Расположение калибров на валках

Катающим диаметром валков называется диаметр валка, по которому происходит соприкосновение калибра с металлом при прокатке. По контуру калибра в /-Х точках катающие диаметры переменны, поэтому переменны окружная скорость валка У = л/)_к(.д/60 и силы трения, воздействующие на полосу. Но полоса из валка выходит с одной определенной скоростью. Та точка калибра, в которой окружная скорость валка и фактическая скорость полосы совпадают, соответствует среднему катающему диаметру валков 1)_к. Во всех точках контура калибра, кроме точек, соответствующих среднему катающему диаметру, происходит скольжение металла относительно валков. Чтобы полоса не изгибалась при прокатке, средние катающие диаметры верхнего и нижнего валков должны быть одинаковыми.

Кстати, в литературе иногда пользуются только одним термином — “катающий диаметр”, подразумевая под ним средний катающий диаметр. Это связано с тем, что катающий диаметр в нашем определении (точнее, определении Б.П. Бахгинова) не столь часто применяется в расчетах, как средний катающий диаметр.

Нахождение среднего катающего диаметра валков представляет сложную задачу. В ящичных калибрах средний катающий диаметр принимают равным диаметру по дну калибра. В других калибрах средний катающий диаметр определяют эмпирическими формулами.

Средним диаметром валков /)₍₎ 2-валкового стана называется расстояние между осями валков (см. рис. 6.1). Соответственно, средний радиус валков /?_с = /)_ц/2. Горизонталь, проведенная на расстоянии /?_с от оси валка, называется средней линией валков.

Если катающий диаметр и средний радиус валков относятся к валкам и являются элементами валка, то нейтральная линия является элементом калибра. Нейтральной линией калибра называется горизонтальная линия, относительно которой моменты продольных сил, действующих на полосу при прокатке со стороны верхнего и нижнего валков, равны. Очевидно, в калибрах с горизонтальной осью симметрии, в том числе во всех простых калибрах, нейтральная линия проходит по этой оси.

Рис. 6.7. Нахождение нейтральной линии профиля по центру тяжести сечения полосы

При отсутствии горизонтальной оси симметрии предложено несколько методов нахождения нейтральной линии. Отметим только два наиболее распространенных. Первый основан на наблюдениях, показывающих, что нейтральная линия калибров проходит вблизи центра тяжести площади, ограниченной контуром калибра. На рис. 6.7 приведен калибр для прокатки швеллера, на котором нейтральная линия проведена через центр тяжести сечения. Для его нахождения профиль разбили на отдельные простые элементы, например ЬЬ'с'с, amhg и тЬй/ (для левой половины профиля) с площадями соответственно Р_{, Р₂ и и координатами центра тяжести у,, у₂ и у₃ относительно произвольно проведенной горизонтальной линии. Координата центра тяжести

Линия, проходящая через центр тяжести сечения профиля, строго говоря, не имеет никакого отношения к продольным касательным силам, действующим в очаге деформации. По определению нейтральную линию следует искать через эти силы. Разобьем профиль на отдельные полоски шириной Ь_р где /' — номер полоски (рис. 6.8, а). Проведем произвольную горизонтальную ось х. Расстояние от оси до искомой нейтральной линии — координату нейтральной линии — обозначим у_с. Координаты каждой из полосок по контуру верхнего и нижнего валков обозначим соответственно у_1в и у._И. Аналогично радиусы верхнего и нижнего валков по контуру полосок равны /?_/ци /?._н. На нейтральной линии радиусы верхнего и нижнего валка одинаковы и равны Л_с. Если на каждую из полосок действует продольное касательное напряжение т₍., то получаем равенство сумм моментов по верхнему и нижнему валкам:

Запишем его следующим образом:

Простые преобразования приводят к виду

Рис. 6.8. Нахождение нейтральной линии (н.л.) калибра по методам Кучко (а, б) и Старченко (в)

Последнее выражение в скобках равно 0, так как каждое из слагаемых есть сила, действующая на валок, и по условию равновесия их сумма равна 0. Получаем выражение для вычисления координаты нейтральной линии

Произведение т/Д — это сила трения, действующая на /-ю полоску. Если эти силы усреднить и средние значения по верхнему и нижнему валку приравнять, что не всегда правомерно, то они сократятся, и получится очень удобная формула для расчета координаты нейтрального сечения

где Р_в — площадь фигуры, образованной контуром верхнего валка и осью х; Р_н — площадь фигуры между контуром нижнего валка и осью х.

На рис. 6.8, б площади Р_в и Р_н заштрихованы в разные стороны. Следует еще раз обратить внимание на то, как выглядят площади Р_в и Р_н, поскольку при их определении студенты часто ошибаются.

Итак, для нахождения нейтральной линии (по методу И.И. Кучко) необходимо провести произвольную осьх, две вертикальные линии, ограничивающие ширину калибра, и каким-то методом (например, планиметром или по клеточкам на миллиметровке) вычислить площади Р_в и Р_н, подставив их значения в вышеприведенную формулу.

Разновидностью метода И.И. Кучко следует считать метод Д.И. Старченко. Горизонтальную ось х проведем не произвольно, а через верхнюю точку профиля полосы в калибре. Заштрихованную вправо площадь /’Дрис. 6.8, Р_н можно вычислить по формуле Р_н = Р_а + Р_к, поскольку площадь калибра Р_к известна. Тогда формула Кучко (6.1) превращается в формулу Старченко

Если нейтральную линию калибра совместить со средней линией валков, то полоса должна выходить из валков прямолинейной, так как на этой линии моменты сил трения на обоих валках одинаковы. Однако на практике именно в этих условиях полоса часто искривляется то в одну, то в другую сторону из- за различных отклонений процесса от штатной технологии: неравномерности температуры металла по сечению, различия условий трения на верхнем и нижнем валке, неодинаковости износа валков и т. д. Чтобы полоса изгибалась всегда вниз, на сортовых станах нейтральную линию калибра размешают ниже средней линии валков на 1—3 мм. Полоса выпрямляется за счет проводковой арматуры (см. рис. 5.10).