie poszczególnych walcarek wchodzących w skład zespołu, jak również ze względu na charakter ich pracy oraz wielkość i kształt walcowanych wyrobów.


Części składowe zespołu walcowniczego
1 – walcarka, 2- urządzenie pomocnicze (2a – samotok roboczy, 2b – samotok dowożący, 2c – samotok odwożący, 2d – samotok skośny), 3 – nożyca, 4 - chłodnia

- walcarki (dla zespołów zimnych także wygładzarki),
- urządzenia pomocnicze, jak samotoki robocze, dowozowe, odwożące, transportowe; urządzenia dla przesuwania materiału, ja samotoki skośne, przesuwacze palczaste, stoły jezdne przesuwne, stoły podnośne wahliwe, urządzenia kantujące, odprowadzenia inne;
- urządzenia do cięcia metalu w czasie przerobu, jak nożyce i piły;
- chłodnie do studzenia odwalcowanych wyrobów wraz ze zwijarkami dla kręgów;
- urządzenia do usuwania wybraków w czasie przerobu.
Nazwę zespołu określa się na podstawie wymiarów walców lub na podstawie wymiarów wyrobów walcowanych w końcowej, ostatniej klatce walcarki roboczej wchodzącej w skład zespołu, a mianowicie;
- dla zespołów bruzdowych jest to wymiar średnicy podziałowej walców zębatych napędzających ostatnią klatkę roboczą zespołu, np. zespół Ø 750 (wymiar podany w milimetrach). Przy bezpośrednim napędzie jest to wymiar średnicy nowych walców roboczych w klatce wykończającej.
- Dla zespołów blach grubych, cienkich i uniwersalnych jest to długość beczki walca roboczego ostatniej wykończającej, np. zespół L = 1700 (podana w milimetrach).
- Dla zespołu rur, kół, obręczy i pierścieni jest to średnica zewnętrzna walcowanych na nich wyrobów, np. zespół rur Ø 1 do 4 cali.
Walcarką nazywa się komplet urządzeń maszynowych z własnym oddzielnym napędem o konstrukcji przystosowanej do wykonania bezpośrednio operacji walcowania wchodzącej w skład cyklu przerobu walcowniczego.
Walcarka składa się z następujących głównych węzłów.


Części składowe walcarki
1 – klatka walców roboczych, 2 – silnik, 3 – klatka walców zębatych, 4 – przekładnia zębata, 5 – urządzenie pomocnicze (samotok roboczy)

- jedna lub kilka klatek walców roboczych z łącznikami;
- napęd główny, tj. silnik;
- klatki walców zębatych rozdzielających moment obrotowy z silnika na kilka walców o potrzebnym kierunku obrotów;
- przekładnia zębata redukująca zazwyczaj obroty silnika (ewentualnie zwiększająca obroty); niektóre reduktory na przestarzałych walcarkach są wyposażone w koła zamachowe;
- urządzenia pomocnicze, jak stoły podnośne, samotoki robocze, kantowniki, zwijarki itp.
Nie wszystkie wymienione mechanizmy przenoszące ruch są konieczne w każdej walcarce. Na przykład w walcarkach nawrotnych oraz takich, , w których okres przepustu metalu między walcami jest długi L (mogą być stosowane koła zamachowe. W napędach o elektrycznej regulacji obrotów w szerokich granicach zbędne są czasem przekładnie. Przy napędzie tylko jednego walca lub przy indywidualnym napędzie każdego z walców roboczych nie jest potrzebna klatka walców zębatych.
Na klatkę walców roboczych składają się następujące części:
l. stojaki (dwa), połączone ściągami; 2. łożyska, w których obracają się czopy walców; 3. urządzenia nastawcze, regulujące odstęp między walcami i równoważące ciężar walców; 4. walce robocze, służące do zgniatania walcowanego metalu; 5. osprzęt walców (tzw. uzbrojenie) dla prowadzenia metalu przy wejściu do walców i przy wyjściu z walców; 6. płyty fundamentowe, służące do powiązania stojaków z fundamentem.
Podział walcowni
W literaturze technicznej spotyka się z podziałem walcowni usystematyzowanym w sześciu wariantach:
1. Podział walcowni ze względu na rodzaj walcowanego metalu: walcownie stali, walcownie metali i stopów nieżelaznych.
2. Podział ze względu na temperaturę nagrzania walcowanego metalu: walcownie gorące, walcownie zimne.
3. Podział ze względu na rodzaj wyrobu: walcownie półwyrobów (walcownie wstępnego przerobu), walcownie wyrobów gotowych.
4. Podział ze względu na kształt wytwarzanych wyrobów: walcownie bruzdowe (kęsisk, kęsów, prętów, kształtowników, szyn, blachówek, bednarki, walcówki itp.), walcownie blach (w arkuszach lub taśmowe) i blach uniwersalnych, walcownie taśm wąskich (zimne), walcownie rur, walcownie specjalne (obręczy, kół bosych itp.).
5. Podział ze względu na układ zespołu, t j. rozplanowanie w zespole walcarek tworzących zespół:
— walcownie liniowe (jedno- lub wieloliniowe),
— walcownie posobne,
— walcownie ciągłe,
— walcownie półciągłe,
— walcownie mijane (cross-country): równoległe, skośne, szachowe.
6. Podział ze względu na wymiary wyrobów oraz na wymiary nominalne walców:
a. Walcownie bruzdowe:
— zgniatacze o minimalnym przekroju wyrobów Ø 140 mm (kęsisko), o średnicach walców Ø 700—1350 mm;
— walcownie kęsów i blachówek o maksymalnym przekroju wyrobów ڤ 120 mm;
liniowe o średnicy walców Ø 550—750 mm'.. ciągłe o średnicy walców Ø 450 do 700 mm.
— walcownie duże o minimalnym przekroju wyrobów równoważnym ceownikowi [ 180 mm: liniowe o średnicy walców Ø 650 do 900 mm, mijane o średnicy walców Ø 400 do 1350 mm;
— walcownie średnie o przekroju wyrobów równoważnym ceownikom [ 65 do [160 mm : liniowe o średnicy walców Ø 400 do 650 mm, mijane o średnicy walców Ø 350 do 650 mm;
— walcownie małe o maksymalnym przekroju wyrobów równoważnym ceownikowi [ 65 mm: liniowe, mijane, ciągłe, półciągłe - wszystkie o średnicach walców Ø 200 do 380 mm;
— walcownie walcówki, których najmniejszym wyrobem jest walcówka do Ø 5,5 mm:, o średnicy walców Ø 200—300 mm
b. Walcownie blach:
— zgniatacze płaskie (slabingi) o minimalnym przekroju wyrobów 800x75 mm (kęsisko
płaskie — slab);
— walcownie blach grubych do walcowania blach w arkuszach grubości powyżej 4,75 mm i długości beczki L do 5500 mm;
— walcownie blach grubych ciągłe i półciągłe do walcowania blach grubości powyżej 4,75 mm, długości beczki L do 3500 mm
— walcownie blach uniwersalnych do walcowania blach walcami poziomymi i pionowymi w pasach grubości powyżej 4,75 mm i szerokości od 160 do około 700 mm;
— walcownie blach cienkich: — liniowe do walcowania blach cienkich grubości od 0,2 do 4,75 mm, o długości beczki L do 1800 mm; — ciągłe i półciągłe do walcowania blach cienkich taśmowych na gorąco grubości od 1,25 do 6 mm; — liniowe (jednoklatkowe) i ciągłe do walcowania blach cienkich taśmowych na zimno, o długościach beczki L do 3000 mm.
c. Walcownie rur:
— walcownie duże do rur Ø 7"—22" (178 do 570 mm); walcownie średnie do rur Ø -do 7" (100—178 mm); walcownie małe do rur Ø ¾ ‘’do 4" (11—100 mm); walcownie specjalne rur na gorąco; walcownie rur na zimno; walcownie rur zgrzewanych i spawanych.
d. Walcownie specjalne do walcowania obręczy, pierścieni, kół bosych, okresowe itp.
Podział walcarek
Jak wynika z definicji zespołu walcowniczego i walcarki, spotyka się w walcowniach z zespołami jednowalcarkowymi jednoklatkowymi (jak zgniatacz), a również z zespołami jednowalcarkowymi wieloklatkowymi.
Podział walcarek podano w dwóch wariantach:
1. Podział walcarek ze względu na układ klatek w walcarce:
— walcarki liniowe (jedno- lub wieloliniowe) jednokierunkowe lub nawrotne,
— walcarki ciągłe,
— walcarki półciągłe,
— walcarki mijane.
2. Podział walcarek ze względu na typ złożenia walców (t j - ilość współpracujących ze sobą walców) w klatce walców roboczych:
— walcarki zespołów bruzdowych: duo, podwójne duo, przemienne duo, trio, kwarto, seksto, trójwalcowe, czterowalcowe;
— walcarki zespołów blach grubych i cienkich na gorąco: duo, trio, trio Lautha oraz o walcach pionowych: duo, kwarto, wielowalcowa, planetarna;
— walcarki zespołów blach cienkich na zimno: kwarto, seksto, układu Y, pięciowalcowa, ośmiowalcowa, dwunastowalcowa i dwudziestowalcowa;
— walcarki zespołów uniwersalnych: duo z walcami pionowymi duo, trio z walcami pionowymi duo, kwarto z walcami pionowymi duo,
— walcarki zespołów rur: dziurujące o walcach skośnych duo (beczkowych, tarczowych lub grzybkowych), wykuwające duo pielgrzymowe, wydłużające duo automatyczne, wydłużające o walcach skośnych duo (beczkowych) lub trio (stożkowych), wieloklatkowe duo redukujące, wieloklatkowe duo kalibrujące, wieloklatkowe trójwalcowe redukujące (typu Koksa);
— walcarki zespołów specjalnych: okresowe (periodyczne).
Wyroby walcowane

Od wyrobów gotowych wymaga się dokładnych kształtów i małych odchyłek wymiarów przekrojów (±0,12 mm przy walcowaniu na gorąco i ±0,012 mm przy walcowaniu (na zimno).
Wlewki stalowe poddaje się walcowaniu w walcarkach wstępnych na półwyroby, a te dopiero na wyroby gotowe. Cechą półwyrobów są zaokrąglone krawędzie, znaczne odchyłki wymiarowe oraz powierzchnia chropowata, często z odciśniętymi śladami walców.
Półwyroby walcowane dzieli się na: l. kęsiska, mające przekrój zbliżony do kwadratu, o długości boku >140 mm (półwyroby o wymiarach mniejszych, lecz walcowane na zgniataczach zaliczane są do kęsisk); 2. kęsiska płaskie o przekroju prostokątnym, szerokości 600—1900 mm i grubości 100—250 mm; 3. blachówki, mające przekrój prostokątny, z bokami wypukłymi szerokości 200, 250 i 300 mm, grubości 5—40 mm, przeznaczone do dalszego przewalcowania na blachy cienkie arkuszowe; 4. kęsy kwadratowe o wymiarach boku ڤ 40—160 mm; 5. kęsy okrągłe na rury o średnicy Ø 55—115 mm;
6. kęsy płaskie o przekroju prostokątnym, grubości 70—140 mm i szerokości 90—200 mm.
Wyroby walcowane dzieli się na pięć grup:
l. pręty, 2. kształtowniki, 3. blachy, 4. rury,
5. taśmy walcowane na zimno.
Jeśli jakakolwiek linia styczna do zarysu poprzecznego przekroju wyrobu gotowego przecina powierzchnię zarysu, to wyrób nazywany jest kształtownikiem, np. kątowniki, ceowniki, dwuteowniki, szyny itp. Jeżeli natomiast styczna taka nie przecina zarysu, to wyrób nazywa się prętem, np. pręty okrągłe, kwadratowe, sześciokątne, ośmiokątne, płaskie oraz bednarka, walcówka itp.
Blachą grubą nazywa się blachę mającą grubość większą niż 4,75 mm. Blachy tej grubości lub cieńsze zaliczane są do blach cienkich.

Prostownice
Pasmo po odwalcowaniu nie jest proste, ą poza tym krzywi się podczas stygnięcia na chłodni. Całą więc produkcję walcowni trzeba z reguły prostować.
Prostowanie polega na plastycznym zginaniu lub plastycznym rozciąganiu metalu.
Rozróżnia się cztery typy prostownic:
1. Prasy prostownicze , wychodzące z użycia z powodu małej wydajności i ręcznej obsługi. Na takich prasach są prostowane duże dwuteowniki, szyny, rury o średnicy powyżej 200 mm itp. .
2. Prostownice rolkowe są najbardziej rozpowszechnione. Stosuje się je do prostowania blach oraz wyrobów prętowych i kształtowych. Metal przechodzi między dwoma rzędami rolek o coraz większym odstępie, podlegając coraz mniejszym zgięciom, i wskutek tego prostuje się.
3. Prostownice o skośnych rolkach stosuje się do prostowania pasma o przekroju okrągłym. Oprócz ruchu, postępowego pasmo ma także ruch obrotowy.
4. Prostownice rozciągające stosuje się do bardzo cienkich blach i taśm (grubości s = 0,3—0,6 mm) oraz do prostowania niesymetrycznych wyrobów walcowni bruzdowych (np. profile łebkowe), które praktycznie nie dadzą się prostować na prostownicach rolkowych

Głównymi parametrami prostownic wielorolkowych jest skok rolek t (cm) oraz średnica rolki D(cm).
Skok rolek określa jakość prostowania i wielkość nacisku na rolki. Zbyt duży skok daje małą dokładność prostowania, a przy małym skok zwiększa się bardzo nacisk na rolki, co zmusza do zaprojektowania mocniejszej konstrukcji Skok rolek dobiera się do największej grubości prostowanego pasma. Średnica rolek odpowiada zwykle zależności D ~ 0,9 t. Dokładność prostowania jest tym większa, im więcej jest rolek. Prędkość prostowania wynosi 0,3—5 m/s.


Rozwój różnych gałęzi przemysłu stosujących elementy lekkich konstrukcji, umożliwiających wykorzystanie wysokich wskaźników wytrzymałościowych przy równocześnie małej masie jednostkowej kształtowników giętych na zimno, spowodował dynamiczny wzrost produkcji tego typu wyrobów. Produkcję kształtowników giętych prowadzą nie tylko duże wyspecjalizowane zakłady, ale również małe wytwórnie. W zależności od potrzeb oraz możliwości finansowych wyposażone są one w różne urządzenia. Przy produkcji kształtowników giętych na zimno stosuje się następujące rodzaje urządzeń:
— ciągarki,
— krawędziarki,
— prasy krawędziowe,
— wieloklatkowe giętarki rolkowe.
Ciągarki
Ciągarki należą do urządzeń starszego typu. Można za ich pomocą wykonywać kształtowniki z taśm i blach szerokości 5—2000 mm i grubości materiału do 10 mm. Długości wykonywanych kształtowników są ograniczone wielkością stołu i wynoszą 6—27 m. Zaletą profilowania kształtowników w ciągarkach jest mały kąt sprężynowania materiału, co jest związane z występowaniem w tym procesie przewagi naprężeń rozciągających. Dużą wadą ciągarek jest znaczny odpad technologiczny i mała wydajność. Obecnie stosuje się je, głównie do produkcji kształtowników zamkniętych o skomplikowanej konfiguracji przekroju poprzecznego, wykorzystując rury jako materiał wsadowy. W procesie ciągnienia metodą wielostopniową przez szereg ciągadeł przyjmuje się, że pole przekroju poprzecznego materiału wejściowego, a więc także grubość blachy pozostają stałe aż do ostatniego ciągu. Zmianie ulega tylko zarys przekroju poprzecznego, który stopniowo, w miarę przechodzenia przez kolejne ciągadła, zbliża się do zarysu gotowego kształtownika.
Przy stosowaniu wielostopniowego ciągnienia przesuwanie wsadu odbywa się za pomocą rolek ciągnących, które w tym procesie nie odkształcają plastycznie wsadu, ponieważ wywierają nacisk nie przekraczający granicy plastyczności profilowanego materiału. Proces ciągnienia przy stosowaniu wielostopniowych ciągarek jest zbliżony do profilowania przy użyciu wieloklatkowych giętarek rolkowych, w wyniku czego rozkład naprężeń i odkształceń zasadniczo się nie różni. Ze względu na duże opory tarcia, występujące między powierzchnią roboczą oczka ciągarki a materiałem profilowanym, siła ciągnienia jest większa niż analogiczna siła stosowana w procesie profilowania. Przy produkcji kształtowników Otwartych o nieskomplikowanej konfiguracji przekroju poprzecznego stosuje się ciągarki wyposażone w rolki. Ciągarka taka wyposażona jest w głowicę z wbudowaną jedną lub kilkoma rolkami.

Głowica ciągarki J — śruba regulacyjna, 2 — korpus rolki, 3 rolka profilująca, 4 — szczęki nastawne, 5 sworzeń obrotu szczęki, 6 — stojak głowicy

Krawędziarki
Krawędziarki stosowane są w małych zakładach, w których wykonuje się małe ilości kształtowników o określonej konfiguracji przekroju poprzecznego oraz przy częstych zmianach asortymentu. Krawędziarki zalicza się do grupy maszyn o posuwisto-zwrotnym ruchu belki gnącej. Zasadę działania krawędziarki przedstawiono na rys. Blacha l, przeznaczona do gięcia, zostaje zaciśnięta między poziomą powierzchnią korpusu 2 krawędziarki i ruchomą belką zaciskową 3. Belka gnąca 4, z umocowaną na niej listwą gnącą 5, wykonuje w operacji gięcia zasadniczą pracę. Przy obrocie belki gnącej o kąt 0 do 90 blacha jest zaginana od położenia poziomego, poprzez kolejne fazy pokazane liniami osiowymi, aż do kąta 90.



Ze względu na napęd rozróżnia się krawędziarki:
— z napędem ręcznym,
— z napędem pneumatycznym,
— z napędem mechaniczno-hydraulicznym,
— z napędem hydraulicznym.


Każda krawędziarka, niezależnie od typu/napędu, składa się z następujących elementów; korpusu maszyny l, stołu 2, zaciskowej belki górnej 3, odchylnej belki gnącej 4, listwy przytrzymującej blachę 5, listwy gnącej 6 i zderzaka 7.










W zależności od konstrukcji zderzaka wyróżnia się dwa rodzaje krawędziarek: nieprzelotową, na której można giąć półki o ograniczonej szerokości, i przelotową o teoretycznie nie ograniczonej szerokości półek. Krawędziarki z napędem ręcznym stosowane są do produkcji niewielkich ilości nieskomplikowanych kształtowników o grubości ścianki do 2,5 mm.

WIELOKLATKOWE GIĘTARKI ROLKOWE DO PRODUKCJI KSZTAŁTOWNIKÓW ZAMKNIĘTYCH

Podstawową grupą asortymentową kształtowników zamkniętych są kształtowniki o przekroju poprzecznym okrągłym, kwadratowym i prostokątnym, stosowane w różnych gałęziach gospodarki narodowej. Nieznaczną część wytwarzanej produkcji stanowią kształtowniki zamknięte o skomplikowanej konfiguracji przekroju poprzecznego.
Pierwsze kształtowniki o przekroju okrągłym z zastosowaniem formowania i zgrzewania zaczęto produkować na początku XIX wieku. W produkcji tej stosowano metoda Jamesa Whitehouae’a, którą opatentowano w 1825 r. Metoda ta polegała na podgrzewaniu taśmy wejściowej w piecu, a następnie przeciąganiu przez ciągadło lejkowe, w którym następowało zwijanie taśmy w rurę, a w wyniku,, docisku również zgrzewanie krawędzi.



Schemat zgrzewania rury wg patentu Jamesa Whlteboune’a l — piec grzewczy. 2 — taśma, 3 — dmuch powietrza, 4 — ciągadło, 5 — rura, 6 — kleszcze ciągnące, 7 — ława

Dalszy postęp w produkcji kształtowników okrągłych obserwuje się na początku XX wieku. W 1910 r., wg projektu Kieserlinga, uruchomiono urządzenie do gazowego zgrzewania. Metoda ta polegała na podgrzewaniu krawędzi wyprofilowanej taśmy za pomocą palników gazowych. Początkowo do podgrzewania używano wodoru. W dalszych rozwiązaniach konstrukcyjnych zastosowano acetylen, który przy spalaniu z tlenem pozwala na uzyskiwanie temperatury do 3100C. W pierwszych urządzeniach stosowano pojedyncze palniki, w późniejszych rozwiązaniach liczba ich zwiększyła się do 16. Urządzenie do produkcji kształtowników okrągłych z wykorzystaniem palników gazowych nie znalazło szerszego zastosowania i obecnie nie jest praktycznie stosowane. W 1921 r. Fretz i Moon opatentowali inny sposób produkcji, polegający na nagrzewaniu taśmy w piecu tunelowym do temperatury l280—1320C. Po wyjściu z pieca krawędzie taśmy podgrzewane były przez układ dysz do temperatury 1390 - 1480C. Po przejściu przez układ dysz materiał profilowany był w układzie rolek formujących. Przed zgrzaniem krawędzi wyprofilowanej taśmy w rolkach zgrzewających podgrzewano je za pomocą dysz uzyskując temperaturę krawędzi 1500—1520C.
Opisane metody uzyskiwania kształtowników nie znalazły większego zastosowania. Obecnie większość urządzeń w świecie pracuje metodami elektrycznego zgrzewania. Zagadnienie zgrzewania krawędzi wyprofilowanej taśmy przy użyciu prądu opracował w latach 1886—1890 amerykański inżynier Elih Thomson; wykorzystał on zjawisko powstawania ciepła Joule'a w przewodniku, przez który płynie prąd. W 1898 r. amerykańska firma Standard Tool Company opatentowała urządzenie do elektrycznego zgrzewania kształtowników zamkniętych o przekroju okrągłym. W rozwiązaniu tym z krawędziami wyprofilowanej taśmy stykały się dwie elektrody rolkowe, powodujące ich nagrzewanie. Zgrzewano przy użyciu specjalnych rolek dociskających. Na tej zasadzie działania budowane były zgrzewarki liniowe małej częstotliwości przez firmy Yoder (USA). Mannesmann-Meer (RFN) i Asea (Szwecja). W 1919 r. Johnston opatentował zastosowanie prądu przemiennego i ustalił optymalną technologię zgrzewania oraz dał podwaliny do stosowania większych częstotliwości. Optymalizacją zagadnienia oporowego zgrzewania zajmowali się również: Sonnichsens, Harnata, Sciesky i Macaluti, co dało możliwość stosowania zgrzewarek o coraz większych częstotliwościach i mocach. Początkowo stosowano zgrzewanie prądami o małej częstotliwości, tj. do 1000 Hz. Metoda zgrzewania prądami o małej częstotliwości nie dawała najlepszej jakości zgrzeiny i zużywała dużo prądu. Ograniczała ona również zakres asortymentowy, zwłaszcza przy produkcji kształtowników ze stali wysokostopowych,
W 1956 r. firma New Rachelle Tool Corp. wprowadziła do eksploatacji metodę liniowego zgrzewania kształtowników o nazwie „Thermatoop”. W metodzie tej zastosowano zgrzewanie oporowe prądem o wysokiej częstotliwości, wynoszącej około 450 kHz. Prąd doprowadza się szczotkami ślizgowymi do krawędzi wyprofilowanej taśmy, powodując równomierny rozkład temperatury na. krawędziach i małą głębokość nagrzewu. Nagrzanie cienkiej warstwy metalu powoduje powstanie różnicy temperatur między wąską warstwą na krawędziach a pozostałą częścią formowanego kształtownika. Szybki odpływ ciepła w głąb metalu musi być rekompensowany stosowaniem dużej prędkości zgrzewania, co jest szczególnie ważne ze względu na konieczność utrzymywania zgrzeiny o dobrej jakości. Dzięki zastosowaniu prądów wysokiej częstotliwości (10—500 kHz) poprawiła się jakość zgrzeiny, zwiększyła wydajność i zmniejszyła wielkość wypływki. W metodzie zgrzewania liniowego typu „Thermatool" występują niekorzystne zjawiska, mianowicie: szybkie zużywanie się elektrod kontaktowych oraz iskrzenie przy stosowaniu wielkich częstotliwości prądowych.
Te niekorzystne zjawiska wyeliminowano w metodzie Induweid, opracowanej przez firmę Mannesmann-Meer i Siemens. W metodzie tej rozwiązano problem racjonalnego przepływu prądu, zapewniając podgrzanie brzegów taśmy do temperatury zgrzania przy niewielkim zużyciu prądu. Zasadniczą częścią wyposażenia zgrzewarki liniowej jest induktor obwodowy, wykonany z rurek miedzianych lub z blachy miedzianej, współpracujący z umieszczonym wewnątrz rury rdzeniem ferrytowym. Rdzeń ten stanowi element sterujący przepływu prądu, umożliwiając wielokrotne zmniejszenie oporności na drodze prądu w rurze w porównaniu z użyteczną opornością brzegów taśmy. Użycie rdzenia zmniejsza konieczną do zgrzewania energię o 20—30%. Indukowany prąd płynie wzdłuż krawędzi taśmy na szerokości ok. 0,15—0,3 mm i podgrzewa ją do temperatury zgrzewania. Proces efektywnego zgrzewania zachodzi na długości 20—50 mm. Przy prędkości zgrzewania l m/s krawędzie taśmy zgrzewanej mają wysoką temperaturę tylko przez 0,02 – 0,05 s, co zapobiega procesowi utleniania krawędzi.





Schemat zgrzewania kształtownika metodą Induweid
1— rolka zgrzewająca, 2 — punkt zgrzewu, 3 — induktor, 4 — rdzeń ferrytowy, 5 — formowany kształtownik





Nowoczesne wieloklatkowe giętarki rolkowe, przeznaczone do produkcji kształtowników zamkniętych, są urządzeniami skomplikowanymi, o wysokim stopniu mechanizacji i automatyzacji. Niezależnie od programu produkcyjnego każda tego rodzaju wieloklatkowa giętarka rolkowa składa się z:
—- zespołu urządzeń części wstępnej,
— zespołu formującego,
— zespołu zgrzewającego,
— zespołu kalibrującego,
— zespołu urządzeń części końcowej.

Wieloklatkowa giętarka rolkowa do produkcji kształtowników zamkniętych firmy Daniel Smith LTD
1 – rozwijarka podwójna, 2 – klatka rolek ciągnących, 3 – nożyca gilotynowa, 4 – zgrzewarka czołowa, 5 – klatka rolek ciągnących, 6 – akumulator taśmy, 7 – część formująca giętarki, 8 – zgrzewarka, 9 – urządzenie do ścinania nadmiaru zgrzeiny, 10 – część kalibrująca giętarki, 11 – rolki podające, 12 – prasa do cięcia współbieżnego, 13 – samotok, 14 – zespół odbiorczy kształtowników.

Zespoły te są wykonywane przez różne firmy specjalizujące się. w produkcji tego typu urządzeń. Na rysunku pokazano typowe linie do produkcji kształtowników zamkniętych firm: angielskiej Daniel Smisth Ltd, francuskiej DMS i austriackiej Voest. W zależności od programu produkcyjnego, wymaganych tolerancji wymiarowych kształtowników, stopnia mechanizacji i automatyzacji poszczególne zespoły urządzeń różnych firm mogą różnić się indywidualnymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi.
Zespół urządzeń części wstępnej pod względem rozwiązań konstrukcyjnych nie różni się od stosowanych dla wieloklatkowych giętarek rolkowych przeznaczonych do produkcji kształtowników otwartych. Przygotowuje on taśmę wsadową o określonej szerokości do procesu profilowania. Zespół ten wyposażony jest w następujące urządzenia: rozwijarkę. prostownicę, nożycę gilotynową, zgrzewarkę czołową, akumulator taśmy i nożycę krążkową.
Zespół formujący składa się z typowych poziomych i pionowych klatek profilujących, których liczba zależy od przewidywanego programu produkcyjnego. W standardowych urządzeniach, przeznaczonych tylko do produkcji kształtowników okrągłych, kwadratowych i prostokątnych, liczba klatek poziomych wynosi 5—13. Przy produkcji kształtowników zamkniętych o złożonej konfiguracji przekroju poprzecznego liczba klatek poziomych przekracza 20.
Podstawowym zespołem wieloklatkowej giętarki do kształtowników zamkniętych jest zespół zgrzewający, składający się z części elektrycznej i mechanicznej. Do części mechanicznej zalicza się:
— rdzeń ferrytowy (impeder) i induktor wraz z uchwytami,
— klatkę zgrzewającą wraz z rolkami,
— zespół noży do ścinania spęczenia przy zgrzeinie,
— urządzenie chłodzące.
Podstawową rolę w procesie otrzymywania kształtowników zamkniętych spełniają klatki zgrzewające, które budowane są do układu zgrzewającego złożonego z dwóch, trzech lub pięciu rolek zgrzewających. Najczęściej przy produkcji prostych kształtowników zamkniętych stosuje się klatki wyposażone w dwie rolki zgrzewające. Klatka zgrzewająca składa się z płyty podstawowej l, zamocowanej do ławy giętarki wieloklatkowej. Po płycie wyposażonej w ślizgi przesuwane są stojaki ruchome 2, w których umieszczone są wrzeciona rolek zgrzewających 11, Na wrzecionach tych w górnej części zakładane są rolki zgrzewające. Wrzeciona rolek zgrzewających umieszczone są w łożyskach stożkowych 12, zamocowanych w poduszkach poszczególnych klatek 10. Stojaki ruchome, w zależności od średnicy zgrzewanej rury, przesuwa się za pomocą śruby 3, mającej lewy i prawy gwint, co umożliwia jednakowe ustawienie wrzecion w stosunku do osi giętarki. Przy zmianie linii profilowania korekcję położenia rolek zgrzewających wykonuje się nakrętką 7, która umożliwia przesunięcie stojaków ruchomych w zależności od wymaganego ustawienia. O jakości wykonywanego zgrzewu, przy produkcji kształtowników zamkniętych, decyduje konstrukcja rdzenia ferrytowego i induktora.
Rdzeń ferrytowy, umocowany na odpowiednim urządzeniu wysięgnikowym, służy do zagęszczania linii pola magnetycznego. Zagęszczenie pola magnetycznego w procesie zgrzewania uzyskuje się przez zastosowanie odpowiedniej ilości ferrytów w (przekroju poprzecznym rdzenia. W zależności od średnicy profilowanej rury stosuje się ferryty o średnicy 8—30 mm. Zewnętrzną powłokę rdzenia stanowi rura z włókna szklanego, w której umieszcza się odpowiednią ilość ferrytów. Do rdzenia ferrytowego, przez przewód elastyczny, doprowadzana jest emulsja chłodząca, która przez otwory oraz w wolnych przestrzeniach między ferrytami zapewnia odpowiedni stopień ochłodzenia. Na jakość zgrzeiny w procesie zgrzewania wpływa konstrukcja induktora, który (owinięty na zewnątrz zgrzewanego kształtownika) wytwarza zmienne pole elektryczne. Dla kształtowników o przekroju kołowym, o średnicy zewnętrznej do 50 mm stosuje się induktor wykonany z rurek miedzianych grubości l mm, o przekroju prostokątnym lub okrągłym. Rurki na induktory są zwijane w kształcie spirali. Dla średnic powyżej 50 mm induktor wykonywany jest z blachy miedzianej, tworząc powłokę walcową.

Kształtowniki o przekroju okrągłym lub innym po zgrzaniu przechodzą przez urządzenie do usuwania nadmiaru zgrzeiny. Urządzenie to składa się z korpusu stalowego l umocowanego do ławy giętarki. W górnej części korpusu, na płycie 2, zamocowany jest zespół, mimośrodowy 3 do szybkiego opuszczania i podnoszenia poduszki 4, do której umocowany jest nóż 5.



Klatka zgrzewająca
1 – płyta podstawowa, 2 – stojak ruchomy, 3 – śruba nastawna, 4, 5, 6 – nakrętki, 7 – nakrętka śruby do przesuwania korpusu zgrzewarki w poziomie, 8 – śruba regulacyjna, 9 – rolki zgrzewające, 10 – obudowa łożysk, 11 – wrzeciono rolki zgrzewającej, 12 – łożyska stożkowe.


Poduszka 4 wyposażona Jest w śrubę regulacyjną 6, która umożliwia przesuwanie w bok poduszki wraz z nożem. Urządzenie do usuwania nadmiaru zgrzeiny wyposażone jest w śrubę regulacyjną 7, służącą .do ustawiania poduszki wraz z nożem zależnie od średnicy kształtownika o przekroju okrągłym. Do precyzyjnego ustawiania służy śruba 8. W dolnej częścią korpusu l umocowany jest stojak 9, w którym osadzona jest na wrzecionie rolka podtrzymująca 10, która może być przesuwana poosiowe śrubą 11.
















Urządzenie do usuwania nadmiaru zgrzeliny



Po usunięciu spęczenia przy zgrzeinie kształtownik przechodzi przez urządzenie chłodzące. Urządzenie to wyposażone jest w dysze doprowadzające na kształtownik wodę chłodzącą. W celu wyeliminowania rozprysków wody zespół dysz umieszczony jest w tunelu o przekroju prostokątny. W skład urządzeń elektrycznych zespołu zgrzewającego wchodzą:

— szafa prostownikowa i sterownicza,
— szafa oscylatora,
— transformator — adapter dopasowujący,
— regulator mocy i automatyka nastawcza,
— urządzenie chłodzące.
Zgrzewarki o częstotliwości radiowej wykonują firmy specjalistyczne:
Siemens, Elphiac, Daniel Smith Ltd, Brown-Boven itp.
W zależności od asortymentu produkcyjnego oraz wymaganej zdolności produkcyjnej stosuje się generatory częstotliwości radiowej o różnej mocy. Szybkość zgrzewania danej zgrzewarki zależy od mocy generatora, grubości materiału, szerokości rozwinięcia oraz gatunku materiału.

GIĘTARKI SPECJALNEGO PRZEZNACZENIA
Niektóre zakłady oraz firmy specjalistyczne wytwarzające kształtowniki wyposażone .są w giętarki specjalnego przeznaczenia, których produkcja pozwala na dalszy przerób kształtowników oraz ich uszlachetnienie. Giętarki specjalistyczne można podzielić na następujące grupy:
— giętarki do produkcji obręczy kół rowerowych, motocyklowych i samochodowych,
— giętarki do poprzecznego gięcia kształtowników,
— giętarki uniwersalne do produkcji kształtowników otwartych i zamkniętych,
— giętarki do produkcji dźwigarów.
Giętarki do produkcji obręczy
Giętarki tego typu są instalowane w zakładach przemysłu motoryzacyjnego i służą do wykonywania obręczy kół rowerowych, motocyklowych i samochodowych. Giętarki do produkcji obręczy składają się z dwóch grup urządzeń:
— standardowej giętarki wieloklatkowej,
— urządzenia do formowania obręczy.
Urządzenie do formowania obręczy wyposażone jest w zespół rolek zaginających, odchylonych względem osi zwijania o określony kąt. W korpusie urządzenia znajduje się nożyca 5 do cięcia matrycowego za pomocą której obcina się wyprofilowaną obręcz. Niektóre urządzeń. Wyposażone są również w zgrzewarki czołowe, które umożliwiają łączenie obciętych elementów obręczy.







Giętarka do produkcji obręczy

1 – ostatnia para rolek profilujących giętarki, 2 – prowadnica, 3 – osłona zabezpieczająca rolki zwijające, 4 – rolki zwijające, 5 – nożyca, 6 – formowana obrę

Uniwersalne giętarki do produkcji kształtowników otwartych i zamkniętych

Do produkcji szerokiego asortymentu kształtowników otwartych i zamkniętych budowane są specjalne giętarki o wysokim stopniu mechanizacji i automatyzacji. Giętarki tego typu buduje firma Voest (Austria). Zainstalowana w firmie Jones and Laughlin Steel Corporation (USA) giętarka tej firmy, oznaczona symbolem PR2-200, przystosowana jest do produkcji kształtowników o następujących programach:
— program l — równoczesne wykonywanie dwóch kształtowników zamkniętych okrągłych o wymiarach do 0 50X3 mm i kształtowników zamkniętych o innym profilu, o wymiarach wynikających z profilowanej rury
— program 2 — kształtowniki zamknięte okrągłe o wymiarach d: Ø 114X4 mm oraz różnego typu pochodne kształtowniki zamknięte
— program 3 — kształtowniki zamknięte o dwóch zgrzeinach, o skomplikowanej konfiguracji przekroju poprzecznego, przy czym kształtownik górny tworzący zamknięcie jest typu ceowego,
— program 4 — kształtowniki zamknięte skomplikowane, wykonywane przez zgrzewanie wyprofilowanych dwóch kształtowników otwartych,
— program 5 — kształtowniki otwarte grubości do 4 mm i szerokości rozwinięcia do 460 mm .
Uniwersalna giętarka PR2-200 ma rozbudowany zespół urządzeń mechanicznych, co umożliwia uzyskanie szerokiego asortymentu produkcyjnego. Jest ona wyposażona w dwie giętarki, z których każda ma prostownicę, prowadnicę pasma, nożycę krążkową, 9 poziomych klatek profilujących i 8 klatek pionowych. Na uwagę zasługuje urządzenie hydrauliczne, które pozwala na ustawianie każdej giętarki w dowolnym położeniu poziomym, zależnie od wykonywanego programu produkcyjnego. Do realizacji pięciu programów zespół zgrzewarek posiada 4 zgrzewarki pracujące metodą Thermatool. Zespół kalibrujący składa się z dwóch części z których każda ma 4 klatki poziome, 3 klatki pionowe oraz 2 głowice Turka. Linia giętarki uniwersalnej PR2-200 posiada w części końcowe; dwie prasy i piłę do cięcia współbieżnego oraz trzy samotoki z koszami odbiorczymi. Giętarka ta umożliwia produkcję szerokiego asortyment kształtowników otwartych i zamkniętych.



Schemat urządzeń uniwersalnej giętarki PR2 – 200
1 – zespół urządzeń wprowadzających taśmę do dołu pętlowego, 2 – dół pętlowy, 3 – prostownica, 4 – prowadnica taśmy, 5 – giętarka nr.1 z hydrauliczną regulacją przesuwu ławy giętarki, 6 – giętarka nr.2 z hydrauliczną regulacją przesuwu ławy giętarki, 7 – zespół zgrzewarek, 8 – chłodnica, 9 – zespół kalibrujący, 10,11 – prasy do cięcia współbieżnego, 12, 13, 14, - samotoki odprowadzające z koszami odbiorczymi, 15 – piła do cięcia współbieżnego.



Literatura
„Kształtowniki stalowe gięte” - A. Widach, A. Wezel, J. Musioł, B. Szczeszek, H. Holda, M. Loranty
„Walcownictwo i ciągarstwo” – Piotr Wasiunyk
„Technologia i Urządzenia Walcownicze” – W. Leskiewicz, Z. Jag