книги из ГПНТБ / Шор Э.Р. Новые процессы прокатки

ющиеся желоба отходят от оси прокатки, а прокатанное изделие убирается в карман 9. Натяжное устройство возвращает зажим­ ной патрон в исходное положение.

Для осуществления поперечно-винтовой прокатки периоди­ ческих профилей рабочие органы трехвалкового стана должны

отвечать следующим основным требованиям.

Участок с образующей, параллельной оси

Рис. 120. Схема калибровки рабочих валков для попе­ речно-винтовой прокатки

Тип рабочих валков ста!на (конусные или дисковые) опре­ деляют в зависимости от сортамента, который должен прока­ тываться на стане. Если предполагаемый сортамент разнообра­

зен по диаметрам исходных заготовок и включает изделия, тре­ бующие обжатие по диаметру больше 1,5, следует применять ко­ нусные рабочие валки. Конусные рабочие валки являются необ­ ходимыми также во всех случаях прокатки профилей малого диаметра (менее 20 мм).

Дисковые рабочие валки можно применять для прокатки пе,-.

риодических профилей круглого сечения с обжатием по диаметру

меньше 1,5 и с небольшими колебаниями в размерах исходных заготовок.

Калибровка рабочих валков должна строиться так, чтобы

образующая катающей поверхности валка составляла с осью заготовки угол а = 20° (рис. 120). В некоторых случаях при не­ значительных обжатиях (£<1,3) возможно увеличение угла а

до 30°.

Калибрующий участок катающего профиля должен иметь та­ кую длину, чтобы удовлетворялось неравенство:

Зап > v,

где а — длина калибрующего участка, мм;

п — число оборотов заготовки в секунду;

v — осевая скорость выхода металла из валков, мм!сек. Если указанное выше неравенство не будет со:блюденрг_то на

поверхности' заготовки возможно образование винтовой трех­ ходовой канавки.

204 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Радиусы закруглений г следует делать по возможности

большими и не менее 4—6 мм (в зависимости от диаметра про­ катываемого сечения и скорости выхода металла из валков).

Для конусных рабочих валко-в угол Ф наклона оси валка к оси прокатки должен быть таким, чтобы ось валка, ось заготов­ ки и общая образующая валка и заготовки при наибольшем об­

жатии пересекались в одной точке (точка А на рис. 120).

Рабочие валки должны иметь регулируемый угол наклона к оси прокатки (подобно тому, как это делается на прошив!ных станах трубопрокатных агрегатов) в пределах у = 0-ь 10°.

При заданной осевой скорости выхода металла из валков

угол у и величина осевого натяжения заготовки связаны обрат­

ной зависимостью. Ввиду того что величина осевого натяжения заготовки при прокатке на трехвалковом стане определяет ка­ чество изделия, конструкция подушек рабочих валков должна

обеспечивать удобную и точную регулировку этого угла.

Усилие осевого натяжения должно автоматически поддер­ живаться приблизительно постоянным при прокатке.

Осевая скорость выхода металла из валков является перемен­ ной, но должна иметь регулируемый верхний предел.

Зажимной патрон натяжного устройства должен иметь по возможности малый маховой момент и малый момент статичес­ кого сопротивления при вращении. В противном случае возмож­ но скручивание заготовки при прокатке. Заготовка при прокатке

должна возможно лучше центроваться как на входной, так и на выходной стороне стана. От качества центровки зависит качест­ во поверхности прокатанного изделия и точность выполнения профиля по копиру.

Вращение рабочих валков может осуществляться от общего

электродвигателя через шестеренную клеть и универсальные

шпиндели или от индивидуальных электродвигателей для каж­ дого рабочего валка. В последнем случае схема управления элек­ тродвигателями должна обеспечивать синхронизацию вращения рабочих валков. Привод рабочих валков (при конусных валках)

должен иметь автоматическое регулирование скорости, что не­ обходимо для прокатки заготовки с постоянным числом оборотов при переменных обжатиях.

2 . ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССА ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ

ПРОКАТКИ НА ТРЕХВАЛКОВОМ СТАНЕ •

Процесс поперечно-винтовсй прокатки широко применяется

для производства гильз и труб из сплошной заготовки на совре­

менных трубопрокатных станах.

1 При пользовании приведенными в настоящем разделе аналитическими зависимостями следует учесть, что многие расчетные формулы выведены

206 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

катка периферийного слоя порождает тенденцию к увеличению его периметра. Вследствие этого возникают радиальные растя­

гивающие напряжения во внутренних слоях заготовки, причем интенсивность этих напряжений по направлению к оси заготовки возрастает. Так как внутренние слои заготовки связаны с окру­ жающим объемом недефсрмированного металла, истечение металла от центральной-зоны к периферии затруднено. Поэтому

Рис. 122. Схема возмож­ ных направлении истече­ ния металла, смещаемо­ го валком при попереч­ ной прокатке (Г. А. Лив­

шиц)

г-*— I —\ I ♦( /

первичные радиальные растягивающие напряжения в условиях

затрудненной деформацииметалла осевой зоны вызывают вторичные тангенциальные и осевые растягивающие напряже­

ния, препятствующие пластической деформации. Когда макси­ мальное растягивающее напряжение, в данном случае ради­

альное, достигает предела хрупкой прочности металла, происхо­

дит разрыв структуры и образование полости в осевой зоне про­ катываемой заготовки.

Таким образом, причиной вскрытия полости при поперечной прокатке является тангенциальная деформация (раскатка) пе­ риферийных слоев металлаСледовательно, чтобы осуществить поперечно-винтовую прокатку периодического профиля без внутренних дефектов в прокатываемом изделии, нужно создать

такие условия деформации, при которых тангенциальное истече­ ние периферийных слоев заготовки было бы практически исключено.

При поперечно-винтовой прокатке объем металла, обжима­ емый в каждый данный момент рабочим валком, может в общем:

случае смещаться по трем направлениям (рис. 122):

а) по направлению оси X—X (поперечная раскатка);

б) .по направлению оси Z—Z (в направлении оси заготовки);, в) в радиальном направлении — к центру заготовки.

Смещение обжимаемого валком металла по направлению оси

X—X связано с деформацией объемов металла ABO, АСО и ВСО' в поперечном направлении. Каждый из этих объемов можно рассматривать приближенно как балку с заделанными концами в- участках заготовки 7'и II, находящихся вне зоны деформации..

Смещение обжимаемого валком металла в направлении оси Z — Z связано с необходимостью растяжения заготовки по попе­

бует деформации заготовки в осевом или поперечном направле­ нии (между валками). Направление преобладающего (из числа перечисленных) течения обжимаемого валком металла опреде­ ляется той или иной степенью сопротивления деформации заго­ товки в тангенциальном и в осевом направлениях.

Если объемы металла ABO, АСО и ВСО, находящиеся между

валками и связанные с зонами I и II, обладают достаточной

жесткостью в тангенциальном направлении, а вытяжка заготов­ ки вдоль оси осуществляется легко, то обжимаемый валком ме­

талл будет смещаться в осевом и радиальном направлениях, и заготовка, уменьшаясь в диаметре, получит осевую вытяжку. В

этом случае возможно изменение диаметра заготовки без обра­

зования полости при поперечно-винтовой прокатке. Напротив,

если наименьшее сопротивление деформации окажется в танген­ циальном направлении, а деформация вдоль оси заготовки за­ труднена, то истечение обжимаемого валками при поперечно­ винтовой прокатке металла будет происходить в поперечном на­ правлении, вызовет поперечную раскатку и сопутствующее ей

разрыхление металла и вскрытие полости в осевой зоне заго­ товки.

Следовательно, для осуществления поперечно-винтовой про­ катки периодических профилей должны быть созданы такие ус­ ловия, при которых облегчается деформация в осевом направле­ нии и затрудняется истечение металла в тангенциальном на­ правлении.

Последнее может быть достигнуто:

а) увеличением числа рабочих валков; б) уменьшением длины бочки рабочего валка, т. е. уменьше­

нием длины I (рис. 122), чем увеличивается сопротивляемость объемов АВО, АСО, ВСО поперечной деформации.

Облегчение деформации (вытяжки) заготовки в осевом на­ правлении достигается применением внешнего осевого растяже­ ния заготовки.

Для применения первых двух указанных факторов, которые могут быть использованы для осуществления поперечно-винто­ вой прокатки без образования полости в прокатываемой заго­

товке, имеются следующие ограничения.

1. С увеличением числа рабочих валков уменьшается воз­ можность получения больших обжатий (валки мешают друг дру­ гу приблизиться к центру заготовки) и усложняется конструк­ ция стана. Поэтому применение более трех рабочих валков на стане поперечно-винтовой прокатки периодических профилей

208 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

практически затруднено. Применение многовалкового стана по­ перечно-винтовой прокатки может оказаться необходимым при прокатке крупных сечений со сравнительно небольшими обжати­ ями, например заготовок осей железнодорожных вагонов.

2. При очень малой длине бочки рабочего валка I нарушает­ ся сцепление смещаемого валком объема металла с основной массой заготовки, вследствие чего на поверхности заготовки ме­ талл отслаивается в виде чешуи. Кроме того, условия калиб­

ровки валков не позволяют неограниченно уменьшать длину об­ разующей! валка.

Наиболее эффективным средством управления процессом де­ формации при поперечно-винтовой прокатке, которое исключает образование внутренней полости в изделии, является осевое на­ тяжение заготовки при прокатке. Натяжение может быть дове­ дено до величины, обеспечивающей интенсивное истечение сме­ щаемого валками металла в осевом направлении. Подобрав со­

ответствующую величину усилия осевого натяжения, можно осу­ ществить поперечно-винтовую прокатку, сопровождающуюся вытяжкой заготовки в осевом направлении, практически без по­

перечной раскатки металла и, следовательно, без образования внутренней полости в заготовке.

При прокатке периодических профилей на трехвалковом ста­ не можно с достаточным приближением считать, что любое се­ чение заготовки, перемещаясь в зоне деформации, уменьшается в диаметре, оставаясь круглым и концентричным. Относитель­

ная тангенциальная деформация заготовки в этом случае равна относительной радиальной деформации, поэтому можно принять,

конуса деформации трижды (при прокатке тремя валками) на­

гружается нормальным давлением qr и соответствующей силой

трения.

Как показали опыты, проведенные Г. А. Лившицем, опти­ мальное значение угла а (рис. 120), близко к 20°, а среднее зна­ чение величины коэффициента обычно находится в пределах

0,2—0,25. В некоторых случаях коэффициент y-s может прини­ мать значения, близкие к нулю (когда равнодействующая удель­ ных сил трения перпендикулярна оси заготовки), и даже отри­ цательные значения (когда проекция равнодействующей сил трения на ось заготовки направлена к входному сечению конуса

210 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

где — сопротивление металла деформации при скорости

деформации и;

~s —сопротивление металла деформации при скорости

деформации и0 ~ 1/сек и при данной температуре

прокатки.

Чтобы обеспечить получение изделий с удовлетворительной поверхностью и без внутренней полости, усилие осевого натя­ жения должно создавать в сечении исходной заготовки услов­

ное напряжение

ТС Го

При этом величина натяжения ограничивается прочностью наиболее обжатого сечения заготовки:

(94)

Отсюда следует, что значения усилия натяжения, при которых

осуществляется нормальный процесс поперечно-винтовой про­ катки, должны находиться в пределах

г2

0,2<т_тс/-2<5<тс -°-. (95)

Исследования В. П. Анисифорова и И. И. Казанской, пока­ зали, что если в процессе прокатки оставить неизменными об­ жатие, температуру прокатки и угол наклона валков, то натяже­ ние будет зависеть от скорости выхода металла из зоны дефор­ мации и числа оборотов заготовки. С увеличением натяжения скорость выхода металла из валков возрастает. С другой сто­ роны, чем меньше число оборотов заготовки, тем больше натя­ жение. Кроме того, опытные данные свидетельствуют о том, что при изменении угла наклона валков от 0,07 до 0,10 радиан на­ тяжение уменьшается в 2—2,3 раза. С ростом температуры про­ катки величина натяжения заметно уменьшается. При этом, чем ниже температура прокатки, тем быстрее увеличивается натя­ жение с увеличением скорости прокатки, особенно при малых скоростях. С увеличением диаметра обжатия усилие натяжения возрастает.

С увеличением шага подачи, числа оборотов валков, коэф­ фициента обжатия и с уменьшением температуры прокатывае­ мого металла мощность прокатки возрастает. С увеличением шага подачи и уменьшением температуры прокатки момент про­

катки увеличивается (рис. 124 и 124, а).

Момент и мощность прокатки возрастают примерно пропор­ ционально диаметру прокатываемой заготовки.

212 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Удельный расход энергии уменьшается с увеличением ско­ рости прокатки и уменьшением числа оборотов заготовки. Сле­ довательно, для уменьшения удельного расхода энергии про­ катку нужно проводить с возможно большими скоростями. С рос­ том обжатия удельный расход энергии возрастает, а с увеличе­ нием температуры прокатки удельный расход энергии несколь­ ко понижается. С увеличением шага подачи увеличивается про­ изводительность стана и значительно уменьшается удельный расход энергии.

При прокатке дисковыми валками силы трения, приложен­ ные к металлу, дают очень 'малую составляющую в направле­ нии оси заготовки (вследствие больших тангенциальных сколь­ жений между валком и металлом). Поэтому для уравновешива­ ния осевых составляющих нормальных сил необходимо приме­

нять большое осевое натяжение заготовки. Это обстоятельство не только усложняет и утяжеляет конструкцию натяжного ме­ ханизма при прокатке дисковыми валками, но и ограничивает возможности процесса по обжатию.

Рекомендуются следующие значения верхних пределов об­ жатий:

вается в выходном сечении или (при меньшем натяжении) про­

цесс прокатки прекращается, а в осевой зоне заготовки обна­ руживается полость.

Верхние пределы обжатия несколько увеличиваются при резком охлаждении (струей воды) выходящего конца заготов­

ки, чем повышается прочность на разрыв выходного сечения ’. Таким образом, можно получить обжатия: на конусных валках

^0

g= - <2,5 и на дисковых соответственно £=—<2.

Следовательно, конусными валками (по сравнению с диско­ выми) достигается большее обжатие заготовки. Кроме того, для осуществления прокатки одной и той же детали дисковые вал­ ки требуют большего крутящего момента и мощности прокат­ ки, чем конусные валки (при £>1,5 в 4—6 раз). Применение

дисковых валков требует большей установочной мощности при­ вода, утяжеляет конструкцию стана, приводит к повышенному расходу энергии при прокатке. Конусные валки более универ­ сальны по размерам заготовок, прокатываемых на одном ком-

1 Впервые опытные работы по охлаждению участка полосы при выходе ее из зоны деформации, были проведены Э. Р. Шором и В. Ф. Калугиным при горячей прокатке — волочении тавровых профилей (Сталь, № 4, 1949).