Способ непрерывной поперечно-винтовой прокатки

 

Использование: при винтовой прокатке сплошных и полых профилей в двух очагах деформации. На стане с двумя трехвалковыми клетями винтовой прокатки выполняют настройку комплекта валков каждой клети на размер d заготовки, угол подачи γ и частоты n вращения валков по приведенным зависимостям для обеспечения непрерывной прокатки с натяжением без скручивания заготовки между клетями. 1 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для винтовой прокатки сплошных и полых профилей.

Известен способ поперечно-винтовой прокатки, включающий прокатку заготовки в двух последовательно смещенных парах рабочих валков, образующих единый непрерывный очаг деформации. При этом валки одной пары устанавливают на угол раскатки противоположного знака, а по величине равным углу подачи валков другой пары [1] .

Недостатком способа является то, что он не позволяет достигать большие степени деформации вследствие ограничений, налагаемых конструктивным исполнением винтовой клети для осуществления способа. Очаг деформации одной пары находится в зоне очага деформации другой пары валков.

Известен способ поперечно-винтовой прокатки, принятый за прототип, включающий непрерывную прокатку длинномерных гильз в последовательно расположенных отдельно стоящих клетях с валками, развернутыми на угол подачи с вращением раската во всех клетях [2] .

Недостатком способа является то, что при его осуществлении не достигается комплексное решение задачи устранения скручивания раската и согласование осевых скоростей между клетями, что может приводить к дестабилизации процесса деформации.

Целью изобретения является обеспечение стабильности процесса прокатки и повышение качества проката путем исключения закручивания раската между комплектами валков.

Это достигается тем, что в способе непрерывной поперечно-винтовой прокатки, включающем прокатку с вращением заготовки в последовательно расположенных комплектах валков, установленных друг от друга на расстоянии не менее длины валков и развернутых на углы подачи и раскатки, угол подачи последующего по ходу прокатки комплекта валков устанавливают больше предыдущего и определяют его по зависимости γ₂= arctg1,01-1,05 tg (1) где γ₁ и γ₂ - углы подачи рабочих валков двух смежных комплектов, d₁ и d₂; d_1вн и d_2вн - соответственно наружные и внутренние диаметры трубной заготовки на выходе из валков (для заготовки сплошного сечения d_1вн = d_2вн = 0).

Для устойчивого протекания процесса непрерывной прокатки в последовательно расположенных комплектах рабочих валков (по меньшей мере в двух отдельно стоящих клетях винтовой прокатки) необходимо создание условий, обеспечивающих ее стабильность.

Установка произвольным путем углов подач и частоты вращения рабочих валков в смежных комплектах неизбежно приведет к потере устойчивости заготовки и в конечном счете к прекращению процесса.

Под стабильностью процесса прокатки в нескольких последовательно расположенных комплектах валков (в отдельных клетях винтовой прокатки) понимается процесс деформации заготовки, происходящий без подпора раската между двумя смежными очагами деформации и без его скручивания между ними. Это достигается путем обеспечения определенных соотношений между технологическими, кинематическими и конструктивными параметрами двух смежных комплектов.

Частота вращения рабочих валков двух смежных комплектов связана соотношением = (2) где n₁ и n₂ - частоты вращения валков двух смежных комплектов; D₁ и D₂ - диаметры валков в начале их калибрующих участков.

Приведенные зависимости (1) и (2) в совокупности их применения исключают условия, приводящие к возникновению подпора и натяжения, а также скpучивания раската между очагами деформации двух смежных клетей. В реальном процессе прокатки это означает равенство секундных объемов в обоих очагах, а установленные частоты вращения валков при определенных углах подачи обеспечивают вращение заготовки между очагами деформации без ее скручивания.

Исходя из этого для заготовки сплошного сечения имеем: F₁V_{oc 1} = F₂V_{oc 2} (3) где F₁ и F₂ - площади сечения раската на выходе из очага деформации первой и второй клети по ходу прокатки; V_{oc 1} и V_{oc 2} - осевая скорость выхода металла из валков Известно: V_oc = πDnsinγ (4) Подставляя (4) в (3) получим d₁²V_{oc 1} = d₂²V_{oc 2} или v_ос1= v_ос2= (5)
λ₂= - вытяжка во второй клети, откуда = (6)
Соотношение (6) связывает конструктивные, кинематические и технологические параметры обоих комплектов валков клетей между собой и обеспечивает условие деформации заготовки без подпора (натяжения) и образования петли. Однако, это соотношение является необходимым, но недостаточным условием для обеспечения устойчивого процесса прокатки.

Вторым условием обеспечения стабильности процесса является отсутствие скручивания заготовки в промежутке между двумя смежными очагами деформации. Это условие обеспечивается равенством частоты вращения раската в обеих клетях:
n₃₁ = n₃₂
Окружная (тангенциальная) скорость раската на выходе из клети
V_τ= πDncosγ (7)
или V_τ= πdn₃ (8)
Приравнивая (7) и (8) получим
n₃= n_вcosγ (9)
Из равенства n₃₁ = n₃₂ следует
= (10) или = (11)
Из выражений (6) и (10) имеем
sinγ₂= (12)
cosγ₂= (13)
После совместного решения (12) и (13) получим
= (14)
Соответственно для полой заготовки (трубы)
= (15)
Равенство (15) связывает диаметры раската и углы подачи валков двух смежных клетей.

Таким образом установленные зависимости (11) и (15) позволяют стабилизировать процесс деформации в двух смежных клетях винтовой прокатки, исключить скручивание заготовки между смежными очагами деформации.

Следует отметить, что непрерывная деформация в двух клетях винтовой прокатки, осуществляемая с одновременным осевым и вращательным движением заготовки, не допускает ведение процесса с подпором. Это объясняется тем, что в случае подпора заготовка изгибается с образованием петли, что при условии ее вращения немедленно приведет к прекращению процесса. Поэтому процесс деформации в этом способе следует вести с соблюдением предложенных соотношений (11) и (14). Однако на практике, в связи с зависимостью стабильности процесса деформации от значительного числа переменных во времени параметров, среди них: температура металла и равномерность распределения ее по длине заготовки, состояние поверхности валков, изменение коэффициента трения и т. д. возникают значительные трудности поддержания условий, позволяющих ведение устойчивого процесса деформации.

Поэтому для предложенного способа не противопоказана возможность ведения процесса с натяжением, величина которого может устанавливаться изменением скорости выхода металла из валков в одной из клетей, например увеличением скорости прокатки во втором комплекте валков.

Отношение скорости V выхода металла из валков с натяжением к скорости V¹ без натяжения в указанном комплекте валков, может изменяться в пределах
К = V/V¹ = 1,01. . . 1,05 (16)
Это соотношение скоростей достигается аналогичным увеличением угла подачи валков во втором комплекте в этих же пределах, в связи с прямо пропорциональной зависимостью осевой скорости от угла подачи, поэтому справедливо соотношение
K = = = = 1,01 . . . 1,05 (17)
Откуда в общем случае (для трубной заготовки), имеем
γ₂ = arctg(1,01 . . . 1,05) tg (18)
Минимальное значение К = 1,01 принимается при прокатке марок сталей с наименьшим коэффициентом осевой скорости и сравнительно низких температурах прокатки. Если К < 1,01, то получаемый угол подачи практически не отличается от угла подачи, определяемого при отсутствии натяжения, а это в свою очередь может создать аварийную ситуацию из-за возможного появления подпора вследствие влияния неконтролируемых параметров процесса прокатки.

Максимальное значение К = 1,05 принимается для марок сталей с максимальным значением коэффициента осевой скорости. Принятие К > 1,05 приводит к значительному натяжению между комплектами валков, создающему условия для разрыва раската между ними.

На чертеже изображена схема получения сортового проката и труб.

Способ получения сортового проката и труб осуществляется на стане с двумя трехвалковыми клетями винтовой прокатки следующим образом. Предварительно выполняют настойку комплекта валков каждой клети на размер d заготовки, угол подачиγ и частоты n вращения валков по приведенным зависимостям. Передний конец заготовки 1, нагретой до температуры прокатки, захватывается валками 2 первой трехвалковой клети и обжимается до промежуточных размеров d₁ сортового проката или d₁ и d_1вн для трубы.

Затем передний конец заготовки захватывается валками 3 второй трехвалковой клети стана и обжимается в ней до конечных размеров d₂(соответственно d₂ и d_{2 вн} для трубы). С момента захвата заготовки валками второй клети на стане осуществляется процесс непрерывной прокатки в двух клетях винтовой прокатки.

П р и м е р 1. По описанному выше способу была выполнена прокатка сортовой заготовки из стали 45 диаметром d_o = 120 мм и длиной 800 мм, диаметр готовой прокатки d₂ = 30 мм, температура прокатки 1200^оС.

Параметры первой клети: диаметр валков D₁ = 137 мм, d_o = 120 мм, d₁= 400 мм, вытяжка λ₁ = d_o²/d₁² = (120/40)² = 9, угол подачи γ₁ = 12^о, частота вращения валков n₁ = 70 мин^-1.

Параметры второй клети: диаметр валков D₂ = 100 мм, d₂ = 30 мм, вытяжка λ= (40/30)² = 1,78.

Необходимо определить угол подачи γ₂ и частоту вращения n₂ для условий отсутствия подпора и натяжения и наличия натяжения в указанных выше пределах.

Для случая отсутствия подпора и натяжения находим:
tgγ₂= tgγ = 0,2126 = 0,5039 γ₂= 26°45ʹ
n₂= = = 78,8 мм^-1
По известным зависимостям определим осевую скорость V_oс заготовки на выходе из очага деформации:
I клеть
V_oc1= πD₁n₁sinγ₁/60·1000= 3,14·137·70·0,2079/60·1000 = 0,104 м/с
II клеть: V_{ос 2} = 3,14 х 100 х 78,8 х 0,45/60 х 1000 = 0,185 м/с
Окружная скорость заготовки V_с
I клеть
V= πD₁n₁cosγ₁/60·1000 = 3,14·137·70·0,9781/60·1000 = 0,491 м/с
II клеть
V= 3,14·100·78,8·0,893/60·1000 = 0,369 м/с
Частота вращения заготовки
I клеть:
n₃₁= · n·η_τ·cosγ = ·70·1·0,9781 = 234,5 мин^-1
II клеть
n₃₂= · 78,81·0,893 = 234,5 мин^-1
Из анализа проведенных расчетов имеем: Отношение = = 1,78 равно λ₂ = 1,78, а n₃₁ = n₃₂ = 234,5 мин^-1
При наличии натяжения (с учетом коэффициента К = 1,01. . . 1,05) имеем:
угол подачи γ₂ = 26^о56' при К = 1,01
γ₂ = 27^о53' при К = 1,05
Таким образом, гарантированный устойчивый процесс прокатки обеспечивается в зависимости от марки стали в диапазоне изменения угла подачи γ₂ = 26^о56' . . . 27^о53', при этом скорость прокатки изменяется V₂= 0,187. . . 0,194 м/с.

Прокатка стали 45 осуществлялась при угле подачи γ₂ = 27^о и частоте вращения валков n₂ = 79 мин^-1, при этом процесс деформации происходил стабильно, без заметного скручивания металла между клетями.

П р и м е р 2. Прокатка полой (трубной) заготовки d_o = 108 мм, d_0вн = 68 мм из стали 20 производилась при 1150^оС.

Параметры первой клети: диаметр валков D₁ = 137 мм, d₁ = 53 мм, d_1вн = 27 мм, вытяжка
λ = = = = 3,38 угол подачи γ₁ = 10^о, частота вращения валков n₁ = 60 мин^-1.

Параметры второй клети: диаметр валков D₂ = 100 мм, d₂ = 33 мм, = 19 мм, вытяжка
λ₂= = 2,86
Угол подачи определяем по формуле (1):
g ·tgγ₁= ×
γ₂ = 39^о15' . . . 40^о20'
Угол подачи принимаем равным γ₂ = 40^о. Пpи этом частота вращения валков
n₂= n₁ = 60 = 65,8 мин^-1
Частота вращения заготовки
n₃₁= n₁η_τ·cosγ₁= ·60·1,03·0,9848 = 152,7 мин^-1
n₃₂= · 65,8·1,05·0,766 = 152,7 мин^-1 откуда n₃= n₃₁= n₃₂ .

В результате прокатки получена полая (трубная) заготовка с качественной поверхностью, при этом процесс деформации происходил устойчиво.

Предложенный способ непрерывной поперечно-винтовой прокатки позволяет увеличить вытяжку металла за проход, обеспечить стабильность процесса прокатки и повысить качество проката путем исключения его скручивания между очагами деформации двух смежных клетей винтовой прокатки.

Формула изобретения

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ, включающий прокатку с вращением заготовки в последовательно расположенных комплектах рабочих валков, установленных друг от друга на расстоянии не менее длины валков и развернутых на углы подачи и раскатки, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабильности процесса прокатки и повышения качества проката путем исключения закручивания раската между комплектами валков, угол подачи последующего по ходу прокатки комплекта валков устанавливают больше предыдущего и определяют его по зависимости
γ₂= arctg1,01-1,05 tg,
где γ₁ , γ₂ - углы подачи валков предыдущего и последующего комплектов соответственно;
d₁, d₂ - диаметры раската на выходе из валков смежных комплектов;
d_1вн, d_2вн - внутренние диаметры трубной заготовки (для заготовки сплошного сечения d_1bh = d_2вн = 0).

РИСУНКИ

Рисунок 1