Обработка материалов давлением. Сборник научных трудов. №19

Подождите немного. Документ загружается.

Обработка материалов давлением №1 (19), 2008

321

а) б)

Рис. 5. Структура сталі ШХ-15шд після загартування із попереднім пластичним

деформуванням – пресуванням

(а) та пресуванням із протитиском (б).

Крім об'ємних властивостей матеріалу, характеристики опору руйнуванню, що

викликане втомою, залежать від умов формування поверхневого прошарку, що призводить

до визначеної його геометрії, напруженості і фізичного стану. Напружений стан

поверхневого прошарку має такі особливості [9].

По-перше, при таких видах навантаження, як вигин, скручування максимальні

напруження мають місце на поверхні.

По-друге, у поверхневих прошарках виникають високі локальні напруження,

обумовлені наявністю концентраторів напружень, мікротріщинами.

По-третє, у процесі механічної, хіміко-термічної обробки, нанесення покриттів у

поверхневих прошарках виникають залишкові (технологічні) напруження. Залишкові

напруження впливають на опір матеріалів деформуванню і руйнації.

Істотний вплив на характер і розмір

залишкових напружень на поверхні роблять

методи поверхневого зміцнення і покриття різноманітного призначення [9]. Так, після

поверхневого пластичного деформування, азотування, цементації, як правило, мають місце

максимальні напруження стискання, а після нанесення гальванічних покриттів у цих

прошарках спостерігаються максимальні залишкові напруження розтягу. З практичного

досвіду випливає, що залишкові напруження стискання на поверхні зразків

підвищують

характеристики руйнування, що викликано втомою, у той час як залишкові напруження

розтягування в поверхневому прошарку можуть істотно знизити ці характеристики.

Стійкість штемпелів, які виготовлені із того самого матеріалу за однією і тією ж

технологією, внаслідок впливу випадкових чинників може відрізнятися на порядок. Це

пов'язано з тим , що процес руйнації

, який викликаний втомою, включає дві стадії: стадію

зародження тріщини, на яку впливає стан поверхні та концентрація напружень, і стадію

поширення (локалізованої руйнації). Для кожної з них визначальними є свої механізми.

Підвищення характеристик руйнування, що викликане втомою, і зменшення смуги

розсіювання кількості карбувань до руйнації штемпелів можливо шляхом холодного

видавлювання заготівок

штемпелів форма, яких максимально наближена до форми

штемпеля, та іонно-плазмовою імплантацією азоту в робочу поверхню карбувальних

штемпелів [7].

Ще одним фактором, що впливає на стійкість штемпелів, є зносостійкість зображення.

При застосуванні штемпелів, що мають поверхню, яка покрита нітридом титану, стійкість

визначається не матеріалом штемпеля, а властивостями покриття (див. рис.1б), яке

зношується в окремих зонах. Як видно з рис.1б, експлуатація зображення карбувальних

штемпелів сопроводжується спільною дією та взаємним впливом двох руйновних

процесів - зношування та втоми. Зменшення зношування та розтріскування покриття

можливо шляхом попереднього азотування поверхневого прошарку поблизу зображення,

Обработка материалов давлением №1 (19), 2008

322

наприклад, іонно-плазмовою або плазмово-імерсійною імплантацією азоту [11]. Твердість

модифікованого шару збільшується в 2 рази, коефіцієнт тертя зменшується в 2 рази, а

зносостійкість інструментальної сталі Р6М5 збільшується більше, чим в10 разів [11].

Узагальнюючи розглянуті аспекти проблеми руйнації штемпелів і пуансонів, можна

зробити важливі практичні висновки.

Висновки

Підвищення характеристик тріщиностійкості, зменшення смуги розсіювання кількості

циклів до руйнації штемпелів, що викликано втомою та зношуванням, можливо шляхом їх

холодного видавлювання із протитиском.

Для підвищення стійкості штемпелів необхідне використання сталей з високим

вмістом дрібнозернистих карбідів, які мають рівномірний розподіл в об’ємі штемпеля.

Зносостійкість зображення на штемпелі можливо підвищити комбінованим

покриттям, яке включає попереднє азотування поверхневого прошарку

поблизу зображення,

наприклад, іонно-плазмовою імплантацією азоту, та іонно-плазмове нанесення нітриду

титану або нітриду хрому.

Для підвищення стійкості карбувальних штемпелів та пуансонів для видавлювання

шляхом зменшення кількості мікротріщин на робочих поверхнях та галтельних переходах

необхідно проведення полірування цих поверхонь, наприклад, після 15-20 тисяч карбувань

або 2-3 тисяч видавлювань деталей.

ЛІТЕРАТУРА

1. Алиев И.С. Обеспечение стойкости штамповой оснастки / И.С. Алиев, Л.И. Алиева, А.И. Лобанов,

И.Г. Савчинский // Металлообработка. – 2007. - №5. – С. 22-28.

2. Афанасьева Г.И. О видах и причинах выхода из строя пуансонов для холодного обратного

выдавливания стальных деталей./ Г.И. Афанасьева, В.А. Евстратов // Кузнечно-штамповочное производство.

– 1974 - №4. -

С.7-10.

3. Маковей В.О. Стійкість карбувальніх штемпелів / В.О. Маковей, М.П. Стародуб // Удосконалення

процесів та обладнання обробки металів тиском в металургії та машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. -

Краматорськ, 2005.-С. 599-601.

4. Алалыкина А.А. Повышение стойкости матриц для рельефной чеканки ювелирных изделий / А.А.

Алалыкина, С.В. Афанасьев, А.В. Иссафов

, Е.В. Шадричев // Кузнечно-штамповочное производство. - 1988. -

№1. - С. 25-27.

5. Хван Д.В. Влияние механотермической обработки на стойкость инструмента / Д.В. Хван, Н.В.

Попов, А.В. Токарев // Машиностроитель. – 2007. -№2. - С. 43.

6. Тарасов А.Ф. Анализ способов повышения надежности штамповой оснастки / А.Ф. Тарасов,

С.А. Короткий // Удосконалення процесів та обладнання обробки

металів тиском в металургії та

машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. - Краматорськ, 2001.-С. 124-127.

7. Карачун А. Применение износостойких покрытий штампов в листоштамповочном производстве //

Кузнечно-штамповочное производство. – 1988. - №9. - С. 19-20.

8. Волков К.В. Упрочнение материалов методами гидропрессования. / К.В. Волков, А.И. Капустин, В.З.

Спусканюк, Ю.Ф. Черный– Киев: Наукова думка, 1991. -196 с.

9. Трощенко В.Т. Сопротивление материалов деформированию и разрушению: Справочное пособие. В 2

кн. / В.Т. Трощенко, А.Я. Красовский, В.В. Покровский, Л.А. Сосновский, В.А. Стрижало

– Киев: Наукова думка,

1993.

10. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов.- М.: Машиностроение, 1964.-275 с.

11. Углов В.В. Плазменно-иммерсионная имплатация азота в быстрорежущую. Фазовый состав и

механические свойства / В.В. Углов, А.К. Кулешов, Ю.А. Федотова, Я. Станек, В.В. Ходасевич, Д.П.

Русальский, Е. Рихтер, Р. Гюнцель

// Физика и химия обработки материалов. – 1999. - №5. – С. 18-25.

Маковей В. О. – канд. техн. наук, доцент НТУУ «КПИ»;

Стародуб М. П. – д-р .техн. наук, проф. БМД НБУ;

Калюжний В. Л. – канд. техн. наук, доцент НТУУ «КПИ»;

Шидловський М. С. – сотрудник НТУУ «КПИ»;

Стафієнко В. В. – сотрудник БМД НБУ.

НТУУ «КПИ» – Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт», г. Киев;

БМД НБУ – Банкнотно-монетный двор Национального банка Украины, г. Киев.

k_omd@ukr.net

Обработка материалов давлением №1 (19), 2008

323

УДК 621.771.26

Медведев В. С.

РАЦИОНАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ

МАЛОТОННАЖНЫХ СТАНОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНЫХ

ПРОФИЛЕЙ ШИРОКОГО СОРТАМЕНТА

Наметившиеся устойчивые темпы роста металлопотребляющих отраслей вновь остро

ставят вопросы о производстве металлургическими предприятиями экономичных фасонных

профилей специального и отраслевого назначения в малотоннажных партиях поставки.

Вместе с тем металлурги по ряду причин не могут производить такие профили. Так, за

последние годы выведено из эксплуатации большое количество морально и физически

изношенных

старых станов, на которых производились фасонные профили. Вместо них

строят высокопроизводительные станы большой мощности для производства, в основном,

арматуры и угловой стали. Оборудование этих станов не приспособлено к производству

фасонных профилей, освоение их связано с очень большими затратами из-за высокой

стоимости прокатных валков и больших потерях при перевалках, настройке стана

на

профиль и т.д.

Проблема освоения новых экономичных профилей проката может быть кардинально

решена путем строительства специализированных малотоннажных станов небольшой

производительности от 10 до 200 тыс. тонн в год в составе мини-заводов. Такие заводы

могут работать на собственном металлоломе, переработка которого позволяет максимально

снизить себестоимость исходных заготовок и готового проката.

С целью решения этой проблемы в институте проведены комплексные исследования,

разработано пять базовых экономически эффективных металлургических мини-заводов

различной мощности для производства профилей широкого сортамента [1]. В состав каждого

мини-завода входит сталеплавильный цех с дуговыми электропечами, установка разливки

стали под регулируемым давлением или машина непрерывной разливки стали (в зависимости

от объема производства) и специализированный малотоннажный прокатный стан.

Для создания экономически успешных сортовых станов с особо малыми объёмами

производства технические решения, закладываемые в концепцию этих станов, должны

отличаться высокой надёжностью и быть опробованы в производстве.

Общая концепция создания экономичных малотоннажных станов включает

следующие основные положения: гарантированное получение заданного сортамента готовой

продукции и соблюдение всех требований к её качеству, в том числе качеству поверхности,

уровню механических свойств и т.д.; использование энерго- и ресурсосберегающих

технологий; высокая мобильность оборудования, минимальное время на перестройку при

переходе на выпуск другого вида продукции; минимальный парк оснастки и инструмента за

счет выбора соответствующих технологий, универсальности схем прокатки

и калибровок

валков; обеспечение оптимального уровня механизация и автоматизации для уменьшения

количества обслуживающего персонала и снижения себестоимости продукции; обеспечение

высокой надёжности средств механизации; минимальные масса и стоимость оборудования и

занимаемая площадь; минимальные эксплуатационные расходы по переделу.

Анализ потребности металлопотребляющих отраслей показывает, что в настоящее

время и в перспективе фасонные профили

будут заказываться малотоннажными партиями.

Загрузить даже малотоннажный прокатный стан только производством специальных

фасонных профилей весьма проблематично. Поэтому в сортамент таких станов необходимо

вводить и профили общего назначения (круги, арматуру, уголки), которые имеют

постоянный спрос на рынке. Технологические схемы и состав оборудования малотоннажных

станов должны предусматривать возможность прокатки как профилей сложной формы

, так и

простых, особенно кругов, которые требуют изменения направления обжатия в каждом

проходе. Стыковка разноплановых технологических схем прокатки и требуемых для их

реализации различных сочетаний разнотипных рабочих клетей представляет определенную

трудность.

Обработка материалов давлением №1 (19), 2008

324

На основании проведенных в институте теоретических и экспериментальных

исследований течения металла в фасонных калибрах и многолетнего опыта освоения новых

экономичных профилей на металлургических заводах при разработке технологических схем

и состава оборудования малотоннажного стана для производства горячекатаных профилей

широкого сортамента необходимо соблюдать следующие рекомендации.

Проектирование нового стана с известным сортаментом должно начинаться

определения оптимальных размеров исходных заготовок:

а) исходная заготовка должна иметь минимальное сечение, чтобы не увеличивать

диаметры валков и количество рабочих клетей, а, следовательно, массу и стоимость

оборудования стана в целом. Минимальное сечение ограничивается условием обеспечения

качества продукции с повышенными требованиями к уровню механических свойств - общая

вытяжка в калибрах при

прокатке самого тяжелого профиля должна быть не менее 8 –10;

б) исходную заготовку желательно иметь квадратного или прямоугольного сечения,

поскольку сформировать фасонные фланцевые профили из таких заготовок значительно

легче, чем из круглых. При этом сечение квадратных заготовок будет значительно меньше,

чем круглых. Чтобы получить из круглых заготовок необходимые квадратные или

прямоугольные заготовки потребуется

два дополнительных прохода.

в) высота исходной заготовки определяется максимальной высотой фланцев

фасонного профиля из заданного сортамента. Если не использовать специальные способы

калибровки валков, то высота заготовки должна быть в 2,0 –2,3 больше высоты самого

большого фланца; ширина заготовки определяется шириной самого широкого в сортаменте

стана профиля с учетом уширения металла и обжатия

в ребровых калибрах;

г) размеры исходных заготовок должны также выбираться с учетом возможности

получения их на установках разливки стали под регулируемым давлением или на машинах

непрерывной разливки стали;

д) по технологическим и организационным соображениям целесообразно иметь одну

заготовку, из которой прокатывается весь сортамент профилей. Рекомендуемые размеры

квадратных заготовок для мелкосортных станов

65–120 мм, для среднесортных 125 –150 мм

в зависимости от объемов производства.

Для определения экономически целесообразной технологии прокатки малотоннажных

профилей были рассмотрены варианты использования непрерывной, последовательной,

реверсивной прокатки на непрерывных, линейных, последовательных и шахматных станах с

клетями дуо и трио, а также с использованием агрегатов высоких обжатий и пр. Анализ этих

вариантов показал,

что в наибольшей степени удовлетворяет предъявляемым к

малотоннажному производству требованиям, прокатка фасонных профилей на

полунепрерывном стане, включающем отдельно стоящую обжимную клеть и чистовую

непрерывную группу клетей.

В качестве обжимной клети рекомендуется использовать реверсивную клеть дуо с

программным ее перемещением перпендикулярно линии прокатки или же обыкновенную

клеть трио. Дуо-реверсивная клеть более

предпочтительна. Прокатка осуществляется на

одной линии и в одном горизонте, что уменьшает массу вспомогательного оборудования и

стана в целом. Однако, по сравнению с клетью трио, эта клеть требует более сложного и

дорогого привода, отличается повышенным расходом энергии и валков, требует

использования достаточно сложной автоматики.

Клеть трио, даже с учетом необходимости

подъёмно-качающегося стола, является

наименее сложным видом оборудования, имеет простой нереверсивный и нерегулируемый

привод. При небольшой длине заготовки клеть трио отличается очень высокой

производительностью, её работа полностью механизируется с помощью простейших средств

механизации и автоматизации. Клеть трио отличается максимальным использованием бочки

валков, минимальным расходом энергии и валков на единицу выпускаемой продукции

Рекомендовать установку непрерывной группы клетей на чистовой линии малотон-

нажного стана позволяет следующее ее преимущество перед другими техническими

решениями. Непрерывная прокатка позволяет обеспечить необходимый температурно-

скоростной режим и достигнуть максимальную производительность при минимальных

габаритах и массе стана. Применение вертикальных клетей даёт возможность повысить

Обработка материалов давлением №1 (19), 2008

325

качество проката, устраняет необходимость кантовок, упрощает настройку стана и,

соответственно, снижает расходный коэффициент. Имеющиеся в настоящее время

надежные способы регулирования натяжения раскатов в межклетьевых промежутках

непрерывных групп клетей позволяют получать стабильные размеры профиля по всей его

длине. Эту рекомендацию подтверждает многолетний положительный опыт освоения

производства фасонных профилей сложной формы на полунепрерывном

стане 250

Нижнесергинского металлургического завода [2].

В чистовой линии стана в зависимости от его производительности располагаются

6-, 8- или 10-клетьевые непрерывные группы клетей. Применять в чистовой линии стана

непрерывную группу клетей можно практически во всех случаях. Исключением может стать

прокатный стан, на котором производятся в основном тавровые профили, например, профили

лифтовых направляющих

. Сложность прокатки таких профилей состоит в изгибе переднего

конца раската в ребровом тавровом калибре, который в последующем проходе необходимо

задавать в пластовый тавровый калибр с узкими закрытыми ручьями. Задать изогнутый раскат

в такой калибр практически невозможно. Поэтому прокатывать тавровые профили необходимо

с изменением направления прокатки в каждом последующем калибре. Задать

раскат в

пластовый калибр задним прямым концом не представляет никакой сложности. В связи с этим

технологическая схема и состав оборудования стана для прокатки тавровых профилей должны

предусматривать возможность реверса раската в каждом проходе.

Эффективность работы сортового прокатного стана во многом определяется степенью

универсальности калибровки валков. Чем больше используется общих калибров в

технологической схеме прокатки, тем меньше перевалок и переходов необходимо для

производства профилей заданного сортамента. В конечном итоге это приводит к

сокращению текущих простоев, снижению расхода рабочих валков, повышению

среднечасовой производительности стана и улучшению качества продукции. Поэтому

формирование профиля на малотоннажном стане необходимо осуществлять, используя

минимальное количество фасонных калибров. При прокатке

в фасонных калибрах

коэффициенты деформации следует увеличивать на 30–50% по сравнению с

деформационными режимами прокатки на обычных станах (в связи с малотоннажностью

партий фасонных профилей проката износ калибров валков не является определяющим

фактором). Высота промежуточных подкатов, из которых формируется фасонный профиль,

должна быть минимальной. Формировать профиль в фасонных калибрах следует по

возможности

в чистовых клетях стана, а в обжимных клетях применять универсальные

калибровки валков, получая промежуточные прямоугольные подкаты различных сечений

путем изменения зазора между валками. На малотоннажном стане необходимо использовать

системы калибров с максимальной вытяжной способностью.

Если в сортаменте малотоннажного стана наряду с фасонными профилями имеются

профили равноосного сечения – круглая и квадратная

сталь, которые прокатывают с

изменением направления обжатий в каждом последующем проходе, то в чистовой линии

стана целесообразно использовать схему чередующихся горизонтальных и вертикальных

клетей, при этом чистовая клеть должна быть обязательно горизонтальной. С учетом этого

состава оборудования должна быть разработана и технологическая схема прокатки и

калибровки фасонных профилей. Подавляющее большинство фасонных

профилей

формируется в чистовом калибре с разъемом по горизонтали, а не по вертикали. Круглые и

квадратные профили с точными размерами также легче получить в горизонтальной клети,

чем в вертикальной. В вертикальной клети за счет силы тяжести раскаты смещаются в

сторону нижнего разъема калибра, поэтому трудно получить симметричный профиль. В

горизонтальной

клети от такого смещения раскаты удерживаются ручьем нижнего валка.

При прокатке фасонных профилей в вертикальных клетях следует располагать

ребровые калибры для контроля ширины раскатов, разгонные калибры для увеличения

уширения металла, калибры для подгибки развернутых полок или фланцев и др.

В идеале в чистовой линии стана желательно разместить вместо вертикальных

комбинированные клети

. Схема стана была бы более гибкой. Однако такие клети имеют

сложную конструкцию и большую массу. Стоимость оборудования повышается, что

неприемлемо для малотоннажного стана.

Обработка материалов давлением №1 (19), 2008

326

Общую схему калибровки валков сортового прокатного стана можно представать в

виде «дерева», разветвляющегося к чистовым проходам (см. рисунок). При этом

универсальность калибровки повышается с уменьшением числа фасонных калибров на

каждом уровне (проходе) технологического процесса.

Разработка общей схемы калибровки валков, обладающей максимальной универсаль-

ностью, является сложной технической задачей, решение которой зависит от

правильного

выбора критериев оптимальности, систем технологических ограничений и стратегий поиска.

При проектировании калибровок фасонных профилей выделяется две основные

стадии. На первой стадии проектируется калибровка валков чистовых клетей по схеме

«готовый профиль - прямоугольный подкат». Прокатка на данной стадии осуществляется в

системах фасонных калибров. На второй стадии проектируется калибровка валков по схеме

«прямоугольный подкат – исходная заготовка». На этой стадии прокатка производится в

черновых клетях сортовых станов, где обычно используются системы вытяжных ящичных

калибров и шестигранник – квадрат [3].

Для чистовой группы клетей, где прокатка осуществляется по независимым схемам,

можно рекомендовать следующие рациональные технологические схемы прокатки и

способы калибровок фасонных профилей, учитывающие специфику

малотоннажного

производства.

Фасонные профили полосового типа следует формировать из круглых или квадратных

подкатов в двух – трех пластовых калибрах с контролем ширины в ребровом калибре.

Коэффициент высотной деформации в пластовых калибрах может достигать 2,0–2,5.

При прокатке широких полосовых профилей рекомендуется использовать эффект

вынужденного уширения металла в калибрах или же использовать глубокую одногребневую

разрезку круглого или квадратного подката в разрезном калибре корытного типа с

получением высоких фланцев. Далее в двух пластовых калибрах осуществляется отгибка

фланцев до горизонтали, а затем прокатка в ребровом и чистовом калибре.

Для повышения универсальности калибровки валков прокатку мелких профилей

уголкового типа целесообразно вести в открытых прямополочных калибрах с постепенной

подгибкой

полок и контролем ширины в ребровых калибрах вертикальных клетей. При

формировании крупных уголков для повышения устойчивости раскатов в калибрах и

получения готовых профилей с точными размерами полок следует использовать способ

прокатки с чередованием кривополочных и прямополочных калибров.

При прокатке фланцевых профилей двутаврового и швеллерного типов следует

принимать меры к уменьшению

общей высотной утяжки металла. В фасонных калибрах

необходимо создавать такую схему напряженного состояния металла, чтобы обеспечивать

максимальное приращение открытых фланцев. Для этой цели рекомендуется использовать

способы прокатки фланцевых профилей с применением двухгребневой разрезки стенки.

Следует также применять защемление заготовки в разрезном калибре и ограничивать

уширение металла [4].

При прокатке тавровых

профилей с гребнями для уменьшения высотной утяжки

необходимо уменьшать защемление металла в закрытых ручьях ребровых тавровых

калибров [5], а также применять двухгребневую разрезку профиля в первом фасонном

калибре.

Если фасонный профиль имеет очень высокие фланцы или гребни и из-за большого

числа фасонных калибров его невозможно сформировать в чистовой

группе клетей, то

фасонные калибры необходимо располагать в обжимной дуо-реверсивной клети или клети

трио. Именно это является основной причиной, из-за которой на малотоннажных станах

невозможно использовать косовалковые и планетарные клети высоких обжатий.

После выбора технологической схемы прокатки профиля в фасонных калибрах

чистовых клетей (рис. 1) решается задача оптимального распределения вытяжек

и скоростей

прокатки по проходам для достижении максимальной производительности стана [6], а затем

производится непосредственный расчет всех фасонных калибров с определением размеров

прямоугольного подката, из которого формируется профиль. Аналогичные расчеты

производятся для всех профилей сортамента стана.

Обработка материалов давлением №1 (19), 2008

327

Рис. 1. Рациональные схемы прокатки на малотоннажном стане 250.

На следующей стадии проектирования разрабатываются оптимальные режимы

прокатки в обжимной и черновых клетях для профилей всего сортамента при условии

минимизации типоразмеров калибров в каждой рабочей клети.

Алгоритм расчета режимов обжатий и выбора оптимальных типоразмеров исходных

заготовок включает четыре этапа [3]. Предварительно прямоугольные

подкаты (для каждого

профиля) располагаются в ряд таким образом, чтобы затем при их объединении

обеспечивалось оптимальное число типоразмеров калибров на каждом уровне

технологического процесса. На первом этапе определяются размеры исходных заготовок из

условия независимой их прокатки. На втором этапе подкаты, поступающие в первые

фасонные калибры, располагают в порядке возрастания площади

поперечного сечения

исходных заготовок, найденных на первом этапе. На третьем этапе производится повторный

расчет режима обжатий для каждого профиля с учетом их объединения по уровням

технологического процесса. На четвертом этапе путем варьирования коэффициента

объединения находится оптимальный вариант режима обжатий, обеспечивающий

максимальную универсальность калибровки и производительность стана.

Разработаны типовые программные модули автоматизированного

проектирования

калибровок простых и фасонных профилей и универсальные программы расчета

температурно-скоростных, энергосиловых и других технологических параметров прокатки,

которые рекомендуется использовать при разработке технологии и оборудования

малотоннажных станов.

Разработка рациональных схем прокатки и проектирование калибровок сложных

фасонных профилей осуществляется с использованием системного подхода, в основе

которого положена технологическая классификация сортамента

профилей по принципу

Обработка материалов давлением №1 (19), 2008

328

сходства геометрической формы поперечного сечения и способов прокатки и калибровки [7].

Сортамент фасонных профилей разделен на 19 технологических групп, для которых

разработаны базовые схемы прокатки и способы калибровки в зависимости от формы

профиля, соотношения геометрических размеров отдельных его элементов, размеров

исходных заготовок, а также состава и характеристик основного и вспомогательного

оборудования

прокатного стана. Для каждой схемы прокатки и калибровки разработаны

рекомендации по качественному и количественному распределению коэффициентов

обжатий и вытяжек по проходам.

С целью разработки универсальных алгоритмов и программ расчета калибровок

валков было выделено пять типовых базовых элементов, из которых могут быть составлены

большинство фасонных профилей и формирующих их калибров: полосовой-

клиновой,

угловой, пластовый тавровый, ребровой тавровый и крестообразный. Проведены

многофакторные эксперименты и теоретические исследования процесса прокатки в базовых

элементах калибров с использованием вариационных принципов механики сплошных сред и

получены математические модели для расчета параметров формоизменения металла в

калибрах. Результаты этих исследований положены в основу разработанной в институте

системы автоматизированного проектирования технологических

процессов прокатки и

калибровок валков (САПР ТП «Сортовая прокатка») сложных фасонных профилей и

определения оптимального состава и параметров оборудования сортовых станов.

Выводы

Проблема освоения новых экономичных фасонных профилей проката, поставляемых

небольшими партиями, может быть решена путем строительства специализированных

малотоннажных прокатных станов широкого сортамента в составе мини-заводов по

переработке металлолома

производительностью от 10 до 200 тыс. тонн в год.

В статье приведена общая концепция создания экономичных малотоннажных станов,

сформулированы основные требования и даны рекомендации по рациональным схемам и

составу оборудования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Металлургические микро-заводы / Д.В. Сталинский и др. // Штрипс: Специализированный журнал. –

2007-2008. - № 20-21. - С. 14-19.

2. Производство новых экономичных профилей на полунепрерывном стане 250 / В.С. Медведев и др. //

Сталь. – 1992. - №4. – С. 48-51

3. Медведев В. С. Оптимальное проектирование универсальных калибровок валков в обжимных клетях

сортовых станов / В. С. Медведев, С. Б. Стрюков // Производство сортового проката: Отрасл. сб. науч. тр. -

Харьков: УкрНИИмет, 1987. - С. 30-36.

4. Медведев В.С. Экспериментальное исследование деформации при прокатке низкокорытных

профилей / В.С.Медведев, Ю.В.Филонов, В.Ф.Коваленко //Сортопрокатное производство: Отрасл. сб. науч.

тр. - Харьков: УкрНИИмет, 1974. - С. 53-60.

5. Медведев В.С. Исследование течения металла в ребровых тавровых элементах фасонных

калибров // Совершенствование технологии производства горячекатаных профилей: Отрасл. сб

. науч. тр. -

Харьков: УкрНИИмет, 1986. - С. 16 –29.

6. Медведев В. С. К учету многокритериальности при оптимизации калибровок прокатных валков /

В.С. Медведев, А.В. Горелый, С.А. Виноградов // Совершенствование технологии производства сортового

проката: Отрасл. сб. науч. тр. — Харьков: УкрНИИмет, 1988. - С. 55-60.

7. Грицук Н.Ф. Классификация сортовых профилей отраслевого и специального назначения /

Н.Ф.

Грицук, В.С. Медведев, Ф.А. Писаренко // Сортопрокатное производство: Отрасл. сб. науч. тр. -

Харьков: УкрНИИмет, 1974. - С. 20–22.

Медведев В. С.

– канд. техн. наук, Научно-исследовательский институт

«УкрНИИМет» Украинский государственный научно-технический центр

«Энергосталь», г.Харьков.

niimet@ukr.net

Обработка материалов давлением №1 (19), 2008

329

УДК 621.771.01: 62-83.001.573

Морозов Д. И.

Андреева Н. И.

Кулик А. Н.

Данько А. В.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРИВОДА ЧИСТОВОЙ КЛЕТИ

ТОЛСТОЛИСТОВОГО СТАНА ПРИ ПРОКАТКЕ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ

СКОРОСТЬЮ

Одним из самых доступных способов уменьшения продольной разнотолщинности при

прокатке толстых листов является изменение скорости прокатки [1]. В этом способе

используется эффект изменения сопротивления деформации металлов при изменении

скорости, что ведет к изменению "пружины" клети. [2]. Однако для полного устранения

разнотолщинности необходимо уменьшать скорость прокатки в несколько раз, что требует

увеличения ускорений главного

привода клети по сравнению с обычными при разгоне и

торможении валков толстолистовых станов (ТЛС). При его отработке, помимо увеличения

динамической составляющей момента привода, могут возникнуть колебательные процессы,

усложняющие отработку системой управления задания по скорости. Поэтому возникла

необходимость в исследовании динамики привода при прокатке по новому способу.

В настоящее время известно

много исследований по динамике реверсивного привода

прокатных клетей. Примером является классическая работа [3]. Однако в них использована

модель одномассовой системы, которая не дает возможности учесть влияние жесткости

деталей привода и зазоров в них. Кроме того, не исследовано поведение привода при

многократном ускорении и замедлении валков в течение одного прохода. Поэтому возникла

необходимость

в дополнительном исследовании, которое бы установило возможность

прокатки по новому способу с точки зрения динамики.

Задача данной работы состояла в том, чтобы математическим моделированием

динамики чистовой клети ТЛС установить возможность отработки приводом программы

изменения скорости, требующейся для устранения продольной разнотолщинности толстых

листов.

Моделирование проведено на примере чистовой клети ТЛС 2800. Главная

линия

клети включает рабочую клеть кварто с полосой 1, рабочими 2 и опорными 3 валками, муфт

лопастей шпинделей 4, шарниры шпинделей со стороны клети 5, валы шпинделей 6,

шарниры со стороны шестеренной клети 7, шестеренную клеть 8, предохранительную

зубчатую муфту 9 и двигатель постоянного тока 10 (рис. 1.).

Рис. 1. Главная линия чистовой клети стана 2800.

Моделировалось устранение продольной разнотолщинности, измеренной на раскате

16×1700×13800 мм из стали 3сп. Требуемая для этого диаграмма скорости приведена на рис. 2.

Обработка материалов давлением №1 (19), 2008

330

Рис. 2. Скоростная диаграмма при прокатке с устранением разнотолщинности.

В табл. 1 приведены параметры скоростного режима по диаграмме рис. 2.

Таблица 1.

Параметры скоростного режима при устранении разнотолщинности

зх I II III IV V VI вк р 3 4 5 6 7

0,71 1,00 0,96 0,84 0,84 0,13 0,38 0,38 0,2 7,12 0,36 0,00 4,52 0,34

Расчетная схема механической части рассматриваемой электромеханической системы

имеет достаточно сложный вид и приведена на рис. 3.

III

VII

Δφ

ПР

+ΔM

–

ΔM

Рис. 3. Расчетная схема привода чистовой клети.

Механические инерции отдельных частей, выраженные через моменты инерции

J (

i I,

II, III, IV, V, VI), изображены прямоугольниками, площади которых пропорциональны этим

инерциям. Кинематические связи между инерциями (вращающимися массами) изображены

упруго-диссипативными элементами в виде параллельного соединения коэффициентов жесткости

(

) и рассеяния (диссипации –

δ ). Первые определяются отношением упругих моментов в

таких элементах к их деформации, а вторые – уровнем потерь в них при наличии скорости

деформации.