Способ прокатки изделий заданной кривизны

 

Использование: производство изделий типа дисков (плоских). Сущность изобретения: прокатку ведут на валках, нагретых до различной температуры, определяемой по условию прокатки. Указанная температура влияет на условия трения (распределение сил трения в зонах опережения и отставания) на контакте полоса валок. Это скажется на кривизне получаемого изделия. Варьируя нагревом валков и разницей их температур, можно получать изделия различной кривизны. 2 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением в черной металлургии и предназначено для производства изделий с заданной кривизной типа дисков (плоских).

Известен способ прокатки клиновидных профилей (1), включающий прокатку в валках с конической бочкой и удерживание заготовки от бокового смещения и искривления на входе в валки, при котором валки устанавливают под углом друг к другу с пересечением их осей со стороны меньшего диаметра валков, а заготовку с той же стороны обжимают в большей мере, чем с противоположной.

Отличительная особенность данного способа заключается в том, что большие обжатия задают на кромке полосы, обращенной к точке пересечения осей валков, а при изменении клиновидности и обжатия полосы регулируют положение оси прокатки вдоль бочек валков.

Существенный недостаток данного способа заключается в невозможности изменения параметров процесса деформации без изменения геометрии инструмента (рабочих валков) и размеров заготовки, т.е. изменить кривизну получаемого изделия можно только путем изменения угла между осями рабочих валков, что требует изготовления нового комплекта рабочих валков с другим углом конусности их рабочих поверхностей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ прокатки клиновидных профилей (2), включающий обжатие заготовки в конических валках с пересекающимися осями вращения, большее по кромке, обращенной к точке пересечения осей валков, и приложение подпирающего усилия роликом к менее обжатой кромке полосы, при котором на серповидность профиля воздействуют изменением скорости ролика, создающего подпирающее усилие, при этом скорость его увеличивают при ребровом изгибе полосы в сторону менее обжатой кромки и уменьшают при ребровом изгибе полосы в сторону более обжатой кромки, обращенной к точке пересечения осей валков.

Основной недостаток способа (2) заключается в сложности оборудования для его осуществления и низкой производительности.

Сложность оборудования для осуществления способа (2) заключается в наличии дополнительного (кроме рабочих валков) валка (ролика), который должен быть оборудован, как и рабочие валки, механизмами установки и приводом. Кроме того клеть для осуществления данного способа должна быть оборудована системой согласования (изменения) скоростей вращения рабочих валков и подпирающего ролика. Для осуществления могут быть применены две системы: система с жесткой кинематической связью рабочих валков и подпирающего ролика с помощью, например, зубчатого зацепления и система с индивидуальным приводом рабочих валков и подпирающего ролика с возможностью синхронизации скоростей их вращения.

В случае применения жесткой кинематической связи между рабочими валками и подпирающим роликом основной недостаток способа прокатки клиновидных профилей (2) заключается в значительных затратах времени на переналадку зубчатого зацепления с требуемым передаточным отношением для изменения скорости вращения подпирающего ролика, обусловленного изменением кривизны прокатываемой полосы, что в значительной степени снижает производительность и увеличивает трудоемкость данного способа получения клиновидности профилей. Данный вариант согласования скоростей рабочих валков и подпирающего ролика предполагает наличие большого парка зубчатых колес, что также снижает диапазон применения данного способа получения клиновидных профилей в конических валках. Использование же системы индивидуального привода рабочих валков и подпирающего ролика предполагает наличие сложного и дорогостоящего оборудования для контроля и управления скоростями указанных объектов (валков), что снижает возможности применения данного способа прокатки клиновидных профилей. Кроме того несовершенство обеих систем согласования скоростей валков и подпирающего ролика приводит к значительным потерям металла в брак (по кривизне).

Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем расширения сортамента прокатываемых на одном комплекте рабочих валков изделий разного диаметра.

Цель достигается тем, что в способе прокатки изделий заданной кривизны, включающем обжатие заготовки в рабочих валках с коническими бочками, установленными с пересечением своих осей со стороны малых оснований конусов бочек, контроль кривизны изделия на выходе из валков, предварительно замеряют температуру металла при прокатке и определяют при этой температуре сопротивление металла деформации σ_s1, а прокатку ведут на нагретых валках, причем один из них нагрет до упомянутой температуры металла, а другой до температуры, при которой сопротивление металла деформации равно величине σ_s2, определяемой по выражению σ_s2 σ_s1/(1,05-1,25).

На фиг.1 показан очаг деформации прямоугольной полосы коническими валками с пересекающимися осями вращения; на фиг.2 то же, вид в плане.

Способ осуществляют следующим образом.

Рабочие валки 1 и 2 с коническими бочками установлены под углом ϕ₁друг к другу так, что оси рабочих валков 1 и 2 взаимно пересекаются со стороны малых оснований конусов бочек валков. Рабочие валки имеют одинаковые размеры, т. е. диаметры больших оснований конусов обоих противорасположенных рабочих валков равны между собой; при этом углы конусов бочек валков равны между собой и их угол конусности ϕ₂ равен углу ϕ₁ наклона осей рабочих валков друг относительно друга. Возможен вариант применения комплекта рабочих валков с разными геометрическими размерами. При указанных геометрических размерах валков и их взаимной угловой установке калибр образован параллельными образующими конусов рабочих валков, т.е. прямоугольная заготовка 3 равномерно обжимается по ширине, что является наиболее удобным случаем прокатки для рассмотрения механизма деформации в конических валках изделий заданной кривизны. Валки снабжены нагревательными элементами 4, 5.

Очаг деформации abcd (фиг.2) ограничен на входе cd плоскостью N, а на выходе ab плоскостью М. Положение плоскости N входа заготовки 3 в очаг деформации определяется по формуле tg β l₁-l₂ /b_o. Здесь l₁ и l₂ соответственно длины очага деформации по левой 6 и правой 7 кромкам заготовки 3, b_o ширина полосы (заготовки) в плоскости входа N в очаг деформации.

Изменение угла задачи полосы в рабочие валки сопровождается (в известных решениях) изменением ширины захвата входящей в рабочие валки полосы. С целью исключения этого факта, который приводит к изменению геометрических размеров поперечного сечения, выходящего из рабочих валков изделия, что требует дополнительных расчетов калибровки, корректировки технологического процесса и в конечном счете увеличивает трудоемкость изготовления изделий, угол задачи заготовки в валки принимается постоянным для конкретного изделия, рассчитывается по приведенной выше формуле и не изменяется в процессе прокатки.

Рабочие валки 1 и 2 имеют нагревательные элементы 4 и 5, с помощью которых каждый валок нагревают до требуемой температуры. Предварительно замеряют температуру металла при прокатке и определяют при этой температуре сопротивление металла деформации σ_s1, а прокатку ведут в нагретых валках, причем один из них нагревают до упомянутой температуры металла, а другой до температуры, при которой сопротивление металла деформации равно величине σ_s2 определяемой по выражению σ_s2 σ_s1/(1,05-1,25).

При изменении температурных условий в очаге деформации изменяются условия трения (распределение сил трения в зонах опережения и отставания) на контакте полоса-валок и критическая линия ef (фиг.2) изменит свое положение и поверхности вокруг точки 0 на определенный угол и займет положение e'f'. При этом произойдет изменение соотношения зон опережения со стороны внутренней 6 и наружной 7 кромок изделия, т.е. зона опережения, например, со стороны наружной кромки 7 изделия будет увеличиваться и иметь величину bf', а зона опережения ае со стороны внутренней кромки 6 уменьшится и будет иметь величину аe', на основании чего скорость металла со стороны наружной кромки 7 изделия будет увеличиваться, а скорость металла со стороны внутренней кромки 6 будет уменьшаться и радиус кривизны ρ выходящего из валков изделия будет уменьшаться.

Сопротивление материала пластической деформации определяют по методике термомеханических коэффициентов (Зюзин В.И. и др. Сопротивление деформации сталей при горячей прокатке. М. Металлургия, 1964) или по методике Третьякова А. В. (Механические свойства металлов и сплавов при обработке металлов давлением. М. Металлургия, 1973) или любой другой известной методике.

При определении σ_s2 из интервала 1,05 1,25 выбирается коэффициент, соответствующий требуемым условиям прокатки, т.е. получению требуемого радиуса ρ кривизны изделия и на основании выбранного коэффициента (упомянутого) определяется σ_s2 и температура металла, обеспечивающая данное сопротивление деформации σ_s2 Второй рабочий валок 2 нагревают до найденной температуры и осуществляют прокатку изделия в указанных температурных условиях и требуемого радиуса кривизны изделия.

При прокатке изделия с другим радиусом кривизны изменяют соотношение температур нагрева рабочих валков и прокатку осуществляют на том же комплекте рабочих валков.

Изобретение осуществлено на лабораторном прокатном стане СПКН-11ОМ с коническими рабочими валками (диаметр большего основания бочек рабочих валков 110 мм), установленными с пересечением осей под углом 30^о. В качестве заготовки использовалась полоса прямоугольного сечения из стали 45 с размерами 2,0х20,0 мм при следующих исходных параметрах деформации: степень деформации 10% (обжатие заготовки 0,2 мм); скорость деформации 0,1 с^-1. Температура нагрева металла при указанных параметрах деформации замерялось с помощью контактного пирометра, которая составила 45 ±10^оС. При этой температуре металла (45^оС) определялось сопротивление металла деформации с помощью термомеханических коэффициентов по формуле σ_s1 σ_o ˙ K_t ˙ K_∈K_u, (кг/мм²) где σ_o базисное сопротивление деформации, выбираемое по таблицам при средних параметрах значений температуры, скорости и степени деформации; К_t коэффициент, учитывающий данную конкретную температуру нагрева материала; К_u коэффициент, учитывающий данную конкретную скорость деформации; K_∈ коэффициент, учитывающий данную конкретную степень деформации.

Термомеханические коэффициенты Кt, K_u, K_u, K_∈ применяются для распространения значений сопротивления деформации на всю область температурного, скоростного и степенного режимов деформации и определяются по графикам, построенным для данного диапазона осуществления прокатки.

Так для конкретного примера сопротивление деформации составляет при σ_o 18,4 кг/мм²; К_t 2,3; К_∈ 1,0; К_u 0,8 согласно вышеприведенной зависимости σ_s1 33,856 кг/мм².

Таким образом сопротивление деформации материала в поверхностном слое, прилегающем к одному из рабочих валков, принимается равным σ_s1= 33,856 кг/мм².

Согласно соотношению σ_s1 (1,05-1,25) σ_s2 сопротивление деформации в поверхностном слое деформируемого материала, прилегающем к второму рабочему валку, при нижнем граничном значении, когда σ_s1 1,05 σ_s2 составляет σ_s2 32,245 кг/мм².

По графикам зависимости сопротивления деформации от температуры обработки (при соответствующих значениях степени и скорости деформации) по известному значению σ_s2 определяют температуру поверхностного слоя материала прокатываемой заготовки, прилегающего к второму рабочему валку, которая составила 105 ± 10^оС.

Таким образом, согласно вышеприведенным расчетам, один рабочий валок нагревают до 45^оС, а второй, сопряженный с ним, рабочий валок до 105^оС при нижнем граничном соотношении σ_s1 1,05 σ_s2 Аналогично рассчитывается температуры нагрева рабочих валков при верхнем граничном значении σ_s1 1,25 σ_s2 Сопротивление деформации для данного граничного значения (1,25) составляет 27,08 кг/мм². При данном сопротивлении деформации по графикам зависимости сопротивления деформации от температуры (при соответствующей степени и скорости деформации) второй рабочий валок нагревают до 320 ± 10^оС. Таким образом приконтактный к данному рабочему валку слой металла (деформируемого в валках) будет иметь температуру 320 ± 10^оС.

При верхнем граничном значении σ_s1=1,25 σ_s2 один из рабочих валков нагревают до 5^оС, а второй до 320^оС.

При прокатке в валках, нагретых до 45 и 105^оС, получена заготовка плоского диска со средним диаметром 270 мм, а при прокатке в валках, нагретых до 45 и 320^оС, получена заготовка плоского диска диаметром 165 мм.

Таким образом диапазон регулирования при данных параметрах прокатки составляет 105 мм.

При соотношении < 1,05 возможность воздействия на изменение радиуса кривизны изделия практически отсутствует согласно предлагаемого способа.

При соотношении > 1,25 возникает реальная опасность потери прочности валка в связи с высокой температурой его нагрева.

Таким образом достигается расширение технологических возможностей за счет разности температур (сопротивлений деформаций), прилегающих к каждому рабочему валку слоев металла, что обеспечивает изменение условий трения (напряженного состояния в очаге деформации) и тем самым достигается возможность регулирования кривизны прокатываемого изделия (плоского кольца, диска) в широких пределах на одном комплекте рабочих валков. При обычных же условиях прокатки, т.е. при прокатке изделия в валках с одинаковой температурой на каждый профилеразмер заготовки диска (изделия, требуется новый комплект рабочих валков с требуемой конусностью, что значительно удорожает процесс производства изделий заданной кривизны.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для получения сортовых и фасонных профилей, особенно несимметричных.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРОКАТКИ ИЗДЕЛИЙ ЗАДАННОЙ КРИВИЗНЫ, включающий обжатие заготовки в рабочих валках с коническими бочками, установленными с пересечением своих осей со стороны малых оснований конусов бочек, контроль кривизны изделий на выходе из валков, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем расширения сортамента прокатываемых на одном комплекте рабочих валков изделий разного диаметра, предварительно замеряют температуру металла и определяют при этой температуре сопротивление металла деформации а прокатку ведут на нагретых валках, причем один из них нагрет до упомянутой температуры металла, а другой до температуры, при которой сопротивление металла деформации равно величине определяемой по выражению

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2