Условия захвата и установившегося процесса

В момент захвата металла валками на полосу действуют нормальные Р и касательные Гейлы (рис. 3.4). Причем Т = рЯ. Очевидно, для захвата полосы валками необходимо, чтобы проекция сил трения 7^. на ось х превышала проекцию нормальных сил Р_х. Т_х> /^или Тcosa > Psina. Далее, pPcosa > Psina, и окончательно р > tga.

Из последнего неравенства следует ряд практически важных выводов. Угол захвата определяется коэффициентом трения металла, поэтому все отмеченные ранее факторы, повышающие коэффициент трения, также повышают предельный угол захвата.

Следовательно, условия захвата улучшаются: при снижении скорости валков; при горячей прокатке;

при снижении температуры металла (при наличии окалины); при снижении углерода и легирующих элементов в стали; при снижении твердости металла;

при загрублении поверхности валков (состояние поверхности самого металла при горячей прокатке мало влияет на условия захвата, но при холодной прокатке влияет состояние обеих поверхностей).

Рис. 3.4. Схема действующих сил при захвате

Помимо коэффициента трения на захват полосы влияют и другие факторы, среди которых необходимо отметить два: скорость подачи полосы в валки и инерционные силы при захвате крупных заготовок. Оба фактора определяют протяженность площадки смятия, которая образуется в начальный момент захвата и без которой захват вообще невозможен, так как сила трения Тесть произведение контактных напряжений трения на плошадь смятия. Процесс формирования площадки смятия называется первичным захватом. Далее следует вторичный захват, который определяется величиной сил трения, втягивающих полосу в валки, и инерционными силами.

Скорость подачи полосы в валки по-разному влияет на условия первичного захвата, в зависимости от окружной скорости вращения валков и наличия люфтов между деталями привода. Экспериментально установлено, что на захват полосы влияет как сама скорость подачи полосы в валки, так и разность скорости подачи полосы с₀ и горизонтальной проекции окружной скорости валков с_вх. Кинетическая энергия движения полосы 0,5тс₀²(т — масса полосы) расходуется на образование площадки смятия. Чем больше скорость подачи полосы в валки и чем массивнее полоса, тем больше площадка смятия и надежнее захват. При подаче крупных слитков (например, на блюминге) с высокой скоростью за очень короткое время образуется мощная площадка смятия, за счет чего обеспечивается захват полосы при больших углах захвата.

В начальный момент вторичного захвата сил трения Тсуммируется с силами инерции, которые зависят от разности скоростей полосы и валков. На силы, обеспечивающие вторичный захват, существенное влияние оказывает также наличие или отсутствие люфтов в системе привода валков. Следует рассмотреть два случая:

• 1. Скорость подачи полосы с₀ меньше горизонтальной проекции окружной скорости валков С_вх0. При таком соотношении скоростей после формирования площадки смятия полоса ускоряется, поэтому сила инерции У = та (а — ускорение полосы) направлена против хода прокатки, что уменьшает силу Т и ухудшает условия захвата. Когда в системе привода люфты отсутствуют, скорость валков падает незначительно и ускорение полосы меньше, чем при их наличии. Захват лучше, чем при наличии люфтов. Из-за люфтов на участке первичного захвата скорость валков падает до 0, поэтому в начале вторичного захвата ускорение полосы велико, инерционная сила резко ухудшает условия захвата. Это самый неблагоприятный для захвата случай из всех здесь рассмотренных.
• 2. Скорость подачи полосы с₍₎ превышает скорость валков с_вх. Энергия движения полосы выше, чем в случае 1, что способствуют образованию более сильной площадки смятия, что улучшает захват. При вторичном захвате при отсутствии люфтов в приводе скорость полосы падает до скорости валков, поэтому сила инерции направлена по ходу прокатки и складывается с силой трения. Рассмотренные условия захвата являются наилучшими. Если есть люфты в системе привода, то при первичном захвате скорость валков и полосы резко падает. При вторичном захвате полоса разгоняется, поэтому сила инерции вычитается из силы Т, что не способствует захвату. Захват протекает труднее, чем без люфтов, но лучше, чем при обратном соотношении скоростей.

Таким образом, захват представляет собой сложный процесс и для прокатки в целом является наиболее ответственной операцией. Необходимо всеми средствами обеспечивать надежность и устойчивость захвата полосы валками. Многие авторы приходят к выводу о целесообразности создания вспомогательных механизмов для осуществления искусственного захвата на прокатных сганах.

При выборе режимов обжатий при прокатке необходимо считаться с предельно допустимыми углами захвата, при которых силы трения достаточны для обеспечения нормальных условий захвата. В табл. 3.1 приведены предельные углы захвата в градусах для различных условий прокатки.

Предельные углы захвата

Предельный угол захвата определяет предельно допустимое обжатие за проход. Согласно (3.1)

При установившемся процессе прокатки нормальные силы и контактные силы трения действуют по всей контактной площадке. Равнодействующая их приложена в некоторой средней точке N (рис. 3.5). Если угол, соответствующий этой точке, обозначить у, то по аналогии с предыдущими вычислениями получим условие, при котором сил трения будет достаточно, чтобы процесс прокатки протекал нормально: ц > 1§у.

Угол у примерно в два раза меньше угла а, следовательно, если условие ц > 1?а выполнялось при захвате металла, то в установившемся процессе условие ц > г§у подавно выполняется почти с двойным запасом по силам трения. Самым трудным является захват металла валками, а после заполнения очага деформации процесс прокатки может протекать нормально почти при двукратном обжатии.

Рис. 3.6. Схема продольной периодической прокатки

Рис. 3.5. Схема действующих сил при установившемся процессе прокатки

Это обстоятельство широко используют на практике. При реверсивной прокатке за несколько пропусков полоса в нечетном пропуске прокатывается в одном направлении, а в четном — в другом. В конце первого пропуска можно сблизить валки, увеличив обжатие почти в два раза по ходу прокатки. Тогда в следующем пропуске захват утоненного конца будет облегчен, а прокатка остальной части полосы пройдет при повышенном обжатии. Реверсивная прокатка с дополнительным обжатием концов полосы позволяет получить нужную толщину полосы за меньшее количество пропусков и повысить производительность стана.

Другой пример. При производстве периодических профилей, имеющих разную высоту по длине (рис. 3.6), захват полосы осуществляют на утолщенных участках, сильно обжимаемые участки прокатываются без пробуксовки при углах захвата, превышающих предельно допустимые по табл. 3.1.