4. Проектирование режимов и технологии прокатки

4.1. Режим обжатий

На режим обжатий накладываются ограничения по усилиям, мощностям, моментам прокатки и скоростным диапазонам, при этом оборудование не должно перегружаться. Усилие, момент и мощность прокатки конкретного типоразмера в проходе или клети зависят от многих факторов, но целесообразно и существенно их можно изменять только изменением обжатий.

Рис. 4. Режимы обжатий, применяемые при холодной прокатке[4]

На отечественных и зарубежных станах холодной прокатки распределение обжатий по клетям производится по двум принципиально различным схемам (рис.4. а,г).

По первой схеме (рис.4. а), относительные обжатия уменьшаются от первой клети к последней. Такое распределение обжатий предполагает максимальную деформацию металла при относительно больших толщинах полосы, что является энергетически выгодным. Эта схема применяется при прокатке относительно толстых полос, а также при прокатке тонких полос из подката с минимальной разнотолщинностью и хорошей планшетностью.[4]

Разновидностью этой схемы является схема, предусматривающая некоторое уменьшение частного обжатия в первой клети (рис.4. б). Целесообразность применения более низких обжатий в первой клети обуславливается тем, что относительная разнотолщинность полосы в большей степени снижается при прокатке ненаклепанного металла с наибольшими обжатиями.[4]

По четвертой схеме (рис.4. г) частные обжатия во всех клетях, за исключением первой, устанавливаются примерно на одном уровне. Применение меньших относительных обжатий в первой клети обусловлено изложенными выше соображениями. Схема с уменьшением обжатия в последней клети (рис.4. в) используется в случае применения насеченных рабочих валков в данной клети. Это способствует выравниванию усилий по клетям и улучшению температурных условий прокатки.[4]

С учётом особенностей прокатки на каждом конкретном стане и требований, предъявляемых к качеству готовой продукции, эти схемы могут претерпевать незначительные изменения. [4]

Для выбора распределения обжатий в курсовой работе используются две схемы. Согласно первой схеме в первой клети выбирается небольшое относительное обжатие, во второй оно максимальное, и далее по клетям обжатие уменьшается. Вторая схема распределения обжатий, соответствующая режиму на рис.4. а, выбрана исходя из примерного равенства мощностей по клетям. Особенностью принятых на стане 2030 режимов обжатий является использование очень малых обжатий в последней клети (2..5%). [7] Величина удельного натяжения устанавливается в пределах 0,2σ₀₂, где σ₀₂ – условный предел текучести металла с учетом наклепа.[13]

Для расчёта среднего давления и полного усилия прокатки в данной работе применяется методика Целикова А.И. В ней приведены следующие допущения:

• постоянство предела текучести металла в очаге деформации, равного полусумме предела текучести до и после прокатки;

• отсутствие зоны прилипания;

• постоянство коэффициента трения на всей поверхности контакта металла с валками;

• равномерное распределение нормальных напряжений и скорости движения металла по поперечному сечению полосы;

• отсутствие уширения полосы при прокатке;

• замена дуги контакта хордой. [2]

Эти допущения учитывают все особенности холодной прокатки (натяжение, сплющивание) и реализуются в достаточно простом алгоритме расчетов.

1. Абсолютное обжатие в данной клети, мм:

Δh = h_i-1 – h_i;

где h_i-1 – толщина металла на входе в клеть, мм;

h_i – толщина металла на выходе из клети, мм.

2. Длина дуги контакта металла с валками, мм:

где R – радиус рабочего валка, мм.

3. Относительное обжатие:

Суммарное обжатие за проход, %:

где H – толщина подката, мм;

– толщина в i-ой клети, мм.

4. Скорость прокатки в i-ой клети, при заданной скорости выхода полосы из последней клети:

5. Коэффициенты трения определяем по формулам Грудева А.П.: для первой, второй, третей и четвертой клетей воспользуемся формулой для слабошероховатых валков:

где: k_см– коэффициент, учитывающий природу смазки (для квакерола k_см=1,3);

 – относительное обжатие, %,

R_z – высота неровностей рабочих валков, мкм;

𝜈₅₀ – кинематическая вязкость эмульсола при 50С, мм²/с, 𝜈₅₀ =30 мм²/с;

v_B – окружная скорость рабочих, м/с.

Для последней клети, так как в них используются валки насеченные по 6 классу шероховатости поверхности используем следующую формулу:

где: R_z – высота неровностей рабочих валков, мкм;

 – относительное обжатие, %,

Эта формула справедлива для 𝜀 > 10% и R_z = 0,8-6,3 мкм. [10]

6. Так как температура и скорость деформации на сопротивление деформации холоднокатаного металла влияют незначительно, то за сопротивление деформации примем условный предел текучести, МПа:

;

где – условный предел текучести материала полосы в ненаклёпанном состоянии, МПа; а, n – коэффициенты наклёпа металл. Для стали HC420LA МПа, а=23,138, n=0,689. [8]

7. Деформационный коэффициент:

8. Сопротивление чистому сдвигу:

9. Коэффициент, учитывающий натяжение:

где σ₀ и σ₁– удельные натяжение полосы перед клетью и после соответственно.

10. Толщина полосы в нейтральном сечении, мм:

где ξ₀ и ξ₁ - коэффициент, учитывающий натяжение соответственно в предыдущем и последующем межклетьевом промежутке.

11. Среднее давление, МПа:

где параметры с индексом 0 относятся ко входу в клеть, а с индексом 1 – к выходу из клети.

12. Коэффициент, учитывающий сплющивание валков, мм:

где _{1, 2} – коэффициент Пуассона для материала валков и полосы; Е_1, Е₂ – модуль Юнга материала валков и полосы соответственно.

13. Длина дуги контакта металла с валками с учетом сплющивания, мм:

Итерация продолжается до тех пока следующее условие не будет выполнено условие:

14. Усилие прокатки, МН:

15. Опережение находим по формуле Целикова А.И:

16. Скорость валков :

17. Момент прокатки определяем по формуле, представленной в работе [1, с.140], дающей результаты, приближенные к практическим, кНм:

­ ­- усилие натяжения, приложенное соответственно на входе и на выходе из очага деформации;

где – коэффициент плеча равнодействующей усилия прокатки,

;

– отношение, выражающее степень упругой деформации валков,

.

18. Момент, учитывающий трение в подшипниках жидкостного трения опорных валков, кНм:

где d_о =1,18 - диаметр цапфы опорного валка, м;

_o =0,003 - коэффициент трения в ПЖТ опорного валка [5];

Р - усилие прокатки, кН;

D_р=0,6, D_о=1,6 - диаметр рабочего и опорного валка, м;

19. Момент, учитывающий трение рабочих валков по опорным, кНм:

_к =0,187мм - коэффициент трения качения рабочего валка по опорному [5];

20. Момент на валу двигателя, кНм:

21. Мощность необходимая для прокатки, кВт.

22. Мощность приведенная к валу двигателя, кВт:

где – КПД элементов главной линии клети: шпинделя, редуктора и муфты соответственно.

23. Допустимые моменты прокатки приведенные к концам рабочих валков, кНм.:

-передаточное отношение;

для первой клети , для остальных .

24. Допустимое усилие прокатки принимаем равному максимальному усилию нажимного устройства: МН.