CC BY
25
УДК 621.771.25
ОСНОВЫ НОВОГО СПОСОБА ШАГОВОЙ ПРОКАТКИ
Г.И. Коваль
Дальнейшим развитием процессов шаговой прокатки с подачей полосы прокатными валками без применения операции ее кантовки после каждого шага деформации, разработанных на кафедре ОМД (прокатки) Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) сначала применительно к листовой [1, 2], а затем к сортовой прокатке [3, 4], является предложенный новый способ шаговой прокатки [5].
Суть нового способа заключается в том, что деформацию полосы осуществляют две пары валков, векторы окружных скоростей которых со стороны оси прокатки направлены в разные стороны, при возвратно-поступательном перемещении осей поворота валков.
За счет такой кинематики вращения валков и перемещения осей их поворота одна пара валков осуществляет обжатие полосы при обратном ходе, а вторая пара валков при прямом ходе (по аналогии с процессом ХПТ). При этом за счет определенных соотношений между указанными скоростями в каждом шаге деформации осуществляется подача полосы. Благодаря применению двух пар взаимно перпендикулярных валков не требуется кантовка полосы.
На рис. 1-3 приведены схемы, показывающие осуществление процесса прокатки на разных стадиях за один шаг деформации. Условно пары валков (горизонтальная и вертикальная) изображены в одной плоскости. На рис. 1 показано положение валков и полосы перед началом прокатки парой валков, векторы окружных скоростей овг которых со стороны оси прокатки направлены в сторону готового профиля. Будем в дальнейшем называть эту пару валков горизонтальной парой. На рис. 2 показано положение пар валков и полосы в конце процесса прокатки горизонтальной парой валков. На рис. 3 показано положение пар валков и полосы в конце процесса прокатки парой валков, векторы окружных скоростей ивв которых со стороны оси прокатки направлены в сторону исходной полосы. Будем в дальнейшем называть эту пару валков вертикальной парой.
На рис. 4 показан график изменения скоростей осей поворота валков и окружных скоростей рабочей поверхности валков за цикл прокатки.
Горизонтальная пара валков, параметры которой обозначены индексом 1, и вертикальная пара валков с параметрами, обозначенными индексом 2, выполнены переменным радиусом из оси их поворота соответственно 0\ и Ог. Оси валков синхронно совершают возвратно-поступательное
движение из положения С\ и б2 в положение О*
и С?2 и обратно. При этом горизонтальная пара валков постоянно вращается в направлении стрелки ивг, а вертикальная пара валков постоянно вращается в направлении стрелки ивв. Угловые скорости валков равны. Положения осей поворота валков и угловые положения валков строго синхронизированы. При перемещении осей валков из положения Ох и 02 в положение О* и 0\ со скоростью и0 обжатие полосы осуществляет горизонтальная пара валков, деформируя полосу от готового профиля Ні до исходной полосы Но (рис. 1, 2). Вертикальная пара валков при этом, вращаясь, не контактирует с полосой. Процесс деформации горизонтальной парой валков осуществляется при их повороте на угол от нуля до к (рис. 4).
При перемещении осей поворота валков из положения Оу и 0\ в положение 0\ и 0\ со скоростью и0 обжатие полосы осуществляет вертикальная пара валков, деформируя полосу от исходных размеров В0 до готового профиля В] (рис. 3). Горизонтальная пара валков при этом, вращаясь, не контактирует с полосой. Процесс деформации вертикальной парой валков осуществляется при повороте валков от угла л до 2 я (рис. 4).
Рабочие поверхности прокатных валков имеют несколько характерных участков. Участки аібі и а2б2, ограниченные центральными углами
р}, ср\ и $, ср\, не контактируют с полосой. Перед и после деформации полосы при этих углах поворота валков осуществляется «разгон» или «торможение» осей поворота валков.
Обжимные участки В]Г, и в2г2, ограниченные центральными углами 5о6жЬ 8о6ж2, осуществляют обжатие полосы по конусу деформации.
Калибрующие участки б^в, и б2в2, ограниченные углами бкалі и 5,,„9. осуществляют калибровку размеров готового профиля.
Холостые участки г^, и г2<12, ограниченные
углами 5ХОП1 и 5ХОЛ2, не контактируют с полосой.
Указанные углы связаны между собой соотношениями
<Р2 + Зкал2 ^обж2 + (р2 ~ Я *
^хол\ ~ ^хол 2 ~ ^'
Рассмотрим осуществление одного цикла процесса шаговой прокатки. На полосе в предыдущем
Рис. 1. Начало прокатки обратным ходом
Рис. 3. Окончание прокатки прямым ходом
цикле шаговой прокатки выкатан конус деформации (рис. 1). По стороне полосы с параметрами Но и Н1 выкатан конус деформации 1 (К1М1), полученный в результате обжатия полосы горизонтальной парой валков с перемещением полосы в
, т(Х +1)
сторону готового профиля на величину ——-,
последующим обжатием вертикальной парой валков и соответствующим линейным смещением
т(Х-1)
полосы на величину ———- в сторону готового
профиля (формирование данного конуса деформации будет понятно после дальнейшего рассмотрения цикла прокатки). Здесь вытяжка полосы
Л =
, т - подача полосы.
По стороне полосы с параметрами В0 иВ] выкатан конус деформации 2 (С1Д1), полученный в результате непосредственного обжатия полосы
обжимным и калибрующим участками вертикальной пары валков. Для наглядности дальнейшего рассмотрения процесса формоизменения обозначим на полосе точкиА! и Б1.
Рассмотрение процесса прокатки начнем с обжатия полосы горизонтальной парой валков (рис. 1), при этом оси поворота пар валков перемещаются из положения 0% и 0\ в положение О?
и 0\. Скорость о0 осей поворота валков О1 и 02 изменяется от нуля до некоторого значения (рис. 4), при повороте валков на угол ф\. Окружная скорость горизонтальных валков изменяется согласно кривой ивг. Окружную скорость вертикальной пары валков ивв не рассматриваем, т.к. эта пара валков не контактирует с полосой. Отсутствие контакта горизонтальной пары валков с полосой на участке 0г-02 обеспечивает «разгон» осей валков до некоторой скорости и0, близкой к окружной скорости валков ивг, для снижения динамических усилий на полосу в момент начала обжатия.
Далее в контакт с полосой вступает т.61 горизонтальной пары валков и начинается обжатие полосы калибрующими 61В1 (см. рис. 1), затем обжимными участками в^. В конце процесса обжатия оси горизонтальной пары валков займут положение О?. На полосе по стороне Н0, Н] выкатается
готовый профиль К2К1 длиной пЛ (см. рис. 2) и конус деформации К2М2. При этом полоса прокатными валками перемещается вдоль оси прокатки относительно осей валков в сторону готового про-т(Х+1)
филя на величину —-—. В результате чего точки Аь Б1 (см. рис. 1) переместятся в сторону гото-
т(Х +1) ,
вого профиля на величину —-— (см. рис. 2).
За счет линейного смещения металла при деформации полосы горизонтальной парой валков часть полосы со стороны ее исходных размеров Н0, В0 переместится в сторону исходной полосы
т(Х-1)
вдоль оси прокатки на величину —1——-. Это
объясняется тем, что деформируемый объем подачи равен тЛН-А - тНйВй. Следовательно, длина готового профиля, ограничивающая объем подачи в начале обжатия горизонтальной парой валков равна тХ, а в конце обжатия этой парой длина исходной заготовки, ограничивающая объем подачи, равна т. Тогда линейное смещение металла равно тХ-т = т(Х-1). Учитывая, что одной парой валков смещается половина объема подачи, то линейное смещение металла в сторону исходной полосы после деформации горизонтальной парой
т(Х—1) валков равно —-—.
В результате указанного линейного смещения точка Б] дополнительно переместится в сторо-
т(Х-1)
ну исходной полосы на величину —^—- (см.
рис. 2). Таким образом после обжатия горизонтальной парой валков, точка Б! переместиться вдоль оси прокатки в сторону готового профиля на величину подачи т. Так как расстояние между точками Б] и С1 (см. рис. 1) должно остаться неизменным, то точка Сь находящаяся на стороне полосы В0, Вь окажется также смещенной в сторону готового профиля на величину подачи т.
В дальнейшем рабочие поверхности горизонтальной пары валков выходят из контакта с полосой, валки поворачиваются на угол ($, а оси этих
валков переместятся в положение О*. Этим завершается процесс обжатия горизонтальной парой валков в рассматриваемом цикле прокатки и начинается процесс обжатия вертикальной парой валков, которые в процессе прокатки горизонтальной парой валков поворачивались вокруг своих осей, как показано на рис. 1, 2, а оси этих валков синхронно с осями горизонтальной пары перемещались со скоростью и0 вдоль оси прокатки из положения 0\ в положение 0\ .
При перемещении осей вертикальной пары валков из положения 0% в положение 0\ их рабочие поверхности повернутся на угол <?%, и точка г2 рабочей поверхности вертикальной пары окажется на вертикальной линии, проходящей через ось их поворота. После этого начнется обжатие полосы указанной парой валков. Величина подачи полосы для обжатия вертикальной парой валков, как было сказано выше и видно из рис. 2, равна т.
В процессе деформации обжимным участком г2в2 вертикальной парой валков на полосе выкатается конус деформации С2Б2, а калибрующим участком в2б2 этой пары валков выкатается готовый профиль длиной тХ (Б2, Б]) (рис. 3). При этом точки Аь К1 за счет линейного смещения металла, т(Х-1)
равного —~—, по аналогии с прокаткой горизонтальной парой валков, переместятся в сторону готового профиля. За цикл прокатки горизонтальной и вертикальной парами валков точки А1 и К1 переместятся на величину тХ и на полосе выкатается готовый профиль длиной тХ.
При дальнейшем перемещении осей вертикальной пары валков из положения 0\ в положение 0\ и повороте этих валков на угол <р\ заканчивается процесс деформации вертикальной парой валков и начинается новый цикл шаговой прокатки.
Отметим, что при деформации полосы вертикальной парой валков оси 0\ горизонтальной пары валков перемещаются синхронно с осями Ог вертикальной пары вдоль оси прокатки (см. рис. 3).
При этом валки горизонтальной пары, вращаясь вокруг своих осей, не контактируют с полосой.
Перемещение полосы валками на величину
Щ^2 ^ в СТ0Р0НУ готового профиля обеспечивается при выполнении условия (см. рис. 4)
РОС 0,0 о _ т(Л
^1 -оп -,3У1 _ 2 ’
Это достигается соответствующим соотношением между скоростью возвратнопоступательного перемещения осей поворота валков и окружной скоростью рабочей поверхности валков.
Достоинством нового способа шаговой прокатки, наряду с осуществлением подачи полосы прокатными валками без применения операции ее кантовки в каждом шаге деформации, является доведение углов поворота двух пар прокатных валков за цикл шаговой прокатки при обжатии полосы до 280 град, возможность «автоматического» восстановления проектного режима подачи полосы после принудительного его изменения в процессе прокатки.
Предложенный способ шаговой прокатки реализован на созданном опытном прокатном стане, установленном в лаборатории ЮУрГУ*.
Проведенные экспериментальные и опытные работы показали, что все технологические приемы и операции выполняются в соответствии с изложенными закономерностями.
Практическое использование предложенного способа шаговой прокатки наиболее эффективно при малотоннажном производстве сортового проката и труб из черных и цветных металлов.
Литература
1. Пат. № 1834724 РФ.Б.И.1993. № 30. Способ шаговой прокатки.
2. Пат. № 2072140РФ.Б.И. 1997. № 2. Способ шаговой прокатки.
3. Коваль Г.И. Новые принципы в технологии и оборудовании для полосовой шаговой прокатки /I Изв. вузов. Черная металлургия. — 1997. - №3. — С. 29-31.
4. Коваль Г.И. Принципиальные основы нового процесса сортовой шаговой прокатки // Производство проката. -1999. -№7. - С. 43-46.
5. ПатМ 2252830 РФ. Б.И. 2005. № 15. Способ шаговой прокатки.
‘Работа финансировалась Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
