Разработка технологии изготовления и калибровки валков для швеллера № 16

- сложной формы (конфигурации) при прокатке фасонных профилей (угловой, швеллерной стали, двутавровых балок, рельсов и других) (рис. 2.3. ж–и).

Форму калибров характеризуют также  по наличию или отсутствию осей симметрии:

- с двумя осями симметрии (полной симметрией) – круглые, квадратные, прямоугольные и др.

- с одной осью симметрии: угловые, швеллерные, рельсовые;

-асимметричные, т.е. не имеющие осей симметрии. Применяются при прокатке автообода, лемеха, полособульбовых профилей и др.

 

                                   

Рис. 2.3    Классификация калибров по форме:

(а–е) – простой формы поперечного сечения с двумя осями симметрии: а – ящичный квадратный или прямоугольный; б – квадратный диагональный; в – ромбический;

г – шестигранный; д – овальный; е – круглый.

(ж–и) – фасонные, сложной формы поперечного сечения с одной осью симметрии:

ж – балочный; з – швеллерный; и – угловой развернутый.

1 – ручьи в виде впадин; 2 – ручьи в виде выступов (гребни).

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Задачи калибровки

 

Успешная прокатка любого профиля определяется тем, насколько  совершенна калибровка.

Первоочерёдной задачей  является определение рациональной формы раската в каждом переходном сечении. Поэтому при калибровке, прежде всего решают задачу определения  наиболее правильной формы калибров и размеров их в каждом проходе, обеспечивающих надёжное и устойчивое получение  всех заданных элементов профиля  в соответствии с законами пластической деформации металлов и теорией прокатки.

Второй задачей калибровки является определение минимального числа проходов, за которое можно  получить готовый профиль. Но при  расчётах калибровки необходимо стремиться к тому, чтобы в главных линиях прокатных станков были оптимальные  нагрузки, что определяется принимаемыми средними величинами вытяжек или  коэффициентами деформации в каждом проходе.

Третьей задачей является обеспечение простоты настройки  прокатных клетей, минимальных простоев стана, связанных с переходами с одного профиля на другой и перевалками, высокой производительности.

Задача калибровки объединяет в себе и рациональное использование бочки валков, определение положения калибров в валках а также размеров калибров.

 

2.4 Элементы калибровки

 

Зазор между валками при прокатке под влиянием действующего усилия отличается от его величины в ненагруженном состоянии. Это явление называется отдачей или пружиной валков.

Величина отдачи валков складывается из упругих деформаций элементов рабочей клети (валков, подшипников, подушек, нажимных винтов, станин) и зависит от конструкции клети и приложенной нагрузки. Зазор между буртами валков должен быть не менее отдачи валков с учетом допустимой величины износа калибра.

Это относится в первую очередь к чистовым калибрам, где  для лучшего выполнения профиля  поперечного сечения и контроля размеров прокатываемого металла желательно иметь минимальный зазор между  валками. В остальных калибрах без  ущерба требований к форме поперечного  сечения профиля зазор может  быть увеличен, что дает возможность  уменьшить глубину ручья и  продлить срок службы валков. Кроме  того, появляется возможность, изменяя  зазор между валками, использовать одни и те же калибры для прокатки нескольких типоразмеров профилей.

На основании выработанных практикой соотношений в зависимости от диаметра валков D величину зазора s между буртами принимают в следующих пределах:

s = 0,015D +2 мм при      D>600mm,

s = 0,012D + 2 мм при      400 D 600 мм,

s = 0,008D + 0,5 мм       при      D < 400 мм.

Выпуск калибра определяется тангенсом угла наклона боковой поверхности калибра к вертикальной плоскости. Его величина зависит от назначения калибра, типа профиля, допуска на размер (чистовые калибры) и других факторов. Например, для ящичного калибра выпуск можно определить по формуле (рис. 2.4)

 

Рис. 2.4. Схема построения вытяжного ящичного калибра

Выпуск калибра обеспечивает правильный вход раската в калибр и свободный его выход из калибра. При отсутствии выпуска раскат заклинивается в калибре и создаются предпосылки для оковы валков. В этом случае для извлечения раската из калибра требуются значительные усилия, которые могут привести к поломке выводной арматуры. Кроме того, выпуск калибров обеспечивает возможность ремонта калибров путем переточки валков с сохранением первоначальных размеров калибра. При отсутствии выпуска ремонт калибра с сохранением его первоначальной ширины невозможен, а малая величина выпуска влечет за собой значительный съем металла по диаметру валков.

Величина съема металла  при переточке (восстановлении) калибра определяется зависимостью:

 

             где  - глубина выработки стенок калибра.

В целях создания благоприятных  условий работы на стане и экономии валков на практике всегда стремятся  к максимальному увеличению выпусков калибров. Ограничением этому обычно является только допустимое искажение профиля. Особенно эффективно проявляется увеличение выпусков при прокатке фасонных профилей.

Для ромбических (квадратных), овальных, шестигранных и им подобных калибров достаточный выпуск обеспечивается самой формой калибра.

Большое значение для стабильной работы всей системы калибров имеет правильный выбор закруглений в калибрах. В зависимости от величины и места расположения в калибрах закругления позволяют предотвратить некоторые дефекты проката. Например, закругления в местах разъема валков позволяют в случае незначительного переполнения калибра получить заусенец с пологими стенками, не приводящий к образованию заката, а также предупреждают односторонние подрезы при неправильном входе раската в валки. Закругления в углах калибра снижают концентрацию напряжений в валках, обеспечивают необходимое пространство для уширения металла в последующих проходах и уменьшают температурные напряжения в металле, вызванные более быстрым остыванием углов раската. При прокатке фасонных профилей радиусы закруглений предупреждают срезы поверхности профиля вследствие неправильного выбора бокового обжатия. Для уменьшения искажения геометрии поперечного сечения раската под влиянием уширения металла в следующем проходе для ящичных, шестиугольных, плоских овальных и им подобных калибров иногда применяют выпуклость дна калибра, величина которой в зависимости от размеров калибра обычно не превышает 0,5...5 мм.

Нейтральная линия  калибра - это линия, относительно которой моменты сил, приложенных к профилю со стороны верхнего и нижнего валков, одинаковы и для калибров простой формы обычно совпадает с горизонтальной линией симметрии. Для определения положения нейтральной линии в фасонных калибрах применяют различные способы. Наиболее обоснованным можно считать способ, при котором нейтральную линию проводят через центр тяжести калибра.

 

 

2.5 Методы прокатки швеллера

 

Швеллер производится на тех же станах, что  и двутавровая балка, то есть на последовательных, линейных и универсальных специализированных. На рис. 2.5 приведены различные способы прокатки швеллера на этих станах. На рис. 2.5,а показан балочный способ, в котором используется общность конфигурации балки и швеллера. Можно построить универсальную калибровку, в которой 3 – 4 черновых клетей являются общими, при этом сократить парк валков, снизить число перевалок и время на настройку стана.

Рис. 2.5 Методы прокатки швеллера на линейных и последовательных станах: а – балочный; б – с увеличенным уклоном полок (корытный метод); в – с развернутыми полками; г – со сгибанием прямых полок .

В расчёте калибровки валков для прокатки швеллера № 16П, учитывая что профиль  имеет параллельные грани полок, примем способ прокатки в калибрах с прямыми полками, изогнутой  стенкой и с увеличенными выпусками (рис. 2.5, б) предусматривая правку прокатанного профиля в роликоправильной машине или в специальном доправочном устройстве).

Швеллерные  калибры в отличии от балочных имеют разъемы только с одной стороны, поэтому закрытый фланец должен постепенно сокращаться. Наличие его, с одной стороны, требует дополнительного расхода энергии, связано с большой неравномерностью деформации по сечению и кажется бесполезным. С другой стороны, ложный (закрытый) фланец необходим, чтобы сохранить температуру металла более равномерной по сечению профиля. Особенно это важно для правильного выполнения угла швеллера в месте сочленения полки и стенки. Для контроля ширины полок применяют контрольные калибры, конструкция которых видна на рисунке – например, калибр № 6 на схеме 2.5, а . Предпоследний калибр обязательно должен быть контрольным. По конструкции калибра видно, что путем изменения зазора между валками можно настраивать калибр на требуемую ширину полок. Контрольных калибров по ходу прокатки может быть два.

Балочный  метод прокатки – самый старый и даже на старых линейных станах применяется  редко. Основной недостаток связан с  тем, что деформация полок осуществляется боковым обжатием, то есть протекает  не интенсивно, поэтому требуется большое количество калибров. Чтобы увеличить обжатие полок, применяют прокатку с увеличенным выпуском ( корытный метод – схема б). При этом стенка готового профиля (чистового калибра) может быть как изогнутой, так и прямой. В первом случае стенка и полки стыкуются под прямым углом, и на правильной машине после прокатки выправляется стенка профиля. На отечественных заводах такая калибровка наиболее распространена. Во втором случае правке подвергаются полки.

Еще большая интенсивность деформации полок обеспечивается по калибровке с развернутыми полками (схема в). При такой прокатке также сокращается расход энергии на формообразование, снижается неравномерность деформации, снижается износ валков, обеспечивается более равномерная температура по сечению профиля. Однако, несмотря на очевидные преимущества данной калибровки, она не получила широкого распространения. Полоса в таких калибрах менее устойчива, условия захвата в калибрах затруднены, переход от развернутых к прямополочным калибрам требует сложной арматуры. Развернутые калибры занимают большое место на валках, поэтому не всегда удается разместить их на валках. При резком переходе от развернутых к прямополочным калибрах могут появиться морщины на полках профиля.

Калибровка  профиля по схеме г выполняется таким образом, чтобы несколько первых калибров были выполнены по полосовому принципу. При этом достигается высокая степень обжатия, хорошая равномерность деформации по сечению, невысокий врез ручьев в валки, малый износ калибров. При прокатке мелких швеллеров полосовые калибры применяют практически до предчистового контрольного калибра, и разгибание производят только в чистовом калибре. С увеличением размеров профиля требуется несколько калибров с прямыми полками, в которых происходит более плавное разгибание полок. Однако на крупных швеллерах разгибание полок даже в нескольких калибрах протекает трудно. Требуется сложная и точно настраиваемая арматура, не исключены риски на полках от буртов валков, размеры профиля не устойчивы.

Таким образом, каждая из применяемых схем прокатки швеллера имеет свои достоинства  и недостатки.

 

 

 

 

2.6 Расчёт калибровки валков для прокатки швеллера № 16 П

 

Рассчитаем калибровку валков для  прокатки швеллера № 16 П на крупносортном  стане 500.

Размеры швеллера № 16П по ГОСТ 8240-97 составляют: H = 160 мм;

d = 5.0 мм; В = 64 мм; t = 8.4 мм; R = 8.5 мм; r = 5.0 мм. Допуск по высоте швеллера и ширине полки составляет 2,5 мм, а по толщине фланцев - - 0,06t, т.е. 0,5 мм. Площадь профиля 1810 мм². Швеллер прокатывают из стали 15 ХСНД. Начальная температура прокатки по замеру после 1-й клети t₀=1125 С

Определение числа калибров (проходов) и составление схемы  калибровки:

По уравнению регрессии  для расчёта калибровки швеллеров

 при N = 16 и

  A₁=(D₀-d)/d=(510-5.1)/5.1=99.0 , тогда

n_кш = 0.0333*16+0.208*99-0.0008*99²-7.55 =5.7

Примем ближайшее целое  значение  n_кш = 6.

Учитывая, что заданный профиль  имеет параллельные грани полок, примем способ (рис 2.5,б) прокатки в калибрах с прямыми полками, изогнутой стенкой и с увеличенными выпусками, предусматривая правку прокатанного профиля в роликоправильной машине или в специальном доправочном устройстве. При этом применим два полузакрытых контрольных калибра: предчистовой в клети 9 и черновой в клети 4. В клетях 3,5-8 и 10 разместим швеллерные калибры. Схема калибровки приведена в таблице 1. В соответствии с принятым способом  прокатки назначим выпуск чистового калибра 15%.

 

 

 

Таблица 1. Результаты расчётов формоизменения металла при прокатке швеллера № 16П на стане 500

Nкл	Nк	Nкш	Nкк	Шейка				Действительные фланцы
				1/ηd	d,мм	еш	lш,мм	1/ηb	b,мм	1/ηa	a,мм	еф(1/ηк)	lф,мм
2	9	7		-	61,5	-	128,1	-	49,4	-	37,0	-	41,4
3	8	6		1,635	37,6	0,052	134,8	1,391	35,5	1,425	26,0	0,170	48,5
4	7		2	1,445	26,0	0,042	140,5	1,225	29,0	0,960	27,0	(1,109)	43,7
5	6	5		1,579	16,5	0,040	146,1	1,364	21,3	1,402	19,3	0,130	49,4
6	5	4		1,483	11,1	0,032	150,8	1,343	15,9	1,357	14,2	0,105	54,6
7	4	3		1,371	8,1	0,025	154,6	1,302	12,2	1,297	11,0	0,080	59,0
8	3	2		1,243	6,5	0,018	157,4	1,236	9,9	1,225	9,0	0,055	62,2
9	2		1	1,161	5,6	0,011	159,2	1,092	9,1	0,990	9,1	(1,093)	56,9
10	1	1		1,090	5,1	0,005	160,0	1,123	8,1	1,123	8,1	0,018	57,9