» » Силовые условия процесса калибрирования прокаткой
15.01.2015

Методика аналитического определения давления металла на валки при калибровании профилей прокаткой практически аналогична методике, используемой при плоской прокатке, за исключением некоторых особенностей. Поэтому достаточно рассмотреть лишь основные элементы расчета.
Полное давление металла на валки
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где рср — среднее рабочее напряжение; Fk — площадь контакта поверхности профиля с инструментом. Вез учета упругой деформации валков
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где b0, bк — ширина обрабатываемого профиля на входе в валки и выходе из них; Rк — катающий радиус; ΔS — среднее значение абсолютных обжатий по толщине различных полок.
Среднее контактное нормальное напряжение, зависящее от механических свойств металла в условиях пластической деформации и характера напряженного состояния, определяются из зависимости
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где nт, nн, nz — коэффициенты, определяющие механические свойства обрабатываемого металла и учитывающие влияние на сопротивление деформации металла температуры, наклепа и скорости деформации соответственно; ny, nв, nσ', nσ'', nσ''' — коэффициенты, определяющие характер напряженного состояния и учитывающие влияние среднего главного напряжения, внешнего трения, внешних зон и натяжения соответственно; — предел текучести металла.
Влияние на σs температуры, степени и скорости деформации при горячей прокатке оценивается на основе данных, приведенных в работе.
При холодной прокатке температура разогрева металла не превышает 120°С, а скорость равна 1,5 м/с, поэтому принимаем nт=1; nz=1. Коэффициент nн, учитывающий влияние наклона при холодной прокатке, рассчитывается по формуле:
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где σSH и σSK - пределы текучести металла, до и после деформации соответственно; значение σт определяется по данным работы.
Влияние среднего главного нормального напряжения ny на среднее контактное нормальное напряжение оценивается по формулам М.Л. Зарощинского и B.C. Смирнова.
В общем виде влияние ширины полосы можно представить в виде произведения nynв; произведение nynв определяется по графику.
Коэффициент, учитывающий влияние внешнего трения nσ' рассчитывается по зависимости А.И. Целикова для I/Sср=2/4.
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где Sн — высота полосы в нейтральном сечении; δ — параметр очаге деформации:
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где I — длина дуги захвата; nф — коэффициент формы калибра:
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где П — периметр калибра.
Входящую в уравнение (4.5) величину Sн можно определить, используя зависимость
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

Коэффициент, учитывающий влияние внешних зон nσ'', рассчитывается по формуле
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

Горячая и холодная прокатка профилей осуществляется без натяжения, поэтому принимаем nσ'''= 1. В формулу для определения Pcp через коэффициент nσ' входит длина дуги захвата. Для холодной и горячей прокатки высоколегированных сталей необходимо учитывать увеличение длины дуги захвата за счет упругого сжатия валков и прокатываемой полосы, в свою очередь зависящего от Pcp. Поэтому фактическую длину дуги захвата Ij определяем методом последовательного приближения до получения результатов с заданной точностью
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где x0 — приращение длины дуги контакта за счет упругого сжатия валков и прокатываемой полосы:
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где v1 и v2 коэффициенты Пуассона материала валков и прокатываемой полосы; E1 и E2 — модули упругости материала валков и прокатываемой полосы.
Площадь соприкосновения металла с валками определим по зависимости
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

Момент, необходимый для вращения обоих валков, определим из зависимости
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где ψ — коэффициент плеча равнодействующей, определяется в процессе построения переходного сечения.
Результаты расчета моментов прокатки на стане ДУО-З5О приведены в табл. 33.
Величина максимального давления металла на валки составляет 1250 кН, что принято для расчетов элементов стана на прочность и определения мощности привода.
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

Важной характеристикой калибровочного стана является жесткость рабочей клети в радиальном и осевом направлениях. В радиальном направлении клеть сжата посредством устройства для регулирования межвалкового расстояния усилием гидроцилиндра. Усилие замыкается на нижнюю поперечину станины. В этой конструкции усилие в станинах зависит от усилий гидравлических цилиндров и не изменяется от усилий, действующих на валки при прокатке. Следовательно, на жесткость клети не влияет жесткость станины, а влияет лишь изгиб валков и изменения упругой деформации сжатых элементов вследствие их частичной разгрузки под действием усилия на валки при прокатке.
Расчеты показывают, что деформация клети складывается из следующих частей: подшипники 69 %; валки 27,1 %; опорные валки 3,2 %; подушки 0,7 %, общая жесткость клети 1300 кН/мм.
При работе с предварительно сжатыми валками (усилие сжатия больше усилия прокатки и полностью воспринимается на линии раздела валков) учитывается только деформация валков при их разгрузке в момент прокатки. Жесткость клети в этом случае составила 6900 кН/мм.
При расчете осевой жесткости учитывалась деформация в осевом направлении в месте контакта подушек со станиной (59 %), подушек (1,5 %), регулируемых винтов (20 %), упорных подшипников (7,5 %), валков (4,5 %) и двух пар винт-гайка (7,5 %). Расчетная осевая жесткость составила 1120 кН/мм.
Достигнутая радиальная жесткость клети, равная 6900 кН/мм в 2-4 превосходит жесткость чистовых клетей обычных станов "350", работающих на заводах черной металлургии.
При калибровании профилей таврового и крестообразного сечения используются прокатные станы с многовалковыми кассетами. Усилие калибрования профилей в станах с многовалковыми кассетами зависит от привода прокатных валков. В случае прокатки в трехвалковых калибрах со всеми приводными валками среднее давление может быть определено из выражения
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где F0, Fк, Fн — площадь поперечного сечения полки профиля соответственно в начальном, конечном и нейтральном сечениях; Cоп — опережение приводных валков; δ=2fI/ΔS.
При прокатке в четырехвалковом калибре со всеми приводными валками среднее давление на металл без учета натяжения и упрочнения материала, а также неравномерности деформации при прокатке может быть определено по следующей формуле:
Силовые условия процесса калибрирования прокаткой

где Fпк — площадь контакта валка с металлом; μн — вытяжка в нейтральном сечении.
Для приближенного учета упрочнения достаточно в формулу вместо σ подставить σsср.