Спосіб виробництва швелерів

Предложенное изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано при производстве экономичных профилей, например, швеллеров с переменной толщиной стенки. Предшествующий уровень техники известен способ производства швеллеров, предусматривающий прокатку заготовки в разрезном калибре, последующую прокатку раската в черновых калибрах, прокатку фасонного раската в предчистовом калибре с одинаковой толщиной стенки, окончательную прокатку швеллера в чистовом калибре с равномерным обжатием стенки по ширине калибра [Диомидов Б.Б., Литовченко Н.В. Технология прокатного производства. — М.: Металлургия, 1979, с. 139. рис. 64]. Известно, что наиболее рациональной формой фасонных профилей с точки зрения размещения металла по сечению профиля являются профили с переменной толщиной стенки [Бейнон Р. Е. Калибровка валков и расположение прокатных станов. - М., Металлургия, 1960, с. 243, рис. 218 в]. Недостатком описанного способа производства швеллеров является то, что он не позволяет прокатывать экономичные швеллера с переменной толщиной стенки. Наиболее близким (прототипом) предлагаемому способу производства швеллеров по своей технической сущности является способ прокатки экономичных швеллеров, включающий прокатку заготовки в разрезном калибре, последующую прокатку раската в черновых калибрах, формирование фасонного раската в предчистовом калибре с неравномерной толщиной стенки и окончательную прокатку в чистовом калибре с переменной толщиной стенки от середины к краям калибра [Хофор X., Даль Т. Прокатка и калибровка. - М.: Металлургиздат, 1957, с. 209, рис. 191]. Однако и этот способ прокатки швеллеров имеет недостаток, заключающийся в том, что наибольшему обжатию металла подвергается посредине стенки, где его температура на 50-100°С ниже, чем в зоне перехода стенки в полку [Чекмарев А. П. и др. Производство облегченных профилей проката. - М.: Металлургия, 1965, с. 60, рис. 30, табл. 16]. Это, в свою очередь, ведет к быстрому износу рабочей поверхности валков, формующих стенку, и их повышенному расходу, а также снижению качества швеллеров. В основу настоящего изобретения положена задача создания способа производства швеллеров, при котором были бы созданы условия контактных напряжений, что позволило бы повысить износостойкость калибра, и снижения расхода валков. Это достигается тем, что в способе производства швеллеров, включающем прокатку заготовки в разрезном калибре, последующую прокатку раската в черновых калибрах, формирование фасонного раската в предчистовом калибре с неравномерной толщиной стенки, и окончательную прокатку фасонного раската в чистовом калибре с постоянной толщиной стенки, в предчистовом калибре формируют заготовки швеллерного раската со стенкой двояковыпуклого сечения, а деформацию двояковыпуклого сечения стенки швеллерного раската в чистовом калибре осуществляется с абсолютным обжатием посредине выпуклости на 10-90% больше, чем у края полосы и в зоне, соответствующей средине стенки швеллерного раската. Введение формирования фасонного раската в предчистовом калибре с двумя выпуклыми участками, размещенными симметрично относительно средины стенки и последующего обжатия выпуклых участков стенки фасонного раската цилиндрическими участками рабочей поверхности валка чистового калибра происходит явление утяжки металла [Обработка металлов давлением // Сборник научных трудов. LVI. - М.: Металлургия, 1971, с. 36-47] в этих местах. Это в свою очередь, вызывает сильные растягивающие усилия в зоне, близкой к середине стенки и характеризуемой пониженной на 50-100°С температурой прокатки, что позволяет значительно снизить контактные напряжения на гребне или выступающей части рабочей поверхности чистового калибра и уменьшить их износ по отношению к существующим способам. Причем, оптимальное обжатие для этого составляет 10-90%. Сущность изобретения поясняется чертежами устройств, при помощи которых реализуется способ, его кратким описанием и примерами реализации с доказательством граничных значений. На фиг. 1 изображен предчистовой калибр; на фиг. 2 - чистовой калибр. Способ производства экономичных швеллеров включает прокатку заготовки в разрезном калибре, последующую прокатку заготовки в черновых калибрах, последующую прокатку раската в предчистовом калибре (фиг. 1), образованном верхним 1 и нижним 2 валками, где получают заготовку швеллерного раската 3 со стенкой двояковыпуклого сечения, с толщиной hcp посредине В 1/2, чем толщина hкр1 в месте сопряжения полки и стенки или в зоне4 соответствующей средине 5 стенки 3. Затем раскат поступает в чистовой калибр (фиг. 2), образованным верхним 6 и нижним 7 валками, где каждый выпуклый участок швеллерного раската 3 подвергают деформации для получения готового швеллера профиля 8 с абсолютным обжатием Dhср посредине заготовки 3 на 10-90% большим, чем у места сопряжения полки и стенки Dhкр и зоне 9, соответствующей средине 10 стенки швеллера. При обжатии двояковыпуклого профиля заготовки швеллерного раската 3 цилиндрическими поверхностями 11 ширина В, заготовки швеллерного раската 3 уменьшается до ширины Во готового профиля 8. При этом в зоне 9, соответствующей средине 10 стенки швеллера, развиваются интенсивные растягивающие напряжения sz, в результате в зоне 9, соответствующей средине 10 стенки швеллера резко снижаются контактные напряжения, а, следовательно, и износ рабочей поверхности прокатных валков. Пример конкретного выполнения реализуется опытной прокаткой швеллера №5 на лабораторном стане 175 кафедры сопротивления материалов ХИИ. В ходе подготовки опытной прокатки растачитывают комплект валков. Для измерения силовых характеристик процесса прокатки в валки в месте вертикальной оси симметрии калибра устанавливают точечные месдозы, соединенные с измерительной и записывающей аппаратурой. Для проведения опытной прокатки изготавливают 50 штук образцов швеллера №5 в соответствии с профилем, получаемым в предчистовом калибре согласно формулы изобретения. Все образцы делят на пять серий, в каждой по 10 штук и пронумеруют в порядке возрастания. Для каждой серии изменяют обжатие между наибольшей и наименьшей толщиной стенки и составляло; для первой серии - 9%, для второй - 10%, для третьей - 45%. для четвертой - 90%, для пятой - 91%. Такое распределение значений позволяет исследовать предграничные, граничные, междуграничные и надграничные зоны, указанные в формуле изобретения. Для начала прокатки проводят тарировку точечных местоз горизонтальных валков методом непосредственного нагружения стержня точечной месдозы в пределах давления от 1 кг/мм2 до 30 кг/мм2. Дальнейший процесс исследования проходит следующим образом. Образцы поочередно нагревают в электропечи до температуры конца прокатки и прокатывают в чистовом калибре, установленного на лабораторном стане. Одновременно ведут запись усилия на валки вместе наименьшей толщины калибра. Полученные осциллограммы каждой партии расшифровывают с помощью тарировочных таблиц и получают усредненные значения для всех серий образцов. Результаты измерений сводят в таблицу. Как следует из нее, для партии образцов с 1-го по 10-й характерно соответственно их требованиям ГОСТ. Однако в зоне наименьшей толщины калибра давление составляет 26 кг/мм2, что способствует ускоренному износу этого участка. Образцы с 11-го по 20-й соответствуют нижней границе, указанной в заявке. Обмеры прокатной серии показали, соответствие их требованиям ГОСТ, а давление на валки в исследуемой зоне снизилось на 30% по отношению к предыдущей серии. Серия образцов с 21-го по 30-й лежит внутри области ограниченной формулой. Полученные профили соответствуют требованиям ГОСТ, давление снизилось на 2-3% по отношению к серии с 11-го по 20-й образец. Как видно из таблицы, образцы серии с 31-го по 40-й лежат на верхней границе предела, указанного в заявке. Для них также характерно соответствие требованиям ГОСТ 8240272 и невысокое давление в зоне наименьшей толщины калибра. Однако, уже на примере серии образцов с 41-гр по 50-й видим, что параметры процесса резко меняются. Давление на месдозы снижается до нулевых отметок, получаемый профиль не соответствует требованиям ГОСТ 824-72. Величина стенки швеллера посередине оказалась меньше обусловленной ГОСТом, а металлографический анализ показал, что в данной зоне деформации металла имеются микротрещины, снижающие прочностные характеристики профиля. Таким образом, благодаря формированию выпускных участков стенки в предчистовом калибре, с последующим обжатием посредине выпуклости на 10-90% большим, чем у края полосы и в зоне соответствующей средине стенки швеллерного раската, обеспечивается создание больших растягивающих напряжений в металле вблизи средины стенки и позволяет при реализации этого способа достигнуть уменьшения контактных напряжений, повышения стойкости калибра, снижения расходов валков. Высокая экономичность швеллеров обуславливает широкое практическое применение при производстве профилей в прокатном производстве. На данном этапе ведется разработка калибровки валков и изготовление промышленного комплекте для проведения опытно-промышленной прокатки швеллеров №16 на крупносортном стане 650 завод "Азовсталь".