Факультет физико-металлургический
Специальность: Обработка металлов давлением
Рост требований потребителей проката к его качеству и усиление конкурентной борьбы требуют от производителей поиска новых технологий и воплощения их в производство. Одной из наиболее перспективных технологий в данной области являеться асимметричная прокатка.
Асимметричным процессом прокатки называется такой процесс, при котором отсутствует полная симметрия относительно горизонтальной плоскости, т.е. различны диаметры рабочих валков, различно состояние их поверхности, либо один из валков являеться неприводным, возможны также варианты, при которых валки имеют различную скорость и прочие.
Этот метод прокатки позволяет руководить формой раската , снизить силу прокатки, получить более высокие механические свойства.Что в свою очередь приведёт к снижению сибистоимости прокатной продукции.
Вfжнейшим достоинством данного вида усовершенствования прокатного производства явлеться возможность его внедрения на современных агрегатах без их полной рекострукции.
В данной работе будут рассмотрены различные варианты асимметричной прокати, иследованно их влияние на поперечную деформацию толстых полос, а также предложен способ прокатки ресорной полосы с использованием скоростной асимметрии.
Цель данной работы состоит в поиске и исследовании альтернативных вариантов прокатки толстых полос, позволяющих повысить их качество и снизить сибистоимость. Для достижения поставленной задачи в магистерской работе поставленны и решены следующие задачи:
Объект исследования - процесс уширения металла в очаге деформации при асимметричной прокатке.
Методы исследования включают в себя физическое моделирование на лабораторном стане и математическую обработку результатов эксперимента.
Заключаеться в возможности приминения разработанного способа прокатки ресорной полосы на современных непрерывных и линейных сортовых прокатных станах.
Основная часть листов и полос, в том числе и толщиной более 4мм, используется потребителями с прямоугольными кромками. Однако прямые кромки не всегда выгодны. При получении таких рессор как: трапециевидно-ступенчатая, Т-образная , трапециевидная нужны разные ширины сверху и снизу.
Симметричный процесс прокатки это так называемый «простой случай» прокатки - это процесс, при котором, диаметры верхнего и нижнего валков равны, как и нейтральный угол, а так же равны их окружные скорости. В очаге деформации при этом выделяют две зоны зону отставания и зону опережения. Но на практике, можно с уверенностью сказать, что этот «простой случай» прокатки вообще не существует, т.е. сложно соблюсти все условия для симметричного процесса. Таким образом, процесс симметричной прокатки является частным случаем несимметричного процесса.
Возможные причины возникновения асимметрии продольной прокатки можно разбить на шесть основных групп:
Процесс асимметричной прокатки обладает следующими преимуществами:
При асимметрическом процессе направление сил в очаге деформации и их величины изменяются, а это приводит к изменению условий деформирования на ведущем и ведомом валках, и обжатие со стороны ведущего валка выше, чем со стороны ведомого. Разнонаправленность сил трения можно прировнять к действию переднего и заднего натяжений возникающих непосредственно в очаге деформации.
Проведя анализ всех видов асимметрии, можно сказать, что влияние уширения со стороны ведущего и ведомого валков можно получить валковой асимметрией или скоростной асимметрией.
При валковой асимметрии величина уширения зависит от диаметра валков, т.е. чем больше разница между диаметрами, тем больше рассогласование и зависимость уширения. На практике реализация такого процесса трудоемкая, т.к. меньшего диаметра валок с подачей на него больших сил будет подвержен частым заменам, что приведет к ненужным затратам в материальном плане. Поэтому была выбрана скоростная асимметрия, т.к. валки будут одинакового диаметра и на них будет действовать одна и та же сила, и замена двигателей будет более рентабельной, чем замена валков.
Исследование механизма уширения металла при асимметричной прокатке проводили на свинцовых образцах. Реологические свойства свинца подобраны реологическим свойствам стали при температуре горячего проката.
Исследования проводились на лабораторном стане 100 (длина валков 170 мм).
Цель исследования: изучить влияние абсолютного обжатия и ширины полосы на величину уширения со стороны ведущего и ведомого валков при асимметричной прокатке.
Асимметрию при прокатке создавали за счет разности скорости вращения валков: нижний валок - ведущий, верхний - ведомый. Толщину и ширину образца измеряли в трех точках по длине: голове, середине и хвосте образца. Толщину образца измеряли с помощью микрометра, а ширину - штангенциркулем. Прокатку проводили на образцах с поперечным сечением 29х29 мм (В/Н=1,0) и 16х32 мм (В/Н=0,5) за несколько проходов до получения толщины полосы 6-10 мм. Но на лабораторном стане 100 привод валков осуществляется через шестеренную клеть, поэтому приводной валок был от стана 100, а ведомый от стана 250. Результаты прокатки образцов приведены в таблице
| Номер пропуска | Толщина, Н, мм | Ширина со стороны ведущего валка, B1, мм | Ширина со стороны ведомого валка, B2, мм |
|---|---|---|---|
| 0 | 21.8 | 42.4 | 42.5 |
| 5 | 19.2 | 46.7 | 44.6 |
| 10 | 10.1 | 51.4 | 44.7 |
Фотография темплета поперечного профиля полоси после асимметричной прокатки приведена на рисунке:
|
|---|
| Рисунок – Фотография темплета поперечного профиля образца 28х42 мм |
|---|
В результате проведенного эксперимента было установлено что уширение со стороны ведущего валка больше чем со стороны ведомого.
Такое перераспределение уширения обусловленно большим обжатием по высоте слоев со стороны ведущего валку и торможением вытяжки от менее деформируемых слоев, прилежащих к ведомому валку. В результате более обжимаемые в высотном направлении слои вынуждены дополнительно деформироваться в поперечном направлении.
Кроме того, скорость металла у валка с большей скоростью (ведущего) выше, чем у валка с меньшей скоростью (ведомого). Следовательно, в металле на контакте с быстроходным валком возникают напряжение сжатия, а в контактной области металла с тихоходным валком - напряжения растяжения, которое приводит к перераспределению приконтактного уширения.
На ведущем валке окружная скорость увеличивается, следовательно уширение с его стороны должно также увеличиваться. Тем не менее величина уширения зависит от толщины полосы. Поэтому в области высоких полос уменьшается зона опережения и силы трения в ней, снижаются влияния подпирающих напряжений, которое облегчает течение металла в продольном направлении. При этом уменьшается доля смещенного объема, который приходится на уширение. С уменьшением толщины раската, когда начинают деформироваться средние слои металла, зона опережения уменьшается уширение начинает интенсивно возростать, опережая величину уширения при симметричном процессе прокатки. И чем тоньше становиться полоса, тем доля смещенного объема, приходящегося на уширение, уменьшаеться.
Таким образом, при асимметричном процессе прокатки перераспределение обжатий и скоростей приводит к перераспределению уширения.
На основании проведенных исследований был разработан способ прокатки рессорной полосы, которая имеет форму поперечного сечения в виде трапеции. Который включает нагрев заготовки, её последующую прокатку в прямоугольных калибрах обжимной группы клетей, последующую прокатку в цилиндрических валках на гладкой бочке и в валках с калибрами со скосом кромок в черновой группе клетей и чистовом фасонном калибре, отличающийся тем что прокатку в цилиндрических валках на гладкой бочке совершают с рассогласованием скоростей вращения , величина которого зависит от разности ширины готовой полосы со стороны валков, имеющих большую и меньшую скорости вращения соответственно, состовляет не менее 1,020.
Применение данной полезной модели позволяет за счет скоростной асимметричной прокатки формировать подкат с формой поперечного сечения, которая аналогична форме калибра, повысить интенсивность сдвиговой деформации , что приведет к измельчению зерна в металле, и, как следствие, к увеличению уровня механических свойств.
Таким образом в результате проведенных исследований: