Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности
Целью работы является разработка методики калибровки валков, обеспечивающей достижение высокой точности размеров горячекатаного проката при прокатке в чистовых калибрах. Изложен универсальный метод расчета и построения круглых двух– и трехвалковых калибров с выпусками различной формы с учетом допуск...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63067 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности / В.И. Биба, В.А. Олейник // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 20. — С. 174-187. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63067 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Биба, В.И. Олейник, В.А. 2014-05-29T14:41:10Z 2014-05-29T14:41:10Z 2009 Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности / В.И. Биба, В.А. Олейник // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 20. — С. 174-187. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63067 621.771.26.074.8.083.133 Целью работы является разработка методики калибровки валков, обеспечивающей достижение высокой точности размеров горячекатаного проката при прокатке в чистовых калибрах. Изложен универсальный метод расчета и построения круглых двух– и трехвалковых калибров с выпусками различной формы с учетом допускаемых отклонений по диаметру проката любого класса точности. Применение калибров, рассчитанных по данной методике, обеспечивает получение круглых профилей с заданной точностью, способствует предотвращению образовании лампасов и «уса», обеспечивает устойчивую работу клетей. Метою роботи є розробка методики калібрування валків, що забезпечує досягнення високої точності розмірів гарячекатаного прокату при прокатуванні в чистових калібрах. Викладено універсальний метод розрахунку і побудови круглих двох– і трьохвалкових калібрів з випусками різної форми з урахуванням допустимих відхилень в діаметрі прокату будь-якого класу точності. Застосування калібрів, розрахованих по даній методиці, забезпечує отримання круглих профілів із заданою точністю, сприяє запобіганню утворенню лампасів і «вуса», забезпечує стабільну роботу клітей. The work purpose is working-out of rolls calibration technique, high accuracy of the sizes providing achievement hot-rolled metal during rolling in the fair calibres. The universal method of calculation and construction of round two-and three rolled calibres with releases of the various form taking into account permissible deviations on diameter of rolled metal of any class of accuracy is stated. Application of the calibres calculated by the given technique provides reception of round profiles with the set accuracy, promotes prevention stripe formation and "moustache", and provides steady work of stands. Статья рекомендована к печати: заместитель ответственного редактора раздела «Прокатное производство» канд.техн.наук И.Ю.Приходько, рецензент канд.техн.наук Л.Г.Тубольцев. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Прокатное производство Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности Розробка універсального калібрування валів для прокатування круглих профілів високої точності Working-out of universal calibration of rolls for high accuracy round profiles rolling Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности |
| spellingShingle |
Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности Биба, В.И. Олейник, В.А. Прокатное производство |
| title_short |
Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности |
| title_full |
Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности |
| title_fullStr |
Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности |
| title_full_unstemmed |
Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности |
| title_sort |
разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности |
| author |
Биба, В.И. Олейник, В.А. |
| author_facet |
Биба, В.И. Олейник, В.А. |
| topic |
Прокатное производство |
| topic_facet |
Прокатное производство |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| publisher |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Розробка універсального калібрування валів для прокатування круглих профілів високої точності Working-out of universal calibration of rolls for high accuracy round profiles rolling |
| description |
Целью работы является разработка методики калибровки валков, обеспечивающей достижение высокой точности размеров горячекатаного проката при прокатке в чистовых калибрах. Изложен универсальный метод расчета и построения круглых двух– и трехвалковых калибров с выпусками различной формы с учетом допускаемых отклонений по диаметру проката любого класса точности. Применение калибров, рассчитанных по данной методике, обеспечивает получение круглых профилей с заданной точностью, способствует предотвращению образовании лампасов и «уса», обеспечивает устойчивую работу клетей.
Метою роботи є розробка методики калібрування валків, що забезпечує досягнення високої точності розмірів гарячекатаного прокату при прокатуванні в чистових калібрах. Викладено універсальний метод розрахунку і побудови круглих двох– і трьохвалкових калібрів з випусками різної форми з урахуванням допустимих відхилень в діаметрі прокату будь-якого класу точності. Застосування калібрів, розрахованих по даній методиці, забезпечує отримання круглих профілів із заданою точністю, сприяє запобіганню утворенню лампасів і «вуса», забезпечує стабільну роботу клітей.
The work purpose is working-out of rolls calibration technique, high accuracy of the sizes providing achievement hot-rolled metal during rolling in the fair calibres. The universal method of calculation and construction of round two-and three rolled calibres with releases of the various form taking into account permissible deviations on diameter of rolled metal of any class of accuracy is stated. Application of the calibres calculated by the given technique provides reception of round profiles with the set accuracy, promotes prevention stripe formation and "moustache", and provides steady work of stands.
|
| issn |
XXXX-0070 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63067 |
| citation_txt |
Разработка универсальной калибровки валков для прокатки круглых профилей высокой точности / В.И. Биба, В.А. Олейник // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 20. — С. 174-187. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT bibavi razrabotkauniversalʹnoikalibrovkivalkovdlâprokatkikruglyhprofileivysokoitočnosti AT oleinikva razrabotkauniversalʹnoikalibrovkivalkovdlâprokatkikruglyhprofileivysokoitočnosti AT bibavi rozrobkauníversalʹnogokalíbruvannâvalívdlâprokatuvannâkruglihprofílívvisokoítočností AT oleinikva rozrobkauníversalʹnogokalíbruvannâvalívdlâprokatuvannâkruglihprofílívvisokoítočností AT bibavi workingoutofuniversalcalibrationofrollsforhighaccuracyroundprofilesrolling AT oleinikva workingoutofuniversalcalibrationofrollsforhighaccuracyroundprofilesrolling |
| first_indexed |
2025-11-26T20:03:47Z |
| last_indexed |
2025-11-26T20:03:47Z |
| _version_ |
1850772470434365440 |
| fulltext |
174
УДК 621.771.26.074.8.083.133
В.И.Биба, В.А.Олейник
РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОЙ КАЛИБРОВКИ ВАЛКОВ ДЛЯ
ПРОКАТКИ КРУГЛЫХ ПРОФИЛЕЙ ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ
Целью работы является разработка методики калибровки валков, обеспечи-
вающей достижение высокой точности размеров горячекатаного проката при про-
катке в чистовых калибрах. Изложен универсальный метод расчета и построения
круглых двух– и трехвалковых калибров с выпусками различной формы с учетом
допускаемых отклонений по диаметру проката любого класса точности. Примене-
ние калибров, рассчитанных по данной методике, обеспечивает получение круг-
лых профилей с заданной точностью, способствует предотвращению образовании
лампасов и «уса», обеспечивает устойчивую работу клетей.
прокатка, калибровка валков, чистовой калибр, методика, круглый про-
филь, заданная точность
Современное состояние вопроса. Точность размеров сечения горячека-
таного проката является одним из главных показателей качества и, наряду с
прочностными и структурными характеристиками металла, определяет каче-
ство и конкурентоспособность горячекатаного проката. Для проката, исполь-
зуемого по прямому назначению, к числу которого можно отнести арматур-
ный прокат, уголки, швеллеры, балки, рельсы и ряд других профилей, повы-
шение точности прокатки позволяет производить прокат в минусовом поле
допуска и экономить металл за счет снижения веса погонного метра профиля.
В настоящее время в связи с удорожанием энергоносителей особенно акту-
альным стало повышение точности проката, предназначенного для дальней-
шего передела. Использование точного проката для переработки волочением,
калибровкой, высадкой, резанием в сочетании с промежуточными дробными
размерами, как это предусмотрено во многих зарубежных стандартах DIN
59 115, ISO 1035/1, EN 10060 и др. с допускаемыми отклонениями до +/– 0,15
мм, позволяет подобрать горячекатаный прокат с размерами близкими к раз-
мерам калиброванного или обточенного проката и, благодаря этому, снизить
затраты на передел за счет уменьшения обжатий при калибровке и волочении
или за счет уменьшения съема металла при обработке резанием. В ряде случа-
ев, где не требуется очень высокая точность размеров, например, при произ-
водстве цепей, тяг, клемм, крупных пружин и ряд других изделий, горячека-
таный прокат высокой точности может использоваться вместо калиброванно-
го, исключая дорогостоящий передел.
Возможность использовать высокоточный горячекатаный прокат взамен
калиброванного в ряде случаев является единственным выходом из создавше-
гося положения и этому есть конкретные примеры. Так, в конце 90–х годов,
когда калибровочный цех Константиновского металлургического завода, яв-
лявшийся основным поставщиком калиброванного проката для изготовления
метизов различного назначения, был выведен из эксплуатации, возникшая
проблема поставок калиброванного проката была решена за счет производст-
175
ва высокоточного горячекатаного проката. С конкретными запросами о воз-
можности замены калиброванного круглого проката точным горячекатаным
прокатом обратились: Луганский завод коленчатых валов – для изготовления
пальцев траков диаметром 22 мм из стали 50Г с отклонениями по диаметру не
+0/–0,3 мм, Артемовский машиностроительный завод и «Ковельсельмаш» –
для изготовления высокопрочных цепей из легированных сталей с отклоне-
ниями на уровне +/– 0,2 мм. Подобные запросы поступают и от других пред-
приятий на прокат для изготовления пружинных клемм для крепления рель-
сов к шпалам, для крупных пружин и других изделий. Однако, как показал
анализ, достижение указанной точности размеров горячекатаного проката
возможно только при прокатке в точно рассчитанных чистовых калибрах,
выполненных с учетом заданной точности прокатки и с выпусками оптималь-
ной формы.
Особенностью горячей прокатки круглых профилей является заметное
отличие размеров и формы калибра от размеров и формы готового профиля
как вследствие температурного расширения, так и в связи с тем, что круглые
калибры должны иметь горизонтальный диаметр (замеренный по ширине ка-
либра) несколько больший, чем вертикальный диаметр (замеренный по дну
калибра). Это вызвано тем, что если калибр будет иметь форму правильного
круга, то даже небольшое переполнение калибра металлом, связанное с изме-
няющимися технологическими условиями, может привести к образованию
лампаса или «уса», что является браковочным признаком. Поэтому, с целью
предотвращения подобных явлений, круглые калибры необходимо выполнять
с развалом (или выпуском), представляющим собой дополнительную площадь
сечения калибра на участке, прилегающем к разъему валков, способную вме-
стить тот или иной объем смещенного в поперечном направлении металла и
снизить возможность образования лампаса или «уса». Для выполнения такой
роли выпуск должен быть достаточно объемным (иметь простор на ушире-
ние) и, в то же время, при полном заполнении калибра металлом не выводить
профиль за пределы заданного плюсового допуска соответствующего класса
точности. Такое двойственное назначение выпуска требует точного определе-
ния формы и размеров выпуска.
В опубликованных руководствах по калибровке валков для прокатки
круглых профилей используется ряд приемов по построению калибров с вы-
пусками той или иной формы. Наиболее распространенными, особенно для
мелких круглых профилей и катанки, являются выпуски, образованные каса-
тельными линиями, проведенными из точек, ограничивающих ширину круг-
лого калибра к основной окружности калибра. В калибрах для прокатки более
крупных профилей используют выпуски, очерченные радиусом большим ра-
диуса калибра из смещенного центра и некоторые другие приемы по построе-
нию круглых калибров с увеличенным горизонтальным диаметром. Так в ра-
ботах [1, 2] предлагается выполнять чистовые калибры в виде правильного
круга диаметром, равным диаметру проката в горячем состоянии с добавле-
нием части допуска. При сближении верхнего и нижнего валков высота ка-
либра уменьшается, а ширина калибра остается неизменной, что делает гори-
зонтальный размер калибра больше вертикального и, таким образом, образует
176
своеобразный выпуск. В работах [3,4] приведены методы расчета круглых
калибров с прямыми выпускам с аналитическим определением их элементов.
В данных работах за основу расчета приняты выражения, описывающие взаи-
мосвязь элементов круглого калибра с прямым выпуском.
В работе [3] соотношение элементов круглого калибра с прямым выпус-
ком представлено неоправданно сложным и не совсем точным выражением
d г = bк = dк + 2 [Rк cos α + (Rк sin α +S/2) tg α ] − d cos β, (1)
где bк, Rк − диаметр и радиус калибра; α − угол наклона касательной S −
зазор между валками β − угол «зазора», не точно определенный в данной ра-
боте как β = arcsin S/d.
В работе [4] для расчета круглых калибров с прямым выпуском, исполь-
зовано общеизвестное выражение (2), точно отображающее соотношение
элементов круглого калибра с прямым выпуском
bк = d к / cos α − S tg α, (2)
Однако, оба выражения не имеют решения, поскольку в них кроме неиз-
вестной ширины калибра bк, неизвестным является и угол наклона касатель-
ной α, величина которого зависит от диаметра проката, зазора между валками,
допускаемого плюсового отклонения и ширины калибра.
В данных работах не было получено решения по аналитическому опреде-
лению угла α. Как выход из положения, авторами работы [3] для определения
ширины калибров с прямым выпуском, было предложено использовать «под-
ходящие» углы наклона касательной, единые для больших размерных групп
проката. Так, для группы проката диаметром 10 ÷ 30 мм, был принят угол α
равный 26°35'; диаметром 30 ÷ 45 мм − 21°50′; диаметром 50 ÷ 55 мм − 14°÷
16°40'; диаметром 56 ÷ 105 мм − 11°20'..Такие же единые углы наклона каса-
тельных были приняты в работе [4], в которой выражение (2) было преобразо-
вано для расчета ширины калибров отдельных размерных групп проката под-
становкой значений косинуса и тангенса соответствующего угла α . Так, для
группы проката диаметром 10 ÷ 30 мм, для которой в работе [3] был принят
единый угол α, равный 26°35', было получено следующее выражение
bк = 1,12 dпр − 0,5 S, (3)
где 1,12 − обратная величина cos 26°35' ; 0,5 − величина tg 26°35'.
Подобные выражения были получены и для других групп проката путем
подстановки в них значений косинусов и тангенсов углов α, предложенных в
работе [3].
Принятие единого угла α для больших размерных групп проката совер-
шенно не приемлемо, поскольку в действительности угол наклона касатель-
ной изменяется в широких пределах. в зависимости от диаметра проката, за-
зора между валками и величины плюсового допуска и должен определяться
отдельно для каждого конкретного диаметра проката и других базовых дан-
ных. В подтверждение этому на рис.1, поз.1 представлено действительное
изменение угла α для размерной группы проката диаметром от 5,5 до 30 мм
обычного класса точности. Для сравнения, на этом же рисунке ( поз. 3 ) при-
веден рекомендованный авторами угол α равный 26°35', единый для размер-
ной группы диаметром 10 ÷ 30 мм, который, как следует из графика, не при-
годен ни для одного размера профиля в диапазоне диаметров 10 ÷ 30 мм
177
.Подобное несоответствие принятых к расчету углов наклона касательной α
выявлено и для других размерных групп.
Рис.1.Изменение углов
выпусков (пояснение пози-
ций 2,4,5 в тексте).
Полученные значения
ширины калибров при рас-
чете по приведенным вы-
ражениям и назначенным
углам наклона касательной
намного превышают зна-
чения диаметра проката с
плюсовым допуском,
вплоть до 2 мм, что выну-
ждает вести прокатку с не заполнением калибра, т.е. в неустойчивом режиме,
и, как следствие, с не стабильными размерами сечения по длине проката.
Что касается калибров с более совершенными формами выпусков, в част-
ности, очерченными радиусом большим радиуса калибра, то такие калибры
применяются в заводской практике при прокатке средних и крупных профи-
лей, однако, точных и всесторонне обоснованных аналитических решений для
построения таких калибров не получено. В приведенных в литературе мето-
диках [5,6], определяют радиус выпуска калибра, исходя из графического по-
строения калибра без точного определения ширины калибра с учетом допус-
каемого плюсового отклонения, без чего невозможно произвести расчет ка-
либра для прокатки профиля с заданной точностью. Наиболее точный метод
расчета калибров с выпуском, образованным радиусом большим радиуса ка-
либра, предложен калибровщиком комбината « Криворожсталь» Слюсаренко
Н.Г., однако, и в этой методике не учитывается заданная точность прокатки.
Недостатком существующих методик является попытка получить необхо-
димые параметры для построения круглых калибров с выпусками различной
формы, решив одно обобщенное уравнение. Однако, такое решение невоз-
можно, поскольку элементы, образующие форму и размеры калибров с вы-
пусками, определяются, с одной стороны, нормативно–технологическими
параметрами (таким элементом является ширина калибра ) и, с другой сторо-
ны, геометрическим соотношением элементов, образующих выпуск (диамет-
ром проката и зазором между валками), включая и ширину калибра, которая
определяется отдельно с учетом заданной точности прокатки. В этой связи
возникла необходимость разработки методов расчета чистовых калибров с
точным и достоверным определением всех параметров калибра , способных
обеспечить стабильное получение высокоточных профилей в условиях неиз-
бежных деформационных, скоростных и температурных изменений в процес-
се прокатки.
Универсальный метод расчета двухвалковых круглых калибров с
выпусками различной формы. В данной статье предлагается к рассмотре-
178
нию универсальная методика расчета калибров для прокатки круглых профи-
лей с учетом всех особенностей прокатки металла в круглых калибрах и за-
данной точностью размеров проката по диаметру и овальности. Конкретно в
данной статье рассмотрены методы расчета и построения круглых двух– и
трехвалковых калибров со следующими формами выпусков: прямым (рис.2);
скругленным, выполненным радиусом, большим радиуса калибра (Rвып > R к),
из центра 0', смещенного по линии F0 вглубь калибра (рис.3) и скругленным,
выполненным радиусом, равным радиусу калибра (Rвып = Rк, ), из центра 0',
смещенного относительно центра калибра 0 (рис.4).
Принципиальной особенностью данной методики является разделение
расчета калибров на два этапа. На первом этапе, исходя из нормативно–
технологических параметров прокатки (зазора между валками, стандартного
или назначенного плюсового отклонения и диаметра прокатываемого профи-
ля), определяют ширину калибра, а также диаметр калибра и глубину вреза,
которые одинаковы для калибров одного размера с любой формой выпуска.
На втором этапе расчета определяют параметры, необходимые для построе-
ния выпусков, которые рассчитывают по специальным методикам примени-
тельно к той или иной форме выпуска.
В разработанной методике за основу расчета принято определение разме-
ра в калибре с выпуском любой формы, который раньше других размеров
калибра может вывести прокатываемый профиль за пределы плюсового до-
пуска при полном заполнении калибра металлом. Как следует из приведенных
схем ( рис. 2, 3, 4), таким наибольшим размером в круглом двухвалковом ка-
либре с выпуском любой формы является расстояние между накрест лежащи-
ми кромками калибра (на рис. 2, 3, 4 – это расстояние между точками А и С и
В и D ), которое, чтобы не вывести профиль за пределы плюсового допуска,
не должно превышать следующего значения
d max = 1,013 ( d пр + δ+), (4)
где dmax – максимальный размер в сечении калибра ( размер по диагона-
лям АС и BD);
d пр − номинальный диаметр проката в холодном состоянии;
δ+ − плюсовой допуск ;
1,013 − коэффициент линейного расширения металла, обычно применяе-
мый на практике
Полученное по выражению (4) значение dmax, позволяет достоверно и точ-
но определить требуемую ширину калибра (Bк) с учетом плюсового допуска
(δ+) по стандарту или назначенного технологического плюсового отклонения
и зазора между валками (S)
Bк =
22)013,1)(( Sd пр −⋅+ +δ ( 5
)
Общими параметрами при расчетах чистовых калибров с любой формой
выпуска, наряду с параметрами. dmax, и Bк, являются диаметр и радиус калибра
(dk, и Rк ) и глубина вреза ручья (hвр )
dk = 1, 013 d пр ·; Rк = dk ⁄ 2, (6)
179
При прокатке проката с симметричным отклонением размеров по диамет-
ру, например +/– 0,4 мм, диаметр и радиус калибра определяют по номиналь-
ному размеру профиля (d пр),
При прокатке профилей с асимметричным отклонением к расчету диа-
метра калибра принимают средний по допускам размер, который определяют
по следующему выражению:
dk = {d пр + ([δ+] − [δ− ]) 0,5} 1,013; Rк = dk ⁄ 2, (7)
где [δ+] − [δ− ] − абсолютные значения плюсового и минусового допусков.
Максимальный диаметр в сечении калибра (dmax ), для прокатки профилей
с асимметричным отклонением размеров определяют, как и для прокатки
профилей с симметричным отклонением, по выражению (4).
Глубину вреза определяют по выражению hвр = (dk − S) / 2 ( 8 )
Примечание. В связи с тем, что участок выпуска калибра включает не-
сколько особых параметров, в данной работе с целью лучшей ориентации при
описании методики расчетов введены следующие понятия:
− угол раскрытия калибра α − это угол части полуокружности калибра, с
которого (в сторону разъема валков) начинается увеличение радиуса (диамет-
ра) калибра по сравнению с радиусом (диаметром) основной части калибра
(на рисунках 2,3,4 − угол, образованный лучом 0F и горизонтальной осью
калибра ). Для калибров с прямым выпуском этот угол является и углом на-
клона касательной α ;
− угол выпуска φ − это угол сектора, на дуге которого размещается соб-
ственно выпуск калибра ( на рисунках 2, 3, 4 − угол, образованный лучом 0F и
лучом 0A ) ;
− угол зазора γ ( точнее, половины зазора) − это вспомогательный угол,
образованный лучом 0А и горизонтальной осью калибра.
Двухвалковые калибры с прямым выпуском. При расчете двухвалко-
вых круглых калибров на первом этапе расчета определяют базовые парамет-
ры, общие для двухвалковых калибров с любой формой выпуска по выраже-
ниям (4–8), На втором этапе расчетов определяют параметры, образующие
форму и размеры прямого выпуска.
В калибрах с прямым выпуском раскрытие калибра на одну сторону про-
изводится прямой линией касательной к окружности калибра, проведенной из
точки ограничивающей ширину калибра ( на рис.2 – это точки А, В, С, D ).
Рис.2. Двухвалковый калибр с пря-
мым выпуском
Согласно схеме, приведенной на
рис.2, угол α при вершине F является
углом наклона касательной к верти-
кальной оси калибра и равен углу рас-
крытия калибра < F0M, исходя из по-
добия треугольников AFE и F0M, по
признаку взаимной перпендикулярно-
180
сти сторон: АЕ ┴ FM, FE ┴ 0M, AF ┴ 0F.
Угол < F0M, соответствующий углу наклона касательной α, включает
угол выпуска φ и угол зазора γ и может быть представлен как
α = φ + γ ( 9 )
Согласно схеме ( рис.2 ) угол выпуска φ и угол зазора γ определяется как
φ = arccos Rк / R max, (10)
γ = arcsin S / 2 Rmax (11)
Принимая во внимание, что R k = dк / 2 = d пр·1,013 / 2 ;
R max= dmax / 2 = [( d пр + δ+ ) ·1,013] / 2, (12)
выражение для определения угла α приобретает следующий вид
α = arсcos {d пр / (d пр + δ+)} + arcsin {S / [( d пр + δ + ) · 1,013]} ( 13 )
Угол для изготовления шаблона ( рис. 2 ), составит
Ψ = 90° + α ( 14 )
Угол установки заточного устройства для заправки резцов и алмазных
кругов под выпуск будет равен
λ = 90° − α (15 )
Проверку правильности определения угла наклона касательной можно
произвести, решив уравнение (2) как тождество, подставляя в выражение bк =
d к / cos α − S tg α,
соответствующие значения, полученные при прямом расчете данного ка-
либра : bк – по (5) ; d к – по ( 6 или 7 ); α – по ( 13 ) , а также заданное значе-
ние S.
Равенство левой и правой частей уравнения будет означать правильность
определения угла наклона касательной α.,
Двухвалковые калибры с выпуском, образованным радиусом боль-
шим радиуса калибра (R вып > Rк )
Для получения проката более близкого к форме правильного круга и с бо-
лее ёмким выпуском, способным вместить больший объем смещенного ме-
талла при увеличении уширения, предпочтительно строить чистовые калибры
со округленными выпусками, в частности, выполненными радиусом большим
радиуса калибра из центра 0'
( рис.3 ).
Рис. 3. Двухвалковый калибр с
выпуском, образованным радиусом
большим радиуса калибра, R вып > Rк
В отличие от калибров с пря-
мым выпуском, в калибрах с округ-
ленными выпусками угол раскрытия
калибра α устанавливается предва-
рительно, исходя из практической
целесообразности и для определен-
ной размерной группы проката при-
нимается одинаковым. Наиболее
181
употребительным можно считать угол α, равный 30º, который обеспечивает
прокатку в круглой части ручья калибра на участке в 120º ( по усмотрению
калибровщика угол α может быть назначен другим, например, 25º или 20º.
Для калибров с выпуском, выполняемым радиусом Rвып большим радиуса
калибра Rк параметром, определяющим форму и размер выпуска, является
величина радиуса выпуска, которая согласно схеме, приведенной на рис.3,
может быть определена как
Rвып = Lак / sin φ/2 ( 16 )
где Lak − половина хорды, стягивающей дугу выпуска AF, ;
R вып − радиус выпуска ( отрезок 0' F, рис.3 );
φ/2 − половина угла дуги выпуска AF, значение которого ( согласно
схеме, приведенной на рис. 3 ) может быть представлено как
φ/2= α − ω ( 17 )
здесь ω − вспомогательный угол ( < КО' М ).
При заданных значениях угла α, величины зазора между валками S и, оп-
ределенных на первом этапе расчета, значений Rк, Rmax, Bк величина Lак может
быть определена по следующему выражению
Lак = 2
)()( 22
yyxx EFEA
y
−+−
, (18)
где Aх, Eх, Fy и Ey − конструкционные точки, координаты которых соглас-
но рис.3 соответствуют следующим значениям:
Ax = Bк / 2; Eх = Rк · cos α; Fy = Rк · sin α ; Ey = S / 2
Подставляя в (18) координаты точек Aх, Eх, Fy и Ey, получим выражение
для определения величины Lак
Lак = 22)2/sin(2)cos2/( SкRкRкB −+− αα (19)
Принимая во внимание равенство углов <KO'M(ω) = <AFE = <AКP, полу-
чим вспомогательный угол ω,
ω = arctg{(Aх– Eх)/(Fy − Ey)} = arctg {(B /2 − Rк·cos α)/(Rк sinα − S/2)} (20)
Величину радиуса выпуска получим, подставляя в выражение R вып = Lак ⁄
sin (α − ω) значения Lак из (19) и ω из (20), а также заданный угол α. При при-
нятии угла α = 30º, для которого sin 30 º = 1⁄2, а cos 30º = 3 /2, расчетные
формулы ( 19 ) и ( 20 ) упрощаются, принимая следующий вид
L ак = 4)()3( 22 SRRB ккк −+− (19 ')
ω = arctg {(Bк − Rк 3 ) / ( Rк − S)} (20 ')
Проверку правильности определения Rвып можно выполнить, решив вы-
ражение (21)
Bk = 2[ )cos)()2/sin)(( 22 αα квыпквыпвып RRSRRR −−+−− ], (21)
как тождество, подставляя в него значения составляющих, полученных при
прямом их определении: Bk − по (5), Rк . − по (6) и заданные значения S и α.
(Выражение 21 абсолютно точно отображает связь элементов калибра R вып >
182
Rк , рис. 3). Равенство левой и правой частей уравнения будет означать пра-
вильность произведенного расчета по определению Rвып.
Применение калибров, рассчитанных по данной методике, позволило
производить прокат высокой точности и обеспечить поставку проката для
изготовления пальцев траков диаметром 22 мм, высокопрочных цепей диа-
метром от 14 до 30 мм, клемм диаметром 16, пружин диаметром 24 – 30 мм,
крупных болтов и гаек непосредственно из горячекатаного проката, взамен
ранее применявшегося калиброванного проката.
Двухвалковые калибры с выпуском, образованным радиусом рав-
ным радиусу калибра (Rвып = Rk ).
Другим вариантом построения чистового калибра с округленным выпус-
ком может быть калибр с выпуском, выполненным радиусом равным радиусу
калибра (Rвып = Rk ), из центра 0', смещенного относительно центра калибра 0
на величину Δ0'
(х) и Δ0'
(y) (рис.4). При таком построении калибра рабочие кон-
туры резцов и абразивных кругов, предназначенных для нарезки калибров,
выполняются в виде правильного полукруга, а выпуск калибра производится
отводом резца (абразивного или алмазного круга) от дна готового калибра на
величину Δ0'
(y) и последующим смещением резца ( круга ) вправо и влево на
величину Δ0'
(x) от вертикальной оси калибра.
Для данной формы калибра, как и для калибров с выпуском (Rвып>Rк),
угол раскрытия калибра α назначают предварительно равным 30° или другим,
близким к значению 30°, например, 25° или 20°. Графически смещение центра
дуги контура выпуска может быть получено засечками из фиксированных
точек контура калибра : на рис.4 из точки А, ограничивающей ширину калиб-
ра, и из точки F, с которой начинается раскрытие калибра.
Рис. 4. Двухвалковый калибр
с выпуском, образованным ра-
диусом равным радиусу калибра,
Rвып = Rk
При аналитическом опре-
делении параметров калибра
данного типа, как и для калиб-
ров других типов, первоначаль-
но производится определение
диаметра калибра (dк), наи-
большего размера в сечении
калибра (d max) и ширины калибра (Bk) по выше приведенным общим выраже-
ниям ( 6 или 7, 4 и 5, соответственно). Дальнейшие расчеты по определению
смещения центра дуги выпуска 0' относительно центра калибра 0 производят
по следующей методике. Согласно схеме, приведенной на рис.4, указанное
смещение центра 0' может быть определено как:
183
∆0'
(х) = Bк / 2 − Rк · сos ( ω−φ / 2 ), (22 )
∆0'
(y) = RK [ sin α − sin ( ω + φ / 2 )], (23 )
здесь ω − вспомогательный угол, равный φ/2 − половина угла выпуска,
ω = arctg {( Bк / 2 − Rк · cos α ) / (Rк· sin α − S / 2 )}; (24)
φ/2 = arcsin )2)2/sin()cos2/(( 22
кккк RSRRB −+− αα (25)
Конечные расчеты по определению смещения центра 0'
производят по вы-
ражениям (22) и (23) после подстановки в них заданного угла α и значений
углов ω и φ/2, полученных по выражениям (24) и (25). Для калибров с углом
раскрытия α = 30°, для которого sin 30° = ½, а cos 30° = 23 ) выражения
(24) и (25) упрощаются, принимая следующий вид:
ω = arctg {(bk – Rк 3 ) / (Rк − S )} (24 ')
φ/2 = arcsin ( )4)()3( 22
кккк RSRRB −+− ( 25 ')
Расчет трехвалковых круглых калибров с выпусками различной
формы. Разработанная методика расчета и построения круглых двухвалковых
калибров с выпусками различной формы пригодна также для расчета и по-
строения трехвалковых круглых калибров с прямым выпуском и выпусками,
образованными радиусами Rвып > Rк и Rвып = Rк .
Комбинированная схема трех валкового круглого калибра с прямым вы-
пуском и скругленным выпуском ( Rвып > Rк ) приведена на рис.5.
Рис. 5. Комбинированная схема
трехвалкового калибра с прямым вы-
пуском и выпуском Rвып > R k
При расчете трехвалковых
круглых калибров на первом этапе
расчета определяют следующие
базовые параметры, общие для
трехвалковых калибров с любой
формой выпусков:
– диаметр и радиус калибра
dк = dпр · 1,013 ; Rк = Rпр · 1,013 ( 26 )
здесь Rпр − номинальный радиус проката в холодном состоянии;
– наибольший размер ( R max ) в сечении трехвалкового круглого калибра,
который для трехвалкового калибра определяется расстоянием от центра ка-
либра до кромок ручья ( на рис. 5 − это расстояние между центром калибра О
и точками А ) и, который не должен превышать следующего значения
R max = ( Rпр + δ+ ⁄ 2 ) · 1,013; ( 27 )
– угол зазора γ = arcsin { 0,5 S / Rmax} ; ( 28 )
– проекцию R max на ось зазора (вспомогательный параметр):
Rmax ( os ) = Rmax cos γ; ( 29 )
184
– ширину калибра Вк = 2 Rmax sin β ⁄ 2, ( 30 )
где β = 120° − 2 γ
Дальнейшие расчеты параметров трехвалкового круглого калибра опре-
деляют по специальным методикам применительно к той или иной форме
выпуска.
Трехвалковые калибры с прямым выпуском.
В трехвалковых калибрах с прямым выпуском, как и в калибрах двухвал-
ковых с прямым выпуском, параметром, определяющем форму и размер вы-
пуска, является угол наклона касательной α, к окружности калибра, который,
как следует из схемы приведенной на рисунке 5, включает угол выпуска φ и
угол зазора γ, т.е. α = φ + γ.
Согласно схеме, приведенной на рис.5, и с учетом параметров, получен-
ных на первом этапе расчета, определим углы φ и γ
φ = arсcos Rк / Rmax = arсcos { Rпр / (Rпр + 0,5 δ+)} ( 31 )
γ = arcsin S/2 Rmax = arcsin {0,5 S/ [( Rпр + 0,5 δ + ) 1,013]} ( 32 )
В конечном виде формула для определения угла наклона касательной α
будет иметь следующий вид
α = arсcos {Rпр / (Rпр +0,5 δ+)} + arcsin {0,5 S / [(Rпр +0,5 δ + ) 1,013]} ( 33 )
Трехвалковые калибры, с выпуском, образованным радиусом боль-
шим радиуса калибра (Rвып > Rк).
В трехвалковых калибрах (рис.5) с выпуском, образованным радиусом
большим радиуса калибра (Rвып > R k ), радиус выпуска, как и в двухвалковых
калибрах, может быть определен по выражению
Rвып = Lак/sinφ/2 = Lак / sin (α − ω), (34)
где α − предварительно заданный угол раскрытия калибра (30–20°);
Rвып− радиус выпуска (отрезок 0' F, рис.5)
Величину полухорды Lак и значение вспомогательного угла ω определим
по следующим выражениям
Lак = 2/)5,0sin()cos( 22
)max( SRRR КKOS −⋅+⋅− αα (35)
ω = arctg {(R max (os ) − Rк· cos α) / (Rк sin α − S / 2 )} (36)
Проверку определения Rвып можно выполнить, решив выражение
R max (os ) = αα cos)(]5,0sin)[(( 22 ⋅−−+−− КВЫПКВЫПВЫП RRSRRR (37)
как тождество, подставляя в данное уравнение значения соответствующих
параметров, полученных при прямом определении радиуса выпуска. Равенст-
во левой и правой частей уравнения будет означать правильность произве-
денного расчета по определению Rвып.
Трехвалковые калибры, с выпуском, образованным радиусом рав-
ным радиусу калибра (Rвып = Rк).
Трехвалковые круглые калибры могут быть выполнены с выпуском, обра-
зованным радиусом равным радиусу калибра из центра 0', смещенного отно-
сительно центра калибра (рис.6)
Графически смещение центра дуги контура выпуска может быть получе-
но засечками из точек F и A радиусом, равным радиусу калибра. Этим же ра-
185
диусом из полученного, смещенного, центра выполняется контур выпуска в
виде дуги FA .
При аналитическом определении параметров калибра такой формы, пер-
воначально определяют базовые параметры; Rк, Rmax, γ, Rmax(os), Вк по выраже-
ниям (27 − 30) и назначают угол раскрытия калибра α = 30° – 20°. Дальнейшие
расчеты по определению смещения центра дуги выпуска 0' производят по
следующей методике
Согласно схеме, приведенной на рис.6, указанное смещение может быть
определено как
∆0'
(x'
) = Rmax ( os ) − Rк cos ( ω− φ / 2 ), ( 38 )
∆0'
(y') = Rк [sin α − sin ( ω + φ / 2 )], ( 39 )
здесь ω −, вспомогательный угол, равный:
ω = arctg { (R max ( os ) − Rк · cos α ) / (Rк sin α − S/2 )}; ( 40 )
φ/2 − половина угла выпуска, величина которого может быть определена
по выражению:
φ/2 = arcsin { кккosmasx RSRRR 2/)5,0sin()cos( 22
)( −+− αα } (41)
Рис. 6. Трехвалковый калибр с
выпуском, образованным радиусом
Rвып = Rк,
Конечные расчеты по определе-
нию смещения центра 0'
производят
по выражениям (38) и (39) после под-
становки в них заданного угла α и
значений углов ω и φ/2, полученных
по выражениям ( 40 ) и ( 41).
Величину отвода резца или ал-
мазного круга от дна готового калиб-
ра и последующего смещения инструмента вправо и влево от вертикальной
оси 0Y для выполнения выпуска калибра определим по следующим выраже-
ниям:
Δ0х = ∆0'
(x'
) cos θ − ∆0'
(y') sin θ ( 42 )
Δ0у = ∆0'
(x'
) sin θ + ∆0'
(y') cos θ ( 43 )
здесь θ − угол между осями координат OX и OX ′, равный 30°'
Принимая во внимание определенную сложность расчетов, в данной ра-
боте составлена компьютерная программа расчета всех рассмотренных в дан-
ной статье форм калибров в системе Excel.
Выполненные расчеты калибров с различной формой выпусков выявили
следующие особенности. В калибрах с прямым выпуском, вследствие неиз-
бежного уменьшения угла наклона касательной α (рис.1, поз.1), резко умень-
шается величина выпуска по контуру (рис.1, поз.2 ) и, еще в большей степени,
186
уменьшается емкость выпуска, что делает такие калибры неэффективными
для проката диаметром 14 мм и более. Для мелких размеров (диаметром 5,5 −
7 мм) большой по протяженности прямолинейный контур выпуска делает
профиль граненным.
В калибрах со скругленными выпусками, выполненными радиусами Rвып
> Rк и Rвып = Rк , вследствие того, что угол раскрытия калибра α назначается
относительно большим, преимущественно равным 30° (рис.1, поз.4), величина
собственно выпуска φ получается стабильно большой, в пределах 20° − 22°,
для всех рассмотренных размеров калибров (рис.1, поз.5). Такая большая
величина скругленных выпусков по протяженности контура в сочетании с их
выпуклостью значительно увеличивает площадь сечения выпусков и, как
следствие, повышает их способность вместить больший объем смещенного
металла при увеличении уширения, не выводя профиль за пределы плюсового
допуска. Кроме этого применение калибров со скругленными выпусками
обеспечивает получение профиля максимально приближенному к правильно-
му кругу.
Заключение. Разработана универсальная методика расчета круглых
двух– и трехвалковых калибров с выпусками различной формы для прокатки
круглого проката с учетом диаметра прокатываемого профиля, зазора между
валками и допускаемого по стандарту на прокат любого класса точности или
назначенного плюсового отклонения.
Прокатка в калибрах, рассчитанных по данной методике, обеспечивает
получение качественного профиля по форме и точного по размерам сечения,
способствует предотвращению образовании лампасов и «уса», обеспечивает
устойчивую работу клетей с круглыми калибрами при изменении в процессе
прокатки деформационных и скоростных условий прокатки.
1. Бахтинов Б.П., Штернов М.М. Калибровка прокатных валков. – М.: «Метал-
лургиздат», 1953. – С. 394 – 395. – 783 с.
2. Прокатное производство / П.И. Полухин, Н.В.Федосов, А.А.Королев,
Ю.М.Матвеев. – М.: «Металлургия», 1982. – С.286 – 287. – 696 с.
3. Литовченко Н.В., Диамидов Б.Б., Курдюмова В.А. Калибровка валков прокат-
ных станов. М.: « Металлургия», 1963. – С.215 – 218. – 638 с.
4. Чекмарев А.П., Мутьев М.С., Машковцев Р.А. Калибровка прокатных валков
М.: «Металлургия», 1971. С.216 – 218. – 508 с.
5. Ваткин Я.Л., Ваткин Ю.Я. Трубное производство. М.: « Металлургия», 1970.
– 512 с.
6. Бахтинов В.Б. Прокатное производство. М.: « Металлургия», 1987. – 416 с.
Статья рекомендована к печати:
заместитель ответственного редактора
раздела «Прокатное производство»
канд.техн.наук И.Ю.Приходько
рецензент канд.техн.наук Л.Г.Тубольцев
187
В.І.Біба, В.А.Олійник
Розробка універсального калібрування валів для прокатування круглих
профілів високої точності
Метою роботи є розробка методики калібрування валків, що забезпечує дося-
гнення високої точності розмірів гарячекатаного прокату при прокатуванні в чис-
тових калібрах. Викладено універсальний метод розрахунку і побудови круглих
двох– і трьохвалкових калібрів з випусками різної форми з урахуванням допусти-
мих відхилень в діаметрі прокату будь-якого класу точності. Застосування каліб-
рів, розрахованих по даній методиці, забезпечує отримання круглих профілів із
заданою точністю, сприяє запобіганню утворенню лампасів і «вуса», забезпечує
стабільну роботу клітей.
|