книги из ГПНТБ / Чекмарев, А. П. Гнутые профили проката

После преобразований

где Ab[ — поперечная вытяжка (уширение изогнутого участка про­

чину утонения при изготовлении уголков из заготовки со следую­ щими характеристиками: толщина 4,85—4,91 мм; временное сопро­ тивление 413 МН/м2 (41,3 кгс/мм2), предел текучести 245 МН/м2 (24,5 кгс/мм2); относительное удлинение 22,0%.

По результатам этого исследования был построен график зави-. симости относительного утонения от величины суммарного угла подгибки (рис. 42, а, кривая /). Как отмечают авторы, интенсив­ ность утонения полосы при подгибке на углы более 30° заметно умень-4 шается. Кривую 1 можно заменить близкой к ней прямой 2. В даль­ нейшем будем считать, что характер изменения относительного уто­ нения в зависимости от угла подгибки выражается прямой 2. Маршрут профилирования уголков на заводе «Запорожсталь» предусматри­

уголков различной толщины в зависимости от величины углов под­ гибки.

70

Пользуясь графиком, можно при известной толщине Исходной заготовки определить АS,- для любой формующей клети.

Величину AS,- можно определить и по формуле, предложенной в работе [33] для сортамента станов тяжелого типа:

Как отмечают авторы, эта формула действительна для профилей с внутренними угловыми радиусами:

г = (1 -4-2,5) S 0.

Если записать формулу (28) в виде

(29)

то, по данным завода «Запорожсталь», коэффициент kt = 0,40-4-0,06 для уголков из углеродистых сталей, при S„ = г = 3, 4, 5 мм, где г — радиус закругления на готовом профиле, равный радиусу закругления валка.

При проектировании калибров необходимо учитывать, что по­ перечная вытяжка в месте изгиба распределяется на два соседних прямолинейных участка. Свободные полки профиля (крайние пря­ молинейные участки поперечного сечения профиля) удлиняются в каждом проходе на величину, равную половине величины попереч­ ной вытяжки Abt соседнего участка изгиба.

Упрощенный метод учета поперечной вытяжки применен ка­ либровщиками завода «Запорожсталь». По этому методу вначале рассчитывают ширину заготовки, принимая х = 0,5, а затем на основании опытных данных о действительной ширине заготовки при формовке подобных профилей принимают для калибровки новую, уменьшенную ширину заготовки. Разность между ними считают величиной АЬ.

Без больших погрешностей можно предположить, что величина поперечной вытяжки пропорциональна углу подгибки в этом про­ ходе. Зная конечный угол подгибки а и угол подгибки а £ и клети t, поперечную вытяжку за один проход Ай,- можно определить по формуле

(30)

СКРУЧИВАНИЕ ПРОФИЛЕЙ ВОКРУГ ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ

При формовке несимметричных профилей наблюдается скручи­ вание их вокруг продольной оси в сторону меньшей полки. Ме­ ханизм скручивания профилей мало изучен. Одной из причин скру­ чивания является возникновение в профиле различных для разных полок напряжений.

Второй причиной является неодинаковая длина участка плавного перехода при подгибке разных по величине полок на одинаковый

71

угол. Действительно, выше было установлено,, что чем больше ши­ рина полки, тем больше длина участка плавного перехода. Кроме того, кромки полосы проходят разный путь, так как диаметр валка для большей полки больше, чем для меньшей.

И, наконец, третья причина, вызывающая винтообразное искри­ вление (только для случая формовки отдельными полосами), обу­ словлена тем, что в контакт с нижним валком вступает сначала большая полка. Созданная таким образом на переднем конце де­ формация скручивания распространяется затем по всей длине полосы.

Для ликвидации скручивания профилей применяют подгибку различных по величине полок на разные углы с тем, чтобы полки находились на одной горизонтали.

Многие исследователи ошибочно считают, что этим способом устраняется вредное влияние разности окружных скоростей валков. На самом же деле происходит выравнивание длин участков плавного перехода для различных полок.

При непрерывном профилировании скручивание профилей малых сечений и толщин устраняется при помощи установленного за по­ следней рабочей клетью стана специального устройства, состоящего из станины и поворотной обоймы с проводками скольжения или с четырьмя неприводными роликами, оси вращения которых взаимно перпендикулярны и находятся в одной вертикальной плоскости. Настройкой этого устройства обеспечивается возможность поворота обоймы с проводками скольжения или качения вокруг оси профили­ рования в сторону, противоположную скручиванию профилей.

При поштучном профилировании этот способ применять нельзя в связи с невозможностью устранения скручивания передних и зад­ них концов несимметричных профилей.

В процессе освоения производства холодногнутых несимметрич­ ных профилей из отдельных заготовок с целью устранения скручи­ вания профилей вокруг их продольной оси осуществляли защемле­ ние одной полки в калибрах путем осевого смещения верхних вал­ ков пред^истовой и чистовой клетей стана, а также устанавливали расположенные за этими клетями станинные ролики в наклонное положение. Эти меры оказались мало эффективными, так как не обеспечивалась устойчивая настройка стана и скручивание несим­ метричных профилей уменьшалось лишь частично.

Для ликвидации скручивания профилей вокруг продольной оси при формовке их из отдельных полосовых заготовок было предло­ жено осуществлять в наклонных калибрах рабочих валков предчистовой и чистовой клетей стана постепенный поворот профилей в сто­ рону, противоположную скручиванию [35]. Конструкция наклон­ ного калибра рабочих валков для производства несимметричных холодногнутых швеллеров показана на рис. 43.

Для получения заданной ширины обеих полок часть калибра, в которой изгибается меньшая полка, с целью ограничения одно­ стороннего поперечного перемещения деформируемого металла, выполняется врезом в один валок.

72

Для обеспечения надежных условий передачи профилируемых штук из клети в клеть при скорости профилирования до 2,5 м/с и устранения скручивания в разработанных калибровках преду­ смотрен наклон калибров предчистовой и чистовой клетей стана. Угол наклона калибров у может быть определен из следующего выражения:

где В и b — ширина большей и меньшей полок профиля;

К— коэффициент скручивания, численное значение ко­ торого при производстве несимметричных профилей высотой h от 32 до 50 мм может быть принято для предчистовой клети равным 4, а для чистовой 8.

Угол наклона калибров при производстве несимметричных про­ филей высотой h = 32—50 мм можно определять по графикам

(рис. 44, а):

у = /ДВ,

тричных профилей высотой 7i > 50 мм можно, интерполируя графики зависимости коэффициента скручивания К от величины h (рис. 44, б).

Предложенный способ компенсации скручивания профилей может быть использован при разработке калибровок валков для произ­ водства промышленных партий несимметричных холодногнутых профилей различных типоразмеров. Применение в последних ра­ бочих клетях стана валков с наклонными калибрами позволяет повысить точность размеров профилей благодаря предотвращению скручивания их вокруг продольной оси, сократить потери металла, облегчить и ускорить настройку валков профилегибочного стана.

73

В ряде случаев угол наклона калибра нужно уточнять на осно­ вании опытных данных. На заводе «Запорожсталь» испытан эффек­ тивный способ ликвидации скручивания. Рассмотрим этот способ на примере калибровки профиля «брус жатки» размерами

66x69x50x5 мм.

Рис. 45. Схема формовки профиля «брус жатки» 66X69X50X5

Сущность способа состоит в том, что наружную часть большей полки профиля подгибают на угол а (рис. 45), превышающий задан­ ный. В данном случае конечный угол ее подгибки должен быть 30°, а уже в клети VII он достигает 36°. Затем эту часть полки постепенно отгибают до заданного угла, одновременно продолжая подгибать меньшую полку. Таким образом создается усилие, препятствующее винтообразному искривлению профиля.

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ КАЛИБРЫ

Рабочим инструментом профилегибочного стана являются про­ фильные валки, набранные на горизонтальные оси. Оси верхнего и нижнего валков располагаются горизонтально. В процессе профи­ лирования полоса сначала встречается с нижним валком, затем верх­ ний валок осаживает ее в ручей нижнего валка.

. Для определения осуществляющей подгибку силы Q рассмотрим направление сил, возникающих при подгибке равнополочного швел­ лера (рис. 46, а).

Для определения Q найдем момент пластического изгиба прямо­ угольной пластины длиной I и толщиной 5, где / — длина участка

74

плавного перехода (длина очага деформации). Изгибающий момен-f равен

Рнс. 46. Схема приложения сил при подгибке полки профиля горизон­ тальными (а) н вертикальными (б) валками

Для прямоугольного сечения момент сопротивления W == Нутах, где I = hb3/ 12 — момент инерции сечения.

В нашем случае

Приравнивая правые части выражений (33) и (34), подставляя значение W и решая относительно Q, получим

В последних чистовых клетях стана для получения требуемого угла подгибки необходимо увеличить усилие изгиба Р.

75

Для пояснения изложенного рассмотрим схемы приложения сил при формовке профиля в клети с горизонтальными валками (рис. 46, а) и в универсальной клети (рис. 46, б).

При пбдгибке полок горизонтальными валками

менять в чистовых клетях стана, где суммарный угол подгибки велик, тогда для формовки профиля потребуется небольшое усилие Р.

Установка в составе профилегибочного стана одной или несколь­ ких универсальных клетей (количество их определяется калибров­ кой) обеспечивает ряд преимуществ. Расширяется сортамент стана благодаря возможности производства тонкостенных профилей слож­ ной, закрытой и полузакрытой формы поперечного сечения. Уста­ новка вертикальных валков дает возможность формовать профиль

вменьшем количестве клетей и снижает затраты на дорогостоящий профилегибочный инструмент. Увеличивается стойкость профильных валков и улучшается качество поверхности холодногнутых профилей, так как отпадает необходимость в глубоких врезах в валки и тем самым устраняется вредное влияние разности их окружных скоростей

вкалибре. Использование универсальных клетей обеспечивает полу­ чение профилей с более точными размерами. Простота формы вал­ ков универсальной клети позволяет снизить трудоемкость их изготов­ ления и унифицировать парк.

ВАЛКИ С РАЗДЕЛЬНЫМ ВРАЩЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ

Профильные шайбы крепятся на валах клетей всех известных профилегибочных станов одинаково. Подгибка элементов профиля и продвижение его вдоль стана осуществляется в калибрах, имеющих одинаковую окружную скорость верхнего и нижнего валков только по основному или, как его принято называть, формующему диаметру.

Из анализа скоростного режима профилирования следует, что скорость движения профилируемой полосы определяется суммарным воздействием на нее верхнего и нижнего валков.

Если окружную скорость валков по основному диаметру v0 при­ нять равной скорости продольного перемещения профиля вдоль стана, на формующих поверхностях шайб диаметром D x (рис. 47), окружная скорость будет равна

где D0. н — основной диаметр нижнего валка.

76

Существование разности между скоростями формуемого профиля и элементов калибра приводит к непроизводительным энергетическим потерям, к повреждению профилей (к появлению на их поверхности дугообразных царапин, рисок, задиров, вмятин, вдавлин и т. п.), а также к интенсивному износу рабочих участков калибров и нара­ стающему изменению размеров профилей.

При изготовлении профилей из отдельных заготовок разность окружных скоростей по высоте калибров усугубляет перегибку полок на передних и разгибку их на задних концах профилей.

В настоящее время для уменьшения трения скольжения и улуч­ шения качества профилируемых профилей применяют смазку, при расточке верхнего валка предусматривают освобождение его от кон­ такта с профилем (угол освобождения до 1°).

Для устранения перечисленных недостатков предложено валки сделать разрезными. Средние профильные шайбы валков, показан­ ных на рис. 47, обеспечивают передачу крутящего момента, а край­ ние профильные шайбы другого диаметра, свободно вращающиеся в подшипниках качения на приводном валу, осуществляют формовку.

Окружная скорость неприводных элементов валков примерно равна скорости перемещающегося профиля. Благодаря этому сво­ дится к минимуму разность между скоростями профиля и рабочей поверхности валков, что обеспечивает улучшение качества готовых профилей, уменьшение износа валков, снижение затрат энергии на профилирование. Для уменьшения трения между торцовыми поверх­ ностями приводных и неприводных шайб устанавливаются упорные подшипники.

Валками подобной конструкции могут быть оснащены станы, предназначенные для получения холодногнутых профилей из хро­ мистых и нержавеющих сталей с поверхностью высокого качества.

СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ ПРИ ПРОФИЛИРОВАНИИ

Существуют различные методы определения усилий, возникаю­ щих при взаимодействии полосы с профилирующими валками. Точно определить усилия, возникающие при профилировании, весьма сложно, так как они зависят от многих факторов: конфигурации и размеров профиля и калибра, числа одновременно формуемых мест изгиба, настройки стана, величины прижатия валков и др.

Интересную методику определения усилий, возникающих при профилировании, предлагает Меккельт [36]. Он принимает, что контакт заготовки с валками происходит в месте пересечения окруж­ ностей максимальных диаметров на расстоянии т от их центра (рис. 48, а). Изменение формы заготовки начинается в тот момент, когда она оказывается в контакте с обоими валками (рис. 48, 6) и заканчивается в выходном сечении калибра (рис. 48, в).

Изгиб кромок заготовки происходит под действием сил Р ь со­ здающих изгибающий момент М г:

78

Под действием изгибающих моментов М г при установившемся процессе кромки заготовки изгибаются на некоторой длине, которая согласно данным Меккельта, может быть определена графически —■ исходя из того, что угол, образованный лучами, соединяющими точку начала участка плавного перехода с центрами валков (у/2), должен быть в два раза меньше угла, образованного лучами, соединяющими точку начала захвата заготовки валками с центрами валков (у).

%

Р СР2 — сила прижатия валков — зависит от зазора, принятого при настройке, а также пружины клети. Эта сила может быть определена экспериментально.

Значения давлений, рассчитанные по формуле (42), больше за­ меренных на стане. Это вызвано тем, что в формулу введено времен­ ное сопротивление сгв. Правильнее заменить его на предел теку­ чести стт, причем необходимо учитывать рост стт с увеличением углов подгибки.

Формулу (41) можно представить как

М тг = a4W,

где W — момент сопротивления сечения.

79