4.1.1 Двутавры с параллельными гранями полок Особенности прокатки балок

Форма двутавровых профилей существенно отличается от прямоугольного сечения исходной заготовки. Поэтому их невозможно получить, применяя равномерные обжатия по ширине профиля. Калибровку валков проектируют таким образом, чтобы получать максимальную неравномерность деформации в первых, разрезных закрытых или открытых калибрах (рисунок 65, а, б), когда металл имеет высокую температуру и более пластичен, чем в последующих проходах. Неравномерность деформации является главной особенностью прокатки всех фланцевых профилей, в том числе балок.

Рисунок 65 - Калибры, применяемые для прокатки двутавровых балок.

В этих калибрах вначале деформируется средняя часть заготовки, причем гребни ручьев, внедряясь в металл, вызывают вынужденное уширение заготовки. При дальнейшем обжатии гребнями начинается деформация крайних участков заготовки. В результате получается черновой двутавровый профиль. На последующих стадиях прокатки в зависимости от размера балок и типа стана применяют различные виды балочных калибров (рисунок 65 в—е): прямые закрытые, открытые, наклонные и универсальные. Деформация металла в этих калибрах имеет свои особенности.

Важной особенностью процесса прокатки в балочных калибрах является разновременность обработки валками различных элементов профиля. Разновременность обжатия фланцев и стенки вызывает перетекание металла из одних частей профиля в другие. На первых стадиях обжимаемые фланцы удлиняются и тянут за собой стенку, которая непосредственно валками не деформируется и сдерживает вытяжку фланцев. В результате вытяжка фланцев и стенки получится одинаковой, а поскольку стенка не обжимается, то металл для ее вынужденного удлинения перетекает из фланцев. Доля перетекающего металла зависит, главным образом, от отношения площадей стенки (шейки) и фланцев и температуры стенки. Чем больше данное отношение, т. е. чем массивнее стенка, тем труднее она поддается растяжению, а следовательно, тем больше металла перетекает из фланцев в стенку. С понижением температуры стенки также увеличивается ее сопротивление растяжению и, следовательно, возрастает количество металла, перетекающего из фланцев в стенку. Наряду с удлинением стенки происходит ее утонение.

На последней стадии деформации балки обжимается и удлиняется стенка, а вместе с ней вынуждены также удлиняться и фланцы, обжатие которых практически закончилось на предыдущих стадиях деформации. При этом металл, необходимый для удлинения фланцев, поступает из стенки балки. Если этого металла окажется недостаточно, то произойдет утяжка фланцев по высоте.

Значительное перемещение металла из одних частей фасонного профиля в другие приводит к появлению в очаге деформации дополнительных сжимающих и рас­тягивающих напряжений, в результате чего увеличива­ется усилие прокатки и расход энергии по сравнению с прокаткой простых сортовых профилей.

Разновременность захвата валками различных частей профиля и интенсивность перетекания металла зависят от коэффициентов обжатия полок и стенки, а также от величины уклонов фланцев. Наиболее ярко эти явления выражены при прокатке в черновых калибрах, где уклоны фланцев _он и _ов (рисунок 65, в) и обжатия элементов профиля достаточно велики. По мере приближения к чистовому проходу обжатие профиля и уклоны фланцев уменьшаются, причем боковое обжатие полки в закрытых фланцевых ручьях чистовых калибров часто не предусматривается. В соответствии с этим сокращается длина очага деформации и уменьшается количество металла, перетекающего из фланцев в стенку и наоборот. Указанные закономерности необходимо учитывать при проектировании, калибровок валков.

Открытые балочные калибры (рисунок 65, г) симметричны относительно горизонтальной оси, вследствие чего верхние и нижние фланцы профиля деформируются в одинаковых условиях. Поскольку каждый фланцевый ручей 4 врезан в один валок, то деформация фланцев балки в открытом калибре имеет те же особенности, что и в закрытых ручьях закрытого балочного калибра: под влиянием стенки фланцы протягиваются через ручьи как через волочильное очко со скоростью, равной разнице окружных скоростей валка на участках шейки и фланцев. Поэтому значительные боковые обжатия фланцев здесь невозможны, что является существенным недостатком открытых балочных калибров. Так как стенка балки получает большие обжатия, то принудительное выравнивание вытяжки по элементам профиля сопровождается: утяжкой фланцев и перетеканием металла из стенки во фланцы. Для увеличения интенсивности деформации фланцев применяют обжатие фланцев по высоте. Однако при этом возникает склонность к переполнению калибров и выдавливанию металла в межвалковый зазор, вследствие чего необходимо применять обжатие профиля по ширине в специальных ребровых проходах или вертикальными валками. По этой же причине уклоны наружных и внутренних граней фланцевых ручьев увеличивают до 25%.

Указанные особенности деформации металла определили применение открытых балочных калибров в качестве разрезных и черновых при прокатке крупных балок. Такие калибры имеют широкие тупые гребни и предназначены для получения чернового раската с широкой шейкой и сравнительно тонкими фланцами.

В наклонных калибрах (рисунок 65, д) ось стенки профиля расположена под углом = 15÷25° к горизонтали, а боковые стенки калибра и закрытые фланцевые ручьи врезаны в разные валки. Разъемы калибра и открытые (как, впрочем, и закрытые) фланцевые ручьи расположены по диагонали. С такой конструкцией калибра связаны следующие особенности деформации металла: создается возможность обжимать профиль по ширине между боковыми стенками калибра и, следовательно, исключить уширение полосы; увеличивается интенсивность бокового обжатия открытых фланцев и приращение их высоты; облегчается выход полосы из валков по сравнению с прокаткой в закрытых балочных калибрах за счет того, что балка прокатывается между подвижными относительно друг друга боковыми поверхностями наклонных ручьев, принадлежащих разным валкам, в то время как в закрытом балочном калибре происходит защемление полосы между боковыми стенками закрытого ручья, врезанными в один валок и неподвижными относительно друг друга. Однако при наклонном расположении калибров возникают осевые усилия Р = P₁+P₂ - Р₃, которые стремятся сдвинуть верхний и нижний валки в разные стороны. Для предотвращения сдвига на валках нарезают специальные упорные бурты 5, что вызывает значительные трудности в настройке и эксплуатации валков.

Применение универсальных балочных калибров (рисунок 65, е) создает наиболее благоприятные условия для прокатки двутавровых профилей. В таких калибрах стенка двутавра деформируется приводными горизонтальными валками, а полки обжимаются холостыми вертикальными валками и наружными поверхностями гребней горизонтальных валков. Путем соответствующей настройки горизонтальных и вертикальных валков достигают равномерной деформации (равенства коэффициентов обжатия) стенки и фланцев двутавра и тем самым исключают или уменьшают перетекание металла из одних элементов профиля в другие. Поскольку холостые вертикальные валки во время прокатки приводятся через полосу, то их окружная скорость в первом приближении равна скорости прокатки балки, что способствует уменьшению трения скольжения на наружных гранях полок по сравнению с прокаткой в закрытых балочных калибрах. Отмеченные условия прокатки положительно влияют на качество двутавров.

При прокатке в универсальном калибре фланцы профиля получают приращение по высоте, т. е. уширяются. Поэтому с целью получения заданной ширины полок применяют обжатие фланцев по высоте в специальных вспомогательных горизонтальных клетях.

В универсальных балочных калибрах можно прокатывать балки с параллельными гранями полок, что является важным преимуществом их по сравнению с другими калибрами. Для этого в чистовой универсальной: клети делают вертикальные валки строго цилиндрическими, а боковые грани горизонтальных валков без уклонов.