Спосіб правлення круглого прокату

Винахід відноситься до обробки металів тиском, зокрема, до технології правлення круглого прокату. Відомий спосіб правлення круглого прокату, викладений у винаході „Правильна машина" [див. SU, АС №927367, Мкл3, B21D 3/02, БИ №18, 1982г.]. Сутність способу правлення полягає в тім, що правлення роблять знакозмінним пружно-пластичним вигином прокату, що проходить крізь ексцентрично розміщені щодо осі правлення кільця, що примусово обертаються в барабані, які створюють зону правлення. Перед початком правлення визначають величину настроєності ексцентриситетів правильних кілець у залежності від діаметру і твердості прокату, що виправляється. Переміщення прокату в процесі правлення здійснюється за рахунок використання заданої схеми нахилу правильних кілець. Правлення виконують за трикутною схемою правлення. Недоліком відомого способу є складність одержання якісного правлення і великих енерговитрат, особливо при правленні прокату великих діаметрів. У процесі правлення, особливо за трикутною схемою правлення, за рахунок впливу поперечних сил матеріал прокату зазнає значних зрушувальних деформацій, що характеризуються високим рівнем дотичних напруг. У той же час деформації, що є наслідком вигину прокату, сконцентровані на тій же, досить короткій, ділянці довжини прокату. Напруги від вигину мають максимальні значення поблизу контакту із середнім (натискним) кільцем, на цій же ділянці сконцентровані і контактні напруги. Нерівномірний розподіл напруг як по перерізу прокату, так і вздовж його довжини у зоні правлення, негативно позначається на якості правлення - за кривизною кінцевих ділянок прокату і за станом його поверхні. Відомий спосіб правлення круглого прокату, обраний авторами за прототип [див. UA, п-т №47540, Бюл. 7, 2002г.]. Сутність способу правлення круглого прокату полягає в тому, що правлення здійснюють знакозмінним пружно-пластичним вигином прокату за допомогою касет, що примусово обертаються, із правильними елементами, встановленими на підшипниках, розміщених у розподільному корпусі обертання на відстані один від одного, ексцентрично встановлених щодо осі правлення і нахилених до неї. При визначенні величини настроєності ексцентриситетів правильних елементів враховують середньостатистичну кривизну прокату за його довжиною. У процесі правлення роблять зміну ексцентриситетів за заданою програмою; для правлення кінців прокату задіюють мінімально необхідну кількість правильних елементів, максимально наблизивши їх один до одного, при цьому встановлюють у групі ексцентриситет правильних елементів, що дорівнює 0,2¸0,9 його величини настроєності. Правлення середньої частини прокату роблять не менш ніж чотирма правильними елементами, використовуючи трапецієподібну схему правлення. Недоліком прототипу є складність забезпечення якісного правлення прокату, бо не визначені величини основних параметрів, що впливають на виникнення нормальних напруг від ви гину прокату й утворення контактних напруг. Вони повинні бути такими, щоб, зберігаючи якість правлення, не була перевищена межа міцності матеріалу прокату і, відповідно, виключена можливість утворення мікротріщин і появи локальної твердості в місцях контакту правильного елемента з поверхнею прокату, що не задовольняє вимогам до якості поверхні. Відсутність критеріїв визначення параметрів процесу правлення за групами діапазонів типорозмірів прокату, що підлягає правленню, створює ймовірність залучення підвищених енергетичних параметрів і збільшення довжин невиправлених кінців прокату. Наприклад, при використанні одного набору правильних елементів і однієї постійної відстані між правильними елементами для правлення великого і малого діаметрів прокату, крім основних негативних факторів, викладених вище, виникає необхідність підвищення швидкості обертання розподільного корпуса при правленні прокату малого діаметра, щоб зберегти продуктивність, досягнуту при правленні прокату великого діаметра, тому що діаметр прокату є головним чинником, що впливає на продуктивність правлення. Перед винаходом поставлене завдання підвищити якість правлення за рахунок розбивки загального діапазону типорозмірів прокату на групи і використання для кожної з груп окремого набору каліброваних правильних елементів, вибираючи . їхні розміри і відстані між ними відповідно до критеріїв, що забезпечують усунення кривизни на максимальній частині довжини прокату, зі збереженням якості його поверхні, а також зменшити додаткові енерговитрати, що мають місце у випадку правлення великого діапазону типорозмірів прокату при однакових параметрах правильних елементів. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в способі правлення круглого прокату знакозмінним пружно-пластичним вигином прокату за допомогою касет, що примусово обертаються, із правильними елементами, установленими на підшипниках і розміщеними у розподільному корпусі обертання на відстані один від одного, нахиленими під заданим кутом і ексцентрично встановленими щодо осі правлення, відповідно до винаходу, використовують набори каліброваних правильних елементів для груп прокату, обраних із заданого діапазону типорозмірів прокату, що підлягає правленню, у залежності від максимальної відстані (Lmax) між центрами правильних елементів і максимального діаметра просвіту калібру (Dmax) правильних елементів для мінімального діаметра прокату гр упи (dmin) і від мінімальної відстані (Lmin) і мінімального діаметра просвіту калібру (Dmin) для максимального діаметра прокату групи (dmax) і дотримання умов, за яких: Lmax(dmin)³Lmi n (dmax) и Dmax (d min)³Dmin(dmax) Крім того, відповідно до винаходу, відстані між правильними елементами набору для групи прокату визначаються за виразом: Lmin = dmax + 2 × R × (1- cos a ) Lmax = dmin × 0,005 × (E ×d5 - sm ) (sB -sm ) × d5 де sm - межа текучості матеріалу прокату, s B - межа міцності матеріалу прокату, Ε - модуль пружності матеріалу прокату, d5 - відносне подовження матеріалу прокату при іспитах на розрив, α - кут нахилу калібру, R - радіус кривизни робочої поверхні калібру, dmin - найменший діаметр прокату в групі, dmax - найбільший діаметр прокату в гр упі, мінімальний діаметр просвіту калібру для максимального діаметра прокату визначається за виразом: d + 2 × R × kk × (1- cos a ) Dmin > max , cos a а максимальний діаметр просвіту калібру для мінімального діаметра прокату в групі визначається за залежністю: 2 s × E × Dmax æ dmin æ dmin ö ö ÷ ÷ sB > k c × m ×ç -ç çD L ç max ç Dmax ÷ ÷ è ø ÷ è ø kk - коефіцієнт, що зв'язує ширину калібру і радіус кривизни до його робочої поверхні (0 < kk max cos a Lmin = dmax + 2 × R × (1 - cos a ) Використовуючи значення dmin і механічні характеристики матеріалів, з яких випускається прокат діаметром dmin, визначають максимальну відстань між сусідніми правильними елементами, що забезпечує якісне правлення за критерієм залишкової кривизни кінців прокату: 0,005 × (E × d5 - sm ) Lmax = dmin × ( sB - sm ) × d5 Перевіряють виконання умови Lmin(dmax) £ Lmax(dmin). Якщо умови не виконуються, то знаходять такий діаметр прокату d'min , при якому Lmin(dmax)=Lmax(d¢ min): L (d ) × (sB - s m )× d5 d¢min = min max 0,005× (E × d5 - sm ) і приймають у якості d'min найближче більше до отриманого значення діаметра прокату з загального діапазону його типорозмірів, після чого перераховують Lmax(d' min) для прийнятого d'min. Приймаючи замість Dmax отримане значення Dmin і варіюючи величиною L в знайденому діапазоні L min ¸ Lmax, перевіряють виконання умови: 2 æ d æd ö ö × ç min - ç min ÷ ÷ çD ç max ç Dmax ÷ ÷ è ø ÷ è ø доки її не буде задоволено для діаметра прокату dmin (чи d'min , якщо він уточнювався на попередньому етапі). Коефіцієнтом kc враховують тонкостінність перерізу і вплив деформацій зрушення, викликаних поперечними силами, величина яких обернено-пропорційна відстані L. Якщо умова не виконується, то за найменший діаметр прокату в групі приймають нове значення d"min, що вибирають із загального діапазону типорозмірів прокату як найближче більше за величиною. Потім визначають величину Lmax(d" min), щоб уточнити межі варіювання L. Величину d"min збільшують до тих пір, доки не буде задоволена залежність, що зв'язує максимальний діаметр просвіту калібру з іншими параметрами. Знайдене таким чином значення d"min приймають за найменший діаметр прокату в гр упі (d"min ¸ dmax). За найбільше значення d'max залишеного діапазону типорозмірів приймають найближчий, менший ніж чим d"min, діаметр прокату з загального діапазону типорозмірів. Розбивання залишеного діапазону dmin ¸ d' max на групи відбувається аналогічно. Якщо в процесі розбивання параметри двох чи більше гр уп, наприклад, відстань між правильними елементами, виявляться близькими за значенням, то для спрощення експлуатації правильної машини доцільно об'єднати групи, зробивши цей параметр загальним. Для виконання умов Lmax(dmi n) ³ Lmi n(dmax) та sв > k c × sm × E × Dmax L Dmax(dmin) ³ Dmin(dmax), які можуть бути порушені при такому об'єднанні, необхідно скоректувати значення інших параметрів (наприклад, радіуса кривизни робочої поверхні калібру R). Остаточно діаметр калібру Dk для групи типорозмірів прокату вибирають з діапазону Dmin ¸ Dmax, отриманого після всіх коректувань таким чином, щоб Dk був якнайближче до Dmin. Для реалізації процесу правлення встановлюють для групи прокату правильні елементи з діаметром калібру Dk в розподільному корпусі обертання так, щоб відстань між центрами перехресних елементів складала величину L. Правильні елементи зміщують у напрямку, перпендикулярному осі правлення, на величину настроєності ексцентриситету, визначену для кожного діаметра прокату і його матеріалу, і, обертаючи розподільний корпус, здійснюють правлення прокату. Приклад здійснення способу. Розглянемо вибір параметрів правильної машини для правлення сталевого круглого прокату Æ10¸300мм. Марки стали - від 20Х ( E = 2,0×104 κГ/мм2, δ5 = 0,27, sm = 40кГ/мм2, σв = 54 кГ/мм2) до 30ХГСН2А ( E = 2,1×104 кГ/мм2, δ5 = 0,06, sm = 138кГ/мм2, σв = 151кГ/мм2). З міркувань продуктивності, хорошого захвату металу і якості поверхні вибирають кут на хилу кілець 20° і радіус робочої частини калібру 350мм: dmin = 10мм dmax = 300мм α = 20° R = 350мм. Середнє відношення діаметрів внутрішнього кільця підшипника до його ширини в діапазоні розмірів, близьких до Æ300мм, складає 0,5. Відношення обраного R = 350мм до радіуса внутрішнього кільця підшипника також близьке до 0,5. Приймають kk = 0,5. Визначають мінімальний внутрішній діаметр калібру: Dmin > ( 300 + 2 × 350 × 0,5 × 1 - cos 20 o ) Þ Dmin > 341,7 cos 20 o Приймають Dmin = 342мм. Визначають мінімальну відстань між сусідніми перехресними калібрами: ( ) Lmin = 300 + 2 × 350 × 1 - cos 20o Þ Lmin > 342,3мм. Приймають Lmin = 343мм. Перевіряють Lmax для d min: - для сталі 20Х Lmax = 10 × ( ) 0,005× 2 × 104 × 0,27 - 40 = 70,9мм (54 - 40) × 0,27 ( ) 0,005 × 2,1× 104 × 0,06 - 138 = 719мм , (151- 138) × 0,06 Оскільки для обох випадків Lmax > Lmin , необхідно розбити діапазон типорозмірів Æ10¸300мм на групи. Визначають, при якому діаметрі прокату буде виконуватися умова Lmax > Lmin 343 × (54 - 40 ) × 0,27 - для сталі 20Х d min = = 48,4мм 0,005 × 2 × 10 4 × 0,27 - 40 343 × (151 - 138) × 0,06 - для сталі 30ХГСН2А d min = = 47,7мм 0,005 × 2,1× 10 4 × 0,06 - 138 - для сталі 30ХГСН2А Lmax = 10 × ( ( ) ) Найближче значення діаметра прокату - Æ50мм. Максимальна відстань між правильними елементами для d'min = 50мм: - для сталі 20Х Lmax = 354,5мм; - для сталі 30ХГСН2А Lmax = 359,6мм. Межі варіювання L: 343мм £ L £ 354мм. Для суцільного круглого перерізу (прутка) d'mi n = 50мм в отриманому діапазоні варіювання L коефіцієнт kc = 0,18. Перевіряють виконання залежності æd æ d × ç min - ç min çD ç max ç Dmax è è для випадку Dmin = Dmax = 342мм: - для сталі 20Х s â > kc × sm × E × Dmax L ö ÷ ÷ ø 2ö ÷ ÷ ÷ ø при L = 343мм: σв < 56,8 κΓ /мм2; при L = 354мм: σв 108,1 кГ/мм2; при L = 354мм: σв > 106,4 кГ/мм2; Через те, що умова не виконується для сталі 20Х, визначають значення діаметра d"min > 50мм із діапазону типорозмірів, послідовно збільшуючи його, кожен раз перераховуючи відповідний діапазон варіювання відстаней L і, при необхідності, коректуючи коефіцієнт kс. Перебір значень припиняють, коли будуть задоволені всі умови, що накладаються, для обох марок сталі. У результаті виконаних розрахунків одержують: dmin = 220мм при L = 920мм (kс = 0,2) Для упевненого захвату прокату значної кривизни діаметр просвіту калібру збільшують до Dk = 350мм, що також задовольняє умовам Dmin £Dk £Dmax і 2 æ d æd ö ö × ç min - ç min ÷ ÷ çD ç max ç Dmax ÷ ÷ è ø ÷ è ø для групи розмірів прокату Æ220¸300мм. Найближче до Æ220мм менше значення з усього діапазону типорозмірів (наприклад, для кола це Æ210мм) приймають як верхню межу діапазону типорозмірів, що залишився: sв > k c × sm × E × Dmax L dmin = 10мм; dmax = 210мм Виконуючи аналогічні розрахунки для нового діапазону, визначають, що значення L = 920мм підходить також для прокату d"min = 140мм з тим же радіусом кривизни робочої поверхні калібру, але при діаметрі просвіту калібру Dk = 240мм: - для сталі 20Х Lmax = 992,6мм; - для сталі 30ХГСН2А Lmax = 1006,9мм. Нова група виділена з діапазону типорозмірів, що залишився: dmin =140мм; dmax = 210мм Продовжують розбивання на групи, доки не буде використаний весь діапазон типорозмірів прокату. Остаточне угр уповання прокату має вид: L = 60мм R = 150мм Dк = 40мм 10мм £ d £ 28мм R = 250мм Dк = 44мм 30мм £d £ 36мм L= 140мм R = 250мм Dк = 62мм 38мм £ d £ 48мм L = 275мм R = 300мм Dк = 110мм 50мм £ d £ 90мм R = 350мм Dк = 240мм 140мм £ d £ 210мм L = 920мм R = 350мм Dк = 350мм 220мм £ d £ 300мм Винахід, що пропонується, дозволить підвищити якість правлення, а саме виключити можливість появи локальної твердості в зоні контакту поверхонь прокату і калібрів правильних елементів, що перевищує припустимі значення за вимогами стандартів, утворення мікротріщин і збільшення довжин невиправлених кінців прокату, забезпечити правлення всього діапазону типорозмірів прокату при мінімальних енерговитратах.