CC BY
56
Теория пластичности
ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА НАТЯЖЕНИЯ ПОЛОС ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ
КОХАН Л.С., д-р техн. наук, профессор БЕЛЕЛЮБСКИЙ Б.Ф., канд. техн. наук, доцент
Московский Государственный вечерний металлургический институт, 111250, Москва, Лефортовский вал, 26; т. 361-14-80, факс 361-16-19 nis_mgvmi@),mail ги
В работе рассмотрен механизм натяжения полос при прокатке на многоклетьевых прокатных станах. Представлен расчет параметров прокатки с учётом переднего и заднего натяжения в зависимости от угла наклона петледержателя. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: холодная прокатка, натяжение, петледержатель, разнотолщин-ность, нейтральное сечение.
При прокатке тонких листов и полос применение натяжения обеспечивает минимальную разнотолщинность по длине полосы за счет стабилизации ее положения между валками по всей ширине. При этом основным критерием выбора натяжения является не превышение напряжения в полосе выше предела текучести и относительной деформации щ, не превышающей значение упругой величины вг< 0,02. С данным требованием рассмотрим типовую конструкцию петледержателя между клетями непрерывных станов холодной прокатки (рис. 1).
Рис. 1. Схема воздействия рычага петледержателяRр на полосу
Для изменения натяжения под действием привода рычаг поворачивается на угол а, упруго растягивая полосу между клетямиШ, IIIII и т.д. Длина упругорастянутой полосы LnOT становится равной
LnOT =д/(А + Rp cosa)2 + h¡ (l2 - Rp cosa)2 + h¡, (1)
где l1, l2 — расстояние привода от клетей I и II,hB— вертикальное расстояние от верхней контактной поверхности рычагапетледержателядогоризонтального положения полосымежду прокатными клетями, hB = Rp sin a- hi , hn — вертикальное расстояниеот поворотной оси рычага догоризонтального положения полосы между прокатными клетями. Окончательно:
4ол =V(A + Rp cosa)2 + (Rp sina-hn)2 (l2 -Rp cosa)2 + R sina-hn)2,(2)
Для станов холодной прокатки полос толщиной 1—3 мм, например, для стана НСХП 1680, расстояние h = 2150 мм, l2 = 3690 мм, Rp = 770 мм, hn = 190
15
мм.Для этих размеров сначала был определен начальный угол анач, при котором не происходит отклонения полосы^Бта = Аг, откуда а0 = агсБтф^^ = 14,28°. Начиная от данного угла, в табл. 1 приведены длины полосы через каждый градус, абсолютное АЬ, относительная деформация удлинения полосы е1, высота подъема рычага АВ. Так же в таблице приведен расчет напряжения при упругомудлинение полосы:
о = о, = г, Е, (3)
нат 11' V /
где г1 = [Ьпол - (/1 +12)]/(!] +12) - относительная деформация удлинения; Е -модуль упругости, для сталейЕ= 2-105МПа.
Таблица 1
Геометрические и силовые параметры работы механизма натяжения
а, град 15° 16° 17° 18° 19° 20° 21° 22° 23°
О, 2 9 7, ю 2, 8, 2 5, 2 3, 21,
мм 00 00 8 8 8 8 8 8 8
ич ич ич ич «ч 5 5 5 5
АЬ, мм 0,07 0,17 0,42 0,79 1,26 1,84 2,52 3,32 4,21
0,000012 0,0000289 0,000072 0,00013 0,0002157 0,0003159 0,00043 0,000568 0,00072
МПа 2,6 5,8 14,46 26,95 43,2 63,1 86,5 113,7 144,1
АВ, мм 9,26 22,2 35,1 47,9 60,6 73,3 85,9 98,4 110,9
Анализ таблицы показывает, что при изменении углового положения рычага от 15° до 23° относительная упругая деформация полосы не превышает упругой деформации с запасом Кзап = 0,002/0,00126= 1,587.
Таким образом, довольно значительные величины напряжения натяжения не приводят к повышению пластических деформаций, что объясняется прежде всего размерами межклетьевых расстояний во много раз больше перемещений рычага петледержателя: АВ<</\+/2 (АВтах= 147,5 < 584 мм).
Экспериментальные исследования подтверждают данные исследования. Так, в работеКлименкоВ.М., ОнищенкоА.М., МинаевА.А., ГореликВ.С. «Технология прокатного производства», на стадии режима обжатия листа из стали СтЗпс толщиной 1 мм на стане НСХП 1680 применяются экспериментальные величины переднего и заднего натяжений, достигающие 140 МПа.
Для определения значения относительной величины натяжения используем величины сопротивлений пластической деформации из приведенного выше источника, для первой клетиоТ = 520 МПа, для второй - 630 МПа, для третей -700 МПа, для четвертой клети 720 МПа. Тогда на выходе из первой клети переднее натяжение при онат = 144,1 МПа (а = 23°)составит примерно
= 1 - -О- = 1 -144! = 0,722 о2 520
Величины натяжения определяют углы Р1и р2(рис. 1):
Rp sin а - hn (Зг = агС£----, Р2 = arctg
^ sin а -1п + И cosa
¡1 + с^а .2 . _ ^
Для принятых выше геометрических размеров петледержателя в табл.2 приведены величины углов Р1И р2, а также коэффициент натяжения
Таблица 2. Углы поворота полосы
Угол поворота петледержателя 15° 16° 17° 18° 19° 20° 21° 22° 23°
Угол въ град 0,19 0,44 0,7 0,953 1,21 1,46 1,72 1,97 2,22
Угол в2, град 0,18 0,43 0,68 0,94 1,17 1,42 1,66 1,84 2,13
£ =1- Онат/От 0,995 0,989 0,972 0,948 0,917 0,879 0,834 0,781 0,723
На рис. 2 показан график коэффициентов натяжения в зависимости от самих натяжений.
£
0,9 0,8 0,7 0,6
0 50 100 150 200 °нат
Рис. 2. Зависимость коэффициентов натяжений от их величин
Анализ полученных данных показывает, что углы подъема полосы в\ и в2 равны, поэтому на всем диапазоне изменения угла а будут равны переднее и заднее натяжения между соседними клетями (см. тал. 2). Это же подтверждается данными табл. 3 для экспериментально отработанного режима обжатий при прокатке полосы 1 х 1400 мм на стане НСХП 1680 [1].
Из таблицы также видно, что практически равенство у данных конструкций станов углов отклонения полосы в1 = в2 приводит к равенству натяжений между соседними клетями (рис. 3).
Для подтверждения полученных результатов исследуем силовой режим прокатки рассматриваемой полосы 1 х 1400 мм на 3-й и 4 клетях.
Таблица 3
Режим обжатий листа 1*1400 мм из стаи Ст ЗПКна стане НСХП 1680
№ е, еобщ., ¿0, Озад, Опер, От, скорость ¿1,
клети % % мм МПа МПа МПа МПа V, м/с мм
1 23,2 23,2 2,8 76 104 460 520 6,05 2,15
2 27,8 44,6 2,15 104 126 640 630 8,38 1,55
3 23,9 57,8 1,55 126 140 775 650 11 1,18
4 15,3 64,2 1,18 140 108 825 720 13 1,0
г
Ь
f + 4 О 1 ул
А \ ' ТТТТТТТ м
4 V í'2
_________^ / J-L,
nomi И
Рис. 3. Натяжение между клетями стана НСХГТ 1680 [1]
Wпап
В третьей клети^ = 1 - 126/650 = 0,806и^ = 1 - 140/650 = 0,785.При угле захвата а = ^/1,55^0,2397270 • 57,3 = 2,12°, основной параметр 8 = 2• 0,1/tg2,12 = 5,5и коэффициент упрочненияК = 1,1; коэффициент нейтралиг= 1,172 и Нн= 1,3225 мм.Проверяем давление в нейтральном сечении:
1]= 1,623;
>от.н = [(5,4 • 0,806 -1,1) • 1,1725 4 +1,11= 1,
5,4
(5,4 • 0,785 +1,1) • | 13225 | -1,1
5,4
= 1,626.
Отличие напряжений менее 1%, поэтому ^выбрано правильно. Далее определяем координату в середине зоны отставания хсер от = (хн +1) / 2, где
у = arccos[1 - (Нн - HJ/D] = 1,2260, х^ = Rsin у = 270sin1,226 = 5,777,
хсер0т = 8,22 мм, l = yj 1,55 • 0,239 • 270 = 10 мм. Толщина полосы в этом сечении
H = 2
сер.от
(270 ~Í
-,/2702 - хСер.от ] + Н1 = 1,43мм;
сер.от
5,4
(5,4 • 0,806-1,1)| 853 I +1,1
5,4
= 1,134 и СТ
1 + сер.от + отн
ср.от
= 1,251.
В середине зоны опережения хсероп = хн 72 = 2,89 мм, высота Нсер.оп=1,211 мм, ёсер.оп = 0,95; ёсрот = (2 • 0,95 +1,1 +1,626)74 = 1,156.При отношении хн 71 = 0,577 среднее давление <Уср = (1 - 0,577) • 1,251 + 0,577 • 1,156 = 1,196 и в абсолютном измерении иср = <Уср ■ иТ = 1,196 • 650 « 777,4МПа. По эксперименту аср = 775 МПа.
При прокатке на четвертой клети Н0 = 1,18 мм, Н\ = 1 мм,^0 = 0,8 и ^ = 0,85 .Принимаем г=1,102 и Нн=1,0708 мм. При радиусе валка R = 270 мм, обжатиие = 0,153 угол а = 1,48° и основной параметр 8 = 2 • 0,17tg1,48 = 7,74. По справочникам коэффициент упрочнения К = 1,03.
Проверяем напряжение в нейтральном сечении:
аот н = [(7,74 • 0,8 - 1,03) • 1,1027 74 +1,03]/ 7,74 = 1,547 и аопя =[(7,74 • 0,85 +1,03) • (1,0708/1)7 74 -1,03]/7,74 = 1,536. Отличие менее 1 %, поэтому вычисляем Нн= 1,0708 мм, хн =4,37 мм X = агс^[1 - (1,0708 -1) / 540] = 0,927°. При хсерот = (хн +1) / 2 = 5,68 мм, НСер.от=
1
оп.н
1
4
1,12 СТсер.от = 1,128 И СТСр.от = 1,198. При хсер.оп = хн /2 = 2,185 мм ЯСер.оп=
1,017 мм, СТсер.оп = 0,993 и осроП = 1,14.
Далеепри хн /1 = 0,624 среднее относительное давление Оср = 1,16 и абсолютное Оср = 1,16-720 = 836 МПа.
По экспериментам[1] оср = 825 МПа - отличие 1,3 %, что подтверждает методику расчета механизма петлеобразователя.
Еще раз отметим, что силовые условия образования натяжений, устанавливаются угловым положением рычага петледержателя, позволяющего в очень коротком интервале о £ = 0,7 до 1 осуществить регулирование процесса, обеспечивая качественные параметры прокатываемой полосы.
Оценим изменение силовых характеристик прокатки полосы 1*1400мм при отсутствии натяжения на 4-ой клети.
Принимаем £0 = £ = 1, z= 1,095 иК = 1,03. Проверяем напряжение в нейтральном сечении:
апти =16,71 • 1,095 7,74 + 1,031/7,74 = 1,883 и
оут . н l J
Оопн = [8,77 • (1,0776 /1)7 74 - 1,03]/7,74 = 1,888 Отличие менее 1 %, поэтому вычисляем у = 0,9715° , хн = 4,578мм, l= 7 мм,
Хсер.от = 5,789мм Нсер.от= 1,124 мм О сер от = 1,395; Оср.от = I418.
При Хсероп = 2,289 мм, Ясер.оп= 1,0195 мм, ёсероп = 1,183 и Осроп = 1,321.
Наконец, прихJl = 0,654 Оср = 0,49 + 0,864 = 1,354 и оср = 975 МПа. По сравнению
с прокаткой с применением натяжения и, соответственно, усилие увеличилось на
Д= 975 - 836-100 = 14,25%. 975
Однако, для создания необходимого относительного натяжения £ = 0,8 необходимо дополнительно, через двигатель петледержателя установить натяжение 100-120 МПа (см. рис. 3). Таким образом, общие энергетические затраты будут примерно одинаковыми.
В это же время снижение усилия прокатки уменьшает прогибы валковой системы и снижает продольную и поперечную разнотолщинность полосы.
Таким образом, повышение качественных показателей процесса прокатки полос требует обязательного применения систем натяжения, расчет оптимальных параметров которых, приведен в данной статье.
Л и т е р а т у р а
1. КлименкоВ.М., ОнищенкоА.М., МинаевА.А., ГореликВ.С. Технология прокатного производства.Учеб.пособие.- К.: Вища школа. Головное изд-во, 1989. - 311 с.
EXPLORATIONS OF THE TENSION MECHANISM AT COLD ROLLING
OF STRIPS
Kohan L.S. ,Belelyubsky B.F.
The authors investigate the tension mechanism of multy-strand rolling. Calculation of process variables with the account of forward and back tensions and depending on inclination of loop lifter is presented.
KEY WORDS: cold rolling, tension, loop lifter, uneven gauge, neutral section.
