Факультет Фізико-металургійній
Спеціальність: Обробка металів тиском
Зростання вимог споживачів прокату до його якості й посилення конкурентної боротьби жадають від виробників пошуку нових технологій і втілення їх у виробництво. Однієї з найбільш перспективних технологій у даній області являється асиметрична прокатка.
Асиметричним процесом прокатки називається такий процес, при якому відсутня повна симетрія щодо горизонтальної площини, тобто різні діаметри робочих валків, різний стан їхньої поверхні, або один з валків являється неприводним, можливі також варіанти, при яких валки мають різну швидкість та інші.
Цей метод прокатки дозволяє керувати формою розкату , знизити силу прокатки, одержати більше високі механічні властивості.Що у свою чергу приведе до зниження собівартості прокатної продукції.
Головним достоїнством даного виду вдосконалення прокатного виробництва являється можливість його впровадження на сучасних агрегатах без їх повної рекострукції.
У даній роботі будуть розглянуті різні варіанти асиметричної прокоти, дослідженно їхній вплив на поперечну деформацію товстих штаб, а також запропонований спосіб прокатки ресорної смуги з використанням швидкісної асиметрії.
Ціль даної роботи складається в пошуку й дослідженні альтернативних варіантів прокатки товстих смуг, що дозволяють підвищити їхню якість і знизити собівартіть. Для досягнення поставленого завдання в магістерській роботі поставленні й вирішені наступні задачі:
Объєкт дослідження - процес поширення металу у осеродку деформації при асиметричній прокатці.
Методи дослідження містять у собі фізичне моделювання на лабораторному стані й математичній обробці результатів експерименту.
Полягає у можливості застосування розробленого способу прокатки ресорної смуги на сучасних безперервних й лінійних сортових прокатних станах.
Основна частина листів і смуг, у тому числі й товщиною більше 4мм, використовується споживачами із прямокутними кромками. Однак прямі кромки не завжди вигідні. При одержанні таких ресор як: трапецієвидна-ступінчата, Т-образна , трапецієподібна потрібні різні ширини зверху й знизу.
Симетричний процес прокатки (так званий «простий випадок» прокатки) - це процес, при якому, діаметри верхнього і нижнього валків рівні, як і нейтральний кут, а так само рівні їх окружні швидкості. У осередку деформації при цьому виділяють дві зони: зону відставання і зону випередження. Але на практиці, можна з упевненістю сказати, що цей «простий випадок» прокатки взагалі не існує, тобто складно дотримати всі умови для симетричного процесу. Таким чином, процес симетричної прокатки є окремим випадком несиметричного процесу.
Можливі причини виникнення асиметрії подовжньої прокатки можна розбити на шість основних груп:
Процес асиметричної прокатки володіє наступними перевагами:
При асиметричному процесі напрям сил у осередку деформації і їх величини змінюються, а це приводить до зміни умов деформації на провідному і відомому валках, і обтиснень із сторони провідного валку вище, ніж з боку відомого. Різнонаправленність сил тертя можна прирівняти до дії переднього і заднього натягнень, виникаючих безпосередньо у осередку деформації.
Аналіз чинників, що впливають на поширення, і способів асиметричного прокатки показав, що самими відповідними способами для дослідження впливу розузгодження швидкостей валків на поширення із сторони провідного і відомого валків є валкова і швидкісна асиметрії.
При валковій асиметрії не повністю перерозподіл обжимань між валками та діаметр валків роблять вплив на поширення. Проте при такому способі поширення не можна оперативно зміряти ступінь розузгодження валків і різниця діаметрів обмежений допустимим переточуванням валків. Тому для дослідження поширення листів із сторони провідного і відомого валків була прийнята швидкісна асиметрія, що дозволяє регулювати розузгодження швидкостей валків в широкому діапазоні в процесі прокатки.
Дослідження механізму позширення металу при асиметричній прокатці проводили на свинцевих зразках. Властивості реологій свинцю підібрані властивостям реологій сталі при температурі гарячого прокату.
Дослідження проводилися на лабораторному стані 100 (довжина валків 170 мм).
Дослідження проводили з метою дослідження впливу розугоджування швидкостей валків на поширення металу з боку провідного і відомого валків.
Асиметрію при прокатці створювали за рахунок різниці швидкості обертання валків: нижній валок - ведучий, верхній - відомий. Толщину и ширину образца измеряли в трех точках по длине: голове, середине и хвосте образца. Товщину зразків виміряли за допомогою мікрометра , товщину - штангенциркуля . Прокатку проводили на зразках з поперечним перетином 29х29 мм (В/Н=1,0) і 16х32 мм (В/Н=0,5) за декілька проходів до отримання товщини штаби 6 - 10 мм. Але на лабораторному стані 100 привід валків здійснюється через шестеренну кліть. Тому приводний валок був від стана 100, а відомий від стана 250. Результати прокатки зразків наведені в таблиці
| Номер пропуска | Товщина, Н, мм | Ширина з боку ведучого валка, B1, мм | Ширина з боку відомого валка, B2, мм |
|---|---|---|---|
| 0 | 21.8 | 42.4 | 42.5 |
| 5 | 19.2 | 46.7 | 44.6 |
| 10 | 10.1 | 51.4 | 44.7 |
Фотографія темплету поперечного профілю штаби після асиметричної прокатки наведена на рисунку:
|
|---|
| Рисунок - Фотографія темплету поперечного профілю зразка 28х42 мм |
|---|
В результаті дослідження було встановлено, що поширення із сторони провідного валку вище, ніж з боку відомого.
Такий перерозподіл розширення обумовлений великим обжиманням по висоті шарів із сторони провідного валку і забороною витяжки від менш деформуємих шарів, прилеглих до відомого валку. У результаті більш обжимаємі у висотному напрямі шари вимушені додатково деформуватися в поперечному напрямі.
Крім того, швидкість металу у валку з більшою швидкістю (ведучого) вище, ніж у валку з меншою швидкістю (відомого). Отже, в металі на контакті з швидкохідним валком виникають напруга стиснення, а в контактній області металу з тихохідним валком - напруги розтягування, що приводить до перерозподілу приконтактного поширення.
На провідному валку окружна швидкість збільшується, отже поширення з його сторони повинне б також збільшуватися. Проте величина поширення залежить від товщини штаби. Тому в області високих штаб зменшується зона випередження і сили тертя в ній, знижуються впливи підпираючих напруг, що полегшує перебіг металу в подовжньому напрямі. При цьому зменшується частка зміщеного об'єму, що приходить на поширення. Із зменшенням товщини розкату , коли починають деформуватися середні шари металу, зона випередження зменшується, поширення починає інтенсивно рости, випереджаючи величину поширення при симетричному процесі прокатки. І чим тонше ставати штаба, тим частка зміщеного об'єму доводиться на поширення, не зростає.
Таким чином, при асиметричному процесі прокатки перерозподіл обжимань і швидкостей приводить до перерозподілу поширення.
На підставі проведених досліджень був розроблений спосіб прокатки ресорної смуги, що має форму поперечного переріза у вигляді трапеції. Який включає нагрівання заготівки, її наступну прокатку в прямокутних калібрах обтискної групи клітей, наступну прокатку в циліндричних валках на гладкій бочці й у валках з калібрами зі скосом кромок у чорновій групі клітей і чистовому фасонному калібрі, що відрізняється тим що прокатку в циліндричних валках на гладкій бочці здійснюють із неузгодженістю швидкостей обертання , величина якого залежить від різниці ширини готової смуги з боку валків, що мають більшу й меншу швидкості обертання відповідно, складає не менш 1,020.
Застосування даної корисної моделі дозволяє за рахунок швидкісної асиметричної прокатки формувати підкат з формою поперечного переріза, що аналогічна формі калібру, підвищити інтенсивність сдвигової деформації , що приведе до здрібнювання зерна в металі, і, як наслідок, до збільшення рівня механічних властивостей.
У такий спосіб у результаті проведених досліджень: