Правка сортового проката

Среди отделочных операций второй группы мы рассмотрим только правку проката. Правка является одной из самых ответственных операций, определяющих качество сортового металла. Нормальная работа современных автоматизированных линий в машиностроении возможна лишь на полосах с минимальной кривизной. Упомянутые выше операции абразивной и резцовой обработки также возможны только на строго прямолинейном прокате. Существующими ГОСТами оговаривается допустимая кривизна на длине 1 м. На прокат обыкновенного качества допуск составляет 5—6 мм/м. Прокат повышенной точности по кривизне имеет допуск 2 мм/м. На наиболее ответственный прокат, например железнодорожные рельсы, требования по местной и концевой кривизне ужесточены до 0,5 мм/м. Такие же допуски предусмотрены ТУ на специальные виды проката, поставляемого для автоматических линий.

Искривление полосы в прокатном цехе может происходить в результате:

механического воздействия на полосу в горячем состоянии;

температурных напряжений, возникающих в процессе остывания;

неблагоприятных условий транспортировки или складирования готового проката.

Искривление возможно не только по длине, но и в поперечном сечении проката. Например, элементы швеллера (полки и стенка) могут располагаться не под прямым углом, стенка швеллера может быть непрямолинейной и т. п.

Главной причиной искривления фасонных профилей являются температурные напряжения, возникающие в результате неравномерного остывания элементов поперечного сечения профиля. Чем сложнее профиль, тем больше неравномерность его остывания.

Например, при охлаждении на холодильнике железнодорожных рельсов головка остывает значительно медленнее, чем шейка и подошва. Возникающие при этом температурные напряжения вызывают искривление полосы. В начальный момент остывания рельс изгибается на подошву (длина профиля у подошвы меньше, чем у головки — рис. 13.29, положение /). Когда подошва достигнет температур 600—680 °С, в результате фазовых превращений происходит разогрев подошвы, и рельс изгибается в сторону головки (положение 2). Когда фазовые превращения начнутся в головке, полоса вновь будет изгибаться на подошву (положение 3). Так будет продолжаться до полного остывания подошвы. Далее будет остывать только головка рельса, поэтому на заключительной стадии процесса полоса снова изогнется в сторону головки (положение 4).

Рис. 13.29. Стадии искривления железнодорожного рельса на холодильнике

При правке профиля в холодном состоянии в нем возникают остаточные напряжения, которые отрицательно влияют на качество и долговечность. В связи с этим необходимо предусмотреть меры, компенсирующие изгиб полосы при остывании. На американских заводах предпочитают перед охлаждением на горячем прокате создать необходимый прогиб полосы (рельса), с тем чтобы после остывания форма его приближалась к прямолинейной. Такой путь требует дополнительной операции, поэтому дорог. На некоторых российских и зарубежных заводах в процессе охлаждения применяют регулируемое охлаждение, в результате которого профиль после охлаждения получает минимальное искривление. В УкрНИИмете разработали способ охлаждения рельсов на теплоизолированном холодильнике в положении “стоя на подошве”, который позволил снизить до минимума температурные напряжения.

Аналогичные исследования были проведены при охлаждении двутавровой балки. Показано, что при ее охлаждении в положении лежа остаточные напряжения значительно выше, чем в положении стоя (рис. 13.30). На теплоизолированном холодильнике можно добиться минимального искривления профиля.

На простых профилях температурные напряжения в меньшей мере ответственны за искривление профиля, хотя при неравномерном остывании углов и середины квадратных и полосовых профилей возникают значительные остаточные напряжения. Основной причиной изгиба является транспортировка полосы на холодильнике. На цепном холодильнике полоса перемещается с помощью пальцев, укрепленных на бесконечной цепной ленте. Понятно,

Рис. 13.30. Эпюры продольных остаточных напряжений в двутавровой балке: а — остывание в положении лежа; б— остывание в положении стоя

что остальные участки полосы могут отставать от тех, которые контактируют с пальцами, и полоса к концу остывания принимает некоторую синусоидальную форму. На мелких профилях применяют реечные или пластинчатые холодильники, предотвращающие искривление полосы при транспортировке по холодильнику.

Чтобы выправить в холодном состоянии искривленную по длине полосу, необходимо создать в ней напряжения, немного превышающие предел текучести материала, и малые пластические деформации. Наиболее распространенным является знакопеременный пластический изгиб на роликоправильных машинах (РПМ — рис. 13.31). Ролики такой машины располагаются в шахматном порядке.

Амплитуда изгиба полосы постепенно уменьшается, поэтому из последних роликов выходит выправленная полоса. Минимальное число роликов для правки равно пяти, но на практике применяют РПМ с большим числом роликов.

Существует несколько разновидностей РПМ. Одноплоскостные машины имеют один ряд роликов и выправляют полосу только в одной (вертикальной) плоскости. Такие машины наиболее распространены. Для правки проката од-

Рис. 13.31. Схема правки металла на роликоправильных машинах

новременно в двух плоскостях, что особенно важно для сложных профилей типа рельсов и балок, применяют двухплоскостные правильные машины. Они представляют собой по существу две машины, установленные в ряд. Одна из них имеет горизонтально, а вторая — вертикально расположенные ролики. Правка проката в нескольких плоскостях достигается также при использовании принципа стесненного кручения (рис. 13.32). Полоса проходит через несколько пар обычных правильных роликов и несколько пар роликов, имеющих дополнительные регулировки. Вторая труппа роликов может поворачиваться на угол а относительно вертикальной оси, создавая необходимый момент для

Рис. 13.32. Правка металла стесненным кручением:

1—7— номера клетей

правки профиля по поперечному сечению. Эти же ролики можно смешать относительно линии правки вправо-влево и вверх-вниз, что позволяет осуществлять качественную правку сложных профилей типа балок и швеллеров.

Рис. 13.33. Правка металла в геликоидальных роликах

Для более качественной правки разработаны машины с переменным (уменьшающимся к концу правки) или изменяющимся шагом роликов. Такие машины позволяют править широкий сортамент профилей, включая сложные.

Для круглого проката широкое распространение получили правильные машины с геликоидальными роликами (рис. 13.33). Образующая роликов расточена по гиперболе гак, что при перекосе роликов на угол а заходящая в них полоса по всей длине роликов находится в контакте с ними. Перекос роликов обеспечивает разложение окружной скорости роликов со на осевую и радиальную составляющие. Радиальная составляющая обеспечивает вращение заготовки в роликах, а осевая — продвижение проката в направлении правки. Наиболее распространены машины с двумя роликами (см. рис. 13.33), однако существуют машины с большим количеством роликов.

Для правки сложных профилей, особенно когда не требуется высокая производительность правки, но качество правки должно быть повышенным, применяют правильно-растяжные машины (рис. 13.34). Они позволяют с помощью неподвижной 5 и подвижной 1 головок растягивать, доводя до предела текучести, и раскручивать в сечении прокат любой сложности из любой марки материала. Возможна правка профиля с его подогревом (в теплом состоянии) непосредственно на самой машине (путем пропускания электрического тока). Правильно-растяжные машины практически применяются тогда, когда правка на РПМ не обеспечивает требуемого качества правки из-за сложности профиля или высоких требований к его точности.

Рис. 13.34. Правильно-растяжная машина:

/— вращающаяся головка; 2— электродвигатель для установки головки; 3— неподвижный винт с гайкой; 4— станина; 5— рабочая головка; 6— насосная установка;

7— гидроцилиндр для осевого перемещения рабочей головки

Другие операции отделки и адъюстажной обработки проката (операции второй и третьей группы) мы рассматривать не будем, хотя важность и ответственность этих операций в формировании качества готового проката очень велика. Однако на первый план здесь выходят конструктивные и организационные моменты, а технологические вопросы, как правило, тривиальны.

Необходимо отметить, что в мировой практике четко наметилась тенденция перенесения многих отделочных операций проката на заводы-склады. Такие предприятия покупают практически весь неотделанный прокат у металлургических предприятий и полностью освобождают их от контактов с потребителем. Потребитель покупает металл на заводе-складе, где имеется оборудование для снятия поверхностной окалины, правки, обдирки и шлифовки поверхности, волочения, обработки фасок, сортировки, дефектоскопии металла и других отделочных и контрольных операций. Такая организация металлосбыта выгодна как металлургическим и машиностроительным предприятиям, так и потребителям.