Способ шаговой прокатки

 

Использование: прокатное производство, способы шаговой прокатки для деформации металла с высокими обжатиями. Задача изобретения заключается в снижении технологических нагрузок, повышении качества проката, увеличении производительности процесса шаговой прокатки за счет повышения подачи заготовки при выкатке конуса деформации и его докатывании. Способ включает переменную подачу заготовки, выкатку конуса деформации, установившийся процесс прокатки, докатывание конуса деформации. Подачу заготовки при выкатке конуса деформации и его докатывании выполняют переменной, изменяющейся в соответствии с изменением линейного смещения в установившемся процессе прокатки от подачи в установившемся процессе прокатки до произведения подачи в установившемся процессе на вытяжку заготовки соответственно в начале выкатки конуса деформации и в конце его докатывания. Изобретение обеспечивает интенсификацию процесса выкатки конуса деформации и его докатывания. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к способам шаговой прокатки.

Известны способы шаговой прокатки (1, глава 1), при которых после каждого шага деформации осуществляют подачу заготовки на строго определенную величину, вычисляемую из соотношения , где L_кал - длина калибрующего участка, к - коэффициент перекалибровки, λ - вытяжка полосы. В этом случае обеспечивается требуемое качество геометрических размеров готовой продукции, проектная производительность процесса прокатки, выполняется условие прочности технологического оборудования, а применяемый электропривод обеспечивает осуществление процесса прокатки.

Однако при применении такого способа прокатки значительное время затрачивается на выкатку конуса деформации (пилигримовой головки) и его докатывание, что ухудшает температурный режим прокатки, повышая силовые условия прокатки, а также снижает производительность процесса шаговой прокатки.

Это объясняется следующим.

Производительность процесса шаговой прокатки без учета коэффициента использования стана и расходного коэффициента может быть определена по известной формуле

где G - вес исходной заготовки;

Т - время прокатки одной заготовки.

Время прокатки заготовки включает в себя время, затрачиваемое на выкатку переднего конуса деформации t_пк, прокатку в установившемся режиме t_y и докатывание заднего конуса деформации t_зк. При этом не учитываем время на передачу заготовки к прокатной клети и т.п.

Согласно схеме, приведенной на дополнительном рисунке (фиг.5) к данной заявке, который прилагается, время на выкатку переднего конуса деформации

где l_пк - длина исходной заготовки, из которой выкатывается конус деформации;

m - подача.

Время на прокатку заготовки в установившемся режиме

где l_з - длина исходной заготовки.

Время на докатывание заднего конуса деформации

где L - длина конуса деформации.

Длина переднего конца исходной заготовки, из которой выкатывается конус деформации

где V_кд - объем конуса деформации;

S₀ - площадь поперечного сечения исходной заготовки.

Отсюда время прокатки одной заготовки

Таким образом, значительное время при шаговой прокатке затрачивается на выкатку конуса деформации и его докатывание, что ухудшает температурный режим прокатки, повышая давление металла на валки и момент прокатки, а также снижает производительность процесса шаговой прокатки. Это является недостатком известных способов шаговой прокатки.

Известно также, что при прокатке, например, на пилигримовом стане (2), подача заготовки может изменяться на всех стадиях процесса шаговой прокатки одной заготовки. Превышение подачи по сравнению с проектной может привести, особенно при прокатке в установившемся режиме, к созданию аварийной ситуации, поломке механизмов стана.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ шаговой прокатки (3), при котором применяют повышенную подачу заготовки при выкатке переднего ее конца для улучшения условий захвата. Это в некоторой степени снижает время прокатки заготовки, улучшая температурный режим прокатки, повышая производительность процесса за счет интенсификации выкатки конуса деформации.

Однако этот способ прокатки не в полной мере использует возможности шаговой прокатки по скоростным, температурным режимам, по производительности при выкатке конуса деформации и его докатывании.

Малая скорость прокатки заготовки за счет значительного времени, затрачиваемого на выкатку конуса деформации и его докатывание, приводит к снижению температуры деформируемого металла при прокатке, что влечет за собой повышение сопротивления металла пластической деформации, снижению пластических его свойств. Первое вызывает повышение энергосиловых параметров прокатки, второе, особенно при прокатке малопластичных металлов, приводит к потере сплошности металла, трещинообразованию и, как следствие, к снижению качества металла.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение качества металла, снижение технологических нагрузок и повышение производительности процесса шаговой прокатки.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе шаговой прокатки, включающем переменную подачу заготовки, выкатку конуса деформации, установившийся процесс прокатки, докатывание конуса деформации, согласно изобретению подачу заготовки при выкатке конуса деформации и его докатывании изменяют в соответствии с изменением линейного смещения в установившемся процессе от подачи в установившемся процессе до произведения подачи в установившемся процессе на вытяжку заготовки соответственно в начале выкатки конуса деформации и в конце его докатывания.

Эти зависимости можно выразить соотношениями. Подача при выкатке конуса деформации

m_в=mλ-Δm_x.

Подача при докатывании конуса деформации

m_д=m+Δm_x.

В этих выражениях

λ - вытяжка заготовки;

Δm_x - изменение линейного смещения металла при установившемся процессе прокатки.

Такой режим подачи заготовки при выкатке переднего конуса и докатывании заднего конуса обеспечивает прокатку при максимальном линейном смещении металла, равном произведению подачи заготовки m в установившемся режиме на вытяжку полосы λ. Это объясняется тем, что линейное смещение заготовки при установившемся процессе шаговой прокатки в одном цикле прокатки монотонно изменяется от 0 до m(λ-1), минимальное значение при прокатке в начале конуса деформации и m(λ-1) - при прокатке в конце конуса деформации.

При выкатке переднего конуса деформации в случае применения постоянной подачи m в первом цикле прокатки линейное смещение практически равно 0. В последнем цикле выкатки конуса деформации при такой же подаче m линейное смещение равно m(λ-1). В промежуточных циклах выкатки конуса деформации линейное смещение естественно будет постоянно изменяться от 0 до m(λ-1).

Следовательно, при выкатке конуса деформации, не превышая максимального значения перемещения заготовки равного линейному смещению m(λ-1), можно вести прокатку с подачей, равной в начале процесса выкатки mλ, а в конце процесса выкатки - с подачей, равной m.

Аналогичные рассуждения можно провести для процесса докатывания конуса деформации. Только в этом случае прокатку необходимо вести с подачей, изменяющейся от цикла к циклу, изменяя ее от m до mλ.

При этом обеспечивается требуемое качество геометрических размеров поперечного сечения готового профиля, так как линейное смещение металла в конце цикла прокатки, как при выкатке переднего конца конуса деформации, так и докатывании заднего конуса деформации, не превышает m(λ-1).

Таким образом, применение предлагаемого способа шаговой прокатки интенсифицирует процесс выкатки конуса деформации и его докатывание, снижая время на осуществление этих стадий процесса. Это снижает технологические нагрузки, повышает качество металла за счет улучшения температурных условий деформации, а также повышает производительность процесса прокатки.

Предлагаемый способ шаговой прокатки проиллюстрирован на фиг.1...4.

На фиг.1 показано начало процесса выкатки переднего конуса деформации.

На фиг.2 - окончание процесса выкатки переднего конуса деформации.

На фиг.3 - начало процесса докатывания заднего конуса деформации.

На фиг.4 - окончание процесса докатывания заднего конуса деформации.

Способ осуществляется следующим образом.

В зависимости от проектных технологических режимов в установившемся процессе шаговой прокатки, включающих подачу заготовки m, поперечное сечение исходной заготовки S₀ и получаемой заготовки S₁, определяют вытяжку заготовки λ=S₀(S₁, максимальное линейное смещение m(λ-1), параметры прокатных валков.

Затем вычисляют максимальное значение угла касания α₀, который определяет геометрические, силовые условия процесса шаговой прокатки при известных механических свойствах прокатываемой заготовки.

Выкатка переднего конуса деформации начинается при перемещении заготовки на величину mλ (фиг.1) (тонкими линиями показан контур выкатываемого переднего конуса деформации длиной L). При этом прокатные валки, поворачиваясь вокруг оси О в направлении стрелки и осуществляя обжатие заготовки, деформируют объем металла V₁ и смещают его в сторону готового профиля, образуя на полосе дополнительный объем конуса деформации V₂, равный V₁. Рабочая поверхность касается заготовки на угле касания α_0н.

Процесс выкатки конуса деформации длиной L заканчивается при перемещении заготовки на величину m (фиг.2). В последнем цикле выкатки конуса деформации объем подачи V_п2 смещается в сторону готового профиля. Линейное смещение металла будет равно m(λ-1) с учетом подачи заготовки на m, перемещение заготовки равно mλ и равно перемещению заготовки в начале выкатки конуса деформации. Угол касания α_0н в начале выкатки конуса деформации соизмерим с углом α_0к в конце выкатки конуса деформации. Последний равен углу касания для данного положения валка при установившемся процессе шаговой прокатки. Следовательно, деформационные и силовые условия процесса шаговой прокатки во время выкатки конуса деформации по подаче, изменяющейся от mλ до m, соответствуют деформационным и силовым условиям при установившемся процессе шаговой прокатки, когда подача равна m. Качество геометрических размеров готового профиля с поперечным сечением S₁ аналогично качеству геометрических размеров при установившемся процессе прокатки, так как линейное смещение в конце выкатки конуса деформации равно m(λ-1).

Процесс докатывания заднего конца заготовки начинается, когда на полосе остается непрокатанным только конус деформации длиной L, как это показано на фиг.3. Подача заготовки в начале процесса докатывания равна m, т.к. условия шаговой прокатки на этой стадии процесса практически не отличаются от установившегося процесса шаговой прокатки. Объем подачи V_п2 смещается в сторону готового профиля. При этом линейное смещение в конце обжатия конуса деформации равно m(λ-1). Угол касания α_0н в начале процесса докатывания заднего конуса деформации равен углу касания при установившемся процессе шаговой прокатки, а качество геометрических размеров готового профиля аналогично качеству геометрических размеров готового профиля при установившемся процессе прокатки. Следовательно, деформационные и силовые условия в начале процесса докатывания заднего конца заготовки соответствуют данным условиям при установившемся процессе шаговой прокатки.

В конце процесса докатывания заднего конуса деформации длиной L, контур которого показан тонкой линией, подача может быть равной mλ (фиг.4), т.к. в этом случае условия деформации аналогичны условиям деформации в конце процесса выкатки конуса деформации согласно фиг.2, т.е. угол α_0к (фиг.4) равен углу α_0к (фиг.2), и аналогичны условиям деформации при установившемся процессе шаговой прокатки.

Таким образом, предлагаемый способ шаговой прокатки интенсифицирует процесс выкатки переднего конуса деформации и докатывания заднего конуса деформации, уменьшая время на прокатку заготовки. Деформационные и геометрические условия при этом не превышают данные условия при установившемся процессе шаговой прокатки, а качество геометрических размеров готового профиля аналогично качеству геометрических размеров готового профиля при установившемся процессе прокатки. Уменьшение времени прокатки заготовки ведет к улучшению температурных условий прокатки, снижая технологические нагрузки и повышая качество металла. При этом увеличивается пропорционально снижению времени на прокатку производительность процесса.

Предлагаемый способ шаговой прокатки был испытан на промышленном стане ШП280 с качающимися валками завода прецизионных сплавов (г. Березовский, Свердловская обл.). На стане прокатывались исходные заготовки диаметром 80 мм и длиной 1 м в готовый профиль диаметром 40 мм.

Подача в установившемся процессе прокатки равнялась 8 мм. Вытяжка заготовки λ=4. Длина конуса деформации L=200 мм.

Линейное смещение металла по длине конуса деформации принималось изменяющимся по линейному закону, т.е.

где х - координата длины конуса деформации.

Исходя из этого подача заготовки в каждом цикле прокатки при выкатке конуса деформации с учетом удлинения конуса деформации в каждом цикле может быть определена по формуле

Линейное смещение в первом цикле прокатки принималось равным Δm_i-1=m(λ-1), а общее смещение металла Δх_i-1=Δm_i-1+m=mλ.

Общее смещение в последующих циклах прокатки определялось по формуле

при Δх_i-1=mλ.

Подачу полосы в каждом цикле докатывания конуса деформации с учетом изменяющейся от цикла к циклу подачи можно определить по формуле

при начальном значении подачи m_(i-1)д=m.

Результаты расчета подачи заготовки при выкатке конуса деформации и его докатывании приведены в следующей таблице:

Таким образом, выкатка конуса деформации и его докатывание при применении способа прокатки согласно предлагаемому техническому решению осуществляются соответственно за пять и двенадцать циклов шаговой прокатки.

Число циклов шаговой прокатки на выкатку конуса деформации при постоянной подаче может быть определено точно с использованием зависимости (11.32) (1, стр.61).

Если принять, что образующая конуса деформации прямолинейная, то конус деформации будет иметь форму усеченного прямого конуса. Для рассматриваемого примера высота усеченного конуса 1=200 мм, диаметр в вершине конуса 40 мм, диаметр основания конуса 80 мм. Тогда с использованием указанной зависимости число циклов прокатки при выкатке конуса деформации будет от 14 до 15.

Докатывание заднего конуса деформации при постоянной подаче потребует 25 циклов прокатки, что определяется как частное от деления длины конуса деформации 1=200 мм на подачу m=8 мм.

Следовательно, в рассматриваемом примере при применении предлагаемого способа шаговой прокатки время выкатки переднего конуса деформации снижается примерно в три раза, время докатывания заднего конуса деформации снижается примерно в два раза, что подтверждает высокую эффективность предлагаемого способа шаговой прокатки.

Предлагаемый способ целесообразно использовать при любом процессе шаговой прокатки, как труб, так и сплошных профилей.

Источники информации

1. Тетерин П.К. Теория периодической прокатки. М., Металлургия, 1978.

2. Шевакин Ю.Ф., Матвеев Б.Н. Процесс захвата при горячей пилигримовой прокатке труб // Тр.ин-та /МИСиС - 1966. - Новые процессы прокатки металлов и сплавов. - Вып.43. - с.288-289.

3. Емельяненко П.Т. Теория косой и пилигримовой прокатки. Металлургиздат, 1949 (см. стр.376).

Формула изобретения

Способ шаговой прокатки, включающий переменную подачу заготовки, выкатку конуса деформации, установившийся процесс прокатки, докатывание конуса деформации, отличающийся тем, что подачу заготовки при выкатке конуса деформации и его докатывании изменяют в соответствии с изменением линейного смещения в установившемся процессе прокатки от подачи в установившемся процессе прокатки до произведения подачи в установившемся процессе на вытяжку заготовки соответственно в начале выкатки конуса деформации и в конце его докатывания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5