Введение к работе
:: !
''"й I
Актуальность проблемы. Шаговая (периодическая, пилигримо-вая) прокатка, обеспечивающая высокие степени деформации (до 98 %) на компактном и относительно недорогом оборудовании, широко распространена при производстве труб, сортового и листового проката.
В последнее время созданы новые конструкции станов шаговой прокатки (СШЛ), предназначенные для обработки давлением непрерыв-нолитых заготовок. Применение таких станов в составе литейно-про-катных агрегатов (ЛЛА) эффективно вследствие согласования скоростей непрерывного литья и подачи заготовки в СШЛ.
Некоторые из действующих СШЛ* особенно станы горячей пили-гримовой прокатки труб, не удовлетворяют современным требованиям по производительности, экономии материалов и качеству получаемой продукции. Поэтому задача совершенствования технологических процессов и оборудования на основе развития теории шаговой прокатки, является актуальной.
Теория шаговой ррокатки, известная по публикациям советских и зарубежных ученых, дает ответы на сложные вопросы, возникающие при решении практических задач. Однако до сих пор не были решены некоторые важные теоретические проблемы, ряд вопросов нуждается в уточнении. Это относится, в частности, к такому коренному вопросу теории шаговой прокатки, как определение частных деформаций. Не решен,ряд вопросов, связанных с оптимизацией длины переходного участка (хода клети) и размеров рабочих валков.
Развитие теории и получение новых экспериментальных данных необходимо для совершенствования процессов шаговой прокатки с целью повышения производительности и качества проката,- разработки новых экономичных вариантов технологии и оборудования. Этим вопросам посвящены работы автора, результаты которых обобщены в настоящем докладе.
Работы проводились по координационным и отраслевым планам, . плану работы постоянной комиссии СЭВ по цветной металлургии (т. 5/6.I.I) ив соответствии с комплексной целевой общегосударственной научно-технической программой 013.08, выполняемой по постановлению Госплана № 10-сп от 20.11.81.
Цель работы.-На основе развития теории и экспериментальных исследований разработать методы совершенствования процессов
4 шаговой прокатки и новые технические решения, направленные на снижение трудоемкости, экономию материалов и энергии и улучшение качества прокатной продукции.
Научная новизна. Теоретический анализ показал, что как при стационарном, так и при нестационарном процессах шаговой прокатки частная относительная деформация равна производной линейного смещения по координате образующей переходного участка. Полученное интегральное уравнение позволяет определить функцию линейного смещения, а затем профиль переходного участка по функции частной деформации, которая определяется из условия получения максимальной подачи и требуемого качества прокатной продукции при заданных длине переходного участка и суммарной вытяжке.
Теоретически и экспериментально показано, что при прокатке с переменной подачей суммарное линейное смещение не равно произведений подачи на вытяжку, а зависит от изменения объема переходного участка, которое ограничивает изменение деформационных и энергосиловых параметров, т.е. повышает устойчивость процесса шаговой прокатки.
Анализ геометрических и силовых условий захвата при "затравочном" режиме показал, что этот процесс имеет в общем случае три стадии, отличающиеся направлением суммарных сил трения.
Доказано, что допустимая величина подачи зависит от суммарной вытяжки, полной длины рабочего участка и среднего значения частной относительной деформации на этом участке.
Дан вывод уравнений для определения линейного смещения с учетом геометрии рабочего инструмента.
Определение скоростей внешних зон при горячей пилигримовой прокатке труб на крупном промышленном стане позволило получить экспериментальные данные по распределению частных деформаций, скольжению металла по рабочему инструмента, формулы для расчета катающих радиусов.
Разработана математическая модель плоской шаговой прокатки закрепленной и незакрепленной заготовок валками постоянного радиуса, оси которых движутся по произвольным траекториям. Модель учитывает упругую податливость рабочей клети, неравномерность напряженно-деформированного состояния, диаграммы упрочнения и пластичности прокатываемых сплавов.
Разработанный алгоритм позволяет с помощью расчетов на ЭВМ
5 устанавливать оптимальные значения параметров иаговой прокатки.
Практическая значимость. На основз теоретических и экспериментальных исследований разработаны методики расчетов параметров шаговой прокатки и калибровки рабочего инструмента из условия рационального распределения частных деформаций, позволяющей увеличить производительность, снизить удельный расход металла и энергии, повысить качество и расширить сортамент продукции.
Даны рекомендации по совершенствованию технологии горячей прокатки труб на агрегатах с пилигримовыми станами, предложен новый способ прокатки с циклически изменяющейся угловой скоростью валков,позволяющий повысить производительность и качество труб. На основе теоретического анализа и проведенных экспериментов определено нарряженно-деформирЬванное состояние при плоской периодической прокатке, выявлены зоны вероятного разрушения малопластичных сплавов, реализована программа для расчета степени использования пластических свойств.
Установлены кинематические, деформационные и энергосиловые параметры прокатки на станах типа XiK, определены рациональные профили переходного участка и опорной поверхности при различных значениях конструктивных и технологических параметров. Результаты расчетов использованы при проектировании оборудования и освоении технологии холодной шаговой прокатки полос из медных сплавов. Определены условия для оптимального использования пластических свойств сплавов.
Реализация в промышленности.
На Нижнеднепровсксм трубопрокатном заводе им._ К.Либкнехта и завода им. Лльича внедрены новые калибровки рабочего инструмента для горячей лилягримовой прокатки труб. За счет увеличения средней подачи время прокатки J м тонкостенных труб сократилось на 22 %, общая производительность агрегата увеличилась на 1,2-6 %, уменьшился расходный коэффициент металла и процент брака труб.
При прокатке толстостенных труб за счет равномерного распределения частных деформаций, увеличения суммарной вытяжки и массы исходных заготовок производительность пилигримовых станов повышена на 15-20 % при уменьшении процента брака и обреэи концов труб. Экономия металла составила от 23 до 196 кг/т.
[фи прокатке утяжеленных бурильных труб исключение операции промежуточной пилигримовой прокатки повысило производительность
агрегата в 1,5-2 раза при экономии 25 % электроэнергии.
При прокатке квадратных штанг производительность возросла на 25-30 %, резко снижен процент брака по скручиванию и разно-стенности. Впервые прокатаны трехгранные трубы с круглым отверстием.
На Кольчугинском заводе по обработке цветных металлов с 1984 г. работает ЛПА 650 со станом холодной периодической прокатки ХПЛ 650 конструкции Гипроцветметобработки, параметры которого определены с учетом настоящей работы. Новая технология получения рулонного подката из холоднодефорыируемых медных сплавов повысила производительность труда в 3 раза, выход годного на 20 %. Аналогичный агрегат освоен в ЧССР. В настоящее время ведется серийное изготовление и монтаж станов холодной периодической прокатки полосовых заготовок.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на научно-технических советах Челябинского и Нижнеднепровского трубопрокатных заводов, Кольчугинского и Балхашского заводов по ОЦМ, в институтах Гипроцветметобработка, УралНИТИ, ВНИТИ, ВНИИМетМаш и др., на Всесоюзных научно-технических совещаниях: "Совершенствование производства лент из цветных металлов и сплавов",Артемовск, 1978 г., "Повышение качества плоского проката из тяжелых цветных металлов",, Москва, 1988 г., на Всесоюзной научно-технической конференции "Но-, вые технологические процессы прокатки как средство интенсификации производства и повышения качества продукции", Челябинск, 1989.
Публикация. По теме диссертации опубликована монография, 64 статьи, получены 8 авторских свидетельств СССР на изобретения, А.с. ЧССР, 8 патентов Италии, Великобритании, Канады, Франции, ГДР, Японии.