Оценка деформации при прокатке в сложных калибрах
Системы калибров для прокатки сложных профилей, имеющих одну ось или не имеющих осей симметрии, нестандартны. Для большинства из них схему прокатки приходится конструировать калибровщику, опираясь на свой опыт и литературные данные. При построении системы калибров очень важно уметь оценивать деформацию металла в каждом калибре.
Формул для расчета уширения, вытяжки, утяжки в сложных калибрах нет. Очевидно, не реально в каждом из них проводить экспериментальные исследования, хотя для тех калибров, для которых получены экспериментальные данные, процесс конструирования калибровки значительно облегчается.
По существу, единственным способом оценки деформации в сложных калибрах остается графический анализ условий деформации металла. При прокатке простых профилей также отмечалась полезность графического анализа, но для фасонных профилей значимость его возрастает. Поэтому подробнее рассмотрим технику его выполнения и задачи, которые можно решить графическим методом.
Рассмотрим прокатку квадратной полосы в ступенчатом калибре (рис. 6.39). Кстати, калибр может быть как открытым (см. 6.39, а), так и закрытым (см. рис. 6.39, б). При графическом анализе накладываем форму заготовки на форму калибра, затем вертикальными линиями разбиваем профиль на отдельные элементы, каждый из которых представляет какую-то простую схему прокатки, чаще всего прокатку на гладкой бочке, и строим график обжатий элементов по ширине профиля. В общем случае можно разделить профили до и после прокатки на п полос равноудаленными вертикальными сечениями, как эго делалось для простых профилей. В нашем случае можно ограничиться выделением только трех элементов, хотя ничто не изменится, если количество их будет больше. Видно (см. рис. 6.39, а), что деформация по ширине профиля неравномерна: правая часть получает большее обжатие, чем левая. Вытяжка будет также неравномерной, что приведет к серповидное™ полосы, полоса будет изгибаться в сторону меньшего обжатия. Правая часть полосы за счет связи с левой не может иметь свободную вытяжку, поэтому определенная доля металла будет вынуждена течь в ширину, образуя повышенное уширение всей полосы в целом. В свою очередь, правая часть будет принудительно растягивать левую часть, что приведет к утяжке этого участка. Высота его будет уменьшаться за счет утяжки до момента касания с валками. Кроме того, давление металла на валки резко перераспределится. К правой части требуется подвести энергию, необходимую для ее вытяжки и дополнительного растяжения левой части. Давление металла на правый участок калибра будет больше, чем на гладкой бочке при том же обжатии. Наоборот, деформация левой части частично осуществляется за счет энергии правой, поэтому давление на валки здесь будет меньше, чем при свободной прокатке на гладкой бочке. Таким образом, графический анализ дает возможность сделать качественные оценки характера деформации металла в калибрах.
На основании этого анализа уже можно сформулировать одно из требований к построению систем сложных калибров: необходимо так располагать заготовку в калибрах и так строить форму калибра, чтобы деформация приближалась к равномерной.
Изгиб полосы отсутствует, если график симметричен относительно средней вертикали по ширине. Если рассматриваемый калибр и заготовку расположить
Рис. 6.40. Схема прокатки ступенчатой полосы в косо расположенном калибре (я) и графический анализ деформации (о)
Рис. 6.39. Схема прокатки квадратной полосы в открытом (я) и закрытом (б) фасонном калибре и графический анализ условий ее деформации (
наклонно, то деформация по ширине выравнивается (рис. 6.40). При правильном угле наклона график обжатий почти симметричен. Изгиб полосы уменьшается и, возможно, совсем исчезает.
Видимо, при прокатке сложных профилей из простой заготовки не избежать неравномерности деформации. Поэтому систему калибров строят гак, чтобы неравномерность деформации приходилась на первые по ходу прокатки калибры. Пока раскат имеет большую площадь поперечного сечения, температура металла высока, изгиб полосы не так опасен, как в последних чистовых калибрах. В чистовых пропусках прокатка с равномерным обжатием практически обязательна.
Графический анализ позволяет также оценить устойчивость полосы при захвате в калибрах. Для этого необходимо проанализировать положение валков в момент захвата полосы (см. рис. 6.39, в и 6.40. б). Параллельно себе переносим контуры верхнего и нижнего ручьев до первого касания заготовки. Видно, что в первом случае (см. рис. 6.39, в) левая часть заготовки по верхнему валку при захвате “зависает”. Эта часть заготовки будет испытывать утяжку и изменять свою форму неопределенным образом. Такие объемы металла нежелательны. Но со стороны нижнего валка условия прокатки вполне стабилизированы, благодаря чему недостатки деформирования левой части заготовки в целом значительно сглаживаются. Отсюда еще одно правило, которым руководствуются при построении системы сложных калибров: если по одному валку захват ненадежен и неустойчив, то по другому валку необходимо обеспечить почти одновременный захват по всей ширине полосы.
При анализе захвата (см. рис. 6.40, б) можно отметить, что под действием силы Р заготовка в начальный момент будет поворачиваться до тех пор, пока нижняя боковая стенка не коснется заготовки. В данном случае угол поворота будет небольшим, но в целом нельзя допускать поворота заготовки при захвате. Это может привести к тому, что из валков полоса выйдет закрученной в виде штопора. Отсюда еще одно правило: силы, появляющиеся в момент захвата, должны быть уравновешены, т. е. момент этих сил должен быть равен 0. В этом случае не произойдет скручивания полосы.
Рис. 6.41. Графический анализ в черновых фасонных калибрах
Рассмотрим еще один пример (рис. 6.41), где представлен анализ деформации в одном из промежуточных калибров при прокатке фасонного профиля на лабораторном стане. При анализе накладываем контуры входящей и выходящей из исследуемого калибра полос, вертикальными сечениями разделяем их на п полосок. Из-за уширения значения ширины полосок на входящей и выходящей полосах не совпадают. Но мы для удобства крайние полоски отбросили, что позволило посчитать все остальные полоски равными по ширине до и после прокатки.
Далее проверяем:
распределение обжатий по ширине калибра по верхнему и нижнему валкам (АЛ,,, и Д/г2(. соответственно); при несимметричном распределении полоса будет изгибаться (в нашем случае вправо);
положение валков при захвате (показано штриховой линией); касание полосы валками должно быть надежным хотя бы с одним валком, силы и моменты должны уравновешиваться (ЕД = 0; ЕА/ = 0); в рассматриваемом калибре захват нельзя считать надежным, так как касание осуществляется только в трех точках А, В и С. Силы Рх, Р2 и Р3 дают равнодействующую не равную 0, следовательно, профиль при прокатке будет смещаться влево. Правая часть калибра будет не заполнена металлом, а левая — переполнена, и образуется заусенец; моменты этих сил в сумме также не равны 0, поэтому полоса будет скручиваться при захвате против часовой стрелки;
возможность утяжки; в рассматриваемой калибровке часть полосы между точками В и С имеет обжатие, близкое к 0; здесь будет утяжка, и возможно, полоса при прокатке не будет контактировать с валком; эго свидетельствует о некоторой неопытности калибровщика, выполнившего данную калибровку (калибровку выполнял студент);
возможность вынужденного уширения и утяжки; повышенное обжатие по кромкам полосы свидетельствует о том, что полоса будет иметь вынужденное уширение; если слева простор для уширения достаточен, то справа он не предусмотрен, это может привести к выходу металла в зазор и к образованию заусенца. Опытная прокатка по данной калибровке полностью подтвердила выводы графического анализа.
Как видно, графический анализ дает весьма существенную качественную информацию.
