автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование процесса прокатки полос в косорасположенных гиперболических валках

КОМИТЕТ РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТНЫЙ И КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ СПЛАВОВ И ОБРАБОТКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ АООТ "ИНСТИТУТ ЦВЕТМЕТОБРАБОТКА"

На правах рукописи УДК 621.771

КАРИКОВ Геннадий Васильевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ ПОЛОС В КОСОРАСПОЛОЖЕННЫХ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ВАЛКАХ

Специальность: 05.16.05. "Обработка металлов давлением"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КОМИТЕТ РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТНЫЙ И КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ СПЛАВОВ И ОБРАБОТКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ АООТ "ИНСТИТУТ ЦВЕТМЕТОБРАБОТКА"

На правах рукописи УДК 621.771

КАРИКОВ Геннадий Васильевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ ПОЛОС В КОСОРАСПОЛОЖЕННЫХ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ВАЛКАХ

Специальность: 05.16.05. "Обработка металлов давлением"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Научно-исследовательском, проектном и конструкторском институте сплавов и обработки цветных металлов АООТ "Институт

Цветметобработка"

Научные руководители

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор РЫТИКОВ А. М

канд идат технических наук МАКАРОВ В. Б.

Официальные оппоненты

Лауреат государственной прении СССР, доктор технических наук, профессор, СЕЙДАЛЙЕВ Ф. с.

Кандидат технических наук БУЛАВИН В. Л.

Ведущая организация

- АО "Московсюш завод по обработке цветных металлов"

Защита состоится 'Ц 1996г ё Юч.^оМ

на заседании диссертационного совета К 139. 03. 01 в Акционерном обществе АООТ "ИНСТИТУТ ЦВЕТМЕТОБРАБОТКА" по адресу : 109017, Москва, Пыжевский пер., 7а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан ОМЩ 199/г.

Учёный секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Э.Н. Калмыкова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В настоящее время относительно узкие полосы, шириной 50...80 мм, как правило, получают продольной резкой более широкой ленты, производство которой характеризуется значительными затратами, так как в технологии занято достаточно сложное, энергоемкое и дорогостоящее оборудование. Традиционно ленты получают по технологии, включающей несколько переделов: непрерывное (или полунепрерывное) литье слитков, горячую прокатку, холодную прокатку с сопутствующими процессами нагрева слитков, термообработкой полуфабриката, травление и т.п. Поэтому производство полос и лент сопровождается достаточно высокими отходами металла и общий выход составляет 70...80% от заданного в обработку. В связи с этим в последнее время проявляется интерес к совмещенным процессам непрерывного литья узкой заготовки и последующей прокатки полосы толщиной 2...4 мм. Эффективность совмещенных процессов определяется параметрами отдельных их компонентов: литейных машин, фрезагрегатов и прокатных станов. С целью снижения капиталовложений и улучшения технико-экономических показателей производства представляет интерес анализ возможностей применения новых оригинальных технологий, позволяющих решить эти задачи. В качестве одного из вариантов таких технологий в диссертационной работе рассмотрен метод прокатки, позволяющий для изготовления узких лент использовать круглую или прямоугольную в поперечном сечении непрерывно литую заготовку. Это позволяет избежать нескольких прокатных переделов, значительно упростить традиционную технологию и сократить расходы на переделах не менее чем в два раза.

Цель работы. Основной задачей работы являлось исследование процесса косо валковой прокатки и разработка технологического регламента для производства узких лент методом интенсивного уширения.

Решение поставленной задачи включало следующие этапы:

- исследование очага деформации при косовалковой прокатке полос установлением зависимостей его параметров от условий процесса;

- установление влияния основных параметров процесса косовалково прокатки (обжатия, размеров и формы заготовки, шероховатости валков, уго разворота валков и др.) на уширение;

- исследование силовых условий прокатки;

- разработка технических мероприятий и режимов прокатки, обеспеч! пакяцих устойчивое протекание процесса с максимально возможным упгареш ем полосы требуемого качества;

- разработка технологического регламента на производство узкой лент размерами Н х В = 1...2 х 50...80 мм с использованием нового метода интенсш ного уширения.

Новизна работы. В работе получены следующие данные:

- установлены зависимости уширения при плоской косовалковой прока ке от размеров заготовки, величины обжатия, направленности шероховатое! поверхности валков, угла разворота валков;

- определены энергосиловые параметры косовалковой прокатки в зав: симости от величины обжатия и размеров заготовки, угла разворота валков;

- установлены оптимальные режимы косовалковой горячей прокатки щ получения полос размерами Н х В = 2,2...2,8 х 80... 82 мм из круглой заготов* диаметром 22 мм (латунь Л63).

Практическая ценность. Применение косовалковой прокатки позволж организовать производство узких лент для последующей сварки трубной зал товки, штамповки ронделей и др. целей.

Реализация работы в промышленности. По результатам произведенных исследований разработан технологический регламент на производство узких лент размерами Н х В = 1,0 х 80 мм в линии с использованием прокатки в косорасположенных гиперболических валках. С применением метода интенсивного уширения изготовлена опытная партия таких латунных лент, полностью удовлетворяющая требованиям ГОСТа 2208-75.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на секциях обработки металлов давлением и НТС института Типроцвет-метобработка", а также опубликовывались в периодической печати.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав текста, выводов, списка литературных источников на 40 наименований. Материал диссертации изложен на 145 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц и 59 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе рассмотрен процесс плоской косовалковой прокатки, обеспечивающий значительное (в 3...4 раза) уширение заготовки. В этом процессе валки прокатного стана выполнены в форме однополостного гиперболоида вращения, а для получения плоской заготовки оси вращения валков развёрнуты относительно оси, перпендикулярной к оси прокатки, на определенный для данного гиперболоида угол.

При повороте осей вращения валков появляется составляющая активной силы трения, направленная перпендикулярно к оси прокатки. Эта составляющая создаёт значительные сдвиговые деформации, в результате чего снижаются контактные напряжения и уширение заготовок достигает значительных величин.

Изложенные особенности позволили предположить, что при косо валковой прокатке, в сравнении с обычной, плоскопараллельной прокаткой высокие значения уширения можно долучать при использовании валков меньшего диаметра и меньших энергозатратах.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Конструкция стана. Стан имеет два валка, оси вращения которых с помощью специальных устройств могут разворачиваться в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси, перпендикулярной оси прокатки, образуя между собой угол разворота 2а до 54е . Балки выполнены в виде однополосг-ных гиперболоидов вращения, причем одна из образующих каждого валка перпендикулярна оси прокатки в горизонтальной плоскости. Таким образом, каждому углу разворота должен соответствовать определенный гиперболоид вращения, так как только в этом случае будет образовываться щель постоянной пс ширине валка высоты и равная (без упругих деформаций) конечной толщине полосы. Схема прокатки металла в косорасположенных гиперболических вал ках представлена на рис. 1. При угле разворота валков 2а = 0° оси вращенш валков перпендикулярны к оси прокатки и в этом случае имеем обычную про катку в цилиндрических валках.

Валки крепятся в кассетах, каждая из которых имеет свои конструктив ные особенности. Верхняя кассета с подушками, валком и шпинделем подве шена к верхней плите с помощью уравновешивающего устройства. Нижняя кас сета, с подушками валка лежит на нижней плите, причем с помощью специаль ного регулировочного механизма она имеет возможность поворачиваться вме сте с валком на угол + 5...7° в вертикальной плоскости, проходящей через ос вращения нижнего валка. Это позволяет регулировать зазор между валками устранять поперечную разнотолщинность полосы.

Схема очага деформации при косовалковой прокатке в гиперболических валках

Рис. 1

1- верхний валок; 2- нижний валок; 3- заготовка; а - угол разворота валков; Ь - толщина прокатанной полосы; ц., q. - теоретические углы захвата верхнего и нижнего валков; /„ /, -теоретические длины проекций дуг захвата на ось ОХ для верхнего и нижнего валков; ОХУХ - система координат, где ось ОХ является осью прокатки.

Верхняя и нижняя плиты соединены между собой четырьмя колоннами.

Привод валков - индивидуальный, мощность каждого двигателя 15 кв!

скорость вращения 750 об/мин.

Диаметр валков по реборде, мм...............280

Диаметр валков по центру, мм.................260...280

Ширина бочки валков, мм........................150

Допустимая сила прокатки, кН................400

Число оборотов валков, об/мин................24,5

Изменяя угол разворота валков 2а , возможно без смены валков в не больших пределах изменять профиль выходящей полосы, делая его вогнутым плоским или выпуклым.

Валки имеют осевую регулировку (смещение вдоль своих осей вращени в обе стороны на ± 10 мм).

Прокатка металла на стане интенсивного уширения (СИУ) внешне ана логична прокатке на традиционных станах с осями вращения, расположенным] в одной плоскости. Объём металла, смещенный при обжатии, распределяете между вытяжкой и уширением. Однако при прокатке металла на стане "СИУ* за счет разворота валков на деформируемый металл со стороны валков деист вукгг активные силы трения, которые принципиально изменяют схему сил очаге деформации и создают' благоприятные условия для принудительног уширения металла.

Материал, геометрия и размеры образцов. Исходным материало1 служили образцы из сплава свинца (90%) с оловом (10%) с поперечным сечет ем различной формы и размеров (прямоугольные, круглые), длиной 220...35 мм, а также отрезки прутков из латуни марки Л63, диаметром 12,17,18,19, 2

-9мм, длиной 250...300 мм и 600... 900 мм. Латунные образцы перед прокаткой нагревали до температуры 780... 820° С.

Исследуемые параметры. В работе исследовали влияние на уширение: величины обжатия, размеров заготовок и их формы, направленности шероховатости на поверхностях валков и способа её нанесения, угла разворота валков. Образцы измеряли до и после прокатки.

Изучалась величина волнистости в центре полос, скручивание полос после прокатки. Определялись прочностные свойства полученных полос (<т„ и етт), относительное удлинение (8т) и твёрдость по Виккерсу (Hv).

С помощью тензодатчиков, установленных на верхнем валке, измерялись: вертикальные усилия прокатки; осевое усилие; момент прокатки. Средние вертикальные давления металла на валки рассчитывались делением вертикальных усилий прокатки на контактную площадь очага деформации, измеренную на недокатах.

Установка осей вращения валков на требуемый угол производили с точностью до ± 0,25°.

Для исследования влияния шероховатости валков на уширение поверхность валков обрабатывалась различными способами: шлифованием в различных направлениях; накаткой; дробеструйной. В результате шероховатость валков варьировалась в пределах Rz= 8...95 мкм (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика поверхности валков

Угол разворота валков 2а, град Способ обработки Шероховатость Rz, мкм

1 2 3

45 Шлифование 8...15

- 10- Продолжение таблицы 1

1 2 3

45 Шлифование 35...36

0 Шлифование 35...36

53 Шлифование 35...36

45 Дробесгруйка 23...24

57 Накатка 90...95

53 Накатка 23...28

0 Накатка 33...35

Для измерения исследуемых параметров в работе использовались:

- тензометрическая аппаратура в составе блока питания марки "Агат"; усилителя "Топаз 3-10"; осциллографа марки Н 117/1; тензодатчиков сопротивления типа 2ПКБ-10-100ГВ; гидравлической месдозы с манометром марки ОБМГН-1-160;

- штангенциркуль, ГОСТ 1966 - 80; микрометр ГОСТ 6507- 78; линейка металлическая ГОСТ 427 -75; транспортир.

-Исследования механических свойств металла после прокатки и последующих переделов производились на установке "Инстрон" и твердомере Вик-керса.

Характеристики шероховатости валков устанавливали измерением величины И* на модельных образцах с аналогичной шероховатостью. Измерения производились на профилографе - профилометре модели 201.

ОЧАГ ДЕФОРМАЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ КОСОВАЛКОВОЙ ПРОКАТКЕ

Схема очага деформации при косовалковой прокатке приведена на рис. 1. В результате анализа в прямоугольной системе координат хуг были получены основные формулы, характеризующие очаг деформации.

Уравнение поверхности верхнего валка:

у = -x2(l-tg1a)-2xztga+(Rr, + А/2) (1)

Уравнение поверхности нижнего валка:

У = -х\\-Щг а)+1х2Ща-{]^ + А/2) (2)

где: радиус по центру бочки валка; А - толщина прокатанной полосы; х,у,г- координаты.

В общем случае форма поперечного сечения прокатанной полосы определяется по формуле:

уЧК+гЧс'/Я,1^ (3)

где: к1 = в\п(<р-а)$1а(<р+а)/со$1 а

Возможны три случая:

1) Если | ф | > а , то к > 0, уравнение (3) является эллипсом. Для упрощения расчётов оси вращения верхнего и нижнего валков не разносились по оси О У на величину +(/?„+А/г), как это сделано в формулах (1) и (2), а форма сечения рассматривалась, когда центр валка находится в начале координат. В этом случае полоса имеет форму двояковогнутой линзы.

2) Если | р | < а , то к < 0, уравнение (3) будет гиперболой, а сечение полосы в этом случае будет иметь форму выпуклой чечевицы.

-123) При | ф | = а в плоскости YOZ находятся образующие: верхнего валка - у^ = 2Л,+Л/2, ун =А/2; нижнего валка -у^ =И/2, у^ = -(2Л„+й/2); образующие у = ±Л/2, г = о, определяют форму выходящей из валков прокатываемой полосы, в данном случае она прямоугольная. Длина проекции дуги захвата: для верхнего валка:

-гЩа-^2а+Д,^!^* а)

/=

(4а)

для нижнего валка:

а+Д,/^!^2 а)

(46)

Из полученных формул следует: 1) проекция дуги захвата зависит от г, т.е. она изменяется по ширине заготовки; 2) длина ее для верхнего и нижнегс валков различна в каждом конкретном сечении, кроме сечения по оси проката* (2 = 0).

При г = 0:

/ =

(5)

Из формулы видно, что длина проекции дуги захвата зависит от величи ны угла а. При а = 0 получаем:

А

т. е. общеизвестную формулу для обычной прокатки в цилиндрически

валках.

Из формул (4) следует, что, например, в сечении т > О (В - В, на рис. 1), /„- длина проекции дуги захвата верхнего валка больше /„ - длины проекции дуги захвата нижнего валка. В действительности, из-за разности давлений на верхнюю и нижнюю поверхности, заготовка стремится занять положение, при котором эти давления будут равны и /„ = /„. Это возможно, если валок, которому соответствует большая дуга захвата, будет либо разворачивать заготовку вокруг оси прокатки, либо, если проводки не позволяют этого сделать, будет ее изгибать и скручивать, что приведёт к выравниванию длин дуг и углов захвата.

В таблице 2 приведены расчётные и фактические (измеренные на недо-кате) длины проекций дуг захвата для случая прокатки прямоугольной заготовки из сплава свинца с оловом, по маршруту -

Нх В->Ьх Ь = 15 х 28 2,67 х 82 мм, (А Ь = 12,33 мм, ^ = 140мм), в косорасположенных валках с углом разворота 2а = 53 °.

Данные таблицы 2 подтверждают выравнивание дуг захвата верхнего и нижнего валков, на что указывалось ранее.

Таблица 2

Длины проекций дуг захвата

Дуга захвата, мм Положение плоскости сечения мм

-12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12

Теоретическая Верхний валок 40,7 42,5 44,3 46,3 48,3 50,4 52,6 54,9 57,2

Нижний валок 57,2 54,9 56,2 50,4 48,3 46,3 44,3 42,5 40,7

Фактическая Верхний валок 49,0 48,9 48,3 47,9 47,2 46,7 46,5 46,5 45,8

Нижний валок 46,5 47,0 47,2 47,5 47,8 48,0 48,3 48,5 49,0

Из рис. 1 следует, что угол захвата равен: 9 = arctg2//(2Ä0-ilA), где: / - дуга захвата.

Используя формулы (5) и (6) при (2= 0), получили

zJ(x„Ah)/(l-tg2 а) * = arctg--

ОСОБЕННОСТИ УШИРЕНИЯ МЕТАЛЛА В МГНОВЕННОМ ОЧАГЕ ДЕФОРМАЦИИ

Течение металла в очаге деформации изучали путём прокатки заготовок с нанесёнными на их поверхность продольными рисками и измерением расстояния между ними на недокатах. Анализ экспериментальных данных показал, что при прокатке полос из сплава свинца с отношением сторон В/Н = 1,8...2,0 (Н = 15 мм) уширение имеет свои особенности.

1) При плоскопараллельной прокатке, с параметрами произведённых опытов, уширения образца по верхней контактов поверхности не наблюдается, ширина полосы увеличивается за счет выжимания внутренних объемов металла заготовки;

2) При косовалковой прокатке общее уширение суммируется из нескольких составляющих:

-уширение заготовки слева (см. рис 1) от оси прокатки происходит за счёт перехода левой боковой грани заготовки на верхнюю поверхность и её уширения;

(7)

- 15- уширение заготовки справа от оси прокатки происходит в основном за счёт уширения верхней грани заготовки в направлении окружной скорости валка;

- зафиксировано также уширение крайней правой части заготовки за счёт выжимания внутренних объёмов металла, перехода правой боковой грани заготовки на верхнюю поверхность при этом не обнаружено.

Доля составляющих элементов в общем уширении заготовки изменяется в зависимости от величины коэффициента обжатия.

Анализ формоизменения металла в очаге деформации показал также наличие значительно больших, чем при обычной прокатке, зон скольжения металла относительно поверхности валков и зон прилипания.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ УШИРЕНИЯ ПРИ КОСОВ АЛКОВОЙ ПРОКАТКЕ

Первые эксперименты показали, что для обеспечения устойчивой прокатки в гиперболических валках необходимо повысить шероховатость валков (до величины = 25...36 мкм). При этом принципиальное значение приобретает направление обработки поверхности валков.

Влияние трения на уширение изучали, обрабатывая поверхности валков различными способами : шлифованием, накаткой, дробеструйной обработкой. При обработке валков шлифовальным кругом марки 25А40ПСТ15К15Б, получали шероховатости = 30...38 мкм в направлении, перпендикулярном к движению абразивных зерен, и /?2 = 10...15 мкм в направлении движения абразивных зерен. Были выполнены четыре варианта шлифования поверхности гиперболических валков (рис. 2):

Ш 1 - в направлении вдоль образующей гиперболоида, расположенной под углом V}/ = 45° к оси прокатки;

Направление шлифования поверхности гиперболических валков, (шероховатость поверхности валков 30...38 мкм)

Ш 2 - в направлении вдоль образующей гиперболоида, перпендикулярном оси прокатки, = 90 ° .

Ш 3 - вдоль оси вращения валка или под углом у = 67,5 ° к оси прокатки;

Ш 4 - в направлении, перпендикулярном к оси вращения валка (под углом V)) = 157,5 ° к оси прокатки).

Прокатывали прямоугольные образцы из сплава свинца сечением Н х В = 12,0...12,5 х 25,0 мм и 15 х 20 мм.

Кроме того, прокатывали аналогичные образцы в валках, поверхность которых была обработана чугунной крошкой на дробеструйной машине (шероховатость Rz = 28 мкм) и в валках с поверхностью, обработанной накаткой (.Rz = 23...28 мкм).

Установлено, что при косовалковой прокатке полос зависимость ушире-ния от угла направления шлифования поверхности валков носит экстремальный характер. Наибольшее упшрение достигается при направлении шлифования, совпадающем с образующей гиперболического валка, перпендикулярной к оси прокатки. Поэтому основная часть экспериментов была выполнена на валках, обработанных по схеме Ш2 (Рис 2).

В работе было установлено, что зависимости уширения металла при косовалковой и плоскопараплельной вариантах прокатки от основных параметров процесса качественно равнозначны. Однако появление поперечной составляющей активных сил трения при косовалковой прокатке способствует росту уширения примерно 1,50...1,70 раза. При косовалковой прокатке полос упшрение пропорционально величине обжатия и углу разворота валков. Так, при прокатке

образцов

из сплава свинца с оловом Нх В — 15 х 20 мм, с обжатием In — = 2,0

h

были зафиксированы следующие данные :

2 а, град 0 43,5 53

ДЬ.мм 36 55 61

При прокатке заготовки из латуни Л63 диаметром 18 мм

(Тнагр = 780° С; обжатие 1п—= 2,0) значения ушпрения составили:

п

2 а, град 0 43,5 53

А Ь, мм 28 37 43

Зависимость абсолютного уширения прямоугольных заготовок от их ширины при косо валковой прокатке носила экстремальный характер, что соответствует известным представлениям. С ростом угла разворота валков и обжатия увеличивались* упшрение и величина экстремума Следует отметить, что положение экстремума при косовалковой прокатке зависит не только от величины обжатия, как это имеет место при обычной прокатке, но и от величины

Н

угла разворота валков. Так, например : при обжатии 1п—=2,0 для угла разво-

п

рота валков 2а = 43,5° максимальное упшрение наблюдалось при В = 25 мм, а для угла 2а = 53° - при В = 30 мм; при обжатии 1,6 для угла 2а = 43,5° максимальное упшрение имело место при В - 30...32,5 мм, а для 2а = 53° - В > 45 мм. Характерно, что при плоскопараллельной прокатке (2а = 0° ) зависимость абсолютного уширения не имела экстремума и его величина с ростом ширины заготовки практически не изменялась.

С помощью корреляционно-регрессионного метода обработки экспериментальных данных в работе были получены формулы, позволяющие рассчитывать с достаточной точностью уширение металла при косовалковой прокатке полос:

- из круглой латунной (Л63) заготовки :

- 19-

1п| = 1п| {о,8 - [0,016£> - 0,002(2а)]};

- из круглой заготовки для сплава свинца :

1п ^ = 1п 0,78 - 0,03 ьД - [0,012Я -0,003(2аг)

£> И У Л 1

- из прямоугольной заготовки для сплава свинца:

Ь

1п—= 0Д17 - 0,007х, + 0,695*; -0,003х3 -0,01х,х2 + 0,0028хгх3 + 0,00014х,х3;

В

в формулах:

Н, В, А, Ъ - высота и ширина заготовок до и после прокатки соответственно; В - диаметр заготовки; а - угол разворота валков; Х\ - В - ширина профиля; хг - 1п—; дг3 - [2а ].

п

В работе по формуле А.И. Деликова - А.И. Гршпкова сделан расчет диаметра валков для обычной (плоскопараллельной) прокатки, при котором уширение равно по величине уширению, получаемому при косовалковой прокатке. Результаты расчета свидетельствуют о возможности использования при косовалковой прокатке валков, диаметр которых примерно в три раза меньше диаметра валков, используемых при обычной прокатке :

2 а, град 0 43,5 53

Ов, мм 280 736 962

СИЛОВЫЕ УСЛОВИЯ ПРИ КОСОВАЛКОВОЙ ПРОКАТКЕ

Вследствие того, что активные силы трения действуют на прокатываемую заготовку под углом к направлению оси прокатки, в ней возникают сдвиговые деформации, которые в зависимости от величины угла разворота валков и

степени обжатия приводят к уменьшению контактных нормальных напряжений на 13...80%.

Так, при прокатке прямоугольных образцов размерами Н х В = 15 х 15...50 мм, из сплава свинца с оловом, и круглых, диаметром 18 мм, из латуни

Л63 (Тнагр = 780° С), при обжатии 1п— = 2,0 были получены следующие вели-

п

чины средних контактных давлений металла на валки:

2а, град 0 43,5 53.

УСплав свинца 150 115 108

| Латунь Л63 350 290 185

Необходимо обратить внимание на то, что несмотря на значительное количество проведенных экспериментов существенного влияния ширины заготовки на величину контактных давлений не установлено. Однако наблюдалось повышение контактных давлений с уменьшением диаметра заготовок. Например:

при прокатке заготовок из латуни Л63 с обжатием 1п—=2,0 контактные давле-

п

ния составляли при диаметре 18 мм - 285 МПа, а при диаметре 14 мм - 350 МПа. Это можно объяснить тем, что заготовки меньшего диаметра сильнее за-холаживаются при прокатке.

Исследования зависимости контактных давлений от коэффициента обжатия при косовалковой прокатке показали, что она носит общеизвестный характер - при значительном уменьшении обжатия наблюдается увеличение контактных давлений. Это объясняется влиянием внеконтактных зон очага деформации. Так, величины контактных давлений при угле разворота валков 2а = 53°, в случае прокатки заготовок размерами НхВ = 15х 15...50 мм из сплава свинца составляли:

Я 0,2 1,0 2,0

" А

р, МПа 80 60 108

Уменьшение контактных нормальных напряжений на 13...80% и увеличение уширения исходной заготовки по-разному влияют на вертикальное усилие прокатки. С одной стороны, уменьшение контактных напряжений уменьшает вертикальное усилие прокатки, с другой стороны - увеличение уширения ее увеличивают.

При косо валковой прокатке с ростом угла разворота валков до 53 для узких заготовок размером Н х В = 15 х 15...20 мм (сплав свинца) наблюдалось снижение вертикального усилия, в сравнении с обычной прокаткой, во всем диапазоне обжатий на 22...25% (табл.3).

Таблица 3

Вертикальные усилия при прокатке заготовок размерами НхВ = 15х20ммиз сплава свинца

Обжатие 1пя/а = 1д 1пя/л=2,4

2°, град 0 43,5 53 0 43,5 53

Р, кН 130 105 87 380 325 325

С увеличением ширины заготовки В > 35 мм, при косовалковой

прокатке в сравнении с обычной, при обжатиях 1п-^-<1,4 наблюдается

И

снижение вертикальных усилий прокатки до 16% при развороте в 53°, а в диапазоне обжатия 1п—>2,0 отмечен незначительный рост (до 5...7%)

п

усилия прокатки (табл. 4)

Таблица 4

Вертикальные усилия при прокатке заготовок размерами НхВ = 15х35ммиз сплава свинца

Обжатие 1пя/а=ц2 1пя/а = 2,4

2°, град 0 43,5 53 0 43,5 53

Р, кН 190 170 165 435 430 477

Исследования вертикальных усилий при прокатке круглых заготовок и: латуни показали, что при косовалковой прокатке они на 25...30% ниже, чем пр* обычной прокатке во всем диапазоне исследованных диаметров заготовок I

обжатий. Так, при коэффициенте обжатия 1п— = 2,0 и диаметре заготовки

а

18,0 мм (Тнагр = 780° С) вертикальные усилия были равны:

2 а, град 0 43,5 53

Р, кН 455 405 350

Воздействие составляющей активных сил трения на заготовку под углов, к оси прокатки вызывает реактивные осевые усилия, направленные вдоль осе> вращения валков. Установлено, что зависимость осевых усилий от обжапп имеет экстремальный характер, что можно объяснить воздействием на осевы усилия двух противоположно влияющих факторов: с одной стороны, увеличе нием активных сил трения, а с другой, ростом горизонтальной проекции сум марного нормального к поверхности верхнего валка усилия прокатки Рг. Пр

обжатии до 1п— = 1,5...1,7 преобладает первый фактор, с увеличением обжати

л

второй фактор начинает оказывать все большее влияние, что снижает величин осевых усилий.

Величина осевых усилий растет с увеличением угла разворота валков. Её максимальная ее величина для 2а = 53° составляет 5...7% от вертикального усилия прокатки.

Исследования моментов прокатки показали, что увеличение площади очага деформации и зон скольжения металла при косовалковой прокатке приводит к увеличению моментов прокатки. Так, для косовалковой прокатки (2а = 53°) момент прокатки в 1,4... 1,6 раз выше, чем при обычной. Например, при прокатке заготовок из сплава свинца с оловом, размерами НхВ = 15х20 мм, с

коэффициентом обжатия 1п—= 2,0 величина моментов для обычной и косовалковой про каток составляла соответственно 3,3 и 5,3 кНМ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СТАБИЛЬНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ И КАЧЕСТВО ПОЛОС

В исследованиях было установлено, что главной причиной, ограничивающей величину обжатия при прокатке как прямоугольных, так и круглых заготовок, является появление волнистости по центру полосы.

Причины появления волнистости при косовалковой прокатке в гиперболических валках те же, что и при обычной прокатке в цилиндрических валках -в момент появления волнистости поперечные пассивные силы трения в очаге деформации превышают продольные. Это препятствует уширению металла и приводит к росту вытяжки по центру прокатываемой полосы. Волнистость по центру полосы является следствием большого уширения и неравномерности деформации при прокатке со значительными обжатиями (е > 86 %).

Для получения полосы с удовлетворительными параметрами по плоскостности, в работе были определены области максимальных обжатий при прокатке прямоугольных и круглых заготовок, без появления волнистости. Было установлено, что при увеличении угла разворота валков возрастает возможная

(допустимая) степень обжатия заготовок без возникновения волнистости. Это позволяет увеличивать максимальную ширину прокатанных полос не только за счет интенсивного уширения, но и за счет повышения степени обжатия. Например, при обычной прокатке (2а = 0°) заготовок диаметром 22 мм из латуни,

^

волнистость появляется при обжатии 1п—= 2,16 (б = 88,4%). Размеры получае-

п

мой при этом полосы составляют И х Ь = 2,5 х 54 мм. При косовалковой прокатке (2а = 53°) эти параметры составляют 1п— = 2,4 (в = 91%), Ь х Ь = 2,0 х 82

п

мм (Температура нагрева заготовки Тнагр = 820°С).

Установлено, что при прокатке с одинаковыми обжатиями заготовок с приблизительно равными площадями поперечного сечения - круглой (022 мм) и прямоугольной (15x25 мм, Н/В=1,67), уширение примерно одинаково, что позволяет рекомендовать для прокатки круглые заготовки, так как это с точки зрения снижения трудоёмкости изготовления технологического инструмента более целесообразно.

Одним из недостатков косовалковой прокатки является скручивание полосы на выходе из валков. В работе объяснены причины этого явления при косовалковой прокатке и найдены технические решения (специальные проводки), которые практически полностью устраняют закручивание полосы.

Механические свойства и геометрия лент, полученных при косовалковой прокатке, удовлетворяли требованиям ГОСТа-2208-75-"Ленты латунные общего назначения".

Опытная партия сварных труб, полученных из ленты прокатанной на ко-совалковом стане, показала, что их свойства соответствуют ГОСТу 494-76 Трубы латунные. На основе выполненного исследования даны предложения по конструкции уширительного стана, составу оборудования прокатной линии, разработан и согласован технологический регламент на реализацию проекта.

-25В рамках исследований был проведен технико-экономический анализ эффективности внедрения линии по производству латунных лент, использующей новую технологию. Анализ показал целесообразность производства полос с использованием стана косовалковой прокатки при годовых объёмах производства труб 5...15 тыс. т.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что прокатка в косорасположенных гиперболических валках происходит в условиях воздействия на металл активных сил трения, направленных под углом к оси прокатки. Это приводит к появлению поперечных составляющих активных сил трения. В результате чего в очаге деформации создаются благоприятные условия для интенсивного уширения заготовки.

2. Установлены некоторые явления косовалковой прокатки, возникающие вследствие несимметричности очага деформации и усложняющие ведение процесса. К ним относятся:

- пониженная устойчивость процесса, при некоторых режимах прокатки, которая проявляется в "рыскании" прокатанной полосы в очаге деформации из стороны в сторону и нестабильности ширины полосы по её длине;

- вращение круглой и квадратной (при прокатке без входных проводок) заготовок на входе в очаг деформации и закручивание "в штопор" прямоугольной полосы при выходе её из очага деформации;

3. В результате исследований разработаны технические мероприятия, позволяющие стабилизировать процесс прокатки:

- применение валков с оптимальной шероховатостью рабочей поверхности;

- применение входных и выходных проводок специальной конструкции.

-264. Проведен математический анализ формы очага деформации, получены инженерные формулы для расчета образующих поверхности валков, величины угла захвата и длины дуги захвата очага деформации. Выполнен теоретический анализ формы поперечного сечения прокатанной полосы. Проведено теоретическое исследование зависимости вышеуказанных параметров от величины угла разворота валков.

5. В результате проведенных исследований выполнен сравнительный анализ формоизменения металла в очаге деформации при косо валковой и обычной прокатках.

Установлено, что для косовалковой прокатки наиболее характерным является ширение всей контактной поверхности заготовки, получение уширения как за счет поперечного течения металла, так и вследствие перехода боковых поверхностей заготовки на верхнюю и нижнюю плоскости полосы.

6. В работе была исследована зависимость уширения от анизозотропии трения в очаге деформации. Установлено, что стабильная прокатка возможна только в случае идентичности шероховатости поверхностей верхнего и нижнего валков, причем наибольшее уширение получается в случае шлифовки валков вдоль перпендикулярной к оси прокатки образующей гиперболоида. Величина оптимальной шероховатости соответствует микронеровностям поверхности Яг = 25... 36 мкм.

7. Для получения идентичной поверхности валков была разработана технология механической обработки их накаткой. Величина шероховатости в этом случае составляла = 23...28 мкм.

8. Результаты экспериментов показывают, что основные закономерности уширения как при косовалковой, так и при обычной плоскопараллельной прокатках качественно совпадают, но количественно различны. Последнее обусловлено тем, что при косовалковой прокатке создаются условия для принуди-

тельного уширения, поэтому уширение при косовалковой прокатке было в 1,35...1,60 раза выше, чем при обычной прокатке.

Установлено, что величина угла разворота валков существенно влияет на уширение - с увеличением угла разворота уширение возрастает.

9. В результате статистической обработки данных были получены инженерные формулы уширения, позволяющие с достаточной точностью рассчитывать уширение металла при прокатке.

10. Исследование силовых условий показали, что при косовалковой прокатке, в сравнении с обычной, из-за развитых поперечных сдвигов металла значительно снижены (в 1,2...1,8 раза) контактные нормальные напряжения. Причем, увеличение угла разворота валков приводит к понижению этих напряжений.

Ввиду того, что уширение при косовалковой прокатке выше, чем при обычной, вертикальные усилия, в зависимости от степени обжатия и размеров заготовки, могут быть как ниже, так и выше, в сравнении с обычной прокаткой.

11. Несимметричное действие на металл активных сил трения приводит к появлению на валках осевых усилий, направленных вдоль осей их вращения. Зависимость осевых усилий от степени обжатия заготовок носит экстремальный характер. При прокатке заготовок размерами НхВ = 15x15..40 мм из сплава свинца, и из латуни Л63 диаметром 12...22 мм максимум осевых усилий

X .

соответствовал обжатиям 1п—=1,5 .1,7 (е = 77,7...81,7%).

12. Ввиду того, что при косовалковой прокатке в очаге деформации возрастает результирующая контактных касательных напряжений, наблюдается увеличение момента прокатки в сравнении с обычной в 1,50...1,60 раза.

13. В результате исследований была разработана новая технология изготовления латунных лент для производства сварных труб. Исследования геомет-

рии и механических свойств лент, полученных по новой технологии, показали их соответствие ГОСТу 22-08-75 "Ленты латунные общего назначения".

14. Экономический расчет эффективности внедрения линии интенсивного уширения показал целесообразность использования предлагаемой технологии при объёмах производства 5... 15 тыс. тонн в год.

Разработанный регламент на технологию, конструирование и создание линии со станом интенсивного уширения одобрен и принят в производство.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В РАБОТАХ:

1. Макаров В.Б., Рытиков А.М, Кариков Г.В. Силовые условия процесса прокатки полос в косорасположенных гиперболических валках. Цветные металлы 1994, N 1, стр. 46.

2. Макаров В.Б., Рытиков А.М, Кариков Г.В. Закономерности уширения заготовки при плоской, косовалковой прокатке. Цветные металлы 1994, N 2, стр. 47.

Заказ № 3

Тираж 80 экз.

Уч л I п. л. Типроцно"