Калибровка прокатных валков.

Прокатку сортового металла осуществляют в калиброванных валках, имеющих соответствующие вырезы. Кольцевой вырез или выступ в одном валке называют ручьем, а просвет между ручьями, расположенными один над другим в совместно работающих валках с учетом рабочего зазора между ними, называют калибром.

При прокатке металл получает значительную вытяжку и формоизменение. Получение необходимого профиля проката требует выбора соответствующей данному изделию калибровки, т.е. выбора последовательного ряда сечений полосы от исходного до готового размера. При этом следует учитывать возможность создания условий, которые обеспечивали бы максимальную производительность стана, минимальный расход энергии и расход инструмента (валков).

Очень важным элементом калибровки валков является размещение калибров на валках, использование калибров для группы прокатываемых изделий.

Калибры, применяемые при прокатке, подразделяются на:

- обжимные (вытяжные);

- черновые (подготовительные);

- предотделочные (предчистовые);

-отделочные (чистовые).

Обжимные калибры могут быть квадратными (ящичными), ромбическими и овальными (Рисунок 22).

Черновые калибры, наряду с уменьшением сечения полосы, предназначены также и для постепенного приближения его сечения и размеров к конечному сечению.

Рисунок 22 - Схема вытяжных калибров.

Предотделочные или предчистовые калибры предшествуют чистовым, и в этих калибрах металлу придают форму близкого к окончательному сечению.

Чистовые калибры придают профилю окончательную форму сечения. Размеры этих калибров почти совпадают с поперечными размерами готового проката (больше на 1,2¸1,5%).

По способу вреза в валки, калибра делятся, на открытые (Рисунок 22а), когда линия разъёма валков попадает в пределы калибра, а также закрытые (Рисунок 22б), у которых линия разъёма находится вне пределов калибра.

Рисунок 23 - Схемы калибров: а) открытый, б) закрытый.

Основными элементами калибра являются: нейтральная линия, выпуск калибра.

Нейтральная линия – это воображаемая линия, относительно которой моменты сил, приложенных со стороны валков, постоянны. Обычно нейтральная линия совпадает с их горизонтальной осью.

Выпуск – это наклон боковых стенок калибра к оси валков. Выпуск способствует: центрированию полосы, свободному выходу металла. С помощью выпуска регулируется степень заполнения калибра. Обычно выпуск устанавливают в процентах – ( ) или в градусах.

Для ящичных калибров выпуск – 10¸20%, черновых фланцевых – 5¸10%, чистовых – 0,5¸1,5%.

Ящичные калибры применяют, главным образом, при прокатке заготовок квадратного и близкому к нему сечения. Основным преимуществом ящичных калибров является их возможность использования для нескольких проходов, что сильно сокращает число необходимых калибров. Ящичные калибры меньше ослабляют прочность валка, т.к. врезка их в тело меньше, чем, например, у ромбических, за счет сил трения и бокового давления в этих калибрах хорошо сбивается и удаляется окалина с боковых граней полосы. К недостаткам этих калибров следует отнести невозможность получения геометрически правильного квадрата или прямоугольника, что неизбежно при прокатке в условиях практически свободного уширения.

Ромбические калибры применяются для уменьшения поперечного сечения полосы при получении заготовки квадратного сечения размером < 100´100мм. Путем сочетания изменения зазора и кантовок в одном калибре можно получить несколько размеров квадрата. Это способствует уменьшению числа валков.

К достоинствам ромбического калибра в том, что заготовка хорошо центрируется. К недостаткам ромбических калибров следует отнести сравнительно глубокий врез в тело валка, плохой сбив окалины, что приводит к ее вдавливанию в металл. Угол при вершине в ромбических калибрах может составлять 90¸120⁰.

Овальные калибры используются для получения круглой заготовки как предчистовые и чистовые. Овальный калибр часто строят одним радиусом, также используют плоские овалы (Рисунок 24). Важной характеристикой овального калибра является отношение его ширины к высоте, равное 1,1¸3,5. Недостаток: малые вытяжки и необходимость надежно удерживать полосу при прокатке от поворота относительно ее оси.

Рисунок 24 - Формы овальных калибров.

Оборудование для прокатки

В прокатных цехах размещается оборудование , служащее как непосредственно для пластической обработки металлов давлением, так и осуществления различных вспомогательных операций. Оборудование прокатного стана, служащее для деформации металла называется основным, а для выполнения прочих операций - вспомогательным. Наиболее простым прокатным станом является одноклетьевой стан (Рисунок 25).

Рисунок 25 - Схема прокатного стана: 1 – валок; 2 – шпиндели; 3 – станина; 4 – шестеренная клеть; 5 – редуктор; 6 – двигатель; 7 – механизм для установки валков.

Основным рабочим инструментом прокатного стана являются прокатные валки, устанавливаемые в подшипниках, которые в свою очередь располагаются в станине. Станина с валками и механизмами для установки валков формируют рабочую клеть. Вращение валкам передается от двигателя через редуктор, шестеренную клеть и шпиндели. Наличие в передаточном механизме всех вышеуказанных элементов не является обязательным. Например, у обжимных станов часто отсутствуют редуктор и шестеренная клеть. В некоторых станах шестеренная клеть и редуктор объединены в один агрегат. Так же возможна схема двигатель, шестеренная клеть, шпиндели.

Всю нагрузку от усилия прокатки воспринимают литые станины. Расстояние между валками для осуществления необходимого обжатия устанавливают с помощью механизма для установки валков (нажимное устройство).

В зависимости от назначения прокатного стана их рабочие клети могут быть с горизонтальными, вертикальными и косорасположенными валками.

Клети с горизонтальными валками наиболее часто используются. Они подразделяются в зависимости от количества валков на следующие типы (Рисунок 26): «дуо», «трио», «кварто», шестивалковые, двенадцативалковые, двадцативалковые, планетарные.

Рисунок 26 - Схемы рабочих клетей с горизонтальными валками: а – «дуо», б – «трио», в – «кварто», г – шестивалковая.

Применение клетей с количеством валков более двух или трех связано с необходимостью получения большой жесткости прокатных валков при производстве тонких полос.

В зависимости от назначения прокатного стана, от требуемого числа проходов при прокатке станы делятся на следующие виды (Рисунок 27):

- одноклетьевые;

- многоклетьевые.

В свою очередь многоклетьевые станы делятся на следующие виды:

- линейные (клети расположены в линию);

- с последовательным расположением клетей;

- полунепрерывные;

- непрерывные.

Рисунок 27 – Установка рабочих клетей прокатных станов: а– одноклетьевого, б – полунепрерывного, в – линейного, г-непрерывного, д – с последовательным расположением клетей.

Одноклетьевые станы наиболее распространены и применяются для прокатки блюмов, слябов, листов.

Когда прокатываются сортовые профили, то не удается расположить в валках одной клети все калибры. В этом случае применяются многоклетьевые станы с расположением клетей в одну или несколько линий, а также станы с последовательным расположением клетей. Для увеличения производительности и уменьшения размеров зданий цеха применяются полунепрерывные и непрерывные прокатные станы. Если в станах с последовательным расположением клетей заготовка может находиться одновременно только в одной клети, то в непрерывных станах она одновременно прокатывается во всех валках. Для обеспечения непрерывности прокатки без обрывов полосы и образования петель в этом случае необходимо соблюдение равенства секундных объемов, проходимых в каждой паре валков:

,

где – площадь сечения металла в соответствующей клети;

– скорость валков в соответствующей клети.

Из этого условия следует, что скорость прокатки по мере уменьшения сечения должна увеличиваться. Всякое изменение сечения полосы требует автоматического изменения скорости прокатки. Потому существуют трудности в настройке стана при переходе с одного типоразмера проката на другой. В связи с этим непрерывные станы применяются при получении простых по форме заготовок. А для производства сортовых профилей используются полунепрерывные станы, у которых черновая группа клетей выполняется непрерывной, а чистовая – в виде линейного стана. Черновая группа не требует точной настройки валков, так как ее назначение - произвести максимальное обжатие заготовки. В чистовой же группе клетей последовательно формируется профиль сечения, что требует уже индивидуальной настройки каждой пары валков.

Вопросы и темы для самоконтроля:

1.Как определяется скорость деформации?

2. Что такое внешнее трение?

3. Как определяется угол трения?

4. Стадии процесса прокатки?

5. Условия захвата металла валками при прокатке?

6. Что такое опережение и отставание металла при прокатке? 7. Сортамент прокатной продукции.

8. Стадии получения проката из заготовки.

9. Стадии получения проката из слитка.

10. Особенности нагрева заготовок и охлаждения проката.

11. Что такое калибр и виды калибров?

12. Классификация станов по количеству рабочих валков.

13.Классификация станов по расположению клетей.

14. Назовите основные узлы прокатного стана.

Прессование металла.

Процесс прессования представляет собой выдавливание металла, помещенного в замкнутую полость контейнера, через отверстие матрицы . Этот способ находит широкое применение при деформировании как в горячем, так и в холодном состоянии металлов, имеющих не только жесткостью.

Прессованием изготавливаются высокую податливость, но и обладающих большой разнообразные виды изделий: цельные сечением 3¸250 мм; различные полые профили с постоянным и переменным сечением 20÷400 мм и толщиной стенки 1÷3 мм; трубы Æ 20¸400 мм при толщине стенки 1,5¸12 мм,. Некоторые виды изделий представлены на 0. Профили, получаемые прессованием, часто оказываются более экономичными, чем изготовляемые прокаткой, а в некоторых случаях их невозможно произвести другим способом.

Рисунок 28 - Виды отпрессованных изделий.

Основным преимуществом прессования металла относятся:

- возможность пластической обработки с большими вытяжками;

- обработка малопластичных металлов;

- возможность получения практически любого поперечного сечения изделия;

- универсальность оборудования для получения различных изделий;

- высокое качество поверхности, точность.

К недостаткам можно отнести:

- повышенный расход металла на единицу изделия;

- повышенный расход энергии;

- периодичность процесса;

- высокая стоимость инструмента.

Различают 2 основных способа прессования: прямой (Рисунок 29 а) и обратный (Рисунок 29б).

Рисунок 29 - Схемы прессования: а – прямой метод, б – обратный метод.

При прямом методе нагретый слиток цилиндрической формы, помещенный в контейнер, подвергается трехстороннему сжатию. Давление металлу передается пресс – штемпелем, матрица – неподвижна.

При обратном методе прессования пресс – штемпель делается полым и на его конце укрепляется матрица. При движении пресс – штемпеля справа налево, матрица, являющаяся одновременно и пресс – шайбой, давит на торцевую часть слитка, при этом металл вынужден вытекать в обратном направлении, т.к. контейнер в противоположном направлении закрыт массивной упорной шайбой. Если при прямом методе вся масса слитка перемещается внутри контейнера в направлении движения (течения) металла, то при обратном прессовании слиток неподвижен относительно стенок контейнера, вследствие чего значительно уменьшается действие сил трения при прессовании. В результате усилия прессование обратным методом снижается на 25¸30%, но конструкция пресса при этом усложняется. К преимуществам обратного метода относится также и снижение потерь металла, 15¸18% металла уходит в отходы при прямом методе, в так называемую выдру (пресс-остаток), и 5¸6% при обратном.

Прессование труб производится обычно прямым методом, хотя возможно прессование коротких труб большого диаметра (300¸400мм.) обратным методом.

Рассмотрим прессование трубы прямым методом (Рисунок 30). Слиток помещается в контейнер, включается главный гидроцилиндр и начинается движение пресс–шайбы, при этом происходит распрессовка слитка, то есть заполнение контейнера металлом. Следующей операцией, перед прессованием, является прошивка металла в контейнере стальной иглой.

Игла связана со штоком специального прошивного цилиндра, расположенного по оси пресса среди главного гидроцилиндра. Передний конец иглы проходит через распрессованый металл, выдвигаясь на некоторое расстояние в отверстие матрицы, и останавливается. Затем включается главный цилиндр пресса, начинает движение пресс–шайба и металл начинает течь через кольцевой зазор, образованный стенками отверстия матрицы и наружной поверхностью иглы.

Рисунок 30 - Схема прессования полой заготовки.

Во время прессования возникает очаг деформации, который зависит от способа прессования, коэффициент трения, податливости металла. Различают три основных вида очага деформации (Рисунок 31).

Первый вид (Рисунок 31а) характерен тем, что деформация сосредоточена вблизи матрицы.

Такой вид наблюдается при обратном прессовании, а также при прямом, если коэффициент трения низок (тщательная обработка стенок контейнера и качественная смазка). Прессование идет без «заворота» металла, механические свойства прутка по сечению и длине отличаются стабильностью.

Второй вид (Рисунок 31б) очага деформации имеет место при средних значениях коэффициента трения и незначительных изменениях механических свойств сечения слитка в контейнере (при захоложенных периферийных слоях).

Очаг деформации распространяется на всю длину заготовки. Течение внутренних слоев происходит с некоторым опережением внешних. Появляются как бы два объема деформируемого тела: внешний и внутренний – . Однако прессование и в этом случае идет без «заворота».

Рисунок 31- Виды очага деформации.

Третий вид (Рисунок 31в) очага деформации имеет место при высоком коэффициенте трения между стенкой контейнера и слитком, а также значительной жесткости внешних слоев заготовки по сравнению с внутренними. Очаг деформации характеризуется высокой неравномерностью течения металла и состоит из трех объемов. Объем , расположенный непосредственно перед матрицей, отличается наибольшей интенсивностью течения металла. Объем по мере развития деформации течет от периферии к оси заготовки, создает пережим в первом объеме - возникает вихревое движение металла. Объем примыкает к пресс–шайбе, он увеличивается к концу прессования. Процесс прессования прекращают до момента входа этого объема в матрицу, т.к. начнется процесс «заворота» и снижение качества изделия ввиду вовлечения в готовое изделие окалины, окисление частиц металла с поверхности слитка, другой структуры металла.

В местах перехода контейнера в матрицу появляются мертвые углы, в которых металл испытывает упругую деформацию. Наряду с отрицательной ролью мертвых зон (увеличивают пресс–остаток), они играют некоторую и положительную. В мертвых зонах скапливаются различные загрязнения металла. При определенных условиях эти примеси могут попасть в готовое изделие.