» » Схемы калибрования профилей и конструкции прокатных станов
15.01.2015

Рассмотренные выше процессы имеют общий недостаток: технологически ограниченную производительность, лимитируемую при калибровании волочением величиной вытяжки за переход, а при калибровании на прессах ППН — величиной шага подачи. Калибрование прокаткой имеет несомненные преимущества перед указанными процессами, поскольку в этом процессе скорость обработки технологически не ограничена и лимитируется не кинематическими или динамическими характеристиками станов, а в основном производительностью нагревательных устройств. При прокатке отсутствуют отходы металла на захватку, которые при волочении достигают 3—5 %. Кроме того, после создания прокатных клетей повышенной жесткости калибрование прокаткой получило дополнительные преимущества: увеличение обжатий за проход и повышение точности геометрических параметров калиброванных профилей по сравнению с волочением в разъемных волоках.
Вместе с тем прокатка имеет некоторые недостатки по сравнению с рассмотренными выше способами калибрования. Основными из этих недостатков являются значительные затраты времени при переходе с калибрования профиля одного типоразмера на другой, сложность и трудоемкость изготовления инструмента, более высокая стоимость оборудования. Поэтому калибрование прокаткой наиболее целесообразно применять при обработке крупных партий профилей, когда затраты времени на смену инструмента и его наладку значительно меньше основного оперативного времени.
Основной недостаток традиционного прокатного оборудования сказывающийся на точности изделий, состоит в том, что вследствие асимметрии сечения профиля и расположения калибра на бочке валка возможен перекос осей верхнего и нижнего валков, а также их осевое смещение. Указанные смещения искажают калибр валка и, как следствие, снижается точность профилей, калибруемых прокаткой.
Эти недостатки можно устранить путем прокатки в калибрах, образуемых двухвалковой системой, имеющей высокую жесткость в радиальном и осевом направлениях, а также путем прокатки в многовалковых регулируемых калибрах, повышенная жесткость которых создается за счет опорных валков.
Наиболее эффективным направлением повышения точности сортового проката стало создание предварительно напряженных клетей (ПНК) и объемно-напряженных двухвалковых клетей (OHK). Отличие между ними состоит в том, что клети ПН К имеют предварительное напряжение только в радиальном направлении, a OHK — в радиальном и осевом направлениях.
При предварительном нагружении клети выбираются зазоры между сопрягаемыми деталями и повышается жесткость конструкции. Клети ПНК могут быть выполнены с предварительно сжатыми подушками и с предварительно сжатыми валками. В первых прокатные валки свободны и могут регулироваться в радиальном и осевом направлениях. Однако прогиб валков в процессе прокатки не устраняется, поэтому длина бочки должна быть минимальной. Вторые прокатные клети для мелкосортных и проволочных станов впервые были предложены в Швеции, а затем в ФРГ, Японии и других странах. На рис. 65 представлено схематичное изображение клети с предварительно сжатыми подушками конструкции Левфена. Подушки 1 и 4 попарно стянуты между собой мощными болтами 2 с силой, превышающей давление на шейке валка в процессе прокатки. Этим устраняются зазоры в соединениях узлов, воспринимающих усилие прокатки. Предверительную установку валков в радиальном направлении проводят с помощью прокладок 3, а точную — поворотом эксцентриковой втулки 7, в которую помещен подшипник 8 верхней подушки. Поворот эксцентриковой втулки осуществляют посредством червячной передачи 5. Для осевой регулировки валков втулка 8, в которой установлен нижний подшипник, имеет два прилива 9, через которые проходят регулировочные болты 10. Затяжку соединительных болтов осуществляют гидравлическими гайками 6. Силу затяжки определяют, измеряя давление в гидросистеме.
Клеть имеет относительно короткую бочку (длина 350 мм) при диаметре валков 257—285 мм, что обеспечивает минимальный прогиб валков и высокую точность прокатки.
Схемы калибрования профилей и конструкции прокатных станов

Схема жесткой клети конструкции Вильсона представлена на рис. 66. Усилие прокатки воспринимается мощными тягами, соединяющими цапфы верхних и нижних подушек. Регулировка валков в радиальном направлении производится поворотом эксцентриковых втулок, установленных на цапфах верхних подушек. Опыт эксплуатации клетей показал возможность уменьшения поля допуска при прокатке в 3 раза.
Прокатные клети, предварительно нагруженные затяжкой, впервые в нашей стране были разработаны и изготовлены во ВНИИметмаше (рис. 67) для мелкосортных станов "250" и "350" Донецкого металлургического завода. Жесткие чистовые и предчистовые клети применяются для прокатки круглой и квадратной стали размером от 10 до 33 мм, рессорной полосовой стали шириной до 60 мм и шестигранной стали размером от 12 до 30 мм. Практикой установлено, что максимальное изменение толщины полосы по ее длине при прокатке на предварительно напряженных клетях составляет 0,11 мм, в то время как при прокатке в клетях старых конструкций — 0,23 мм. Из рис. 68 следует, что жесткость предварительно напряженных клетей примерно в 3,5 раза выше жесткости клетей старого типа.
Схемы калибрования профилей и конструкции прокатных станов

Дальнейшим развитием ПНК является клеть конструкции ВНИИ-метмаша ПНК-420 для стана 300-1 Магнитогорского металлургического комбината. Предварительное напряжение блока подушек создается размещенными в основании клети гидроцилиндрами, штоки которых пропущены через подушки и зафиксированы на крышках верхних подушек закладными чеками.
Впервые принцип торцевого гидропривода для устранения осевых люфтов при прокатке уголковых профилей был применен во ВНИИ-метмаше для чистовых клетей непрерывного мелкосортного стана 250 Криворожского металлургического завода. Экспериментальные исследования точности проката и жесткости существующих рабочих клетей этого стана показали, что вертикальная составляющая продольной разнотолщинности полок уголка, зависящая от перепада давления и жесткости клетей, составляет всего 0,05—0,07 мм и, таким образом, вполне удовлетворяет требованиям стандартов.
Схемы калибрования профилей и конструкции прокатных станов

На станах с повышенной осевой жесткостью таких конструкций возможно получать точные калиброванные тонкостенные профили из высокопрочных материалов. На основе проведенных опытов во ВНИИ-метмаше была разработана промышленная конструкция прокатного калибровочного двухвалкового стана 350 (рис. 69). Прокатный стан состоит из нагревательного устройства, трайб-аппарата задающего главной линии, трайб-аппарата приемного, приемного устройства, гидросистемы, сборочного стендавалковых опор.
Схемы калибрования профилей и конструкции прокатных станов

Нагретая заготовка, выходящая из печи, захватывается вращающимися роликами трайб-аппарата и по желобу транспортируется к вводной раскрывающейся проводке. Основными рабочими элементами трайб-аппарата являются ролики. Нижний приводной ролик посредством муфты через редуктор связан с электродвигателем; верхний холостой — смонтирован в подпружиненном качающемся рычаге. Усилие прижима и зазор между роликами регулируются в зависимости от толщины заготовки величиной поджатия пружин.
Усилие предварительного нагружения клети осуществляется гидроцилиндром, установленным на траверсе, которая опирается на подушки. Гидроцилиндр снабжен механизмом перемещения, с помощью которого он устанавливается против калибра. Рабочая клеть может быть использована как обычная OHK и как клеть с предварительно сжатыми валками — для прокатки тонкостенных профилей из трудно-деформируемых сталей и сплавов.
Зазор между верхним и нижним валками регулируется с помощью дистанционно управляемых винтов, расположенных между верхними и нижними подушками. Механизм вращения винтов имеет червячную и глобоидную передачи. Приводы парных винтов кинематически жестко связаны между собой, а правая и левая части механизма вращения сблокированы электрической связью.
Механизм осевого перемещения валка расположен в подушке с неприводной стороны. Он выполнен в виде винтовой пары с цилиндрическим редуктором. Подушки опираются на стойки станины сегментными шарнирами, центр вращения которых расположен на оси регулировочных винтов. При изменении межвалкового расстояния шарниры опорной плоскостью скользят в направляющих плоскостях станин. Техническая характеристика стана приведена ниже:
Схемы калибрования профилей и конструкции прокатных станов

В соответствии с номенклатурой тонкостенных профилей на стане предусмотрена прокатка следующего сортамента профилей: типа "уголок" (минимальная толщина полок 1,0 мм, диаметр описанной окружности до 90 мм и угол между полками 75—120°); типа "зет" (минимальная толщина полок 1,2 мм и диаметр описанной окружности до 90 мм); типа "полособумб" (минимальная толщина полки 1,2 мм и соотношение толщин полок до 1:8); шестигранных размером под ключ 10—24.
Профили типа "крест", "тавр", "двутавр" из высокопрочных сталей и титановых сплавов целесообразно калибровать на прокатном многовалковом стане конструкции ВНИИметмаша со сменными кассетами. На рис. 70 представлены схемы прокатки профилей различного сечения на многовалковом стане. Рабочая клеть этого стана представляет собой станину опорного типа, в которой расположены узлы рабочих и опорных валков. Узел верхних рабочих валков содержит кассету, состоящую из двух половин, и два рабочих валка, наклоненных под углом 45°. Эти валки могут перемещаться в осевом направлении. Нижний рабочий валок диаметром 290 мм опирается шейками на подшипники, установленные в подушках. Верхний опорный узел при прокатке профилей типа крест состоит из сборного валка, опирающегося на роликовые цилиндрические двухрядные подшипники, установленные в подушках. Между подвижным бандажом, посаженным на валок по скользящей посадке, и основной частью валка расположена пружина. Для восприятия осевых усилий в подушках установлены шариковые опорные подшипники и осевые нажимные винты. Нижний опорный валок диаметром 500 мм опирается шейками на двухрядные сферические подшипники, смонтированные в подушках.
Схемы калибрования профилей и конструкции прокатных станов

Регулировка и фиксация вертикального зазора между рабочими валками производятся осевыми нажимными винтами, перемещающими подвижный бандаж. Регулировка и фиксация горизонтального зазора производятся вертикальными нажимными винтами, расположенными в крышке станины клети, и гидроцилиндрами, расположенными в подушках нижних опорного и рабочего валков.
Техническая характеристика рабочей клети приведена ниже:
Схемы калибрования профилей и конструкции прокатных станов

В настоящее время в мировой практике имеется большое количество конструкций многовалковых прокатных станов, предназначенных в основном для прокатки прутков и мелких профилей с диаметром описанной окружности до 40 мм.