CC BY
30
УДК 621.77.65.423
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРАПЕЦИЕВИДНОГО ПРОФИЛЯ
B.C. Нагорное
Специфика требований к фасонным профилям высокой точности определяет температурный режим пластической деформации. В этой связи в качестве основной, по крайней мере, на стадии чистовых операций применяют холодную прокатку, волочение и прессование. Каждый из перечисленных способов обработки металлов давлением имеет свою область применения, в том числе с точки зрения точности геометрических размеров продукции.
Постановка задачи
Целью работы было исследование формоизменения металла и точности геометрических размеров при холодной прокатке трапециевидного профиля высокой точности (рис. 1) по схеме, приведенной на рис. 2.
Рис.1. Трапециевидный профиль
04,5
4,75
3,8
Рис. 2. Схема производства трапециевидного профиля
Материал и методика исследования
Исходная заготовка - проволока из стали 12Х18Н10Т ГОСТ 18143-72 диаметром 4,5 мм, ТС -1 кл. точности по ГОСТ 2246-70.
Измерения геометрических размеров прутков длиной 3000 мм опытной партии трапециевидного профиля массой 250 кг выполнены через 100 мм на всей длине каждого прутка посредством микрометра МК 0-25 ГОСТ 6507-60 и рычажной скобы «Карл Цейс Иена». Микрометр МК 0-25 использовался для измерения высоты профиля, т.е. размера 4,9±0,05 мм, а рычажная скоба с ценой деления 0,002 мм для измерения основания шириной 3,2±0,01 мм.
От каждого десятого прутка, как исходной заготовки, так и готового трапециевидного профиля отобраны образцы длиной 100 мм для последующих контрольных измерений посредством универсального измерительного микроскопа ММИ-2 ГОСТ 8074-56 и оптического измерительного проектора ЧП.
Измерения геометрических размеров готового трапециевидного профиля выполнены после операции правки до непрямолинейности прутка не хуже 3 мм на погонный метр.
Формоизменение металла определялось посредством темплетов на оптическом проекторе ЧП при 50-ти кратном увеличении.
Все измерения выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ Р8.563-96.
Деформирующий инструмент - прокатные валки изготовлены с погрешностью линейных размеров не более 0,002 мм, угловых не более 3' и шероховатостью поверхности ручьев не хуже Ии 0,32.
Полученные экспериментальные данные геометрических размеров обработаны с помощью известных методов с целью установления статистических характеристик, а именно средних значений X, параметров рассеяния ап_] и и функций распределения габаритных размеров прутков опытной партии трапециевидного профиля.
Результаты исследования
Формоизменение металла при прокатке трапециевидного профиля приведено на рис. 3. Поперечные сечения полос соответствуют их выходу из прокатных валков, а взаимное положение «фактической» деформации со стороны каждого из валков, образующих калибр заданной конфигурации.
Из анализа приведенного формоизменения следует, что пластическая деформация сопровождается следующими физическими эффектами:
- локальностью и асимметрией по месту, времени и величине;
- отсутствием устойчивости исходного и прокатанного сечения в части взаимного положения геометрических центров тяжести.
Рис. 3. Формоизменение металла в процессе прокатки: 1 - исходная заготовка; 2 - первый проход; 3 - второй проход; 4 - третий проход; 5 - четвертый проход; 6 - готовый прокат
Во всех случаях, несмотря на принятые меры, пластическая деформация асимметрична с точки зрения места и времени начала деформации по поперечному сечению исходной заготовки. Так плоскость, проходящая через точки касания прокатных валков с исходной заготовкой, всегда ориентирована относительно плоскости, проходящей через оси прокатных валков и горизонтальной плоскости на угол не равный 180° и 90° соответственно. Угол наклона плоскости захвата к вертикальной плоскости достигал 12°, а к горизонтальной - 6,5°. Смещение точек касания прокатных валков с заготовкой для первых двух калибров достигало 2,86 мм.
Асимметрия деформации или обжатием со стороны каждого из прокатных валков приведена ниже в табл. 1.
Локальность и асимметрия деформации на микроуровне предопределена свойствами реальных геометрических поверхностей, взаимодействующих друг с другом, например, шероховатостью поверхностей и их твердостью.
Причины существенной асимметрии деформации на макроуровне, приведенные выше в табл. 1, пока не ясны, и для их установления необходимо провести дополнительные исследования.
Результаты обработки статистических характеристик габаритных размеров исходной заготовки и готового трапециевидного профиля приведены ниже в табл. 2, а зависимости распределения на рис. 4, 5.
Зависимость распределения размера 3,2 мм по основанию трапециевидного профиля, как видно из рис. 4, имеет сложную форму с различным характером изменения функции. Имеют место два участка с резким изменением зависимостей в интервале отклонений размера от номинала -0,02...0,013 мм и 0,016...0,02 мм. В интервале отклонений размера от номинала - 0,013...0,016 мм кривая распределения имеет 10 экстремальных значений. В границах поля допуска профиля укладывается более половины прокатанных прутков. Что касается параметров рассеяния <т„ч, сг„, то на готовом профиле они больше максимальных значений для исходной заготовки.
Зависимость распределения размера 4,9 мм по высоте трапециевидного профиля (рис. 5) также имеет несколько (8) экстремальных значений с максимальным экстремумом при отклонении -0,01 мм от номинального размера. В поле допуска размещается около 97 % измерений. В целом, приведенная на рис. 5 зависимость подчиняется закону нормального распределения Гаусса.
Таблица 1
Величина обжатия поперечного сечения со стороны прокатных валков
Прокатный валок Величина обжатия, мм по проходам
1 2 3 4 5
Верхний - - 0,09 0,084 0,06
Нижний 0,12 0,196 0,14 0,084 0,12
Левый 0,84 0,36 - - -
Правый 0,58 0,32 - - -
Таблица 2
Статистические характеристики габаритных размеров
Характеристики, мм Исходная заготовка Г отовый профиль
По горизонтали По вертикали Размер 3,2 мм Размер 4,9 мм
4,5063...4,526 4,5058...4,5223 3,1982 4,9091
^-1 0,004316...0,013291 0,00207...0,008874 0,015005 0,040699
0,002...0,012841 0,002... 0,005297 0,014977 0,040662
34
Вестник ЮУрГУ, № 21, 2007
Нагорное В. С.
Исследование технологии холодной прокатки __________________трапециевидного профиля
к
о
X
о
н
о
§
Отклонения, мм
Рис. 4. Зависимость распределения размера 3,2 опытной партии трапециевидного профиля
Рис. 5. Зависимость распределения размера 4,9 опытной партии трапециевидного профиля
Рассеяние размера 4,9 мм по сравнению с аналогичным показателем исходной заготовки существенно увеличилось и составило половину поля допуска на размер по высоте. Такое положение объясняется тем, что в двух последних проходах размер по высоте трапециевидного профиля формируется в разъеме калибра за счет свободного уши-рения материала.
Заключение
Разработанная технология холодной прокатки трапециевидного профиля показала возможность производства продукции заданного качества. В то же время технология нуждается в доработке с целью стабилизации отклонений геометрических размеров основания трапециевидного профиля.
