Машинобудування та механіка. Конструювання калібрів Побудова чистового калібру для круглої сталі

Плоскі види прокату (листи, смуги) зазвичай прокочують у гладких циліндричних валках. Задана товщина прокату досягається зменшенням міжвалкового зазору. Прокатку сортових профілів здійснюють каліброваних валках, тобто. валках, що мають кільцеві проточки, відповідні конфігурації розкочування послідовно від заготовки до готового профілю.

Кільцевий виріз в одному валку називають струмком, а просвіт між двома струмками в парі валків, що розташовані один над одним з урахуванням зазору між ними - калібром (рис.8.1).

Зазвичай як вихідний матеріал використовують заготівлю квадратного або прямокутного перерізу. У завдання калібрування входить визначення форми, розмірів та кількості проміжних (перехідних) перерізів гуркоту від заготовки до готового профілю, а також порядку розташування калібрів у валках. Калібруванням валків називається система послідовно розташованих калібрів, що забезпечують отримання прокатних виробів заданої форми та розмірів.

Кордон струмків з обох сторін називається роз'ємом або зазором калібру. Він становить 0,5-1,0% від діаметра валків. Зазор передбачають компенсації пружних деформацій елементів робочої кліті, що виникають під впливом сили прокатки (т.зв. віддача, пружина кліті). При цьому міжосьова відстань збільшується від часток міліметра на листових станах до 5...10 мм - на обтискних. Тому при налаштуванні зазор між валками зменшують величину віддачі.

Ухил бічних граней калібру до вертикалі називається випуском калібру. Наявність ухилу сприяє центруванню гуркоту в калібрі, полегшує його прямолінійний вихід із валків, створює простір на розширення металу, забезпечує можливість відновлення калібру під час переточування (рис.8.2). Величину випуску визначають ставленням горизонтальної проекції бічної грані калібру до висоті струмка і виражають у відсотках. Для ящикових калібрів випуск становить 10...25%, для чорнових фасонних - 5...10%, для чистових - 1,0...1,5%.

У- ширина калібру біля роз'єму, b- ширина калібру в глибині струмка, h до- Висота калібру, h р- висота струмка, S- Зазор калібру.

Відстань між осями двох суміжних валків називається середнім або початковим діаметром валків. D c, тобто. це уявні діаметри валків, кола яких стикаються по твірній. Поняття середній діаметр входить зазор між валками.

Середня лінія валків - це горизонтальна лінія, що ділить навпіл відстань між осями двох валків, тобто. це лінія зіткнення уявних кіл двох валків рівного діаметра.

Нейтральна лінія калібру – для симетричних калібрів це горизонтальна вісь симетрії; для несиметричних калібрів нейтральну лінію знаходять аналітично, наприклад, шляхом знаходження центру тяжіння. Горизонтальна лінія, що проходить через нього, ділить площу калібру навпіл (рис.8.3). Нейтральна лінія калібру визначає положення лінії (осі) прокатки.

Діючий (робочий) діаметр валків - це діаметр валків по робочій поверхні калібру: . У калібрах з криволінійною або ламаною поверхнею діаметр, що катає, визначають як різницю і , де - середня висота, що дорівнює відношенню , - площа калібру (рис.8.4).

Ідеальним є варіант, коли нейтральна лінія калібру розташовується на середній лінії, тобто. вони збігаються. Тоді й сума моментів сил, що діють на смугу з боку верхнього та нижнього валків, однакова. При такому розташуванні смуга повинна виходити з валків горизонтально по осі прокатки. У реальному процесі прокатки умови на контактних поверхнях металу з верхнім і нижнім валком різні і передній кінець смуги непередбачено може піти вгору або вниз. Щоб уникнути подібної ситуації, смугу примусово згинають найчастіше вниз на проводку. Найпростіше це зробити за рахунок різниці катаючих діаметрів валків, яка називається тиском і виражається в міліметрах. DD, мм. Якщо , має місце верхній тиск, якщо - нижній.

У цьому випадку нейтральна лінія калібру зміщується із середньою лінією на величину х(див. рис.8.1) та , а . Віднімаючи другу рівність з першого, отримаємо . Звідки. Знаючи і можна легко визначити початкові та .

Наприклад, мм та мм. Тоді мм та мм.

Зазвичай на сортових станах застосовують верхній тиск приблизно 1%. На блюмінг зазвичай застосовують нижній тиск величиною 10 ... 15 мм.

У валках калібри поділяють друг від друга буртами. Щоб уникнути концентрації напруги у валках і розкочуванні грані калібрів і буртів відмінюють радіусами. У глибині струмка , а біля роз'єму .

8.2 Класифікація калібрів

Калібри класифікують за декількома ознаками: за призначенням, формою, розташуванням у валках.

За призначенням розрізняють обтискні (витяжні), чернові (підготовчі), передчистові та чистові (оздоблювальні) калібри.

Обтискні калібри використовують для витяжки розкочування за рахунок зменшення площі його поперечного перерізу зазвичай без зміни форми. До них відносять ящикові (прямокутні та квадратні), стрілчасті, ромбічні, овальні та квадратні (рис.8.5).

Чорнові калібри призначені до витяжки гуркоту з одночасним формуванням поперечного перерізу ближче до форми готового профілю.

Передчистові калібри безпосередньо передують чистовим і вирішальною мірою визначають отримання готового профілю заданої форми і розмірів.

Чистові калібри надають остаточної форми та розмірів профілю відповідно до вимог ГОСТ з урахуванням термічної усадки.

За формою калібри ділять на прості та складні (фасонні). До простих калібрів відносять прямокутні, квадратні, овальні та ін., до фасонних - кутові, балкові, рейкові та ін.

За розташуванням у валкахрозрізняють закриті та відкриті калібри. До відкритих відносять калібри, у яких роз'єми знаходяться в межах калібру, а сам калібр утворюється струмками, врізаними в обидва валка (див. рис.8.5).

До закритих відносять калібри, у яких роз'єми знаходяться поза межами калібру, а сам калібр утворюється врізом в одному валку та виступом в іншому (рис.8.6).

Залежно від розмірів перерізу профілю, діаметра валків, типу табору та ін. застосовують витяжні калібри в різних поєднаннях. Такі поєднання називають системами калібрів.

8.3 Системи витяжних калібрів

Систему ящикових (прямокутних) калібрів застосовують головним чином при прокатуванні прямокутних і квадратних заготовок зі стороною перерізу понад 150 мм на блюмінгах, обтискних та безперервних станах, у чорнових клітях сортових станів(Рис.8.7). Перевагою системи є:

-

можливість використання одного і того ж калібру для прокатки заготовок різних вихідних та кінцевих перерізів. З допомогою зміни становища верхнього валка змінюються розміри калібру (рис.8.8);

Порівняно невелика глибина врізу струмка;

Хороші умови для сходження окалини з бічних граней;

Рівномірна деформація за шириною заготовки.

До недоліків цієї системи калібрів можна віднести неможливість отримання заготовок правильної геометричної форми через наявність ухилів бічних граней калібрів відносно низькі коефіцієнти витяжок (до 1.3), одностороння деформація гуркоту.

Систему ромб-квадрат (див. рис.8.7-в) використовують у заготівельних та чорнових клітях сортових станів як перехідну від системи ящикових калібрів для отримання заготовок зі стороною квадрата менше 150 мм. Перевагою системи є можливість отримання квадратів правильної геометричної форми, значні разові витяжки (до 1.6). Недоліком системи є глибокі врізи у валки, збіги ребер ромба та квадрата, що сприяє їхньому швидкому охолодженню.

Система квадрат-овал (див. рис.8.7-г) краща для отримання заготовки зі стороною перерізу менше 75 мм. Використовується в чорнових та передчистових клітях сортових станів. Забезпечує витяжки до 1.8 за прохід, малий вріз овального калібру у валки, систематичне оновлення кутів гуркоту, що сприяє більш рівномірному розподілу температури, стійкість гуркотів у калібрах.

Крім названих застосовують системи ромб-ромб, овал-коло, овал-овал та ін.

8.4 Схеми калібрування простих профілів (квадратних та круглих)

Чорнові калібри валків для прокатки квадратних профілів можна виконувати в будь-якій системі, але останні три калібру переважно в системі ромб-квадрат. Кут при вершині ромба приймають до 120 0 . Іноді для кращого виконання кутів квадрата кут біля вершини ромба зменшують до прямого.

При прокатуванні квадратів зі стороною до 25 мм чистовий калібр будують у вигляді геометрично правильного квадрата, а при боці понад 25мм - горизонтальну діагональ приймають на 1...2% більше від вертикальної через температуру.

Чорнові калібри для прокатки круглих профілівтакож виконують у будь-якій системі, а останні три калібру - у системі квадрат-овал-коло. Сторону предчистового квадрата для невеликих кіл приймають рівною діаметру чистового кола, а середніх розмірів - в 1,1 разу більше діаметра кола.

Чистові калібри для кіл діаметром менше 25 м виконують у вигляді геометрично правильного кола, а для кіл діаметром більше 25 мм горизонтальну вісь застосовують на 1 ... 2% більше вертикальної. Іноді замість овалу, оформленого одним радіусом, застосовують плоский овал для більшої стійкості гуркоту в круглому калібрі.

На рис.8.9 представлені схеми калібрування валків табору 500, на яких наведені розглянуті вище системи витяжних калібріву чорнових клітях, калібрування квадратних, круглих та інших профілів.

8.5 Особливості калібрування фланцевих профілів

,

де а г- розмір чистового профілю при температурі кінця прокатки,

а х- Стандартний розмір профілю;

Dа- Мінусовий допуск на розмір а х;

до- Коефіцієнт термічного розширення (усадки), рівний 1,012 ... 1,015.

Для великих профілів, у яких допуск явно перевищує величину термічної усадки, розрахунок калібрування ведуть на холодний профіль.

3. З метою досягнення максимальної продуктивності чернові калібри розраховують з урахуванням максимальних кутів захоплення з подальшим уточненням по міцності валків, потужності двигуна та ін. .е. при низьких значеннях коефіцієнта витяжки. Зазвичай у чистових калібрах m= 1,05 ... 1,15, в передчистових m = 1,15…1,25.

Загальна кількість проходів при прокатці на реверсивних станах, в клітях тріо, на станах лінійного типу має бути непарним, щоб останній прохід був у прямому напрямку.

Сутність винаходу: чистовий калібр симетричний щодо горизонтальної площини роз'єму, а кожна частина калібру утворена трьома дугами кола однакового радіусу, при цьому центральна дуга обмежена кутом 26 - 32°, а центри бічних дуг зміщені за вісь симетрії струмків0 80,8 0 дуг. 1 іл.

Винахід відноситься до обробки металів тиском і призначене для використання переважно у чорній металургії, а також у машинобудуванні. Метою винаходу є спрощення налаштування калібру та збільшення виходу придатного. На кресленні схематично зображено чистовий калібр для прокатки круглої сталі. Пропонований чистовий калібр для прокатки круглої сталі містить два струмки 1 і 2, симетричних щодо горизонтальної осі Х і вертикальної осі Y. Кожен з цих струмків має по три ділянки 3,4 і 5, утворених дугами АВ, ПС, CD, A"B" , B"C" і C"D" одного радіусу R. Центральні дуги ВС і B"C" обмежені кутом 26-32 про і окреслені радіусом R з точки перетину осей Х і Y калібру. Бічні дуги АВ, A"B" і CD, C"D" окреслені також радіусом R, але з центрів, зміщених за вертикальну вісь симетрії Y калібру у бік, протилежний цим дугам. Дуги АВ і CD окреслені із центрів О 2 і О 1 , а дуги A"B" і C"D із центрів О 3 і О 4. Величина зміщення центрів за вертикальну вісь симетрії Y становить рівну половині поля допуску на готовий профіль. Калібр забезпечений випусками (побудований з "розвалом") 6. Вони будуються за відомими методиками, проведенням з точок A, D і A"D", що стосуються дуг A 1 AB, CDD 1 і A 1 A"B", C"D"D 1. Верхній і нижній струмки встановлені із зазором 7 величиною S. У процесі роботи прокатного стану перед прокаткою в новому чистовому калібрі величину зазору S встановлюють такою, щоб висота калібру відповідала мінімально допустимому значенню розміру діаметра кола. у міру зношування струмків калібру, роблять його підстроювання, при цьому критерієм є "овальність" профілю, прокатки ведуть у калібрі до зносу його по ширині, що відповідає максимально допустимому розміру діаметра кола по ширині калібру (осі Х), після чого переходять до прокатки в новому. калібрі В результаті підвищеного зносу струмків на ділянках 4 і 5 гранична величина діаметра готового профілю на відповідних ділянках виходить практично одночасно з відповідним розмірам по осі Х. При цьому розмір готового прокату по вертикалі (по осі Y) легко регулюється зміна величини зазору S. виході розмірів центральних дуг 1 за межі, зазначені у формулі винаходу, позитивний ефект з його використання зменшується, це видно за даними таблиці, де представлені результати прокатки кола 1600 мм. Як показали дані дослідних прокаток, в результаті використання заявляється чистового калібру для прокатки круглої сталі збільшився знімання металу з чистового калібру на 38% вихід других сортів зменшився на 60% Заявляється чистовий калібр для прокатки круглої сталі є безперечним інтересом народного господарства, оскільки дозволить зменшити витрату металу: значно підвищити продуктивність праці щонайменше ніж 12% з допомогою зменшення часу на перевалки.

формула винаходу

ЧИСТОВИЙ КАЛІБР ДЛЯ ПРОКАТКИ КРУГЛОЇ СТАЛІ, утворений двома симетричними відносно горизонтальної площини роз'єму струмками, обмеженими дугами кіл, що відрізняється тим, що, з метою спрощення налаштування калібру і збільшення виходу придатного, кожен з струмків утворений трьома дугами одного радіусу, за вертикальну вісь симетрії струмків на 0,007 0,08 цього радіусу, а центральна дуга обмежена кутом 26 32 o .

Малюнки

,

MM4A - Дострокове припинення дії патенту СРСР або патенту Російської Федераціїна винахід через несплату в встановлений термінмита за підтримку патенту в силі

Система овал-коло

Малюнок 1.8.Схема прокатки металу у системі калібрів

"овал-коло".

Система є окремим випадком системи «овал-реб-ровий овал» і, при необхідності, дозволяє створити «універсальність» калібрування, що забезпечує отримання круглих профілів стандартних діаметрів із проміжних робочих клітей (по ходу прокатки металу на стані), що зменшує простої стану на перевалки . Однак «універсальність» систем калібрування валків дещо ускладнює виконання режиму обтискання металу на стані, що певною мірою можна віднести до недоліків системи. Низька стійкість однорадіусного овалу в круглому калібрі перешкоджає прокатці металу зі збереженням високих значень приватних витяжок металу і величина середньої витяжки металу в системі овал-коло становить (). Систему калібрів не раціонально застосовувати як витяжну, хоча вона незамінна як чистова, що успішно реалізується на стані 350 ОЕМК.

Деякі елементи калібрів простої форми спільні для всіх типів калібрів.

Зазор між валками (бурти валків), .Під дією зусиль з боку металу, що прокочується, відстань між валками збільшується за рахунок вибірки зазорів в деталях кліті і пружної деформації кліті. При цьому висота калібру збільшиться. Тому креслення калібру має відображати його форму та розміри в момент прокатки смуги, тобто разом із зазором (рисунок 5.1).

Зазор дозволяє при прокатці змінювати висоту калібру, тим самим змінювати профіль металу, що прокочується. При великому зазорі зона контакту металу та валків мала, контур калібру виходить незамкненим, тому погіршується виконання розмірів та форми прокату. Тому зазори в чистових калібрах повинні бути мінімальними.

Величина зазору приймається в частках від номінального діаметра валків (таблиця 1.2) або висоти калібру (висоти смуги).

Таблиця 1.2. Мінімальні зазори між буртами валків

Група клітей дрібносортної (середньосортної) та дротяної лінії стану 350	№клітин	, мм
Чорнова група
I проміжна
II проміжна
Чистова
Чистовий блок

Малюнок 1.9. Схема побудови та типові елементи калібру: а – геометрична фігура, що утворює калібр та контури поверхонь пари гладких валків (тут контури являють собою дві суцільні тонкі лінії); б – струмки валків із заокругленнями; в - положення і розміри смуги, що прокочується; г – остаточна схема калібру.

Ширина калібрує горизонтальним, щодо осі валка, характерним розміром (далі горизонтальність і вертикальність будуть розумітися щодо осі валка) геометричної фігуриутворює калібр (рисунок 1.9.).

Висота калібру- Характерний вертикальний розмір геометричної фігури, що утворює калібр (рисунок 1.9.).

Ширина врізу калібру- це ширина геометричної фігури утворює калібр лише на рівні перетину з лінією бурта валка (рисунок 1.9.).

Глибина врізу калібру- це відстань від бурта валка до нижньої точки калібру (рисунок 1.9).

Радіуси закруглень по дну калібру та по буртахвиражають зазвичай у частках висоти калібру. Закругленнями виконується плавний перехід у місцях різкої зміни контуру калібру чи межі бурт-калибр (рисунок 1.9.). Заокруглення необхідні зниження концентрацій напруг в елементах валка.

Ширина буртаміж калібрами (торцевого бурта) – горизонтальний розмір не проточеної частини бочки валка між сусідніми калібрами (між останнім калібром та краєм робочої поверхні валка).

Ширина бурта між калібрами:

Ширина торцевого бурта:

, (1.4)

де - Довжина бочки валка (додаток 1)

Число струмків на бочці валка;

У виразі (1.4) варіюються дві величини: . Отримане значення має відповідати умові (1.5). Таким чином, крім знаходження розмірів буртів, здійснюється підбір числа струмків на бочці.

Випуск калібру. Для забезпечення вільного виходу смуги з валків без защемлення ширина струмка повинна збільшуватися від дна до центру калібру. Тому бічні стінки калібру робляться похилими по відношенню до контуру геометричної фігури, що утворює калібр. Тангенс кута нахилу називається випуском калібру. Іноді випуск калібру виражають у відсотках.

Висота смуги -вертикальний характерний розмір виходить із валків смуги.

Ширина полоси -горизонтальний характерний розмір смуги, що виходить з валків.

Притуплення смугиу роз'єм калібру (рисунок 1.9) показує вертикальний розмір вільної від контакту з валками частини смуги, що прокочується.

Ширина та притуплення смуги є додатковими геометрично наочними параметрами, що описують важливу характеристику прокатки в калібрах. ступінь заповнення калібру металом. Ступінь заповнення визначається за такою формулою.

Калібрування профілів та валків, призначених для прокатки круглої та квадратної сталі

До гарячекатаної круглої сталізгідно з ГОСТ 2590-71 відносять профілі, що мають у поперечному перерізі форму кола діаметром від 5 до 250 мм.

У загальному випадку схема калібрування круглої сталі може бути розділена на дві частини: перша є калібруванням для чорнових і середніх груп клітей і задовольняє ряду профілів, будучи в цьому сенсі загальною для декількох кінцевих профілів різного перерізу (квадратної, смугової, шестикутної та ін.) , а друга призначена як певна система для останніх трьох - чотирьох клітей і властива лише даному профілю круглої сталі. У чорнових та середніх групах клітей можуть застосовуватися системи калібрів: прямокутник – ящиковий квадрат, шестикутник – квадрат, овал – квадрат, овал – вертикальний овал.

Для останніх трьох - чотирьох профільних клітей система калібрів також не є постійною. Певна закономірність спостерігається тільки в останніх двох клітях: чистова має круглий калібр, передчистова - овальний, калібр третьої кліті від кінця прокатки може бути різної форми, від якої залежить система калібрування.

Загальні схеми калібрів останніх чотирьох проходів під час прокатування круглої сталі. З цих схем випливає, що як передчистові застосовують овальні калібри двох форм: однорадіусні та із заокругленням прямокутників - так звані «плоскі» калібри. Першу схему використовують при прокатці круглої сталі більшості профілерозмірів, другу - головним чином для круглої сталі великих діаметрів та арматурної сталі.

За першою загальною схемою прокатки можна відзначити сім типів калібрів, що застосовуються в кліті. За другою загальною схемою найбільше застосування знайшли калібри лише двох видів: ящиковий квадрат 1 і квадрат 3, що врізається на бочці валка при розташуванні діагоналі.

Системи і форма калібрів, що застосовуються для чорнових і середніх груп клітей, можуть бути дуже різноманітними і залежати від ряду факторів, головні з яких тип стану і конструкція його основного і допоміжного обладнання.

Нині існує низка прийомів побудови чистового калібру для круглої сталі: окреслення калібру двома радіусами із різних центрів; зняття фасок у роз'ємів валків з метою запобігання лампасу малої товщини підрізів розкочування буртами калібру; освіту випуску обрисом калібру з роз'єму тощо. Практика показує, що чистовий калібр, окреслений одним радіусом і має лише один розмір - внутрішній діаметр, не задовольняє вимоги отримання геометрично правильного якісного профілю, особливо профілю великого діаметру. Як правило, у такому калібрі, навіть за незначної зміни технологічних умов (зниження температури прокатки, вироблення валків передчистового калібру, збільшення висоти овалу та ін.) струмки переповнюються металом. Отримання профілю відповідно до форми чистового калібру вимагає постійного контролю розмірів передчистового овального гуркоту. У випадках переповнення калібру який завжди вдається витримати діаметр профілю, навіть у межах плюсового допуску.

З метою усунення зазначених недоліків рекомендується для профілю круглої сталі конструювати чистовий калібр з розвалом (випуском), тобто передбачати більший горизонтальний діаметр порівняно з вертикальним. Це необхідно також у зв'язку з тим, що розкочування овального перерізу, що надходить в чистовий калібр, має знижену температуру в місцях по кінцях великої осі і теплова усадка готового профілю при охолодженні в напрямку горизонтального діаметру трохи більше, ніж у напрямку вертикального діаметра. Інтенсивне зношування чистового калібру круглої сталі по вертикалі внаслідок більшого обтиснення також сприяє перевищенню розміру на 1-1,5% горизонтального діаметра над вертикальним.

Круглу сталь на вітчизняних заводах прагнуть прокатувати з мінусових допусків.

Визначення розміру горизонтального діаметра за роз'ємом чистового калібру рекомендується за аналітично виведеними рівняннями (Н. В. Литовченко) з урахуванням розмірів діаметрів профілю.