Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса производства проволоки холодной прокаткой и применения схем деформации «приводной-неприводной инструмент» 7
1.1. Общие вопросы производства проволоки холодной прокаткой 7
1.2. Применяемые технологические способы производства проволоки холодной прокаткой 8
1.3. Анализ теории и процессов деформации металла с применением резервных сил трения и неприводного инструмента 19
1.4. Выводы и задачи исследования 26
2. Аналитическое исследование совмещенного процесса холодного деформирования проволоки в приводных и неприводных валках 28
2.1. Особенности действия сил трения при холодной деформации проволоки валками 28
2.2. Выбор возможных схем совмещенных процессов деформирования проволоки в приводных и неприводных валках 30
2.3. Построение структурной схемы математического моделирования 33
2.4. Математическое описание модели процесса холодного деформирования проволоки в приводных и неприводных валках 33
2.4.1 Общие принципы построения модели
2.4.2. Математическое описание модели процесса «прокатки-прессования» проволоки 35
2.4.3. Математическое описание модели процесса «прокатки-протяжки» проволоки 39
2.5. Исследование совмещенных процессов холодного деформирования проволоки в приводных и неприводных валках на базе математической модели 41
2.5.1. Общие принципы проводимого исследования з
2.5.2. Исследование процесса «прокатка-прессование» 41
2.5.3. Исследование процесса «прокатка-протяжка» 48
2.5.4. Оценка энергосиловых параметров совмещенных процессов с использованием приводных и неприводных валков
2.5.5. Исследование процесса «прокатка-протяжка-прокатка».57
2.5.6. Исследование процесса «протяжка-прокатка-прессование» 66
2.6. Выводы по главе 68
3. Разработка технологии прокатки проволоки на основе процесса «прокатка-прессование» 71
3.1. Определение факторов, оказывающих влияние на эффективность процесса «прокатка-прессование» 71
3.2. Исследование процесса «прокатка-прессование» и выбор рациональной системы калибров 3.2.1. Анализ системы «круг-треугольник-круг» 74
3.2.2. Анализ геометрических параметров системы «круг-крестообразный многоугольник-круг» 80
3.2.3. Анализ системы многовалковых калибров «круг-крестобразный многоугольник-круг»
3.3. Оценка энергозатрат и разработка рекомендаций по промышленному применению процесса 92
3.4. Выводы по главе 94
4. Разработка тт5хнолопїїеских схем производства проволоки на основе процесса «прокатка-протяжка» 96
4.1. Определение факторов, оказывающих влияние на эффективность процесса 96
4.2. Расчет деформационных и энергосиловых параметров процесса «прокатка-протяжка» 99
4.3. Рекомендации по промышленному применению процесса «прокатка-протяжка» 104
4.4. Выводы по главе 112
Заключение и общие выводы по диссертации 114
Список литературы
- Анализ теории и процессов деформации металла с применением резервных сил трения и неприводного инструмента
- Построение структурной схемы математического моделирования
- Анализ системы «круг-треугольник-круг»
- Расчет деформационных и энергосиловых параметров процесса «прокатка-протяжка»
Введение к работе
Актуальность темы. Проволока является основной продукцией метизного производства и нашла применение практически во всех отраслях экономики, в связи с чем, повышение качества и снижение затрат на ее изготовление является важной народнохозяйственной задачей. Одним из перспективных способов ее получения является процесс холодной (теплой) прокатки, применение которого позволяет, по сравнению с волочением в монолитной волоке, получать продукцию высокого качества с низкой затратой различного рода ресурсов и высокой производительностью. Тем не менее прокатка проволоки не получила массового распространения. На это влияют сложность технологического и электрического оборудования, применяемых прокатных станов, их настройка и дороговизна.
Значительно упростить оборудование и снизить, тем самым, капитальные и эксплуатационные затраты возможно применением в составе непрерывного прокатного стана холодной прокатки проволоки неприводных клетей, энергия в очаг деформации которых передается через плоскости заднего или/и переднего сечения полосы, путем ее проталкивания или протягивания (или одновременного их действия) приводными клетями стана, за счет возникающих в их очагах деформации резервных сил трения.
Прокатка с использованием приводных и неприводных клетей получила сегодня довольно широкое применение в горячей сортовой прокатке. В производстве проволоки получили распространение процессы «Экстроллинг», «Конформ» и «Лайнекс», позволяющие совместить прокатку с непрерывным прессованием в монолитной матрице.
Целью работы является - снижение затрат при изготовлении холоднокатаной проволоки на основе разработки и применения совмещенного процесса деформирования в приводных и неприводных валках.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:
-
Разработка математической модели совмещенного процесса холодной деформации проволоки с использованием приводных и неприводных валков.
-
Аналитическое исследование совмещенного процесса холодного деформирования проволоки для определения ограничивающих его факторов и энергозатрат.
-
Разработка рекомендаций по применению совмещенного процесса холодного деформирования в промышленных
~ технологических процессах изготовления проволоки.
'гИШя
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ| БИБЛИОТЕКА
Cf О»
Научная новизна.
-
Разработана математическая модель совмещенного процесса холодного деформирования проволоки для двух- и многовалковых систем калибров.
-
Для процесса холодной деформации проволоки в приводных и неприводных валках разработаны способы совмещения различных процессов обработки металлов давлением: «прокатка-протяжка», «прокатка-протяжка-прокатка», «протяжка-прокатка-прессование».
-
Установлены аналитические зависимости для определения ограничивающих факторов совмещенных процессов холодного деформирования проволоки.
-
Разработана методика расчета вытяжной системы многовалковых калибров «круг - крестообразный многоугольник - круг».
Практическая ценность и реализация работы.
-
Показано, что совмещенный процесс холодной прокатки проволоки с использованием приводных и неприводных клетей позволяет уменьшить затраты за счет упрощения оборудования и снижения энергозатрат.
-
Совмещение, прокатного модуля с волочильной машиной дает возможность создавать прокатно-волочильные линии, позволяющие снизить затраты на производство, повысить качество проволоки и упростить решение вопроса обеспечения заводов метизной промышленности оборудованием.
-
Проведен расчет технологических режимов совмещенных процессов с использованием приводных и неприводных клетей. Разработаны рекомендации по их промышленному применению.
-
На основе совмещенного процесса «прокатка-протяжка» для условий ОАО «Белорецкий металлургический комбинат» разработано технологическое задание на изготовление прокатных станов и прокатно-волочильных линий с использованием оборудования плющильных станов.
Апробация работы. Содержание работы доложено и обсуждено:
1. На 61, 62-й научно-технических конференциях по итогам научно-
исследовательских работ за 2001-2003 годы (Магнитогорск, 2002,2003 г.г.).
2. На объединенном научном семинаре Магнитогорского
государственного технического университета им. Г.И. Носова по
специальности 05.16.05 «Обработка металлов давлением»
З.На техническом совете ОАО «Белорецкий металлургический комбинат».
4. На 5 конгрессе прокатчиков (Череповец, октябрь 2003 г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 10 печатных трудах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав; заключения," списка литературы из 16 наименований
и 2 приложений. Её содержание изложено на 138 страницах машинописного текста, включая 49 рисунков и 29 таблиц.
Анализ теории и процессов деформации металла с применением резервных сил трения и неприводного инструмента
Основным преимуществом этого процесса по сравнению с традиционным являются экономичность, технологичная гибкость стана, его компактность, малые габариты и стоимость основного технологического оборудования, а также снижение капитальных затрат на строительство новых и реконструкцию действующих станов [13]. Помимо снижения энергозатрат применение неприводных клетей позволяет сделать прокатный стан более компактным.
С применением неприводных рабочих клетей при определенных технологических режимах возможна экономия энергозатрат на деформацию [13-33]. Общие затраты мощности на прокатку в комплексе «приводная клеть - неприводная клеть» уменьшаются по мере увеличения вытяжки в неприводной клети. Причины этого явления заключаются в следующем. В случае прокатки с использованием неприводной клети общая деформация металла распределяется между приводной и неприводной клетями, а вся необходимая для прокатки мощность подается через очаг деформации только приводной клети.
Проведенные аналитические исследования показали, что стабильность процесса зависит от резерва втягивающих сил трения и устойчивости проволоки в межочаговом промежутке. Показано снижение энергозатрат при использовании резервных сил трения. Выделено несколько технологических факторов, оказывающих влияние на стабильность процесса и энергозатраты: степени деформации металла в очагах деформации, диаметры приводных и неприводных валков, межочаговое расстояние, температура перед приводными валками. Увеличение доли деформации в неприводных валках и соответствующее уменьшение доли деформации в приводных ведет к снижению мощности деформации. Даны рекомендации: межочаговое расстояние целесообразно сократить до минимума; соотношение диаметра неприводных валков к диаметру приводных должно быть таким, чтобы минимум энергопотребления не выходил за границы осуществимости процесса.
Исследованиями процесса «прокатка-прессование» в условиях горячей сортовой прокатки занимаются ученые Института черной металлургии НАН Украины [13-25] и Сибирского государственного индустриального университета [26-33]. Исследованием процесса «прокатка-прессование» занимались в Челябинском политехническом институте [34]. Проводили экспериментальные исследования формоизменения полосы. Варьировалось количество приводных валков.
Там же, в ЧПИ, проводились исследования процесса горячего калибрования металла методом прессования через монолитную волоку в линии прокатного стана [35]. Основной задачей ставилось повышение качества поверхности и точности размеров. Лабораторное исследование показало возможность осуществления такого процесса.
Известна заявка на патент способа прокатки заготовки в пятиклетьевом непрерывном сортовом прокатном стане, где первая, третья и пятая клети приводные, а вторая и четвертая неприводные [36]. В работе [37] приводится теоретический анализ этого процесса. Данных по промышленному применению нет.
В 80-х годах в качестве черновых групп высокопроизводительных сортовых станов и в совмещенных литейно-прокатных агрегатах начали применять четырех и шестиклетьевые компактные блоки, разработанные фирмами «Морган» (США) и «Моргардсхаммар» (Швеция). Малогабаритная обжимная группа фирмы «Морган» состоит из четырех чередующихся горизонтальных и вертикальных клетей. Валки с подушками всех клетей установлены в общей станине, в которой стойки, воспринимающие усилие прокатки, выполнены общими для рядом расположенных клетей, что уменьшает габариты группы вдоль линии прокатки. При диаметре валков 508 мм расстояние между осями соседних клетей равно 1 м [38].
Прокатка в первой клети ведется при естественной задаче заготовки с углом захвата до 21 и при обжатии около 11%. Прокатка в последующих клетях ведется с принудительной задачей металла предыдущими клетями при углах захвата до 45 и при обжатии до 48%. После захвата металла очередной клетью автоматически перестраивается соотношение скоростей прокатки, исключающее подпор и обеспечивающее в дальнейшем прокатку с небольшим натяжением. Прокатка ведется на гладкой бочке или предусматривается один врезной калибр.
При производстве проволоки также предпринимались попытки использовать резервные силы трения. Распространение получили совмещенные процессы деформации металла. Процесс «Экстроллинг» позволяет совместить прокатку с непрерывным прессованием, т.е. соединяет в себе малые потери на трение и непрерывность прокатки с высокими степенями деформации, возникающими при прессовании [39].
Исходная заготовка круглого сечения непрерывно попадает в паз, вырезанный в одном из валков, обжимается и вводится в матрицу для прессования. Небольшие в начале силы трения на поверхности контакта между заготовкой и валками, вследствие осаживания заготовки, возрастают перед матрицей до величины, достаточной для получения давления металла выше его предела текучести.
Процесс «Экстроллинг» дает возможность получить сразу несколько прутков из одной широкой полосы. Широкую исходную полосу можно заменить несколькими прутками круглого или квадратного сечения. Повысить эффективность процесса «Экстроллинг» можно посредством увеличения соотношения диаметра валков к площади поперечного сечения заготовки, повышением шероховатости поверхности стенок паза валков, увеличением степени обжатия при прессовании.
Наряду с процессом «Экстроллинг» разработаны схожие методы изготовления проволоки прессованием - «Конформ» и «Лайнекс» [39]. На сегодняшний день эти процессы применяются только для деформации пластичных материалов, например, алюминия. У нас в стране эти процессы исследовались учеными ЮРГУ, г. Челябинск (Шеркунов В.Г.) и ГУЦМиЗ, г. Красноярск (Довженко Н.Н).
Использование резервных сил трения в линии проволочного прокатного стана холодной прокатки рассматривалось в работе [40]. По предложению ученых МГМИ (под руководством Никифорова Б.А.) процесс «прокатка-прессование» при производстве высокопрочной проволоки применяли на шестиклетьевом стане с трехвалковыми калибрами Белорецкого металлургического комбината, однако глубоких теоретических исследований этого процесса проведено не было. В дальнейшем неприводная клеть была заменена на традиционную приводную клеть.
Известна заявка [41], целью которой является значительное уменьшение расстояния между клетями непрерывного стана, для чего предусмотрено чередование приводных горизонтальных и неприводных вертикальных клетей при соблюдении заданных неравенств соотношения диаметров валков, толщины раската на выходе из каждой клети и расстояния между осями клетей.
Построение структурной схемы математического моделирования
При прокатке силы трения, с одной стороны обеспечивают осуществимость процесса (втягивают металл в очаг деформации, без чего процесс прокатки невозможен), с другой стороны, после заполнения металлом очага деформации, препятствуют выходу металла из него. Для преодоления препятствующих сил, при установившемся процессе прокатки, в очаге деформации образуется резерв втягивающих сил трения, на создание и поддержание которого в очаге деформации затрачивается определенное количество энергии. Расходуется эта энергия на работу опережения, которая с технологической точки зрения не является полезной. Учитывая эти обстоятельства, любые технологические решения, направленные на использование резерва втягивающих сил трения, способствуют повышению эффективности процесса прокатки.
Наиболее важным фактором, определяющим пределы осуществимости процесса прокатки с использованием неприводных клетей, является анализ граничных условий реализации процесса, т.е. оценка максимального резерва втягивающих сил трения в очаге деформации приводных валков на границе его полного исчерпания. Показателем чего при двухзонном очаге деформации принято считать выклинивание зоны опережения -аккумулятора избыточной энергии в очаге деформации, что соответствует нулевому углу нейтрального сечения. Величина резерва втягивающих сил трения зависит от параметров очага деформации и характеристик трения пары "прокатываемый металл - валки". На протяженность зоны опережения оказывает влияние подпор или натяжение. Так переднее натяжение, уменьшая в первую очередь среднее давление в зоне опережения, вызывает увеличение ее протяженности. Заднее натяжение, соответственно, уменьшает среднее давление в зоне отставания, что требует и меньшей поверхности опережения.
Вторым существенным фактором является сохранение прокатываемым раскатом способности передавать необходимую мощность в очаг деформации неприводных валков без потери продольной устойчивости. Отметим, что холодная прокатка более предпочтительна при данном процессе, чем горячая, т.к. у холодного метала предел упругости значительно выше, чем у нагретого, следовательно, должен быть выше и резерв продольной устойчивости проволоки в межочаговом промежутке.
Кроме того, при холодной прокатке проволоки из-за возможности и традиционности использования операции острения переднего конца проволоки возникает возможность использования не только проталкивающего, но и тянущего усилия, т.е. реализовать процесс «прокатка-протяжка».
Процесс «прокатки-прессования» можно представить состоящим из двух процессов: обычная прокатка (первая приводная клеть) и проталкивание через калибр с холостыми валками (вторая неприводная клеть). Таким образом, напряжение, которое необходимо приложить к заднему концу проволоки для деформирования металла в неприводных валках, можно представить как напряжение проталкивания через клеть с неприводными валками, которое, в свою очередь, выступает в качестве переднего подпора для первой приводной клети. Для процесса прокатка-протяжка эту систему представим в следующем виде: первая (неприводная) клеть - протягивание проволоки через неприводные валки, вторая (приводная) клеть - обычная прокатка с задним натяжением. Напряжение, необходимое для деформирования проволоки в первой клети, определим, как напряжение протягивания через неприводные валки, так если бы вслед за ними было бы установлено дополнительное тянущее устройство. Во второй клети деформация проволоки осуществляется обычной прокаткой с задним натяжением, равным напряжению протягивания в первой клети.
Процессы прокатки, проталкивания и протяжки во вращающихся валках имеют подобные кинематические условия деформирования [52].
При прокатке в зоне отставания скорость поступательного движения металла меньше скорости валков, в результате чего появляются втягивающие силы трения и продольные сжимающие напряжения. В зоне опережения наоборот - металл движется быстрее валков, т.е. происходит его проталкивание резервными силами трения зоны отставания.
При проталкивании и протяжке вращение неприводных валков происходит от воздействия сил трения в зоне опережения вследствие большей скорости движения металла в этой зоне. Привод валков осуществляется полосой. В области входа металла в валки, в зоне отставания, при проталкивании и протяжке, как и при прокатке, возникают втягивающие силы трения, способствующие проталкиванию металла через зону опережения очага деформации.
Общие закономерности рассмотренных видов деформации заключаются в том, что при вращении валков появляются зоны отставания и опережения. Силы контактного трения, по одноименной зоне, имеют одинаковое направление для всех рассмотренных видов деформации. К внешним частям деформируемой полосы приложены напряжения различных знаков.
Отличием изучаемых в работе процессов является то, что энергия, необходимая для деформирования металла, подается в очаг деформации неприводных валков через полосу прокатными валками приводной клети. 2.2. Выбор возможных схем совмещенных процессов деформирования проволоки в приводных и неприводных валках.
Рассмотрим несколько возможных сочетаний применения совмещенных процессов деформирования проволоки в приводных и неприводных валках.
А. Неприводная клеть устанавливается сразу после приводной (процесс «прокатки-прессования», рис. 2.1.А). Технологический процесс при этом осуществляется следующим образом: раскат, прокатываемый в приводных валках, проталкивается через неприводные валки на всей его длине, кроме заднего конца, который протягивается последующей рабочей клетью. Пределы осуществимости процесса позволяют определить анализ граничных условий реализации процесса, т.е. оценка максимального резерва втягивающих сил трения в очаге деформации приводных валков на границе его полного исчерпания. Величина резерва втягивающих сил трения (далее РСТ) зависит от параметров очага деформации и характеристик трения пары «прокатываемый металл - валки». Вторым существенным фактором является сохранение прокатываемым раскатом способности передавать необходимую мощность в очаг деформации неприводных валков без потери продольной устойчивости (далее РПУ).
Б. Первой устанавливается неприводная клеть, второй - приводная (процесс «прокатка-протяжка», рис. 2.1.Б). При этом металл протягивается по всей своей длине через неприводную клеть следующей приводной клетью. Процесс ограничивается прочностью переднего конца проволоки (далее ПИК) и резервом сил трения пары «прокатываемый металл - валки» РСТ.
В. Неприводная клеть устанавливается между двумя приводными клетями (процесс «прокатка-протяжка-прокатка», рис. 2.1.В). Таким образом, металл, прокатываемый первой клетью, проталкивается через неприводные валки, а третья клеть — приводная, вытягивает металл из неприводной клети, т.е. металл в неприводной клети подвергается воздействию сразу двух процессов: «прокатке-прессованию» и «прокатке-протяжке». Следовательно, процесс одновременно ограничивают факторы двух выше приведенных сочетаний.
Анализ системы «круг-треугольник-круг»
Для оценки энергосиловых параметров процессов с использованием приводных и неприводных валков сравним удельный расход энергии, затрачиваемый на прокатку со всеми приводными валками, «прокатку-прессование» и «прокатку-протяжку» проволоки диаметром 6,5 мм (из стали 70, радиус валков 80 мм, коэффициент трения 0,05, скорость прокатки или протяжки 0,5 м/с) (рис. 2.14).
Применение для анализа удельного расхода энергии позволяет получить реальное представление о расходе энергии для различных процессов, вне зависимости от вида процесса, от того какая клеть приводная и с какой скоростью осуществляется прокатка.
Увеличение вытяжки ведет к росту удельного расхода энергии. Удельный расход энергии у процессов с использованием резервных сил трения ниже, чем у прокатки. Причем с увеличением вытяжки разница между удельными расходами энергии возрастает.
Таким образом, можно утверждать, что при холодной прокатке проволоки целесообразно использовать неприводные клети, применение которых позволяет снизить затраты на энергоресурсы и капитальные затраты на реконструкцию действующих и строительство новых прокатных станов.
Изменение удельного расхода энергии в зависимости от вытяжки для различных процессов Анализ формул для расчета напряжений протяжки и проталкивания через вращающиеся и остановленные валки показывает, что напряжение проталкивания по абсолютной величине больше напряжения протяжки, следовательно, и усилия, необходимые для проталкивания, выше, чем при протяжке металла.
Расчеты показывают, что нейтральное сечение при проталкивании располагается ближе к плоскости входа в валки, при протяжке - дальше от нее при прочих равных условиях [52]. Это значит, что при равных скоростях выхода деформируемого металла валки при проталкивании будут вращаться медленнее, чем при протяжке. Большие усилия проталкивания тормозят валки и для их вращения требуется значительные силы трения, которые возникают в результате увеличения области опережения и смещения нейтрального сечения к плоскости входа. При протяжке торможение валков на выходе их очага деформации меньше, поэтому для вращения валков требуется несколько меньшая поверхность опережения. Этим объясняется то, что устойчивость процесса «прокатка-протяжка» лучше, чем процесса «прокатка-прессование».
Применение процесса «прокатка-протяжка-прокатка», совмещающего два процесса «прокатка-прессование» и «прокатка-протяжка», повышает устойчивость протекания процесса по всем показателям за счет того, что энергия необходимая для деформации подается через две приводные клети. В составе группы рабочих клетей вторая выполняется неприводной. Первая и третья клети являются приводными и обеспечивают энергией всю систему. Условно систему можно разделить на две части. Первая часть - куда входят первая и вторая клеть, представляет собой процесс «прокатка-прессование». Вторая часть, включающая в себя вторую и третью клети - «прокатка-протяжка». Взаимодействуют эти две части через общую неприводную (вторую) клеть, на которую одновременно воздействуют процессы «прокатка-прессование» и «прокатка-протяжка». Математическое описание этих процессов приведено выше.
Такое формирование автономной прокатной группы позволяет построить систему, где все возмущения случайного или регулирующего характера замыкаются в этой группе, не передаются на другие рабочие клети, и поглощаются за счет изменения частоты вращения валков неприводной клети.
Взаимодействие этих двух частей позволяет построить автономную систему из трех рабочих клетей с устойчивым и управляемым процессом, где неприводная клеть является буфером, поглощающим все случайные или регулирующие возмущения за счет изменения частоты своего вращения, увеличивая или уменьшая натяжение или подпор проволоки в приводных клетях.
Так увеличение сечения исходной заготовки из стали 70, с 9 х 9 мм до 10 х 10 мм (коэффициент трения /= 0,05; радиус приводных валков Rnp = 80 мм; радиус неприводных валков RHenp = 80 мм) приводит к росту напряжения проталкивания и снижению напряжения протяжки проволоки (рис. 2.15). И наоборот, уменьшение сечения заготовки влечет за собой уменьшение напряжения проталкивания и, как следствие, увеличение напряжения протяжки проволоки.
Таким образом, видно что, изменение сечения заготовки поглощается системой за счет перераспределения напряжений между клетями. Отметим, что данное возмущение является одним из самых опасных для системы, и если прокатный модуль из трех клетей с ним справляется, то он сможет справиться и с другими менее опасными возмущениями. Рассмотрим влияние технологических факторов на протекание процесса «прокатка-протяжка-прокатка». — напряжение протягивания Рис.2.15. Перераспределение напряжений проталкивания и протягивания в системе из трех клетей при изменении диаметра исходной заготовки
Увеличение доли деформации в неприводной клети ((juHK - 1)/(/ЛЕ - 1) = 0,14 4- 0,20) и соответственно ее уменьшение в приводных приводит к одновременному снижению РСТ, РПУ и ППК (табл. 2.10, рис. 2.16). Происходит это из-за того, что со снижением обжатия в приводных валках уменьшается дуга контакта между металлом и валком, следовательно, уменьшается и протяженность зоны опережения в очаге приводных валков - аккумулятора избыточной энергии очага деформации.
Увеличение коэффициента трения (f= 0,05 ч- 0,11) между металлом и валком приводит к увеличению РСТ и ППК (табл. 2.11, рис. 2.17).
Увеличение радиуса приводных валков первой клети (Rnp=S0 -т-160 мм) приводит к возрастанию РПУ и РСТ (табл. 2.12, рис. 2.18). Увеличение радиуса приводных валков третьей клети (Rnp =80 -т-160 мм) приводит к увеличению РСТ и ППК (табл. 2.12, рис. 2.19). Увеличение радиуса приводных валков приводит к увеличению
Расчет деформационных и энергосиловых параметров процесса «прокатка-протяжка»
Аналитическое исследование показало возможность реализации процесса «прокатка-протяжка». Кроме того выявлено, что при прочих равных условиях процесс «прокатка-протяжка» протекает стабильнее процесса «прокатка-прессование», запас по резервам сил трения выше, меньше ограничивающих факторов, а область возможного применения больше.
Устойчивое протекание процесса «прокатка-протяжка» зависит от двух факторов: запаса прочности переднего конца проволоки и способности полосы передавать необходимую для прокатки энергию из приводных валков в неприводные.
Определяющими технологическими показателями первого фактора являются величина обжатия, контактные условия смазки и прочностные характеристики проволоки. Для второго фактора определяющим показателем является поверхность контакта между металлом и приводными валками, т.к. именно через эту поверхность подается энергия, необходимая для деформации металла во всем блоке неприводная-приводная клеть. Чем больше поверхность контакта, тем процесс стабильнее при прочих равных условиях. В свою очередь поверхность контакта зависит от обжатия, радиуса валков и формы калибра.
Рациональность калибровки можно оценить при помощи методики, описанной в третьей главе.
Учитывая то, что аналитическое исследование во второй главе показало, что двухвалковые клети обеспечивают достаточную стабильность процесса, присутствие здесь многовалковой системы не обязательно, а только усложнит систему настройки станов и приводов. Таким образом при «прокатке-протяжке» целесообразнее использовать двухвалковое прокатное оборудование, как наиболее простое. Предлагается использовать блочную калибровку через круг, т.е. круг -промежуточное сечение - круг. Применение такой калибровки позволит легко формировать из двухклетьевых блоков прокатные станы, либо черновые группы к волочильным станам, а также использовать блоки как самостоятельные станы. В качестве промежуточного калибра предлагается использовать гладкую бочку (рис. 4.1).
Очаг деформации в неприводных валках характеризуется, как умеренно длинный и длинный, узкий и умеренно высокий. В приводных валках очаг деформации умеренно длинный или длинный, узкий и нормально высокий. Деформация характеризуется как равномерная (А 1).Устойчивость положения круглой заготовки при прокатке на гладкой бочке высокая, при прокатке прямоугольной полосы с закругленной кромкой в круглом калибре -удовлетворительная. Однако данная формула не учитывает защемляющего действия калибра (в круглом двухвалковом калибре оно выше, чем в круглом многовалковом из-за разности глубины ручьев). Кроме того, как показано в работе [75] устойчивость положения полосы увеличивается с уменьшением степени неравномерности высотной деформации. В случае прокатки прямоугольной полосы с кромкой, закругленной по радиусу круглого калибра, неравномерность минимальна. Высокая устойчивость такой полосы в круглом калибре подтверждена результатами исследований системы «круг-гладкая бочка-круг» при холодной прокатке проволоки из углеродистой стали, проведенными в работе [76]. Устойчивая прокатка такой полосы в круглом калибре обеспечивалась при соотношении b/h = 1,7 ч- 1,9. В то время, как в наших расчетах это значение не превышает b/h =1,5. Представленная схема калибровки создает взаимообратное течение металла, которое повышает пластические свойства проволоки (рис. 4.2). При деформации металла в первой клети основные потоки, создаваемые валками, образуют потоки вытеснения металла. Во второй клети, при прокатке в круглом калибре, растяжение металла сменяется на сжатие. Т.о. здесь наблюдается знакопеременная деформация, которая благодаря действию эффекта Баушингера, благоприятно сказывается на повышение пластических свойств проволоки.
Течение металла при деформации в калибре «круг-гладкая бочка-круг» 4.2. Расчет деформационных и энергосиловых параметров процесса «прокатка-протяжка».
Процесс «прокатка-протяжка» будет осуществляться следующим образом: проволока после операции острения подается сквозь валки первой неприводной клети во вторую приводную клеть. Захват катанки валками осуществляется автоматически. Для этого валки клети приводятся во вращение на заправочной скорости. Конец катанки подводится в калибр. В последующие клети катанка подается аналогично.
Наличие резервных сил трения и запаса прочности переднего конца проволоки в системе «прокатка-протяжка» с калибровкой валков «круг-гладкая бочка-круг» определим по методике приведенной во второй главе данной работы. Моделировался процесс «прокатки-протяжки» проволоки из стали 70 патентированной диаметром 10,0 мм, коэффициент трения варьировался в диапазоне 0,02-ь0,07, радиус приводных валков - 80-И20 мм, неприводных -25-И 00 мм (рис. 4.4 - 4.7).
На основе проведенного расчета можно сделать вывод, что процесс «прокатка-протяжка», при данных условиях, обладает достаточными запасами РСТ и ГТГЖ, следовательно, высокой устойчивостью и эффективностью. Применение калибровки «круг - гладкая бочка - круг» позволяет построить процесс с равномерной деформацией и высокой устойчивостью полосы в калибре.
Применение блочной калибровки через круг дает возможность использовать эти мобильные блоки как самостоятельные станы, для компоновки прокатных станов из блоков, либо установки блоков в линии действующих прокатных станов. Круглая калибровка позволяет совмещать прокатные блоки с волочильными станами, например, в качестве черновой группы волочильного стана.
Для оценки целесообразности применения процесса «прокатка-прессование» и оценки энергосиловых параметров процесса сравним энергозатраты на деформацию проволоки прокаткой и «прокаткой-протяжкой» при прочих равных условиях. На рис. 4.8 показана в процентах экономия мощности необходимая для деформирования проволоки при «прокатке-протяжке» по отношению к прокатке в системе со всеми приводными клетями (для условия деформации катанки 6,5 мм из стали 70 патентированной, со скоростью прокатки 1м/с, радиус валков 80 и 25 мм). Видно, что при использовании процесса «прокатка-протяжка», вместо традиционной прокатки, экономия мощности, необходимой для деформации проволоки составляет: при вытяжке 1,2 чуть более 3%, а при вытяжке 2—11%.
