автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Научные основы, методы расчетов и совершенствование процессов прокатки профилей в двух- и многовалковых калибрах

РГ 6 од

/ 3 ГЛДП 1093

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Крипенцов Александр Михайлович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ,МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОКАТКИ ПРОФИЛЕЙ В .ДВУХ- И МНОГОВАЛКОВЫХ КАЛИПРАХ

Специальность 05.16.05-0бработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических надк

Челябинск-!993

Работа выполнена во ВНИИметмаш'е

Официальные оппоненти:доктор технических наук,профессор

Шадан З.Т,;

доктор технических наук,профессор Никифоров Б.А.;

доктор технических наук,профессор ¡Нилов В-.А,

Ведущее предприятие: Электрометаллургический завод

"Электросталь" им.й.Ф.Тевосяна.

Защита диссертации состоится " 2 " июня 1993 г. в 14 часов на заседании специализированного совета Д 053.13,04 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при ■ Челябинском государственном техническом университете. Адрес:454080,г.Челябинск,проспект им.В.И.Ленина,76. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЧГТУ. .Автореферат разослан "20" апреля 1993 г.

Ь'чений секретарь специализированного совета Д 053.13.04 докт, физ.'- мат. наук.

профессор Д.Й,Мирзаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.Прокат в современных условиях является основным конструкционным материалом и в значительной мере определяет технический прогресс общества.Главными направлениями развития его производства являются совершенствование структуры сортамента проката.повышение его качества и увеличение объема дефицитной продукции.

Рассматриваемая работа направлена на решение этих задач путем создания и внедрения новых эффективных процессов и оборудования.

Сортопрокатное производство развивается в настоящее время по двум основным направлениям-создании процессов большой и малой производительности.причем последнее направление приобретает наибольшее распространение.Современные технологии включают.как правило, продольную.винтовую и планетарную прокатки в едином технологическом цикле.характеризуются одновременным использованием двух- и многостороннего обжатий.высокой и малой интенсивностью деформации.Такие процессы являются менее изученными и имеют индивидуальную основу определения параметров процессов и оборудования в связи с чем задача создания единой основы для совершенствования различных процессов прокатки и выравнивания их уровня познаний является весьма актуальной.Эта проблема была и остается актуальной не только для прокатки,но и для всех процессов обработки металлов давлением.

Целью настоящей работы является создание единого метода для исследования и определения параметров прокатки профилей в двух- и многовалковых калибрах и на его основе совершенствование технологических процессов и оборудования.

Научная новизна.Разработан метод среднеинтегральной полосы.который в сравнении с известными решениями является наиболее универсальным и точным. Универсальность его достигнута за счет использования более общих характеристик-площадей и периметра, точность за счет более полного учета фактических условий деформации в очаге деформации.

Параметры прокатки определяются абсолютными и относнтель-

ними характеристиками,из которых наибольшую ценность имеют последние,т.к. они сокращают число переменных.Современная теория прокатки базируется на критериях.представляющих собой соотношения одномерных величин.В работе найдены безразмерные комплексы,представляющие собой соотношения двумерных характеристик С площадей).Они точнее и определеннее характеризуют процессы продольной,поперечной и винтовой прокатки всевозможных профилей в любых калибрах двух-и многовалковых станов, позволяют разрабатывать единые методики расчета разных процессов, распространяют результаты теоретического и экспериментального исследования одного процесса на другой и тем самым взаимно выравнивают уровни их познаний,а также расширяют области использования ранее полученных уравнений.Предлагаемые соотношения применимы не только к различным видам прокатки,но и другим процессам ОМД.где деформация осуществляется поверхностями,что способствует развитию теории в других областях и обмену достижениями между ними.Наиболее эффективны критерии в сложных условиях деформации.В целом они углубляют изучение процессов и способствуют развитию теории прокатки.

Среднеинтегральная полоса и.полученные критерии использованы при разработке метода конечных элементов. Таким образом создана единая эффективная основа для исследования и определения параметров двух- и многовалковой прокатки. При решении этих задач найдены также другие рациональные решения, содержащие научную новизну:

-в общем Биде оценено влияние формы калибра и заготовки на уширение и момент прокатки,опережение,разнотолцинность,раз ноширинность и серповидность;

-установлено влияние материала полосы на уширение при теплой прокатке черных и цветных металлов:

-определено влияние многовалкового калибра на уширение,силовые параметры и опережение:

-найдено влияние поперечной деформации и внешних зон на момент прокатки:

-для расчета коэффициента трения получены более совершенные критерии.которые позволили разработать единуш методику ег определения для черных и цветных металлов в условиях горя-

- 5 -

чей.теплой и холодной деформации;

-установлены- факторы,влияющие на разноширинность и разра-' ботан метод ее определения;

-найдено влияние исходной серповидности на конечную ее величину и др.

Реализация результатов работы. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методики расчета уширения,усилия и момента прокатки,коэффициента трения,опережения,разноширинности,серповидности и другие,которые учитывают наибольшее количество факторов.имеют более широкую область использования и являются более точными.

Созданные методики легли в основу разработки ряда технологий горячей,теплой и холодной прокатки сортовых и фасонных профилей из черных и цветных металлов,а именно;

-Процессов прокатки из легированных и высоколегированных сталей на проволочном ЛПй завода "Электросталь" им.Тевосяна.

-Процессов производства калиброванной шестигранной стали на метзаводе им.Серова.

-Процессов прокатки алюминиевой катанки на Таджикском алюминиевом заводе.

-Процессов прокатки сортовых и фасонных профилей из углеродистых марок сталей на стане 300 Донецкого метзавода.

-Процессов прокатки с малыми деформациями и формоизменениями на металлургических заводах "Электросталь" им.Тевосяна, "Серп и Молот" и ТадАЗе, а также другие процессы.большинство технологий освоено впервые в отечественной и зарубежной практике .

Доля годового экономического эффекта в народном хозяйстве от освоенных разработок по состоянию на 1990 г. составляла свыше 1.0 млн.рублей.

Апробация работы.Основные результаты работы доложены и обсуждены на 11,111 и ¡U Всесоюзных научно-технических конференциях "Теоретические проблемы прокатного производства",на Зсесошзном научно-техническом семинаре "Формообразование деталей машин прокаткой прессованием и волочением".а также рассматривалась на ведущих кафедрах страны.

Публикации.Основное содержание диссертации отражено в 15

статьях и 8 авторских свидетельствах,перечень которых приведен в конце автореферата.

Объем диссертации.Работа изложена на 462 страницах,состоит из введения, 10 глав, выводов и приложения, содержит 141 рисунок,61 таблицу, список использованных источников с 232 позициями.

1.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ,ПНТИ И СРЕДСТВА ЕЕ РЕШЕНИЯ

1.1.Современные тенденции развития процессов прокатки

профилей

Современные технологии прокатки профилей развиваются по двум главным направлениям¡создаются процессы для большого и малого объемов производства,Причем последние технологии получают наибольшее распространение.Оба направления широко используют принцип непрерывности в получении литых заготовок и последующей их прокатки,преследуют цели обеспечения высокого качества продукции и рентабельности производства.Другой особенностью современных технологий является использование в едином цикле разных процессов прокатки и даже других способов ОМД.при этом все большее распространение получает многосторонняя деформация обрабатываемого материала.Эти тенденции характерны для обеих направлений ,но наиболее ярко они выражены в технологиях для малого объема производства.

Многосторонняя деформация используется для получения сортовых и фасонных профилей и первые сведения об ее применении относятся к середине прошлого века.В 1854 г, во Франции фирмой "Tranton Iron Со" был создан стан универсального типа и прокатана балка высотой 178 мм.

Прокатка-волочение тавровых профилей переменного сечения с применением трех- и четырехвалковых калибров разработана и осуществлена в 1947 г. А.И.Целиковым,Э.Р.Шором.Е.С.Рокотя-ном,А.Е.Гуревичем и В.А.Кругликовым.

й,М.Павлов предложил деформировать профили прямоугольного или квадратного сечений из малопластичных материалов в устройстве с четырехвалковым калибром,

В 1954 г.начаты работы по применению многовалковых калиб-

ров в Магнитогорском горно-металлургическом институте.На основе этих работ были предложены различные по форме многовалковые калибры.обладающие высокими степенями всесторонней деформации и исключающие при этом переполнение калибров,что позволило рекомендовать ряд оригинальных направлений в применении трех- и четырехвалковых калибров при ОМД.в частности замену ковки труднодеформируемых сталей и сплавов прокаткой .получение калиброванной стали только прокаткой без волочения.получение биметаллической сталемедной катанки с равномерным распределением и надежным сцеплением плакирующего слоя с основным материалом.повышение точности сортовых профилей.

3 Италии в 1957 г.,а затем в Англии,Германии.США осуществлен способ- "Properzi" для прокатки алюминиевой катанки в трехвалковых калибрах в сочетании с непрерывной разливкой.Позднее такие агрегаты .предназначенные для производства алюминиевой и медной катанки,стала выпускать итальянская фирма "Continuous".

3 это не время в нашей стране ВНИИметмаш'ем и другими организациями начаты интенсивные работы по создании и внедрению :овмещенных с непрерывной разливкой процессов прокатки с многосторонним обяатием не только цветннх.но и черных металлов. Это направление ВНИИметмаш развивает до настоящего време-«1.

В Германии в 1961 г. фирмой "Kocks" создана непрерывная 1иния .состоящая из 13 трехвалковых клетей .объединенных в два 1истовых блока.для горячей прокатки стальной катанки диаметром 5,0 мм. Такие чистовые блоки с трехвалковыми клетями ¡последствии были установлены в других странах.

В Челябинском государственном техническом университете ¡азработано несколько конструкций клетей с многовалковыми ка-шбрами.Создан комбинированный процесс прокатка -волочение с шогосторонним обжатием заготовки.

В Болгарии разработаны и созданы установки с многовалко-:ыми калибрами,которые предназначены для получения различных :ортовых,фасонных,периодических и ребристых профилей.шлицевых алов и др.

3 1968 г.ДОННИИчермет начал работы по использованию мно-

госторонней деформации,главным образом в трехвалковых клетях, для повышения точности готовой продукции.Их разработки внедрены на нескольких металлургических предприятиях .

3 конце шестидесятых и начале семидесятых годоб фирма "Karl Fuhr" (Германия) начала изготавливать прокатные клети с четырехвалковыми калибрами для всевозможных профилей с различным количеством приводных валков.

Австрийская фирма "Tllin Union" разработала технологию и 'оборудование по производству арматурной проволоки с повышенными прочностными и анкерными свойствами.

Одноклетевые станы с четырехвалковыми калибрами,предназначенные для прокатки фасонных профилей выпускаются в нашей стране а такие за рубежом фирмами "Marshal Richards Barcro" (Англия), "Fenn" (США), "Karl Furh" (Германия ),"Yoshida Kinen" (Япония) и др. Пятиклетевые непрерывные станы с четырехвалковыми калибрами.предназначенные для холодной прокатки проволоки выпускает фирма "Sket" (Германия),

В последующие периоды процессы многосторонней деформации при прокатке получили дальнейшее распространение.С одной стороны увеличивается количество рассматриваемых выше процессов,а с другой расширяются области их применения.Так значительно увеличилось количество трехвалковых станов .главным образом в составе литейно-прокатных агрегатов ,для производства катанки и мелкого сорта из алюминия,меди и их сплавов.На подобном оборудовании в настоящее время производится большая часть этой продукции.Расширяется производство фланцевых профилей в универсальных клетях,что позволило повысить качественные показатели этой продукции.Все большее распространение получают трех-валковые калибрующие блоки. Расширяется .марочный сортамент процессов с многосторонним обжатием.Например.станы конструкции фирмы "Kocks",предназначенные для получения прутков и проволочных заготовок из молибдена и вольфрама,установили фирмы "GTE Silvanya" и "General Electric" (США),фирма "Üsram" (ФРГ)."Lamp Metals" (Англия) и другие.Фирмы "International Micel" и "Driver-Harris Со" (Clilfl) используют станы с трехвал-ковыми калибрами для получения прутков из сплавов на основе никеля ,а фирмы "Dynamet Inc." (CIA) и "Hitachi Metals" (Япо-

ния)- для получения прутков на основе никеля и титана.

Выше рассматривалась продольная прокатка сплошных профилей ,но многосторонняя деформация применяется при производстве труб.полых и сплошных профилей постоянного и переменного сечений на трехвалковых станах винтовой прокатки . а также других процессах ОМД .например,волочении.прессовании,ротационной ковке,штамповке и других процессах.

Характеристика области многосторонней деформации была бы неполной,если не рассматривать прокатку в двух валках,в которой имеются примеры многостороннего обжатия при производстве сортовых и особенно фасонных профилей. Сада следует отнести прокатку шестигранной, где обжатия происходит с четырех сторон, круглой и квадратной стали,особенно при холодной прокатке и горячем калибровании,Эти процессы характеризуются малым формоизменением и деформацией .а следовательно обжатием по большей части поверхности.Наиболее ярко выражена многосторонняя деформация при прокатке в закрытых калибрах ,где она стремится к всесторонней деформации.

Таким образом, основными тенденциями развития современного прокатного производства профилей являются создание процессов большого и малого объема производства.Причем последние технологии получают наибольшее распространение.Особенностью современных технологий является также использование в едином цикле разных процессов прокатки и даже других способов ОМД,при этом все большее распространение получает многосторонняя деформация обрабатываемого материала,

1,2.Анализ методов расчета параметров прокатки в калибрах с двух- и многосторонним обжатиями

3 теории прокатки как и в других областях науки вначале получены решения для наиболее простого варианта-прокатки прямоугольного профиля в гладких валках.а затем эти решения использовались в более сложных случаях прокатки в калибрах и для этих целей разработано несколько способов,суть которых свести расчет деформации фасонной полосы в калибре к расчету прямоугольника в гладких валках.Наиболее распространенными из

них являются методы приведенной и соответственной полос, фасонной и соответствующей приведенной полос равны площади ширины.у соответственной.разработанной А.Ф.Головиным -площад и соотношения сходственных сторон.Недостатком этих методов яв ляется не полный учет влияния формы калибра и заготовки.а так же кинематики течения металла и граничных условий.что моае привести к существенным погрешностям при расчетах деформаций ; особенно силовых параметров.Эти недостатки метода приведенно; полосы в значительной мере устранены благодаря работам А.И.Це ликова.А.П. Чекмарева, М.С. Мутьева. М.й. Зайкова, В.Г, Лрозд. й.А.Николаева и других путем введения соответствующих поправочных коэффициентов.учитывающих влияние формы калибра. Иде! А.Ф.Головина развиты в работах В.С.Смирнова,й.й.Тарновско-го.З.К.Смирнова.Н.Б.Давильбекова и других .что позволило повысить точность расчета, благодаря своей простоте и надежносл методы приведенной и соответственной полос до настоящего времени находят практическое применение.

б.П.Бахтинов и М.М,Штернов для расчета вытяжных калибро! двухвалковых станов предложили использовать метод описании: прямоугольников,а т.к. последний в таком виде приводит I несоответствии параметров деформации и нарушению закона постоянства объема все расчеты строят на фактических величинах поперечных сечений,т.е. фактически используют приведенную полосу.

Используя метода решения упрощенных дифференциальны) уравнений на основе законов механики сплошных сред.А.П.Чекма-рев,М. А. Зайков , А. А. Динник,М./1. Зайцев и другие получили формул! для определения среднего контактного напряжения при прокатке е калибрах простой формы.Поскольку в решениях пренебрегают касательными напряжениями.то влияние внеконтактных зон на среднес давление учитывают при помощи эмпирических коэффициентов.

В,Н.Выдрин.Д.А.Барков и другие на основе закона сохранения энергии определили при известном формоизменении опережение металла,среднее давление и мощность деформации при прокатке е ящичных,ромбических,квадратных.овальных и круглых калибрах.

З.М.Клименко успешно применил метод интегральных работ для определения среднего давления при прокатке в ящичных ка-

либрах.

И.Я.Тарновский.А.А.Поздеев и Ю.С.Зыков на основе вариационного принципа минимума полной мощности решили задачу по определению уширения в системе калибров овал-квадрат.П.И.Полу-хин.Г.Я.Гун и В.С.Берковский применили вариационное уравнение при решении задач по прокатке в ромбических и овальных калибрах.

М.Я.Бровманом, на основе метода характеристик получены уравнения для определения энергосиловых параметров при прокатке в калибрах.

В работах В.К.Смирнова,В.А.Шилова,Ю,В.Инатовича и др..определены интегральные характеристики формоизменения и энер-госиловыв параметры при прокатке в двухвалковых калибрах на основе вариационного принципа минимума полной мощности.Эти одни из первых работ,когда одновременно найдены характеристики формоизменения и энергосиловые параметры.При решении поставленных задач принято,что очаг деформации состоит из подкон-тактной и внеконтактных зон,границами очага деформации с "жесткими концами" являются соответствующие вертикальные плоскости,а деформируемый металл обладает свойствами жестко-пластической среды.Поле скоростей течения металла приняты из гипотезы плоских сечений и прямых вертикалей.Кинематически возможное поле скоростей в очаге деформации определено с точностью до двух неизвестных величин:козффициентов уширения и опережения,для определения которых использованы вариационное уравнение принципа минимума полной мощности"для жестко-пластической среды.и уравнение баланса мощности..

Отличительной положительной особенностью рассматриваемых работ является кроме того подробное рассмотрение условий захвата и устойчивости полос в процессе деформации.а также других ограничений и их определение при прокатке в калибрах.

Работы Г.Я.Гуна, базируются на теории механики сплошных сред с использованием численных методов решений дифференциальных уравнений,при этом рассматривается широкий круг процессов ОМД,в.том числе и прокатка,в частности решена задача прокатки на гладкой бочке с использованием метода конечных элементов и на основе метода комфорных отображений рассмотрено

- 12 -

пластическое течение в криволинейной полосе.

Статистической обработкой экспериментальных данных,полученных в промышленных условиях, З.С.Берковский и В.Б.Мишко получили формулы для расчета уширения и усилий при прокатке в двухвалковых калибрах.,

В работах П.И.Полухина и Й.Хензеля,рекомендованы эмпирические зависимости для. определения коэффициентов уширения и вытяжки в функциях сомножителей.учитывающих влияние прокатываемого материала .температуры,скорости,коэффициента трения и вида смазки,а также отношения радиуса валков к высоте полосы после прокатки,

Ю.Б.Бахтинов, при определении параметров прокатки рекомендует использовать эквивалентную прямоугольную полосу.у которой ширина равна ширине фасонной полосы,а высота Ьэ=\/с"- птах.

Общая методика расчета параметров вытяжных калибров двухвалковой прокатки по рекомендациям С.А.Тулупова.Г.С. Гу-на.В.Д.Онискива.В.А.Курдюмовой, и К.Л.Радшкевича^включает определение :

1.Точки первоначального контакта полосы с валками и ее координаты по вершине калибра.

2,Зоны развитого уширения.

3.Величины дополнительного обжатия по ширине калибра.которая является переменной величиной.

4.Величины коэффициента формоизменения для однократно и многократно обжимаемого металла по ширине калибра.

5.Доли однократно и многократно обжимаемого металла по ширине калибра,

6.Доли каждого взртикального столбика рассматриваемого сечения по ширине калибра к общему сечении.

7.Фактического коэффициента формоизменения по ширине калибра .

й.Среднего коэффициента обжатия всего деформируемого сечения .

Э.Дали обжимаемых и не обжимаемых участков в момент захвата и изменение их соотношения по длине очага деформации.

- 13 -

10.Параметров очага деформации и соотноиения протяжен-ностей характерных участков длины очага деформации.,

Определении параметров прокатки в процессах с многовалковыми калибрами посвящено значительно меньше работ., .

Барков Л,А.,Выдрин В.Н.,В.В .Пастухов и В.В Чернышев, при определении параметров прокатки в трех- и четырехвалковых калибрах использовали энергетический метод, основанный на совместном применении законов сохранения и наименьшей полной энергии. Численная реализация математической модели осуществлена на ЭВМ,Для одновременного определения деформаций,кинематических и энергосиловых условий использован метод последовательных приближений.согласно которому действительное состояние полосы рассматривается как предельное. З.Г.Шеркунов использовал энергетический метод для определения параметров прокатки,волочения и прессования.

Во ВНИИметмаш'е разработана программа "Мега"0 ,в которой определение напряженно-деформированного состояния при прокатке и других процессах ОМД производится на основе метода конечных элементов (МКЭ)., В рассматриваемой работе использован способ задания смешанных граничных условий,который позволяет одновременно учитывать образование зон прилипания и скольжения по дуге контакта,При этом используется гипотеза о том,что любая материальная точка на контактной поверхности может находится в одном из двух состояний прилипания или скольжения.Критерием состояния точки является величина отношения касательных напряжений к нормальным в данной точке,, Для определения температурного поля используется вариационная формулировка задачи.,

Необходимо отметить,что непосредственно воспользоваться всеми численными методами не представляется возможным,т.к.полностью не опубликованы материалы для реализации расчетов на ЭВМ.

Из приведенных выше материалов можно сделать следующие выводы:

1. Определение параметров прокатки в настоящее время базируется на нескольких методах,а именно,основанных на совместном решении уравнений равновесия элемента полосы в очаге деформации и пластичности, линий скольжения, работ,на законах механики деформируемого твердого тела с использованием численных методов решений дифференциальных уравнений.Последнее нап-

равление получает преимущественное развитие ,т.к.позволяет найти не только внешние,но и внутренние характеристики деформации,но наибольшее распространение продолжают сохранять первые методы.

2.В большей степени изучены процессы двухвалковой прокатки и в значительно меньшей степени многовалковая прокатка.

3.Отсутствует единая основа для определения параметров прокатки с двух- и многосторонним обжатиями профилей.

1.3.Постановка задачи и пути ее решения

Ранее было установлено.что современное прокатное производство профилей развивается в направлении создания процессов с большим и малым объемом производства.Особенностью современных технологий является использование в едином цикле разных процессов прокатки и даже других способов ОМД.при этом все большее распространение получает многосторонняя деформация обрабатываемого материала,которая отличается большей сложностью и меньшей изученностью, ее параметры определяются по индивидуальным методикам.Этот недостаток свойственен и двухсторонней деформации и .таким образом,кандый процесс разрабатывается по индивидуальным методикам,исключающим взаимный обмен теоретической и экспериментальной информацией,Кроме того многие важные вопросы,например,влияние формы калибра и заготовки,типа обрабатываемого материала и другие на различные параметры прокатки являются недостаточно изученными.

Из этих положений вытекают следующие задачи:

1.Найти новую более универсальную основу для совершенствования процессов прокатки с двух и многосторонней деформацией .которая позволяла бы разрабатывать единые методики расчета параметров прокатки и выровнить уровни их познаний.

2,Провести необходимые дополнительные теоретические разработки и экспериментальные исследования.

3 .Разработать на новой основе методики расчета интегральных параметров,определяющих высотную,продольную и поперечную деформацию и создать,тем самым,комплексный единый метод для совершенствования процессов прокатки профилей с двух- и мно-

посторонним обжатиями.

Алгоритм решения поставленных задач приведен на рис,1,1. Он включает разработку новых и использование известных методов.

Вначале находится общая основа для совершенствования процессов с двух- и многосторонней деформацией - метод среднеин-тегральной полосы С СИП) и на основе его разработан метод конечных элементов.которые станут базой для создания методов расчета.Параллельно им будут также использованы известные решения- совместное решение уравнений равновесия и пластичности,методы работ,конечных элементов и другие.Затем выявлены необходимые критерии и структуры расчетных уравнений,проведены расчеты и эксперименты,получены зависимости,разработаны.и реализованы на ЭВМ алгоритмы расчетов.

1.4.Разработка общей основы для определения параметров прокатки профилей в двух- и многовалковых калибрах (рис.1.1)

Разработка единой основы для расчета характеристик деформации двух--и многовалковой прокатки требует принципиально нового подхода в выборе исходных предпосылок.

Базовыми параметрами любого процесса прокатки являются высоты и ширины до и после прокатки ,а также радиус валков. При двухвалковой прокатке прямоугольных профилей в гладких валках они постоянны и очевидны.При деформации в калибрах они переменны и в расчет принимаются средние значения.3 предыдущем разделе отмечалось,что известно несколько способов усреднения.которые базируются на ширине (приведенная полосаотношении высоты к ширине (соответственная полоса) и площади 'поперечного сечения профиля.Приведенная и соответственная полосы,давая приемлемые результаты при двухвалковой прокатке, не применимы в многовалковой прокатке,т.к. ширина и отношение высоты к ширине в этом случае принципиально не верно трактуют фактические условия деформации.

Другим недостатком методов приведенной и соответственной

?ис.1.1.Алгоритм разработки методов для определения параметров

прокатки

полос,а также других аналогичных способов усреднения, является не точный учет фактических условий деформации в очаге деформации из-за рассмотрения только сечений полос до и после очага деформации и игнорирования характера их изменения в самом очаге деформации.

Упомянутые недостатки можно устранить, если вместо ширины использовать более общую характеристику-проекцию периметра контакта прокатываемого материала с валками на выходе из очага деформации на ось прокатных валков при этом искомые уравнения будут иметь следующий первоначальный вид

П2/2

Мср = (]т(Ь )йЬ)/(П2/2), О

¡12/2

Ь2ср=( ] 1"Ь2С Ь )с!Ь)/(П2/2). О

Л2/2

Йср-^ГгС Ь )йЬ )/( П2/2 ), О

где п1ср,Ь2ср и Йср-средние высоты до и после прокатки и радиус валков;

[¡¿-проекция периметра контакта металла с валками после прокатки на оси валков.

Зырзжения числителей в этих уравнениях представляют собой площади,поэтому

П1ср = г1л П2/2 Ь2ср = Р2/С П2/2). ¡}ср =РК/П2.

Здесь Р '1-площадь поперечного сечения полосы до прокатки с учетом развития поперечной деформации в очаге деформации.

Рй-площадь для определения среднего радиуса валков.

По физическому смыслу знаменатели в последних трех выражениях характеризуют ширину полосы после прокатки.тогда эти уравнения можно записать как

Ь2 =П2/2, С1.П

- 18 -Ь1ср-Р1/Ь2. Ь2ср=Р2/Ь2, Йср = РИ/(2Ь2).

В полученных уравнениях отсутствует характеристика периметра до прокатки.По аналогии с зависимостью (1.1)

Ь1-П1/2. (1.5)

П1/2=П2/2-ЛЬ . (1.6)

где дЬ-уширение.

Уравнения (1.1)-(1.5) являются характеристиками нового метода определения базовых параметров деформации-высот и ширин полос до и после прокатки,а также радиуса валков на основе прямоугольной полосы и усредненных параметров.Исходя из способа ее нахождения и физического смысла полоса названа среднеин-тегральной (СИП) ,а метод-методом среднеинтегральной полосы. Параметры среднеинтегральной полосы найдены теоретическим путем .без допущений, поэтому точно определяют hlcp.h2cp.bl,Ь2 и йср.а следовательно и зависящие от них величины.что видно на примере абсолютного дЬср и относительного дпср/Ыср обжатий. С одной стороны

аср=К1ср-Ь2ср-?Ь/Ь2,

с другой

Ь(Ь)=ЬНЬ)-п2(Ь).

Л2/2 П2/2 П2/2

Ьср=( ] 1" Ь( Ь ШЬ )/( П2/2 )=( ]Ш( Ь ШС Ь )аЬ )/(П2/2 ) = О 0 0

= гЬ/(П2/2 ),

а результат получается равный,т.к.в обеих вариантах относительное обжатие Е=РЬ/Р1.а РЬ = Р 1 - Р2.

Аналогичные результаты получаются для других параметров.

Проведенный в работе качественный и количественный анализ позволяет сделать вывод,что среднеинтегральная полоса является

(1.2)

(1.3)

(1.4)

наиболее универсальной и точной.Универсальность ее достигнута за счет использования более общих характеристик-площадей и периметров . точность-за счет более полного учета фактических условий деформации в очаге деформации.

Другие методы используют в своей основе более узкие ха-рактеристики-ширину и высоту,не достаточно полно учитывают условия деформации в очаге деформации.что в конечном итоге приводит к менее точным конечным результатам и ограниченной области использования методик.

Рассмотренные характеристики представляют собой абсолютные величины,но большую ценность в любой теории представляют относительные комплексы или критерии подобия,сокращающие количество необходимых переменных.

3 настоящее время в теории прокатки практическое использование находят соотношения одномерных величин,например, дП/Ы ,2ш1/дЬ,1/Ьср,Ь2/К,дЬ/П,Ы/1 и другие.Всего известно несколько десятков таких критериев. Критериев,основывающихся на соотношениях двух- и трехмерных величин значительно меньше.

Отношения площадей в прокатке используштся при определении вытяжек,когда непосредственная деформация охватывает все сечение и часть его.Общим для этих вариантов является соотношение й=?1/?2.

Соотношения площадей в качестве обобщенных коэффициентов деформации и критериев очага деформации йО/Н#,И1/Н*.нО/К1. йв/Нл,Нз/Р,Р/Нл рекомендованы Хайкиным Б.Е..З этих выражениях НО и И1-начальная и конечная площади сечения полосы.н*-пло-щадь,общая для наложенных друг на друга начального и конечного сечений,Нв-сумма площадей проекций свободных поверхностей очага деформации на плоскость.перпендикулярную оси ушире-ния.Нл-сумма площадей проекций торцевых поверхностей очага деформации на плоскость,перпендикулярную оси удлинения.¡^-"защемленная" площадь С при прокатке в гладких валках Нз^О.при прокатке в вытяжных калибрах Нз определяется как площадь тех частей конечного поперечного сечения полосы,которые контактируют со стенками калибра.а по высоте ограничены прямыми,параллельными оси уширения),Р-контактная площадь.

Известные соотношения объемов имеют вид

- 20 - -

tfb/Uh=Ab/flh;Ui/Uh-Ai/flh,*ys/Uh=As/flh, где индексы b.h.i и s характеризуют работы А,затрачиваемые на перемещение объемов металла U в очаге деформации соответственно по ширине.высоте,а также в направлении зон отставания и опережения.Выражения использованы Бахтиновым Б,П. для вывода соответствующих уравнений в функции линейных величин и площадей.

Таким образом современная теория прокатки базируется.главным образом,на одномерных характеристиках.которые полностью не отражают фактические условия деформации.

Так,если предположить,что двух-,трех- и четырехвалковая прокатки характеризуются одинаковыми лЬ и hi.то они должны иметь равные отношения дЬ/Ы,Между тем фактические относительные обжатия в рассматриваемых вариантах различаются значительно .

Другим недостатком одномерных критериев является неопределенность некоторых параметров,например.неясно как находить отношение Ы/1 при трехвалковой прокатке,В работе проведено изыскание более совершенных критериев.Поиск основывался на известных соотношениях одномерных величин и проводился в два этапа.На первом определялись истинные значения одномерных параметров,а на втором искомые критерии.В первую очередь найдены соотношения для относительного обжатия Е .параметра б.отноше-ний 1/hcp, 4.h/D,bl/l и h2/R. Их значения определяют высота полосы hi.абсолютное обяатие a.h,длина дуги захвата I,средняя по очагу деформации высота hep,диаметр валков D и ширина полосы до прокатки Ь1.

Эти характеристики кроме hep были рассмотрены выше,а

h с р = thl+h2)/2-(F1+F2)/(2Ь2)=Fcp/b2.

Путем деления соответствующих одномерных параметров получены искомые критерии

1.7.1 Е =Fh/F'l, 1.7.3 1/hcp <=Fx/( 2Fcp ). 1.7.5 Ы/l c2Fblb2/Fx,

1.7.2 6 cjnFx/Fh, 1.7.4 Ah/D cFh/FR. 1.7.6 h2/R c2F2/FR,

(1.7)

где гх-горизонтальная проекция контакта деформируемого материала с всеми валками;

РЫЬ2-Ы"Ь2,

Полученные соотношения наиболее полно характеризуют различные процессы прокатки и другие процессы ОМД.Одномерные критерии являются частным случаем двумерных соотношений.поэтому между ними поставлены знаки включения,а не равенства,Кроме рассмотренных выше одномерных критериев известны и другие,которые в соотношениях площадей имеют вид:

8.1 ЬМ11 =РЫЬ2/Р/1, 8.3 Ы/й 8.5 дЬ/й =2РЬ 8.7 Ы/Ь2 <=Р*'1/Е2, 8.9 бЬ/Иср <=2РЬ/Рср, срх/С2¥2) <=¥Ъ2/¥2,

8.11 1/Ь2 8.13 Ь2/Ь2 8.15 Ь2/1

8.2 Ы/Ь2 <=РЬ 1Ь2/Г2.

8.4 Ы/й с2ЕЫЬ2/РЙ,

8.6 Ьср/Я <?2гср/РИ,

8,8 дЬ/Ь2 сГЬ/Р2, С 1.8)

8.10 1/Ы сРх/С 2Р),

8.12 Ь2/Ы с:РЬ2/Р^1.

8.14 Ъ2/П с=2РЬ2/РЯ.

8,16 1/й ^х/РЯ.

Здесь

РЬ2=Ь2,

Полученные соотношения двумерных величин соблюдают принципы подобия и сохраняют количество критериев в системе.

Критерии (1.7) и (1.8) в сравнении с известными имеют несколько преимуществ:

1,Они точно и определенно характеризуют параметры прокатки вне зависимости от сложности процесса.

2,Соотношения площадей являются более универсальными и позволяют разрабатывать единые методики расчета параметров разных процессов,

3.Распространяют результаты теоретического и экспериментального исследований одного процесса на другой и тем самым выравнивают уровни их познания.

4,Расширяют области применения известных зависимостей,

5.Являясь более общими,они позволяют найти зависимости в функции одномерных величин.

- 22-

о.Соотношения площадей применимы не только к разным видам прокатки.но и другим способам деформации и тем самым предоставляется возможность обмена достижениями в областях исследования и определения параметров различных процессов.

8.Критерии (1.7) и (1.8) могут применяться самостоятельно и совместно с другими критериями.

3.Наиболее эффективны соотношения площадей для сложных малоизученных процессов.

Недостатками полученных критериев являются:

1.Определение площадей сложнее,чем одномерных соотношений.

'2.Методы расчета некоторых площадей,касающихся,главным образом,вертикальных проекций контакта металла с валками разработаны недостаточно.

Метод среднеинтегральной полосы и полученные критерии в качестве основы использованы в последующих работах и .в частности,при разработке метода конечных элементов.

1.5.Разработка метода конечных элементов (мкэ-сип)

Мкэ-сип предназначен для определения интегральных параметров прокатки,Алгоритм расчета по этому методу приведен на рис.1.2.

Вначале вводятся условия деформации и назначается ширина полосы после прокатки.В первом приближении она принимается равной иирине предыдущего прохода.Далее происходит перевод режима деформации в модификацию среднеинтегральной полосы, математическое описание форм полос до,после прокатки, дискретизация области деформации на конечные вертикальные элементы и расчет уширения для каждого элемента в функции геометрических параметров очага деформации,ширины полосы.натяжений,прокатываемого материала,формы калибра и заготовки.упрочнения,текстуры и внеконтактных зон.Затем уширения элементов суммируются.находится ширина полосы после прокатки и сравнивается с первоначально заданной шириной,При несовпадении ширина полосы после прокатки принимается равной последнему полученному значению и расчет повторяется до совпадения с заданной точностью. После этого режим деформации является окончательно определенным и

Ь2в=Ы+ЕйЫ I -■-1

I

_I_

Ь2-Ь2в<0-01■

да

Рис.1.2.Алгоритм расчета интегральных параметров прокатки на основе методов конечных элементов и среднеинтегральной полосы

- 24 -

происходит расчет остальных параметров прокатки.

Алгоритм расчета мкз-сип реализован на ЭВМ.Метод характеризуется высоким быстродействием.применим в случаях с двух,- и многосторонним обжатиями и использован при разработке методик расчета всех основных параметров.

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ НШИРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ

Для определения уширения и других параметров прокатки использована единая структура расчетных зависимостей.в которой за основу берется главная характеристика.а влияние остальных факторов оценивается относительными этой главной характеристики функциями.При расчетах уширения за основу принято максимальное уширение дЬшах,которое имеет место при прокатке прямоугольной полосы в гладких валках.

лЬ = СЬ'Сб-С1"Ст-Сг' Си -лЬшах, (2.1)

где СЬ.Со,Сш.С1\Сь и Си ванщие влияние на уширение дЬ ла прокатываемой полосы,формы упрочнения.

-параметры.соответственно учиты-ширины полосы.натяжения.материа-калибра и заготовки.текстуры и

дЬшах^а 1- 1-1/6 )1)/(1-0.25С1-1/8 К 1-\/ыГ)). (2.2)

СЬ = к1 - С 1-Е )(Ы/Ь1к-к2 )ехр( кЗ- Ы/Ык )+Е. (2.3) к1=2.84+3,91Т/Тпл. к2=0.3+0.4125Т/Тпл. кЗ=-0.66-0.Э375Т/Тпл, где 7 и Тлл-температуры прокатки и плавления.

Мк-дГшах/((1/ УТ^ЁЗ-1 ). Отличительной особенностью уравнения 1.2.3) является использование отношения Ы/Ык.не Ы/1.Первое отношение характеризуют влияние ширины полосы более правильно и при этом учитываются условия трения.

Сб=1-(ц1 1/(6-П+ц1 2(5+1)5/(0.8 1п( 1/( 1-Е))), (2.4) у) 1 = 61/63 :aJ 2=б2/бз. Здесь 61 и 62 -переднее и заднее удельные натяжения:

- 25 -

бй-сопротивление деформации. Действие натяжения на уширение двоякое,основное влияние оно оказывает через изменение напряженного состояния в очаге деформации и меньшее через утяжку поперечных размеров в межклетевом промежутке..Выражение (2.4) учитывает оба эти фактора.

С Г=С Г1•СГ2, (2.5)

СП = 1/С 1 +|1»Ру/Ех );СГ2-2/пи, где Ру-суммарная вертикальная проекция контактной площади деформируемого материала;

пу-количество валков,участвующих в деформации. При прокатке в калибрах в сравнении с гладкой бочкой определение уширения значительно усложняется.Обжимаемый материал.встречая на своем пути боковые стенки калибра с изменяющимся диаметром валков перестает подчиняться закономерностям.выведенным для случая свободного уширения и вынужден приобретать форму,образуемую калибром.В зависимости от формы калибра и заготовки полоса получает несвободное,стесненное или вынужденное уширение.Зависимость (2.5) учитывает эти закономерности.

Ст-1...1.6. (2.6)

Учет влияния материала полосы на уширение произведен на основании экспериментальных данных в зависимости от отношения Т/Тпл.При холодной прокатке Сш=1.при горячей прокатке Ст.З Си=1, высоколегированных сталей он достигает значений 1.6.для меди Ст=1.3,для алюминия,цинка и никеля-1,4,для бронз-1.3..1,4 и для латуней-1.4..1.5. При теплой прокатке в функции отношения Т/Тпл Си принимает промежуточные между горячей и холодной прокаткой значения.

Сг=ехр(-1.2ЕХ), (2.7)

где ££-суммарное относительное обжатие.

Си= 1 +0 .125дбдП/( 6з1-р-1 ). (.2.8)

Текстура и упрочнение оказывают влияние на уширение главным образом при холодной прокатке.Текстура уменьшает,а упрочнение увеличивает дЬ.

Уравнение (2.1) прошло тщательную экспериментальную проверку в условиях двух- и многовалковой горячей.теплой и холодной прокатки черных и цветных металлов и имеет среднеквадра-

тичное отклонение 5.964.10-4 .у формулы А.И.Целикова эта характеристика равна 2.428.10-2,Б.П.Бахтинова 1.848,10-2,т.е, выражение (2.1) является значительно более точным.На его основе разработано и реализовано несколько программ для проектирования оптимальных технологических процессов прокатки сортовых и фасонных профилей,

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ

3.1.Ясилие и момент прокатки

На современном уровне рассматриваемый вопрос подробно рассмотрен при прокатке прямоугольных профилей в гладких валках.В меньшей степени изучена прокатка в калиброванных валках,Особенно мало материалов касается сложных калибров,а также процессов прокатки с большой неравномерностью деформации по ширине и высоте.Рассмотрение этих вопросовв работе уделено основное внимание.

В общем случае усилие прокатки

P=pcp-Fx, а среднее контактное напряжение

рср^пб'пб'-пб'-пГ- пЬ-пвн- 6s, где пб; пб* пбf nf, nb и пвн-параметры,соответственно учитывающие влияние на рср внешнего трения,внешних зон,натяжения,формы калибра и заготовки.ширины полосы и внеконтактных зон.

пб'=1+0,125 1/hcp,

no^il-iFoTB/Fcp) '(пб^сп -1)+1. Ротв-площадь отверстия; Рср -площадь всего сечения;

-0.33

пб^сп =(1/hcp) -параметр.учитывающий вляние внешних зон при прокатке профиля сплошного сечения,

пб^=1+бН 1 + 1/6 )+б2( 1-1/6 )/(2рср0), й последней формуле рсрО равно среднему контактному напряжению без натяжения.

Формула

nf = l+jn« Fy/Fx

справедлива для простых и сложных профилей.Она учитывает влияние формы калибра и заготовки,а также условия трения.

Зависимость

nb = i, 15-0,15/(Ы/Мк) одновременно учитывает влияние среднего главного напряжения и изменение условий внешнего трения на усилие прокатки.

Влияние внеконтактных зон оценивается по уравнении

пвн-1+CFbh/FI ) Ul+u /2 )/Спб' пб-'nö^nf- nb )-1 ),

Скорость деформации

U=U2С 3-1) 1п( 1/( 1-Е )3/(3 - 1пЛ-1 ).

Важным моментом при определении усилий прокатки является расчет контактной площади,для определения которой предложено несколько методов и много различных зависимостей,Использование площадей позволяет получить одну универсальнуи зависимость

Fx= sj 2Fh»FR.

Приведенные выше зависимости получены теоретическим путем,они справедливы для горячей,теплой и холодной прокатки.

Момент прокатки

M=nv-P-yM Т Мб,

где nv-количество валков.участвующих в деформации; у?-коэффициент положения равнодействующей; Мб-момент от усилий до и после прокатки. у> =jp 0- Af- fiAb-fiu-fih-fiö.

Здесь yj 0-коэффициент положения равнодействующей при прокатке тонкой прямоугольной полосы в гладких валках;

Af.Aib.Au.Ah и Аб-параметры.учитывающие влияние формы калибра и заготовки,уширения,упрочнения.высоты полосы и натяжения.

Af = 1+jn- Fy/Fx.

Для оценки влияния уширения.которое уменьшает уз предложена формула

АдЬ-2(*Ь/Ь1 + 3)/(3 С лЬ/Ь1+2)).

Упрочнение также уменьшает

Au=2( A6/6S!+3)/( 3(aD/6S1+2)).

- 28 -

Рост толщины полосы при прочих равных условиях приводит к увеличению коэффициента положения равнодействующей

А1т=1+Р2/Е!?

/¡ля оценки влияния натяжения получено выражение Аб = 1+ Сул 2-ц) П/((£-П1п(1/С1-Е») 3.2.Коэффициент трения при прокатке

3 настоящее время коэффициент трения _р определяют расчетным и экспериментальными методами.Первый способ разработан для черных металлов,величина ш для цветных металлов находится по экспериментальным данным.

Полученные в работе зависимости пригодны для черных и цветных металлов при горячей,теплой и холодной прокатке.Расширение области расчета достигнуто за счет использования относительных вместо абсолютных величин.Рекомендуемые уравнения для расчета коэффициента трения при захвате имеют вид: ^з=ки-кс квп (1.05-0.73 Т/Тпл), _рз=ки кс-квп-(1.05 Т/Тпл+0.18).

Первая зависимость рекомендуется для области Т/Тпл>0.5, вторая при Т/Тпл<0.5. Б последних двух формулах ку.кс и квп обозначены параметры,учитывающие влияние скорости прокатки, смазки,материал валков и полосы.Эти характеристики наряду с температурой оказывают значительное влияние на коэффициент трения.Так ку=0.3...1.приблизительно в тех ке пределах изменяется величина кс„квп=0.8.,,1.

4.ОПЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОКАТКЕ

Для определения опережения использована структура зависимости,аналогичная другим параметрам

5 = 50-1.б-1.М.дЬ-1.и<и1.

где ¡>0-опережение при прокатке тонких и широких полос;

Ьб.И'Л&Ь.Ьи и ЬИ-параметры,учитывающие влияние на опережение натяжения.формы калибра и заготовки,уиирения.упрочнения и высоты полосы.

- 29 -

о

S0 = 0.25 (1-i/S )•E / (1-Е), L6 = i-CyJ 2-yJ i )/(S-i )ln( 1/C 1-Е )),

i u

Lf=((S-nf/nfl)/(S-l)) , L4b = (í-1К 1-Е VE,

2

Lu=0,44-((a6s/6s1+3)/(дбз/бй1+2))

2

Lh-(1+2F2/FR) nfUl+Fy/Fx

5.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ГОРЯЧЕЙ И ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ

5.1.Разработка процессов горячей прокатки сортовых профилей из углеродистых сталей

Процессы прокатки сортовых профилей из углеродистых сталей разработаны для стана 300 Донецкого металлургического завода,на котором прокатываются круглые о 12-30 мм и арматурные N18,22 и 25 стали.

На стане применялась схема прокатки с малой универсальностью.Так чистовой овальный калибр использовался для одного,максимум двух сменных кругов.арматурные профили прокатывались по самостоятельной линии.Чистовые овалы имели различную конструкцию.Калибры 1-ой чистовой группы использовались трех типов¡квадратные,плоские и ребровые овальные.причем для каждого овала запроектирован свой калибр и т.д.

ДМЗ и ВНИИметмашем'ем разработана более универсальная калибровка, состоящая только из чередующихся овальных калибров и ребровых овалов.Конструкция последних отличается от применявшихся боковыми элементами ручьев.которые обеспечивают плавные очертания выходящей из калибра полосы,повышают ее устойчивость в следующем овальном калибре и уменьшают выработку его.

Разработанная система калибров обладает большей универсальностью. Общее количество калибров значительно сокраще-

но,что позволило уменьшить номенклатуру проводковой арматуры и режущего инструмента,сократить количество перевалок.

5.2.Разработка процессов горячей прокатки сортовых профилей из легированных и в.ысоколегированных сталей.

Процессы прокатки легированных и высоколегированных сталей и сплавов разрабатывались для проволочного стана литей-но-прокатного агрегата завода "Электросталь".спроектированного и изготовленного ВНИИметмаш'ем.На этом агрегате впервые в отечественной и зарубежной практике совмещена разливка с прокаткой высоколегированных сталей.Процесс прокатки на ЛПА также отличается новизной.В состав прокатного оборудования кроме планетарного стана входит блок клетей с общим приводом и расположением клетей под углом 45е,на котором впервые осуществлена прокатка легированных и высоколегированных сталей и сплавов.

3 состав ЛПА входит агрегат непрерывного литья,плавильные машины,установка плазменной резки,индукционная подогревательная печь,задающая вертикальная клеть,планетарный стан,чистовая группа клетей и моталка.Режим работы ЛПА циклический.

Марочный сортамент агрегата включает стали Х23Ю5Т.Х27Ю5Т, ЭКЗЗ,35ГС,55СМ5ФА, ЭИ652,311702, XI5Н60.Х20Н80,12Х18Н9М и другие.Режимы обжатий и калибровка валков разработаны для круглой и арматурной стали.Так как в сортаменте ЛПА преобладают высоколегированные марки,то расчет режима деформаций базировался на этой группе сталей.По этой причине выбрана система круг-овал-круг.которая обеспечивает требуемое качество готовой продукции.Так как планетарным станом прокатывается квадратная заготовка,то в первых двух проходах использована переходная система квадрат-овал-квадрат.

Легированные стали характеризуются различными свойствами,а следовательно и разными режимами деформации,а так как прокатка осуществляется в блоке клетей с общим приводом,где соотношения чисел оборотов валков являются заданными и имеется более узкий диапазон регулирования константы прокатки,то к определению параметров предъявляются высокие требования точ-

ности расчета.

5.3.Совершенствование процесса бесконечной прокатки

На Таджикском алюминиевом заводе с 1987 г. работают два литейно-прокатных агрегата алюминиевой катанки ЛПА-ЙК-8,разработанных ВНИИметмаш.на которых осуществляется производство катанки о 9 мм.прокатываемой со скоростью 12.7 м/с и сматываемой в бунты массой до 1.4 т.

В процессе эксплуатации станов ЛПА-АК—8 выявлены и реализованы резервы улучшения условий их работы и повышения качества готовой продукции.

Нсовершенствована калибровка прокатных валков за счет количественных и качественных изменениий ее. Принципиально изменена форма овала 1-ой клети.Он принят несимметричным относительно горизонтальной оси.т.к. предназначен для обжатия трапециевидной заготовки.Его основные элементы имеют прямолинейную форму и производят равномерную деформацию по высоте.а боковые элементы более интенсивно сдерживают развитие поперечной деформации. Такая форма в сравнении с однорадиусным овалом улучшает условия захвата .центрирование и устойчивость заготовки.способствует повышению качественных показателей проката.делает меньшим и более равномерным износ ручьев.

При проектировании кругов изменена их форма и размеры.Форма максимально приближена к геометрическому кругу и вместе с тем уменьшена вероятность образования заката.Для улучшения геометрии круга разработана также специальная конструкция овалов.Реализация предложенных усовершенствований на ЛПА-АК-8 расширила диапазон регулирования режима деформации, улучшила условия деформации и геометрию катанки.Наиболее полно они проявляют себя при калибровании профилей.когда имеют место малые вытяжки.Опыт завода "Серп и Молот" показывает,что при прокатке кругов о 12-28 мм из легированных сталей горячее калибрование снижает колебание размеров в два и более раз.Калибрование эффективно и при холодной прокатке.

— 3—

5.4.Разработка процессов холодной прокатки шестигранной стали размерами 511...30 и 532... 65 мм

5.4.1.Общая характеристика процесса

Производство калиброванной шестигранной стали холодной прокаткой вместо волочения впервые организовано в нашей стране. Сведений об использовании аналогичной технологии за рубежом также не имеется.Новый процесс увеличивает производительность в 5-6 раз.экономит на 5..,102 дефицитный металл и значительно снижает расходы по переделу.

Предельные отклонения размеров для шестигранников рассматриваемого диапазона находятся в пределах от 0 до 0.13 мм.Кривизна прутков должна быть не более 2...3 мм/п.м.

При предварительном проектировании было установлено.что для получения требуемого качества необходимо предусмотреть четыре прохода,при этом заготовка должна иметь повышенную точность.Если отклонения размеров заготовки будут находится в пределах обычной точности действующих стандартов,то необходимо шесть проходов.

Принято высотную деформацию осуществлять в калиброванных валках С нечетные проходы),а обжатия по ширине производить на гладкой бочке (четные пропуски).

Для более интенсивного устранения равномерности подката обжатия по проходам принимались возможно меньшими.Минимальными они выбирались и с точки зрения получения наибольших резервных сил трения,т.к.четные клети являются не приводными.

В принятом способе прокатки горизонтальные клети осуществляют собственную деформацию и создают продольные усилия в полосе .необходимые для обжатия шестигранника в холостых вертикальных валках,поэтому деформации в соседних клетях должны быть согласованными.

Первая клеть кроме собственной деформации способствует обжатию во второй холостой клети,третья осуществляет собственную деформацию и деформацию переднего конца в четвертой клети.а также вытягивает задний конец полосы после выхода его из первой клети.

- 33 -

Правильная машина кроме правки создает продольное.необходимое для деформации середины и заднего конца шестигранника в четвертой вертикальной клети.

5.4.2.Состав основного оборудования и технологические требования к нему

Заготовки на стан подаются пакетами,которые доляны разбираться и поштучно задаваться в■стан,поэтому в составе оборудования должен быть предусмотрен дозатор.Иногда прутки имеют искривленные резкой концы,которые приводят к затруднительному и неправильному захвату полосы.Предотвратить это моано снятием фаски у переднего конца,что требует соответствующей машины.

Для стабильности захвата перед первой клетью должен быть предусмотрен задающий механизм.

В прокатное оборудование должно входить четыре клети.Для компактности его вертикальные клети приняты холостыми.Это также упрощает их конструкцию и повышает жесткость,что важно для получения в конечном итоге надлежащей точности.Расчетами установлено,что в этом случае жесткость клети должна быть не менее 2800 кН/мм.биение валков не более 0.03 мм,а отклонения размеров заготовки не должны превышать 0.4 мм.

Процесс холодной прокатки прутковой стали сопровождается.как правило.повышенным в сравнении с горячей деформацией искривлением полосы.Поэтому в состав оборудования должна входить правильная машина.Кроме выполнения основной своей функции она должна вытягивать задний конец шестигранника из четвертой холостой клети,поэтому должна быть установлена в линии стана и максимально приближена к последней клети.

За правильной машиной устанавливаются карманы для сбора готовой продукции.

5.4.3,Характеристика стана 320

Конструкция стана разработана и изготовлена во ВНЙЙмет-маш'е.В состав оборудования входят четыре клети.раскладчик прутков.машина для обработки фасок,правильная машина,рольганги

и пакетирующие средства.

Прокатные клети спроектированы с учетом особенностей холодной прокатки сортовой стали высокой точности.Их конструкция характеризуется объемным предварительным напряжением и высокой жесткостью в радиальном и осевом направлениях, а также малым биением валковой системы.

Горизонтальные и вертикальные клети соответственно имеют следующие характеристики:

Диаметр валков,мм 320/310 320/310

Биение валковой системы,мм <0.03 <0.03

Допустимое усилие прокатки,кН 450 270

Радиальная жесткость,кН/мм 3500 2800

Осевая жесткость,кН/мм 50 30

Масса клети,кг 3000 2500

Скорость прокатки в зависимости от сортамента изменяется в пределах 0.8...2.О м/с.Годовой объем производства составляет 20 тыс,т.

Стан 320 холодной прокатки шестигранной стали со второй половины 1990 года успешно эксплуатируется на металлургическим заводе им. А.К.Серова.

Стан 450. предназначенный для калибрования шестигранников 32...65 мм. аналогичен по конструкции стану 320.В настоящее время он находится в стадии изготовления.

6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

¡.Найдена новая и единая основа для определения параметров прокатки профилей в двух- и многовалковых калибрах-метод среднеинтегральной полосы,который является наиболее универсальным и точным,Универсальность его достигнута за счет использования более общих характеристик-площадей и периметров,точность-за счет более полного учета фактических условий деформации в очаге деформации.

2.Разработаны более совершенные критерии,представляющие собой различные соотношения двумерных величин.которые позволяют разрабатывать, единые методики расчета параметров разных

процессов.выравнивают уровни их теоретических и экспериментальных исследований.расширяют область применения известных уравнений.уточняют расчет и имеют другие важные преимущества.

3.Среднеинтегральная полоса и полученные критерии использованы при разработке метода конечных элементов и таким образом создана комплексная эффективная основа для исследования и определения параметров двух- и многовалковой прокатки.

4.Проведено теоретическое и экспериментальное исследование процессов прокатки с двух- и многосторонним обжатием.в результате которого выявлены и определены новые факторы.влияющие на различные характеристики прокатки.

5.На основе метода среднеинтегральной полосы.полученных критериев,метода конечных элементов и проведенных исследований разработаны методики расчета всех основных параметров.'ушире-ния,усилий и моментов прокатки,межклетевых натяжений.коэффициента трения,опережения,неравномерной деформации,серповид-ности,точности прокатки и другие.Качественный анализ показал.что в сравнении с известными они учитывают наибольшее количество факторов и имеют более широкую область применения.а количественный, что они являются наиболее точными.

Таким образом,на единой основе создан комплексный метод для совершенствования процессов прокатки с двух- и многосторонним обжатиями.

6.Разработаны,исследованы и освоены восемь различных процессов на шести предприятиях черной и цветной металлургии,включающие горячую,теплую и холодную прокатку сортовых и фасонных профилей.

большинство технологий освоено впервые в отечественной и зарубежной практике.Параметры процессов легли в основу создания соответствующего прокатного оборудования.

7.Доля годового экономического эффекта от внедрения разработок по состоянию на 1990 г,составила более 1 млн.руб.

7.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1,Кривенцов A.M.Двумерные критерии в теории прокатки.// Сб.науч.тр.ВНИИметмаш "Разработка и исследование оборудования

- 36 -

прокатных станов."-М..1990,-С.63-74.

2.Кривенцов A.M.Влияние формы калибра и подката на параметры прокатки.//Сб."Разработка и исследование оборудования прокатных станов".-М..1990.-С. 7-20.

3.Кривенцов A.M.Развитие теории прокатки на основе новых критериальных зависимостей//Тез. докл.1и Всесоюзной научно-технической конференции.'Теоретические проблемы прокатного производетва.-Днепропетровск,1988.

4.Кривенцов A.M.Определение энергосиловых параметров прокатки в калибрах двух- и многовалковых станов,//Сб.науч. тр.ВНИИметмаш Конструкция,расчет и исследование прокатных станов."-М,.ВНИИметмаш,1987.-С.65-74.

5.Кривенцов A.M.Коэффициент трения при горячей,холодной и теплой прокатке цветных и черных металлов.//Сб.науч.тр.ВНИИ-метмаш"Конструкция,расчет и исследование прокатных станов. "-М. , ВНИИметмаш .1987 .-С . 75-81 .

6.Кривенцов A.M.Расчет вытяжных калибров.//Сб.науч. тр . ВНИИметмаш "Создание и исследование прокатных станов" ,-М.,1980. -С.108-114.

7.3юзин В.И..Кривенцов А.М.Уширение при прокатке прямоугольных профилей на гладкой бочке,//Сб."Труды ВНИИметмаш" . -1969, -N25. -С .46-59 .

8,3юзин В.И..Кривенцов А.М.Уширение при прокатке в калибрах.//Сб. "Труды ВНИИметмаш".-1970.-N28.-С.81-100.

Э.Зшзин В.И..Кривенцов А.М.Уширение при горячей прокатке с натяжением.Бил.ЦНИИМ,1970,N1.С.38,39.

Ю.Зшзин В.И..Кривенцов A.M. Дифференциальное уравнение удельного давления при прокатке полосы переменного сечения.//Сб. НИИНФОРМТЗШМАШ.-1969.-1-69-1,-С.24-26.

П.Зюзин В.И..Кривенцов A.M.Расчет поперечных параметров валка продольной периодической прокатки.//Сб."Труды ВНИИметмаш" .-1970, -N25. -С. 160-170.

12.3шзин В.И..Кривенцов A.M. Графоаналитический метод расчета профиля чистовых валков станов продольной периодической прокатки. Сб. НИИНФОРМТЯШШ.-1972, 1-71-23.-С. 15-17.

13,Когос А.М.,Сиушев С.X..Кривенцов A.M. и др. Создание .исследование и освоение пятиклетевого стана холодной про-

катки коллекторных и прямоугольных полос из меди и ее сплавов. //Сб."Труды ВНИИметмаш".-1Э76.-N46.-С.14-19.

14.Ндчин В.Н,.Вайсфельд А.А..Кривенцов A.M..Цветков А.Б.Освоение и исследование группы чистовых клетей проволочного литейно-прокатного агрегата.//Сб.научн.тр.ВНИИметмаш "Создание и исследование прокатных станов".-М., 1930.-С.13-20.

15.3юзин В.И,.бахтинов ¡0.Б.Кривенцов A.M. и др.Изготовление специальных фасонных профилей переменного сечения,//Сб. НЙИНФОРМТЯММАЫ.1975.1-75-15.

15,А.с.495104.Прокатная клеть дуо для прокатки полос/А,М, Кривенцов и др.//Опубл. в Б.И.,1975.-N46.

17.А.с. 459889.Способ получения шестигранных профилей./A.M.Кривенцов и др.// В открытой печати не публикуется,

18.А.с.380379.Устройство для удержания высоких полос. /A.M.Кривенцов и др.//Опубл. в Б.И.,1973,-N21.

19.А.с.804030. Устройство для стабилизации раствора валков прокатной клети/ A.M.Кривенцов и др. //Опубл. в Б.й..1981. -N6.

¿0.А.с.478631.Прокатный валок для профильной периодической прокатки/А.М.Кривенцов и др,//Опубл. в Б.И..1975.-N28.

21.А.с.2265050.Способ получения профилей переменного сечения с различными постоянными углами клиновидности в двух направлениях /Кривенцов A.M. и др.//Опубл. в б.И..1970.-N21.

22.А.с,329939.Способ производства периодических профилей./A.M.Кривенцов и др.//Опубл. в Б.И,,1972,-N8.

23.А.с.209380.Способ производства периодических профилей,/A.M.Кривенцов и др.//Опубл. в о,Й.,1968,-N5.

Отпечатано во ВНИИметмаше.

Зак. 718 Тираж IOO экз.