5. Прокатка полосы с натяжением

Для более устойчивого ведения процесса прокатки, повышения качест­ва полосы и уменьшения давления металла на валки при холодной про­катке к заднему концу полосы (перед входом в валки) прикладывается заднее общее усилие натяжения To~oohobo, а к переднему концу поло­сы (по выходе из валков) —переднее общее усилие натяжения Т\ =

• oih_{bi, где сто и о\—удельное заднее и переднее натяжение полосы; h₀ и h\—толщина полосы до и после прокатки; b₀=b\ = b — ширина полосы (уширением при прокатке пренебрегаем ввиду его незначитель­ности) .

Усилия натяжения создаются:

1. при холодной прокатке на реверсивном одноклетевом стане — задней (Т₀) и передней (Г,) моталками;

Рис. 11.21. Направление усилий при прокатке полосы с натяжением: а —заднее натяжение больше переднего (7'о>7'|); б—переднее натяжение больше заднего (Ti>T₀); I, 111 — силы, действующие от валков на металл; II—IV —то же. от металла на валки

2. при холодной прокатке на нереверсивном многоклетевом непре­рывном стане: а) валками предыдущей (Г₀) и последующей (Т_{) кле­тей, вращающимися с большей разностью окружных скоростей, чем это необходимо при прокатке без натяжения; б) задней моталкой (Т₀) и последующей клетью (Гз); в) передней моталкой (Г]) и предыдущей клетью (Т₀).

В общем случае заднее усилие натяжения полосы Г₀ не равно пе­реднему усилию натяжения полосы Т_и т.е. ТоФТ\, поэтому общее дав­ление (усилие) на валки Р не будет направлено вертикально, как при идеальном процессе прокатки без натяжения (см. рис. 11.18).

Рассмотрим три возможных случая:

Первый случай: заднее усилие натяжения полосы больше пе­реднего (7’₀>7’₁) (рис. 11.21, а).

Разность усилий натяжения (Т₀—Тi)/2 (для верхней половины зо­ны деформации) направлена влево; для того чтобы процесс прокатки был равномерным, т. е. чтобы проекция всех сил, действующих на ме­талл в зоне деформации, была равна нулю, необходимо, чтобы горизон­тальная проекция X усилия Р, действующего со стороны валка на ме­талл, была направлена вправо, т. е.

(Т₀-^Т_})12-Х = 0, откуда

X = (Т₀ — 7\)/2. (11.38)

Если сила X направлена вправо, то усилие, действующее со стороны валка на металл Р, тоже направлено вправо. Поскольку действие равно противодействию, то усилие Р, действующее со стороны металла на ва- ки, направлено влево и вверх.

Таким образом, при прокатке с натяжением, когда Т₀>Т_и усилие Р, действующее на валок, направлено под некоторым углом в сторону зад­него (большего) усилия натяжения полосы.

Второй случай: переднее усилие натяжения полосы больше зад­него (Т_{>Т₀) (рис. 11.21, б).

Для верхней половины зоны деформации разность усилий натяже­ния (Г 1—Г₀) направлена вправо; из условия равновесия сил, действую­щих на металл, горизонтальная проекция X усилия Р, действующего со стороны валка на металл, должна быть направлена влево, т. е.

{Ti - T_Q)/2 — X = О, X = (Т₁ — Т₀)/2. (II.38а)

Значит усилие Р, действующее со стороны валка на металл, направ­лено тоже влево, а усилие Р, действующее со стороны металла на вал­ки — вправо.

Таким образом, при прокатке с натяжением, когда Т_{>Т₀, усилие Р, действующее на валок, направлено под некоторым углом в сторону пе­реднего (большего) усилия натяжения полосы.

Третий случай: усилие заднего натяжения равно усилию перед­него натяжения (T₀==Ti).

В этом случае разность усилий натяжения равна пулю, значит, и си­ла X должна быть равна нулю. Но если горизонтальная проекция силы X равна нулю, то, значит, сама сила Р направлена вертикально.

Таким образом, при прокатке с натяжением, когда Т₀ = Тt, усилие, действующее на валок, направлено вертикально, как при идеальном про­цессе прокатки без натяжения (см. рис. 11.18).

Определим теперь крутящий момент на валке при прокатке полосы с натяжением.

Из рис. II.21 следует, что плечи а и с приложения вертикальной У и горизонтальной А^г проекций усилия Р, действующего на валки, равны:

a = sin |3 = D/2 sin 0; с = R cos (3 — D/2 cos р,

где р — угол приложения равнодействующей давления металла на вал­ки, т. е. усилия Р.

Составим уравнение моментов сил относительно оси вращения валка:

М_х =* Pa_± =Ya± Хс, (11.386)

где знак «плюс» для случая T_Q>T\, а знак «минус» для случая Т\>То.

Очевидно, что в первом случае момент больше, чем во втором, т. е. заднее натяжение увеличивает момент прокатки, а переднее уменьшает. Таким образом, для уменьшения момента прокатки (т. е. момента на валках, требующегося от электродвигателя для осуществления процесса прокатки) желательно увеличить переднее усилие натяжения с тем, что­бы оно было больше заднего усилия натяжения. Как уже указывалось выше, для повышения качества готовой полосы (получения гладкой и ровной поверхности) также желательно применять наибольшее усилие переднего натяжения (на выходе из валков). На практике удельное

переднее натяжение ai применяют больше удельного заднего натяжения сто, но так как hi<h_0l то при этом оказывается, что общее усилие перед­него натяжения полосы T\*=\Q\h\b приблизительно равно общему усилию заднего натяжения полосы T₀ = o₀li0b.

Из уравнения (11.386) следует, что

М_х — [Y sin р + (Т₀ — Tj)/2 cos р] DI2. (11.39)

Поскольку среднее давление металла на валок при прокатке с натя­жением рср и без натяжения р_ср определены для горизонтальной проек­ции дуги захвата [см. формулу (II.8), (II.9), (11.11) и (11.20) и рис. II.1 и Н.6], то очевидно, что вертикальная проекция общего усилия (направ­ленного не вертикально) равна

Y~P%lb, (П.40)

где / — горизонтальная длина контакта {l^VRAh)\ b — ширина по­лосы.

Для определения момента прокатки Mi (для одного валка) по фор­муле (II.39) необходимо также знать величину центрального угла р приложения равнодействующей Р на дуге захвата или, что то же самое, плечо а приложения силы Y согласно формуле (11.386).

Теоретическое определение угла {3 или плеча a=/?sin р с учетом на­тяжения полосы при прокатке представляет большие трудности.

Согласно экспериментальным данным, можно принимать следующие значения коэффициента плеча приложения равнодействующей \р=а/1 при холодной прокатке стальной полосы: с обжатием е = 0,4-г-0,1 в вал­ках с зеркальной поверхностью и со смазкой ф = 0.2-4-0,3; с матовой по­верхностью без смазки a|?==0,25-н0,35 (меньшим обжатиям соответству­ет большее значение г|э).

Следует при этом отметить, что до настоящего времени проведено весьма небольшое число указанных экспериментов, а влияние натяжения полосы в этих экспериментах точно не выявлено.

Возвращаясь снова к формулам (11.38) и (II.39), отметим следую­щее. Обычно холодную прокатку осуществляют при весьма небольших углах захвата а=3-^-6°, при которых угол приложения равнодейству­ющей р»1-т-3°. Очевидно, что вполне можно принять cosf5«l, тогда формула (II.39) принимает вид (для одного валка)

M_t = Ytyl + [(7₀ — TJ/2] R. (II.39а)

При выборе мощности электродвигателя надо исходить из максималь­ного значения момента прокатки, который может быть в том случае, когда переднее натяжение полосы весьма незначительно по сравнению с задним или равно нулю (Г^О).

Тогда момент прокатки для двух валков будет равен

Мпр — Л/щах — 2УЧ|)/ -j- То R- (11.41)

Выше уже говорилось, что при То&Т_х равнодействующая Р давле­ния металла на валки направлена почти вертикально, поэтому Рл: Y. Однако при расчете валков на прочность надо иметь в виду, что на прак­тике возможны случаи прокатки полосы, когда одно из натяжений (заднее или переднее) незначительно по величине или равно нулю. Тог­да равнодействующая Р отклонена от вертикали на угол

tg 0 = X/Y = (Т₀ — 7\)/2Г « TJ2Y & TJ2Y

и максимальное значение усилия Р, действующего на валки, равно

Р = YI cos0,

где вертикальная составляющая Y равнодействующей Р определяется по формуле (11.40).

Рассматривая еще раз уравнение (11.39), отметим следующий воз­можный на практике случай. Если при небольшом усилии заднего на­тяжения Т₀ усилие переднего натяжения Т_{ будет увеличиваться, то вто­рой член в скобках станет отрицательным и может наступить такой мо­мент, когда

Ysin$ = [(T₁ — T₀)/2] cos р.

При этом оказывается, что момент привода, прилагаемый к валку от электродвигателя, равен нулю (М^О, если не учитывать потерь на тре­ние в подшипниках валка), а это значит, что равнодействующая давле­ния металла на валок направлена по радиусу в центр валка. В этом случае прокатка происходит не за счет вращения валков от электродви­гателя (шпиндели привода валков могут быть отсоединены), а только за счет натяжения полосы, причем усилие переднего натяжения должно быть значительно больше усилия заднего натяжения. Усилия на валки У и Р в зависимости от натяжения полосы при этом

Р = X/sin Р = (7\ — Т₀)/2 ■ IШ {5. (11.42)

В данном случае (при Afj=0) происходит уже не процесс прокатки, а процесс протяжки (волочения) полосы между двумя холостыми вал­ками.

Следует отметить, что на практике этот процесс не получил приме­нения, так как оказалось, что работать по этой схеме можно только при небольших обжатиях, повысить которые не позволяет прочность полосы (при наличии мелких трещин — концентраторов на ее боковых кромках) при растяжении ее большим передним натяжением. Однако этот способ применяется при правке полосы натяжением ее в валках и дрессировке полосы (правки — прокатки с небольшими обжатиями, порядка 1—3%, с целью поверхностного упрочнения полосы).