Оборудование для прокатки. Оборудование и инструмент для прокатки

Основным инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 3.20, а), калиброванными (ручьевыми) (рис. 3.20, б) и специальными. Гладкие валки применяют при прокатке листов, полос и т. п. На калиброванных валках прокатывают все виды сортового проката. Специальные валки используются при производстве специальных видов проката.

Валки имеют рабочую часть (бочку) 1, две шейки 2для установки в подшипниках и крестообразные концы (трефы) 3 для соединения валка с приводом (рис. 3.20).

На рабочей (боковой) поверхности калиброванных валков имеются канавки - ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром. На каждой паре валков обычно размещается несколько калибров. Калибры могут быть открытыми (рис. 3.20, в) и закрытыми (рис. 3.20, г).

Валки шейками опираются на подшипники, установленные в станине. С помощью специального нажимного механизма расстояние между валками может регулироваться. Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью. Прокатный стан состоит из одной или нескольких рабочих клетей и привода, включающего электродвигатель и передаточный механизм (рис. 3.21).

В зависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов подразделяют на шесть групп (рис. 3.22): дуо, трио, кварто, многовалковые, универсальные и специальной конструкции.

Клети дуо (двухвалковые) бывают реверсивные (прокатка ведется в обе стороны) и нереверсивные (прокатка ведется в одну сторону). Клети трио (трехвалковые) чаще всего нереверсивные. Прокатка на таких станах ведется вперед между нижним и средним валком и назад между верхним и средним. Клети кварто (четырехвалковые) имеют четыре валка, расположенные друг над другом, из них два рабочих валка меньшего диаметра и два опорных - большего диаметра. Благодаря жесткости и относительно малому прогибу опорных валков на этих клетях производится холодная прокатка тонких полос и узких лент с малым допуском по толщине. Универсальные клети имеют горизонтальные и вертикальные валки: последние обеспечивают обжатие металла в поперечном направлении. Вертикальные валки располагаются, как правило, с передней стороны. К клетям специальной конструкции относятся клети прокатных станов узкого назначения: колесопрокатных, бандажепрокатных, кольцепрокатных, шаропрокатных, станов для прокатки профилей переменного сечения.

По роду выпускаемой продукции прокатные станы классифицируют на следующие основные типы: обжимные, заготовочные, рельсобалочные, сортовые, проволочные, листопрокатные, трубопрокатные и станы специального назначения.

Обжимные станы предназначены для обжатия стальных слитков в крупные заготовки. К обжимным станам относятся блюминги, производящие заготовки квадратного профиля - блюмы и слябинги, производящие прямоугольный прокат - слябы.

Заготовительные станы используют для прокатки блюмов в сортовые заготовки, преимущественно квадратного сечения, которые в дальнейшем используются для проката на сортовых станах.

Рельсо-балочные станы служат для получения из блюмов рельсов, крупных балок, швеллеров и других профилей.

Сортовые станы, применяют для изготовления сортового проката простого и фасонного профиля.

Проволочные станы предназначены для прокатки проволоки диаметром 5 … 10 мм.

Листопрокатные станы, подразделяют на толстолистовые и тонколистовые. Толстолистовые станы прокатывают лист толщиной более 6 мм. Заготовкой являются слябы.

Трубопрокатные станы применяют для производства бесшовных и сварных труб.

Специальные станы предназначены для получения заготовок специального и периодического профилей. На специальных станах прокатывают шарики, ребристые трубы, вагонные оси, зубчатые колеса и много других изделий сложной конфигурации.

Принципы калибровки инструмента деформации при производстве колес не отличаются от общих принципов калибровки инструмента при производстве других изделий методами штамповки или прокатки.

Для проектирования калибровки необходимо, с учетом припусков на механическую обработку и изменения взаимного расположения отдельных элементов в результате термической обработки установить размеры колеса до его механической и термической обработки (так называемого чернового колеса) и рассчитать размеры горячего колеса, полученного с последнего агрегата прессо-прокатной линии.

Для экономии металла при производстве колес доля допуска, используемая при калибровке, и величина припуска на обработку должны быть возможно меньшими. Вместе с тем эти величины должны быть реальными, так как при чрезмерно малых допусках и припусках, не учитывающих фактического состояния качества поверхности и точности геометрических размеров колес, потери от брака из-за отсутствия возможности отремонтировать дефект могут оказаться больше, чем экономия металла за счет снижения допусков и припусков. Обычно для производства колес по технологии, действующей в отечественных цехах, для расчета оптимальных размеров обработанного колеса принимают 1/2 – 2/3 поля допуска. Совершенствование способов получения заготовок и методов производства колес должно быть направлено на дальнейшее снижение допусков.

Для определения размеров чернового колеса устанавливают величину припуска на механическую и термическую обработку. Припуск зависит от целого ряда факторов, однако, как правило, один из них является определяющим.

Припуск на наружный диаметр чернового колеса должен учитывать его овальность, уменьшение диаметра в процессе термической обработки, но определяющим фактором для определения припуска здесь является отсортировка колес в брак по неметаллическим включениям. Для определения оптимального припуска на обточку колеса по наружному диаметру необходимо сопоставить убытки от брака, которые при увеличении припуска уменьшаются и отходы в стружку, которые при этом возрастают.

Необходимо учесть изменения размеров колеса в зависимости от температуры нагрева.

Для наружного диаметра колеса в связи с его последующей обточкой высокая точность определения горячего размера менее значима и наибольшее практическое влияние точного определения коэффициента линейного расширения, а также правильного учета упругой деформации инструмента сказывается на внутреннем диаметре обода с внутренней стороны колеса. Коэффициент, учитывающий совместное влияние температуры и упругой деформации выгибных штампов установлен 1,015. Здесь коэффициент линейного расширения принят равным , а разность между температурой горячей деформации на стане и остывших колес .

Размеры колеса в горячем состоянии равны, мм:

где – коэффициент линейного расширения;

– размеры колеса в холодном состоянии, мм

Конструкция и размеры цельнокатаных колес для североамериканских железных дорог Ø J-33." по ААР М-107/М-208-2010, представлены на рис. 3.1.

Колесо цельнокатаное для североамериканских железных дорог Ø J-33"

* Размеры для справок,

** Размеры обеспечиваются инструментом.

В табл. 6 приведены размеры, которые приняты при расчете калибровки цельнокатаных колес для североамериканских железных дорог Ø33".

Таблица 6

Расчетные размеры элементов колеса

Наименованиеразмеров		Размерыготовогоколеса, мм	Размерычерновогоколеса, мм	Размерыгорячегоколеса, мм
Наружныйдиаметробода			848,2	861
Внутреннийдиаметробода			768,7 768,7	780 780
Ширина	Обода Гребня		142 32	144 33
Высотагребня			26,3	26,7
Толщинадиска	у обода у ступицы		22,1 22,1	40,8 40,6
Диаметрступицы	с наружной стороны с внутренней стороны		275,9 275,9	280 280
Длинаступицы			199	202
Диаметротверстия в ступице			201	204
Выступступицы			60,2	61,1

Определяем массу и размер заготовки

Выбор оптимальной массы исходной заготовки способствует получению размеров готового колеса в заданных пределах, облегчает настройку всех агрегатов, входящих в горячий конвейер, и позволяет быстро налаживать технологический процесс. При наличии значительных отклонений от заданной оптимальной массы заготовки будут иметь место отклонения в размерах готовых колес, устранение которых может потребовать изменений в наладке оборудования, а в некоторых случаях приводить к снижению производительности.

Для определения массы заготовки определим сначала массу чернового колеса. Плотность отдельных частей готового колеса можно считать одинаковой, и поэтому определение веса готового колеса может быть сведено к определению его объема.

Для определения объема чернового колеса воспользуемся компьютерным приложением SolidWorks 2010, где, начертив его разрез, моделируем трехмерное изображение. В результате получаем объем чернового колеса равный 62197999,74 мм 3 . Объем выдавки на прессе К5000 определяем аналогично, с учетом температурного расширения, он составит 5277449 мм 3 .

Принимая плотность колесной стали марки С равной 7850 кг/м 3 , по формуле (2) определим массу чернового колеса:

, (2)

где M ч – масса чернового колеса, кг;

V – объем чернового колеса, м 3 ;

ρ – плотность стали, кг/м 3 .

С учетом массы выдавки, угара металла в печи номинальная масса заготовки составит:

Диаметр непрерывно литой заготовки составляет 430 мм, зная ее объем, определим высоту заготовки по выражению:

(3)

где R – радиус заготовки, мм.

(мм).

Принимаем высоту заготовки мм.

Расчет калибровки инструмента деформации выгибного пресса.

Калибровку инструмента горячей деформации рассчитываем в порядке, обратном ходу технологического процесса, поэтому, прежде всего, рассмотрим калибровку инструмента деформации выгибного пресса.

Диаметр верхних штампов, определяющий внутренний диаметр обода с наружной стороны колеса, принимаем равным соответствующему горячему размеру. Диаметр верхнего штампа на расстоянии 10 мм от торца обода составляет . Диаметр нижних штампов устанавливается аналогично: .

Для расчета высотыК периферийной части штампов, а также некоторых, других его размеров необходимо учитывать следующее. При выгибке диска штампы соприкасаются с колесом не по всей поверхности. Верхний штамп находится в контакте с колесом на участке перехода диска в ступицу, а нижний - на участке перехода диска в обод. Между верхним штампом и колесом на участке перехода диска в обод, равно как и между нижним штампом и колесом на участке перехода диска в ступицу, имеется зазор, который необходим в связи с допуском на толщину диска у обода и у ступицы (фактически 3 мм). Если бы указанного зазора не было, то при толстом диске штампы соприкасались бы с ним, и калибровка обода по ширине стала невозможной.

Так как припуск при торцовке обода с внутренней и наружной стороны колеса принят одинаковым, то расстояние от оси диска до торцов обода в горячем колесе принимаем:

(4)

(5)

где – ширина обода в горячем состоянии, мм;

t – расстояние от внутреннего торца обода до оси симметрии диска (с

учетом температурного расширения), принимаем равным 76,4 мм.

(мм).

Тогда с учетом ранее изложенного высота периферийной части штампов будет равна:

, (6)

, (7)

где – толщина диска у обода, мм;

– зазор, равный 6 мм.

(мм),

(мм).

Принимаем мм, мм.

Уклон периферийной части штампов принимаем по чертежу колеса:

Аналогично определяем уклон полости штампов по размерам ступицы:

В связи с использованием верхних и нижних глуходонных штампов, (в нижнем штампе дном служит выталкиватель, а в верхнем – цилиндр прошивня), калибрующих торец ступицы с наружной и внутренней стороны колеса, необходимо определить длину горловины штампов h . Этот размер определяем на обе стороны от оси симметрии по длине ступицы.

, (8)

, (9)

где L c – длина ступицы, равная 196,7 мм;

l c − выступ ступицы, равный 63,5 мм;

t – расстояние от внутреннего торца обода до оси симметрии диска,

равное 76,4 мм;

t c – толщина ступицы у диска, равная 37,5 мм.

h В = (63,5+76,4) - 37,5/2 = 121,15(мм),

h н = 196,7-121,15-37,5 = 37,7(мм).

Наружный диаметр полотна штампов определим из простого геометрического соотношения:

, (10)

где – диаметр штампов, мм;

– высота периферийной части, мм;

– уклон периферийной части штампов.

Рассчитав по формуле (2.7) получаем:

Принимаем мм, мм. Округление в большую сторону связано с возможностями пресса большего усилия для исправления геометрической асимметрии колеса.

Выступ центральной части по отношению к периферийной для верхнего штампа или, наоборот, периферийной части над центральной для нижнего, так называемый прогиб штампа, должен обеспечивать требуемый прогиб диска в готовом колесе. По чертежу колеса, получаем следующие соотношения для определения прогиба диска с наружной стороны () и с внутренней ():

, (11)

где – ширина диска у ступицы и обода соответственно, мм.

На заготовке колеса после окончания деформации выступание должно быть меньшим, так как при охлаждении колеса, а затем и в результате термической обработки оно возрастает на эту величину. При конструировании штампов следует учитывать также зазоры между полотнами штампов и диском, необходимые для нормального хода процесса выгибки и калибровки колеса. Так как ступица при прошивке отверстия неподвижна, то дополнительный прогиб диска при прошивке отверстия отсутствует. Принимаем мм.

Для определения диаметра полости верхнего штампа под ступицу рассчитаем размеры этой части ступицы в горячем состоянии. Расчетный диаметр ступицы готовой заготовки колеса на расстоянии 10,15 мм с внутренней стороны равен А в = 312,4 мм, с наружнойА н = 308 мм (с учетом допуска и температуры).

Большой диаметр полости верхнего штампа составит:

B в = A в +2h в tgК , (12)

где h в – длина горловины верхнего штампа, равная 121,15 мм;

К – величина уклона бокового стенки ступицы, равная 34 о.

В в = 312,4+2·121,15·tg 34 о = 475,8 (мм).

Большой диаметр полости нижнего штампа определяем аналогично, он составит:

В н = 308+2·37,7·tg 12 о = 324 (мм).

Диаметр прошивня принимаем равным 173,4 мм, остальные размеры, зависящие от конструкции пресса, определяются по чертежам КБЦ АО «ЕВРАЗ» НТМК.

Основные размеры выгибных штампов указаны в табл. 7

Таблица 7

Основные размеры выгибных штампов для производства цельнокатаного колеса для североамериканских железных дорог Ø33"

Калибровкаэджерныхвалков

При калибровке деформирующего инструмента для прокатки колеса следует не только учитывать индивидуальное назначение валка или группы валков, но и их работу по формоизменению заготовки во взаимосвязи друг с другом.

Новый колесопрокатный стан имеет 9 валков, причем заготовка при прокатке располагается вертикально.

Наклонные валки раскатывают колесную заготовку по диаметру и сглаживают вновь образовавшуюся вследствие раскатки поверхность диска колеса. Рабочая часть наклонных валков образуется путем сочетания двух усеченных конусов, соединенных своими основаниями.

Для уменьшения скольжения между металлом и валком в связи с различными линейными скоростями точек, находящихся на разном расстоянии от центра заготовки, эти валки устанавливают под углом к горизонтальной плоскости.Принимаем угол наклона 30º для обоих валков.

Диаметр эджерных валков (рис. 2) принимаем с учетом возможности переточки равным 290 мм для каждого валка.

Расчетная длина образующей начального конуса должна быть определена из размеров обода горячего колеса, которое поступает на выгибной пресс. Часть обода под диском рассчитаем по формулам (3.6) и (2.7) без учета зазора δ, с учетом последующей калибровки обода по высоте (≈2 мм).

(мм),

(мм).

Принимаем диаметр валка в месте пересечения начального и концевого конусов равным 435 мм (учитывая возможность переточки 15 мм в процессе эксплуатации).

Эджерный валок

Угол между образующей начального конуса и образующей концевого конуса равен: . Угол между осью симметрии эджерного валка и образующей начального конуса равен: , тогда угол между осью симметрии валка и образующей начального конуса будет равен: .

Длину образующей начального конуса и длину её проекции на ось симметрии валка определим из следующих геометрических соотношений:

, (13)

, (14)

где − диаметр валка в месте пересечения начального и концевого конусов, мм;

− диаметр цилиндрической части валка, мм.

(мм),

Радиус сопряжения начального и концевого конусов равен 26 мм. Тогда расстояние от цилиндрической образующей валка до точки приложения этого радиуса, определяется:

Длина образующей концевого конуса определяется конструктивно, при этом следует иметь ввиду, что наклонный валок должен размещаться между ободом и ступицей, не повреждая ступицу при загрузке колеса в стан и во время прокатки. С учетом возможности переточки в процессе эксплуатации минимальный диаметр концевого конуса принимаем 336,5 мм. Тогда горизонтальная проекция образующей концевого конуса и длинна образующей будут равны:

, (15)

, (16)

где − диаметр валка в месте пересечения начального и концевого

конусов, мм;

− минимальный диаметр концевого конуса, мм.

(мм),

(мм).

Основные размеры эджерных валков указаны в табл. 3.3, размеры остальных элементов эджерных валков, необходимых для крепления их к валам, зависят от конструктивных особенностей стана и определяются по чертежам КБЦ АО «ЕВРАЗ» НТМК.

Эджерный валок для производства цельнокатаных колес для североамериканских железных дорог Ø J-33"

Таблица 8

Основные размеры эджерных валков для производства цельнокатаных колес для североамериканских железных дорог Ø J-33"

Определение размеров конических (боковых) валков

Боковые ролики обжимают обод по ширине, фиксируя определенный заданный размер.

Угол при вершине конуса оптимально принять 35°, в соответствие с рекомендациями

Длину конуса (горизонтальную проекция полотна) в соответствии с возможностями стана (конструктивными размерами) принимаем равной 399 мм. Прямолинейный участок на боковой поверхности принимаем 60 мм.

Диаметр меньшего основания усеченного конуса (допуская возможность переточки 15 мм) принимаем 217,5 мм.

Тогда максимальный диаметр конуса, который не изменяется по мере переточек валка составляет 486 мм.

Определим длину образующей конуса:

(мм).

Определение размеров нажимного валка.

Калибровку коренного валка осуществляют таким образом, чтобы обеспечить необходимый профиль поверхности катания и гребня у чернового колеса, то есть контур валка полностью повторяет поверхность катания и гребень готового чернового колеса (рис. 4).

Принимаем диаметр коренного валка равным 1300 мм, который является номинальным по проекту установленного стана.

Высоту калибра валка принимаем на 10–15 мм больше ширины обода отформованной заготовки, то есть 189 мм. Размеры коренного валка по поверхности непосредственно контактирующей с заготовкой повторяют размеры чернового колеса. Ширину валка принимаем равной 198 мм.

Размеры остальных элементов валка, необходимых для крепления, зависят от конструктивных особенностей стана и определяются по чертежам КБЦ АО «ЕВРАЗ» НТМК.

Ведущие ролики имеют цилиндрическую форму: диаметр равен 280 мм (с учетом возможности переточки 10 мм); ширина 130 мм.

Нажимной валок для производства цельнокатаных колес для североамериканских железных дорог Ø33"

Для центрирующих роликов: диаметр по ручью 300 мм, в плоскости круга катания 379,74 мм (с учетом возможности переточки 15 мм); уклон профиля 2,9°; остальные размеры в соответствие с размерами гребня и круга катания у чернового колеса.

Калибровка инструмента деформации формовочного пресса.

Осаженная заготовка поступает на формовочный пресс для формовки из нее колесной заготовки. На формовочном прессе получают полное оформление ступица и значительная часть диска, прилегающая к ней. Кроме того, обод подготавливается к последующей прокатке. Этим и определяются конфигурация и размеры деформирующего инструмента пресс: верхнего (рис.5) и нижнего штампов (рис.6); формовочного кольца для оформления обода заготовки; оправки.

Инструмент деформации, использующийся при штамповке колесных заготовок, состоит из штампов, оправки и формовочных колец.

Размеры заготовки на формовочном прессе определим по формуле (2.1), с учетом разницы между температурами деформации заготовки на формовочном и выгибном прессах, которая составляет 150 0 С.

Определение размеров центральной полости формовочных штампов связано с аналогичными ее размерами в выгибных штампах.

Формовочныйверхнийштамп

Формовочный нижний штамп

Как было установлено выше, длина выступающих над диском частей ступицы после выгибного пресса составляет h в =121,15 мм, h н =37,7 мм. С учетом температурного расширения, некоторого обжатия ступицы с внутренней стороны и диска в выгибном штампе (0,6 мм и 0,1 мм соответственно), а также, обжатия металла по высоте диска эджерными валками в начальный момент прокатки (2 мм), указанные размеры формовочного пресса определяем по следующим выражениям:

, (17)

где ­– размеры на выгибном прессе, мм.

Ранее было показано, что диаметр ступицы горячей заготовки колеса на расстоянии 10,15 мм от торца ступицы с внутренней стороны равен А в = 312,4 мм, с наружнойА н = 308 мм. Тогда на формовочном прессе, с учетом разницы температур, диаметр ступицы колеса на расстоянии 10,17 мм от торца с внутренней стороны равен А в = 313 мм, с наружнойА н = 308,6 мм. С учетом раздачи полости штампа, которая имеет место в самом начале его эксплуатации, принимаемА в = 314 мм, с наружнойА н = 309,6 мм.

Диаметр центральной полости штампа у полотна найдем из соотношения:

, (19)

где ­– уклон полости штампов (для нижнего , для верхнего ).

На штампах выполнен уклон 1°, для увеличения толщины диска от центральной к периферийной области, это способствует течению металла в обод при штамповке.

Диаметр полотна штампов следует определять исходя из требуемой величины раскатки и необходимого усилия пресса. Оптимальная величина раскатки колеса по диаметру равной 174 мм.

Исходя из принятой величины раскатки и внутреннего диаметра колеса, определим наружный диаметр штампов:

, (20)

где – внутренний диаметр выгибных штампов, мм;

В – величина раскатки по диаметру, мм.

Высота периферийной рабочей части формовочных штампов должна быть определена как сумма толщины части обода колеса, выступающей над диском, и величины обжатия на стане. С учетом уклона и диаметра диска возле ступицы, утолщение диска у обода примем равным 2,3 мм.

Определим высоту штампов. Вследствие того, что конические валки не имеют привода, зададим обжатие на стане по высоте обода. Опыт производства колес в условиях КБЦ НТМК показывает, что суммарная величина обжатия обода по ширине 5…8 мм, является достаточной для полной выкатки торцов обода на колесопрокатном стане. А рациональным значением отношения абсолютных обжатий с внутренней и наружной сторон поковки, вследствие того, что передний конусный валок из-за сужения обода к торцу наружной стороны осуществляет большее обжатие, чем задний является величина = 0,1…0,3. Примем суммарное обжатие равным 3,5 мм, причем со стороны переднего валка мм, а со стороны заднего мм.

Тогда высоту периферийной рабочей части штампов, с учетом последующей калибровки обода по высоте (≈2 мм), можно определить из выражения:

гдеВ − высота участков обода вне диска на выгибном прессе, мм;

Н − обжатие, мм;

– разница в толщина диска у ступицы и у обода после

колесопрокатного стана, мм;

− обжатие металла по высоте диска эджерными валками в начальный

момент прокатки, мм.

Получаем для верхнего и нижнего штампов:

Уклон периферийной зоны для улучшений условий деформирования, учитывая, что форма этого участка будет окончательно образована на стане и выгибном прессе, принимаем равным γ = 20º, а радиус сопряжения периферийного конуса с полотном верхнего и нижнего штампов по 37,5 мм.

Диаметр полотна штампов определим из соотношения:

Для определения размеров формовочного кольца воспользуемся следующими данными. Кольцо должно обеспечивать предварительное формообразование обода и гребня колеса: ширину обода и гребня, с учетом последующего обжатия конусными валками (стороны переднего валка мм, а со стороны заднего мм); требуемые радиусы сопряжения гребня с ободом (кроме сопряжения гребня с внутренним торцом обода); требуемый уклон наружной поверхности обода (принимаем 7 0); уклон поверхности гребня 20 0 . С учетом выше перечисленного, определим размеры поверхности формовочного кольца контактирующей с ободом.

Ширину гребня определим из выражения:

, (23)

где b − ширина гребня на выгибном прессе, мм.

Ширину обода можно определить, с учетом последующей калибровки обода по высоте на выгибном прессе (≈2 мм), аналогично:

где h − ширина обода на выгибном прессе, мм.

Размеры формовочных штампов приведены в табл. 2.4. Размеры оправки пресса в полной мере определены размерами отверстия в ступице горячего колеса. Высоту оправки нижнего штампа принимаем 42,8 мм, а верхнего 108 мм, остальные их размеры определяются по чертежам КБЦ АО «ЕВРАЗ» НТМК.

Таблица 9

Размеры формовочных штампов для производства цельнокатаных колес для североамериканских железных дорог Ø J-33"

Размер	Верхнийштамп	Нижнийштамп
Наружныйдиаметр , мм	653	653
Периферийная часть: уклон, град. радиус сопряжения
	65,7	54,7
	20	20
	37,5	37,5
Полотно штампа, мм:
	605,2	613,2
Высота ступичной полости штампа	36,72	120,34
Диаметр полости у торца штампа	309,6	314
Большойдиаметрполостиштампа	365,6	360,6
Уклонполости , град.	12	34

Размеры необходимые для крепления штампов к штамподержателям определяются по чертежам КБЦ АО «ЕВРАЗ» НТМК.

Калибровка инструмента деформации обжимного пресса.

Заготовка после удаления окалины на установке гидросбива попадает на обжимной пресс.

Деформирование на прессе производиться следующим образом. Заготовка подается на обжимной стол и центрируется, а затем происходит обжатие в калибровочном кольце. Не будучи закрепленным на обжимном столе, калибровочное кольцо может перемещаться под давлением деформируемой заготовки и тем самым принимать положение, концентричное по отношению к заготовке (плавающее кольцо).

Осаживание литой заготовки на прессе производиться с помощью сменных плоских плит, прикрепляемых к столу и верхнему штамподержателю, и размеры которых зависят от конструкции штамподержателя и приведены на чертеже.

Диаметр осаженной заготовки – «плюшки» – должен быть больше диаметра штампа формовочного пресса – во избежание образования зажимов в местах сопряжения поверхностей давления штампов с их боковой поверхностью. Диаметр плюшки должен быть близок к диаметру формовочного кольца для того, чтобы обеспечить воздействие формовочного кольца в первый период штамповки и тем самым гарантировать заполнение центральной полости штампа металлом. Вместе с тем чрезмерное увеличение диаметра плюшки может привести к образованию зажимов в месте перехода от обода к диску колесной заготовки. Это произойдет вследствие смещения металла плюшки в наружной полости книзу под давлением формовочного кольца.

Оптимальное обжатие при формировании диска составляет ≈ 85 мм, следовательно высота плюшки перед формовочным прессом должна быть порядка 123,3 мм. Высота калибровочного кольца должна быть несколько меньше высоты осаженной заготовки для возможности регулирования степени деформации.

Уклон калибровочного кольца примем 20 0 . Для определения диаметра калибровочного кольца будем считать, что в сечении «плюшка» представляет собой трапецию, высотой 123,3 мм. Тогда площадь трапеции F может быть определена:

, (25)

где a 1 – полусумма оснований, мм;

H − высота «плюшки», мм.

Согласно второй теореме Гульдина− Паппа объём тела, образуемого при вращении фигуры, лежащей в плоскости целиком по одну сторону от оси вращения, равен произведению площади фигуры на длину окружности, пробегаемой центром масс этой фигуры.

Тогда с достаточной степенью точности объем плюшки (рис. 3.9) можно принять равным:

(26)

Полусумму оснований трапеций можно определить по следующему выражению:

(27)

(мм).

Внутренний диаметр калибровочного кольца у основания верхнего штампа D min определим из выражений:

, (28)

где α – угол наклона формовочного кольца, равный 20 0 .

(мм).

Высота калибровочного кольца должна быть несколько меньше высоты осаженной заготовки для обеспечения возможности регулирования степени осадки, примем высоту кольца 99 мм. Размеры наружного диаметра калибровочного кольца выбираем с учетом свободного его перемещения в оснастке. Остальные размеры инструмента деформации определяются по чертежам КБЦ АО «ЕВРАЗ» НТМК.

ПРОДУКЦИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Форму поперечного сечения прокатанной полосы называют профилем. Совокупность форм и размеров профилей, получаемых прокаткой, называют сортаментом . В ДСТУ на сортамент проката приведены площадь поперечного сечения, размеры, масса 1 м длины профиля и допустимые отклонения от номинальных размеров. Сортамент прокатываемых профилей разделяется на четыре основные группы: сортовой прокат, листовой, трубы и специальные виды проката .

Сортовой прокат делят на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер, рельс, угловой и тавровый профили и круглую и квадратную сталь прокатывают соответственно диаметром или стороной квадрата 5-250 мм; шестигранную - диаметром вписанного круга 6-100 мм; полосовую - шириной -200 мм и толщиной 4-60 мм. Цветные металлы и их сплавы прокатывают преимущественно на простые профили - круглый, квадратный, прямоугольный. Листовую сталь делят по назначению на автотракторную, трансформаторную, кровельную жесть и т. д. По виду покрытия листовая сталь делится на покрытую цинком, алюминием, пластмассовым покрытием и др.. Кроме того, листовую сталь разделяют на толстолистовую толщиной 4-160 мм) и тонколистовую (толщиной менее 4 мм), толщиной менее 0,2 мм называют фольгой. Трубы разделяют на бесшовные и сварные. Бесшовные трубы прокатывают диаметром 30-650 мм с толщиной стенки 2-160 мм из углеродистых и легированных сталей, а сварные - диаметром до 2500 мм с толщиной стенки 0,5-16 мм из углеродистых и низколегированных сталей. К специальным видам проката относят колеса, шары, периодические профили с периодически изменяющейся формой и площадью поперечного сечения вдоль оси заготовки.

Инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими, применяемыми для прокатки листов, лент и т.п., ступенчатыми, для прокатки полосовой стали, и ручьевыми, для получения сортового проката. Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев образует калибр. Каждая пара ручьевых валков обычно образует несколько калибров. Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью; последняя вместе со шпинделем для привода валков, редуктором, муфтами и электродвигателем образуют рабочуюлинию стана.Рабочие клети по числу и расположению валков могут быть двухвалковые четырехвалковые, у которых 2 валка рабочих и два опорных; многовалковые, у которых также два валка рабочих, а остальные - опорные. Прокатные станы могут быть одноклетьевыми (с одной рабочей клетью) и многоклетьевыми.Наиболее совершенные многоклетьевые станы - непрерывные, у которых рабочие клети располагают последовательно одну за другой. Прокатываемая полоса через каждую клеть проходит только один раз, т.е. число рабочих клетей этих станов равно требуемому числу проходов полосы. Максимальная скорость прокатки на непрерывных станах составляет 50-60 м/с.По назначению прокатные станы подразделяют на станы для производства полупродукта и станы для выпуска готового проката. К первой группе относят обжимные станы для прокатки слитков в полупродукт крупного сечения (блюминги, дающие заготовку для сортового проката, и слябинги, дающие заготовку для листового проката) и заготовочные для получения полупродукта более мелкого сечения.К станам для производства готового проката относят сортовые, листовые, трубные и специальные. Размер блюмингов, слябингов, заготовочных и сортовых станов характеризуется диаметром бочки валков (например: блюминг 1500; сортовой стан 350); размер листовых станов - длиной бочки (например: стан 3600), а размер трубопрокатных станов - наружным диаметром прокатываемых труб.

Классификация прокатных станов

Прокатным станом называется комплекс машин и агрегатов, предназначенных для осуществления пластической деформации металла в валках (прокатки), дальнейшей его переработки (правки, резки и пр.) и транспортирования.

В дальнейшем прокатным станом будем называть оборудование, предназначенное только для деформирования металла.

Прокатные станы обычно классифицируют по трем основным признакам:

• назначению или виду выпускаемой продукции;
• расположению валков в рабочей клети;
• расположению рабочих клетей.

В зависимости от назначения прокатные станы делятся на следующие группы.

Станы горячей прокатки, к которым относят обжимные, заготовочные, рельсобалочные, крупносортные, среднесортные, мелкосортные, проволочные, толстолистовые, среднелистовые, тонколистовые, широкополосные и штрипсовые (выпускающие штрипс-заготовку для труб в виде полосы).

Станы холодной прокатки , включающие листовые, жестепрокатные станы, а также станы для прокатки тонкой и тончайшей ленты.

Станы специального назначения , в состав которых входят колесопрокатные, бандажепрокатные станы, станы для прокатки полос и профилей переменного и периодического сечения и т. п.

По конструкции и расположению валков рабочей клети прокатные станы можно разделить на шесть групп (рис. 4.10): двухвалковые, трехвалковые, четырехвалковые, многовалковые, универсальные и клети специальной конструкции.

Рис. 4.10. Рабочие клети с различным расположением валков: а - двухвалковая клеть; 6 - трехвалковая клеть сортовая; в - трехвалковая клеть Лаута листовая; г - клеть четырехвалковая листовая нереверсивная; д - клеть четырехвалковая реверсивная для прокатки полосы в рулонах; е- клеть шестивалковая; ж - клеть двенадцативалковая; з - клеть двадцативалковая для прокатки тонкой полосы; и - универсальная двухвалковая клеть; к - клеть универсальная для прокатки двутавровых балок с широкими параллельными полками

Двухвалковые клети (дуо) (рис. 4.10, а) бывают нереверсивные и реверсивные. Первый вид клети имеет два приводных валка с постоянным направлением вращения. Такие клети реализуются в непрерывных станах, применяемых для прокатки заготовки, проволоки, тонких полос и т. д. В каждой клети этих станов выполняется только по одному пропуску металла в одном направлении. Реверсивные клети имеют два приводных валка с переменным направлением вращения, поэтому прокатываемый металл проходит через валки вперед и назад несколько раз. Недостатком таких клетей является необходимость энергетических затрат на проведение операции реверса, заключающейся в торможении валков, а затем в их разгоне в противоположном направлении. Клети этого типа применяют в блюмингах, слябингах, толстолистовых станах и т. д.

Трехвалковые клети (трио) (рис. 4.10, б) - нереверсивные и могут применяться как для сортовой, так и листовой прокатки. Сортовые клети находят широкое применение, так как на трех валках можно расположить больше калибров, чем на валках двухвалковых клетей. Металл движется в одну сторону между нижним и средним валками и в другую - между средним и верхним.

Листовые трехвалковые клети (клети Лаута) (рис. 4.10, в) применяют для прокатки толстых и средних листов в виде полос длиной 10-20 м. Средний валок является нсприводным и имеет меньший диаметр. При прокатке он прижимается поочередно к верхнему и нижнему валкам и вращается ими за счет сил трения. Оба типа станов снабжаются подьемно-качающимися столами для подачи заготовок между разными парами валков.

В рабочей четырехвалковой клети (кварто) (рис. 4.10, г) валки расположены один над другим: два рабочих валка меньшего диаметра (средние) и два опорных большего диаметра, их назначение воспринимать давление при прокатке и уменьшать прогиб рабочих валков. Станы с такими клетями могут быть реверсивными и нереверсивными. Их используют при прокатке тонких и толстых листов и полос, броневых плит, а также рулонов.

Холодную прокатку рулонов ведут на непрерывных нереверсивных станах. В этом случае перед клетью устанавливают разматыватель рулонов, а позади - моталку, создающую натяжение полосы и наматывающую ее на барабан (рис. 4.10, 0). При холодной и горячей прокатке рулонов на одноклетьевых реверсивных станах моталки устанавливают с обеих сторон клети, и прокатка происходит то в одну, то в другую сторону. Иногда при горячей прокатке моталки устанавливают в печах перед клетью и позади нее.

Шестивалковые клети (секста) (рис. 4.10, е) с двумя рабочими и четырьмя опорными валками ввиду жесткости самой рабочей клети и меньшего прогиба опорных валков служат для холодной прокатки тонких полос и узких лент в рулонах с точными допусками по толщине. Однако преимущества этого типа клетей по сравнению с четырехвалковыми незначительны, а так как их конструкция сложнее, то широкого распространения они не получили.

Двенадцати- и двадцативалковые (рис. 4.10, ж , з ) клети применяются для проката фольги. Благодаря использованию валков очень малого диаметра (10-35 мм) и большой жесткости всей рабочей клети и валковой системы на этих станах успешно осуществляют рулонную прокатку тонкой и тончайшей ленты толщиной 5-100 мкм и шириной 100-1 500 мм с допуском по толщине 1-5 мкм. Рабочие валки таких станов нсприводные, так как имеют слишком малый диаметр; они опираются на приводные валки большего диаметра, а последние, в свою очередь, - на опорные ролики. Эта схема обеспечивает большую прочность всей валковой системы и практически полное отсутствие прогиба рабочих валков.

Клети с горизонтальными и вертикальными валками называются универсальными. Универсальные клети (обычные) применяют главным образом как реверсивные двухвалковые (например, для слябингов) (рис. 4.10, и) или четырехвалковые (например, для толстолистовых станов). На этих клетях обжатие металла осуществляется как горизонтальными, так и вертикальными валками. Вертикальные валки обеспечивают создание ровных и гладких боковых граней листов и слябов. Такие валки располагают, как правило, у одной стороны рабочей клети. В универсальных балочных клетях (рис. 4.10, к), в отличие от обычных, вертикальные валки являются неприводными. Эти станы используют для прокатки высоких двутавровых балок с широкими полками.

Клети специальной конструкции используют в станах узкого назначения: колесопрокатные, бандажепрокатные, кольцепрокатные, шаропрокатные, станы для прокатки профилей переменного и периодического сечения и др.

В зависимости от расположения рабочих клетей прокатные станы делят на пять групп: одноклетьевые, линейные многоклетьевыс, последовательные, полунепрерывные, непрерывные (рис. 4.11).

Одноклетьевые станы (рис. 4.11, а) имеют одну рабочую клеть с линией привода валков, состоящей из шпинделей, шестеренной клети, редуктора, муфт и главного электродвигателя. Одноклетьевые реверсивные станы являются универсальными и удобны для перенастройки с одной программы на другую. Достоинство таких станов - небольшая занимаемая площадь. Недостаток - дополнительный расход энергии и времени на реверсы. К этим станам относят блюминги, слябинги, толстолистовые трех-и четырехвалковые, а также универсальные станы.

Рабочие клети линейных станов (рис. 4.11, 6) расположены в одну, две, три и более линии, причем каждая линия работает от отдельного привода, или несколько линий - от одного электродвигателя. Станы этого типа нереверсивные; их применяют как проволочные, сортовые, рсльсобалоч-ные и толстолистовые.

В последовательных станах (рис. 4.11, в) прокатываемая полоса проходит несколько раз через каждую клеть, поэтому число клетей такого стана равно максимальному числу проходов, необходимых для обжатия заготовки сечением Р 0 в готовый профиль сечением /^1 Для сокращения длины цеха и лучшего использования его площади клети обычно располагают несколькими параллельными рядами. Станы данной группы имеют высокую производительность, поэтому широко применяются для прокатки сортовых профилей.

Рис. 4.11. Схемы расположения и привод рабочих станов: а - одноклетьевого; б - линейного; в - последовательного; г - полунепрерывного; д - непрерывного;

1-13 - рабочие клети

Полунепрерывные станы (рис. 4.11, г) состоят из двух групп клетей: непрерывной и линейной. В одной группе клетей полоса прокатывается непрерывно, т. е. она может находиться одновременно в двух и более клетях. В другой группе прокатка осуществляется по принципу линейных и последовательных станов. Эти станы применяют для прокатки мелкого сорта проволоки и полос.

При прокатке на непрерывном стане (рис. 4.11, д) металл находится одновременно в нескольких клетях, поэтому скорость вращения валков в клетях должна регулироваться и подбираться так, чтобы расход металла в единицу времени в любой клети был постоянным:

F = F 2 v 2 = .. .F„j n = const, (4.43)

где F, F 2 , F n - поперечное сечение металла при выходе из первой, второй и последней клети; х>,о 2 , ..., о„ - скорости полосы на выходе из валков этих клетей. Нереверсивные непрерывные станы являются высокопроизводительными агрегатами, предназначенными для массового проката одной номенклатуры (размера). Непрерывные станы применяют в качестве заготовочных, широкополосных, мелкосортных, проволочных и станов холодной рулонной прокатки листов и жести. Привод валков этих станов может быть групповым или индивидуальным.

Для производства проката в прокатных цехах устанавливают станы различного типа и назначения, которые условно делят на несколько групп.

Заготовочные станы: блюминги, слябинги, непрерывные заготовочные станы. Блюминги и слябинги - это крупные обжимные станы с диаметром валков 800-1 500 мм, в которых прокатку ведут за 11-15 проходов в реверсивном режиме. Как правило, это одноклетьевые станы для производства заготовок больших размеров в виде прямоугольной заготовки (сляба) и квадратной заготовки (блюма). Блюминги бывают одноклетьевые двухвалковые и многоклетьевые, реверсивные и непрерывные. Наибольшее распространение в качестве заготовочных станов для прокатки блюмов и слябов получили одноклетьевые двухвалковые реверсивные блюминги. В зависимости от диаметра валков условно различают большие блюминги (1 100-1 500 мм), средние (900 - 1000 мм), малые блюминги или обжимные станы (800-900 мм). Непрерывные заготовочные станы устанавливаются непосредственно за блюмингом (слябингом) и имеют обычно две непрерывные группы по шесть клетей в каждой.

К станам для производства готового проката относят: сортовые, листовые, трубные и специальные.

К сортовым станам относят крупносортные, рельсобалочные, средне-и мелкосортные. По назначению их делят на две группы: общего назначения, производящие сортовую продукцию широкого сортамента для всех отраслей машиностроения и строительства, и станы специализированные, предназначенные для производства сортового металла сравнительно узкого сортамента, используемого только в отдельных отраслях промышленности.

На крупносортных станах производят прокат с поперечным сечением в виде круга диаметром выше 50 мм, а также равновеликие по площади поперечного сечения квадраты, уголки, швеллеры и другие профили. На среднесортных - профили круглого сечения с диаметром от 30 до 50 мм и другие равновеликие по площади профили. На мелкосортных станах производят прокат, имеющий диаметр от 10 до 30 мм, и другие равновеликие профили. К этим станам могут относить и специализированные проволочные станы, производящие круглый прокат (катанку) диаметром 5,0-8,0 мм.

Крупносортные станы имеют валки чистовой клети диаметром 850-500 мм, среднесортные 500-350 мм, мелкосортные 350-250 мм и проволочные 280-150 мм.

Рельсобалочные станы выпускают кроме основной продукции (рельсов и балок) и другие крупные сортовые профили.

К листовым станам относят станы для прокатки толстолистовой и тонколистовой (рулонной) прокатки. На полосовых или штрипсовых станах производят полосу для трубосварочных агрегатов.

К трубным станам относят прошивные, раскатные станы и станы холодной прокатки труб (ХПТ), а также станы для получения сварных труб. К специальным станам относят станы для прокатки периодических гнутых профилей, шаропрокатные, колесопрокатные и др.

Основным деформирующим инструментом каждого прокатного стана являются валки, вращающиеся в подшипниках, установленных в рабочих клетях. Привод валков осуществляется электродвигателем через промежуточные передаточные механизмы и устройства. Оборудование, приводящее во вращение валки, а также воспринимающее возникающие при пластической деформации металла усилия и крутящие моменты, составляет рабочую линию клети (рис. 4.12).

11 1

Рис. 4.12. Схема главной линии четырехвалковой рабочей клети листопрокатного стана: 1 - рабочая клеть; 2 - универсальные шпиндели; 3 - электродвигатель (главный привод); 4 - шестеренная клеть; 5 - редуктор; 6 - моторная муфта; 7 - коренная муфта; 8 - пружинное уравновешивающее устройство шпинделей; 9 - опорные неприводные валки; /0-рабочие приводные валки; 11-

станина; 12 - плитовина; 13 - анкерный болт

Оборудование, входящее в рабочую линию, делят на три основных группы:

• рабочую клеть 1 с валками 9,10 и станиной 11;
• передаточные механизмы 2, 4-7;
• главный электродвигатель 3.

Рабочая клеть представляет собой две массивные станины, установленные на стальные плиты (плитовины) 12, прикрепленные к фундаменту анкерными болтами. Станина рабочей клети воспринимает все усилия, возникающие при прокатке металла, и поэтому выполняется массивной (60-120 т и более). Материал станины - стальное литье. Для сортовых станов применяют предварительно напряжённые рабочие клети, в которых повышение жёсткости достигается не увеличением массы станины, а с помощью специальных стяжных механизмов. В станинах смонтированы подушки с подшипниками и валками, а также устройства для перемещения верхнего валка по высоте и его осевой фиксации, направляющие проводки для металла и др.

Передаточные механизмы и устройства в зависимости от назначения и конструкции прокатного стана могут быть различными. На крупных станах (обжимных, толстолистовых), а также на станах, прокатывающих металл с большой скоростью, применяют индивидуальный привод рабочих валков от отдельных электродвигателей: в этом случае передаточным устройством являются универсальные шпиндели, промежуточные валы и муфты. На остальных станах предусмотрен общий привод рабочих валков от шестеренной клети 4, которая представляет собой редуктор, а роль шестерен выполняют шестеренные валки. В этом случае между электродвигателем и рабочей клетью в одну линию расположены моторная муфта 6, шестеренная клеть 4 и универсальные шпиндели.

Шпиндели - это соединительные детали, благодаря которым крутящий момент передается от шестеренной клети прокатным валкам. Концевые части шпинделей (головки) бывают различной формы; наибольшее распространение получили шпиндели с универсальными и трефовыми головками. Если угловая скорость вращения электродвигателя не соответствует скорости вращения валков, то в линии привода валков устанавливают редуктор 5 и коренную зубчатую муфту 7.

Главный электродвигатель прокатного стана имеет воздушное охлаждение, может быть постоянного и переменного тока, синхронным и асинхронным. Двигатели постоянного тока устанавливают на реверсивных станах и станах с широким диапазоном изменения числа оборотов валков, асинхронные двигатели переменного тока применяют, когда работа прокатного стана нс требует изменения числа оборотов валков в широких пределах.

Вспомогательное оборудование прокатных станов служит для подачи металла от нагревательных устройств к приёмному рольгангу стана (слитковозы), поворота слитка на рольганге (поворотные устройства), транспортирования металла (рольганги или транспортёры), перемещения металла вдоль валка для подачи его в калибр (манипуляторы), поворота металла относительно его продольной оси (кантователи), охлаждения металла (холодильники), травления металла (травильные установки), разматывания рулонов (разматыватели), сматывания полосы в рулон или проволоки в бунт (моталки), резки металла (ножницы и пилы), а также для отделки металла: правки (правильные машины и прессы), дрессировки, клеймения, укладки, промасливания, упаковки и т. д.

Автоматика крупных прокатных станов состоит из ряда локальных систем, собранных для управления всем ходом технологического процесса. Автоматизация прокатного производства начинается от подачи исходного материала на склад и со склада и кончая поступлением проката на склад готовой продукции и погрузкой его в вагоны. Каждая система имеет многочисленные и разнообразные приборы-датчики, собирающие и передающие информацию о ходе технологического процесса, в том числе о температуре металла, давлении металла на валки стана, параметрах обрабатываемого материала, в частности о размерах прокатываемого профиля, его положении и характере перемещения. Вся эта информация поступает в вычислительные машины систем, после чего выдаются команды для управления машинами и механизмами прокатного стана, относящимися к дан-

машине, объединяющей отдельные системы, для соответствующей корректировки работы машин и механизмов других участков стана, управляемых остальными системами. Одна из главных задач автоматизации (и экономически наиболее выгодная) - автоматизация регулирования размеров прокатываемого профиля, осуществляемая путём соответствующего автоматического изменения пространства между валками на основании показаний непрерывно действующего измерителя размеров профиля. Благодаря этому резко повышается точность размеров профиля, качество металла, снижаются удельные расходы металла. Особенно большой эффект достигается при производстве тонколистовой продукции.

Основным инструментом для прокатки являются валки, выполняющие основную операцию прокатки, - деформацию (обжатие) металла и придание ему требуемой формы поперечного сечения. В процессе деформации металла вращающиеся валки воспринимают давление, возникающее при прокатке, и передают это давление на подшипники. Валки прокатных станов делят на две основные группы: листовые и сортовые.

Прокатные валки листопрокатных станов имеют гладкую бочку (рис. 4.13, а), их устанавливают в клети на двух опорах, что является наиболее распространенным типом крепления валков.

Основные части валка:

• бочка - деформирующая часть валка диаметром О и длиной
• шейка - имеет диаметр с1 ш, длину / ш и служит опорным участком для установки валка в подшипниковых узлах;
• концевые участки предназначены для соединения со шпинделями и могут иметь различную конфигурацию в зависимости от конструкции шпинделя (трефы, лопасть или цилиндрическая часть).

Рис. 4.13. Прокатные валки: а - листовые; б - сортовые

Диаметр валка, которому соответствует скорость выхода раската из валков (без учета опережения), называется катающим диаметром. При прокатке металла в листовых валках катающий диаметр принимают по гладкой бочке, а для сортовых валков этот параметр определяют по формулам, включающим размеры валка и калибра. Основным параметром листопрокатного стана является длина бочки валков. Этот размер используют для обозначения марки прокатного стана. Например, марка «широкополосный стан 2500» обозначает, что данный стан имеет длину гладкой бочки 2 500 мм. Это позволит получать на данном стане плоский прокат шириной до 2 500 мм.

Бочку валков, предназначенных для горячей прокатки тонких листов, делают немного вогнутой, чтобы при прокатке горячего металла и большом разогреве средней части валков бочка их стала цилиндрической, и тогда толщина прокатанного листа будет равномерной по всей его ширине. Наоборот, бочку валков для холодной прокатки тонких листов выполняют немного выпуклой: при прокатке, вследствие большего изгиба средней части валков по сравнению с краями, бочка станет цилиндрической.

Сортовые валки (рис. 4.14, 6) служат для прокатки сортового профиля. На поверхности бочки валков есть ручьи, соответствующие профилю проката. Ручьи двух или более валков образуют калибры, поэтому валки еще называют калиброванными. Основным параметром сортового валка является его диаметр, входящий в обозначение прокатного стана. Например, стан марки «блюминг 250» предназначен для сортовой прокатки и имеет диаметр бочки валка 250 мм.

Валок (рис. 4.13) состоит из нескольких элементов: бочки (диаметром?) и длиной Т б), которая при прокатке соприкасается с металлом, шеек (диаметром с1 ш и длиной / ш), расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипники валка; концов валка, служащих для соединения валка со шпинделем.

Основные размеры валка (диаметр и длина бочки) зависят от сортамента прокатываемой продукции. Диаметр валка для горячей прокатки составляет от 250 - 300 мм (прокатка проволоки) до 1 000-1 400 мм (прокатка блюмов и слябов). Для холодной прокатки применяют валки диаметром от 5 мм (на 20-валковых станах при прокатке фольги) до 600 мм (на четырехвалковых станах при прокатке тонких полос).

Качество валков определяет нормальную работу стана, его производительность и качество выпускаемого проката. Валки эксплуатируются в условиях непрерывного истирания их металлом при прокатке, испытывают значительные давления и иногда работают при высокой резко меняющейся температуре. Прокатные валки изготавливают из стали и чугуна. Чугунные валки характеризуются пониженной прочностью, но при этом обладают высокой износостойкостью, поэтому их применяют в основном в прсдчистовых и чистовых клетях, а иногда и в промежуточных группах клетей. Обычные стальные и чугунные валки не всегда удовлетворяют повышенным требованиям, предъявляемым к ним, поэтому возникла необходимость применять литые и кованые высокопрочные стальные валки и чугунные валки повышенной прочности. Выбор материала для валков должен учитывать тип прокатного стана. Например, при горячей прокатке на блюминге на валки действуют высокие давления и температура. Поэтому такие валки изготовляют из литой или кованой углеродистой стали с большой вязкостью. Они отличаются хорошим сопротивлением изгибающим нагрузкам, возникающим при прокатке. Твердость валков при этом не играет главной роли. Для станов холодной прокатки целесообразно использовать легированные стальные и чугунные валки, у которых поверхностный слой характеризуется большой твердостью. Так, для валков диаметром менее 300 мм применяют стали марок 9Х и 9ХР, а для валков диаметром более 300 мм - стали 9X2, 9Х2МФ, 9Х2В и др. Валки для холодной прокатки, изготовленные из стали всех марок, подвергают термической обработке (закалка, отпуск) по специальным режимам. Повышения прочности и твердости бочки валков достигают также поверхностной закалкой. Глубина слоя повышенной твердости должна быть в пределах 20-60 мм, что дает возможность при износе поверхности бочки производить большое количество перешлифовок и тем самым удлинять срок службы валка. Большую роль при прокатке играет коэффициент трения на поверхности валков. Стальные валки имеют повышенный коэффициент трения, поэтому их чаще используют в клетях, реализующих высокие обжатия. На блюмингах, слябингах и заготовочных станах для повышения коэффициента трения, а следовательно, и улучшения условий захвата металла валками применяют поверхностную накатку валков гладкими или насеченными роликами.

Инструментом прокатки являютсявалки , с помощью которых обрабатываются слитки и другие заготовки. Валки бывают:

гладкие для проката листов, лент;

ступенчатые для прокатки полосовой стали;

ручьевые для получения сортового проката.

Профиль выреза на боковой поверхности валка называется ручьем . Ручей верхнего и нижнего валков в совокупности образуюткалибр .

На каждой паре валков размещают несколько калибров, форма которых зависит от прокатываемого профиля. Сложные профили проката получают последовательными пропусками металла через серию калибров. Для рельсов число калибров 9, для балок от 9 до 13, для проволоки – от 15 до19.

В зависимости от стадии прокатки различают калибры обжимные (уменьшающие сечение заготовки),черновые (приближающие сечение заготовки к заданному профилю) ичистовые илиотделочные (дающие заданный профиль).

Оборудование , на котором прокатывается металл, называется прокатным станом.Принцип работы прокатного стана следующий: прокатные валки монтируются в подшипниках, находящихся в стойках станины. Комплект валков вместе со станиной называется рабочей клетью. Рабочие валки получают вращение от двигателя через редуктор, передающий вращательное движение через шестеренную клеть и шпиндели.

К прокатному стану относятся также вспомогательные машины и механизмы, выполняющие подсобные операции по резке, отделке транспортировке прокатываемого металла.

§ 3. Классификация прокатных станов

Станы классифицируются по 3 основным признакам:

по назначению;

по числу и расположению валков в рабочих клетях;

3. по числу и расположению рабочих клетей.

По назначению станы разделяют на 2 основных типа:

станы для производства полупродукта;

станы для производства готовой продукции.

Кпервому типу относятсяобжимные и заготовочные станы. Обжимные станы –блюминги и слябинги с диаметром валков 800―1400 мм – предназначены для прокатки слитков в заготовки крупных размеров (блюмы и слябы), которые в качестве полупродукта поступают для последующей прокатки в заготовки меньших размеров или для получения готового продукта. Заготовочные станы имеющие диаметр валков450―750 мм предназначены для прокатки блюмов в заготовки более мелких размеров (от 5050 мм до 150150 мм), являющихся исходным материалом для дальнейшей прокатки на сортовых станах.

Ко второму типу станов относят:

1. рельсобалочные с валками диаметром 750 – 900 мм для прокатки

железнодорожных рельсов, двутавровых балок, швеллеров, уголков

крупных размеров;

2. крупносортовые с валками диаметром 500―750 мм для прокатки крупносортовой стали (квадратной и круглой от 80 до 150 мм), балок и швеллеров 120―140 мм;

3. среднесортовые с валками диаметром 350―500 мм для прокатки среднесортовой стали (квадратной и круглой 40―80 мм), балок и швеллеров высотой до 120 мм;

4. мелкосортные с валками диаметром 250―350 мм для прокатки мелких сортовых профилей (квадратной и круглой 8―40 мм), угловых профилей 2020 до 5050 мм;

5. проволочные станы с валками диаметром 250―300 мм для прокатки проволоки (катанки) диаметром 5―9 мм;

6. полосовые (штрипсовые) станы с валками диаметром 300―400 мм для прокатки полос шириной 65―500 мм и толщиной 1,5―10 мм;

7. толстолистовые станы для прокатки листов толщиной 4―60 мм;

8. тонколистовые горячей и холодной прокатки для листов толщиной 0,2―4 мм и шириной 500―2500 мм;

9. универсальные станы для прокатки универсальных полос шириной 200―1500 мм;

10. трубные станы для производства бесшовных и сварных труб;

11. станы специального назначения – колесо- и бандажепрокатные, шаропрокатные и т. д.

Как видно из приведенной классификации, основной характеристикой сортовых станов является диаметр рабочих или шестеренных валков. Если в стане имеется несколько клетей, то характеристикой всего стана является диаметр валков чистовой клети. Например, проволочный стан 250 означает, что диаметр рабочих или шестеренных валков чистовой клети равен 250 мм.

По числу и расположению валков в рабочих клетях станы различают :

дуо-станы – (двухвалковые) с двумя валками в каждой клети расположенные горизонтально один над другим в вертикальной плоскости.

Станы дуо могут иметь постоянное направление вращения валков (нереверсивные) и переменное (реверсивное). В последнем случае валки периодически изменяют направление вращения и слиток или полоса проходит между валками вперед и назад несколько раз; оба валка обычно являются приводными. Большее распространение получили реверсивные дуо-станы: блюминги, слябинги, толстолистовые и др.

Трио-станы, у которых три валка расположены горизонтально один над другим в одной вертикальной плоскости. Полоса прокатывается сначала между нижним и средним валками, а затем специальным приспособлением (подъемно-качающимися столами) поднимается на уровень разъема среднего и верхнего валков и при обратном ходе прокатывается между средним и верхним валками. На трио-станах прокатываются сортовой металл и листы. Листовые трио-станы имеют средний не приводной валок несколько меньшего диаметра, чем верхний и нижний, а на сортовых - все валки одинакового диаметра.

кварто-станы имеют четыре валка, вертикально расположенных один над другим, два валка меньшего диаметра (средние) – рабочие, а большие (верхний и нижний) – опорные. Опорные валки воспринимают давление при прокатке и уменьшают прогиб рабочих валков. Станы кварто бывают реверсивные и нереверсивные. Они предназначены для прокатки листов и полос.

многовалковые станы бывают шестивалковые, двенадцативалковые, двадцативалковые и др. Эти станы имеют два рабочих валка малого диаметра, а остальные - опорные. В виду малого прогиба рабочих валков эти станы применяют для холодной прокатки тонких полос и узких лент в рулонах.

универсальные станы, которые имеют в одной рабочей клети вертикальные и горизонтальные валки. На этих станах металл обжимается по ширине и высоте. Универсальные станы применяют для прокатки полос называемых универсальной сталью.

По числу и расположению рабочих клетей прокатные станы разделяют наодноклетевые и многоклетевые . Простейшим типом является одноклетевой стан. К ним относятся блюминги, слябинги, толстолистовые дуо- и трио-станы, универсальные станы.

Многоклетевые станы имеют две и более рабочие клети. Расположение клетей может быть: линейным, последовательным и непрерывным . У этих станов каждая рабочая клеть или группа из 2―4 клетей имеет линию привода валков.

Линейными станами с расположением рабочих клетей в одну линию являются рельсобалочные и крупносортные станы.

Наиболее распространенным типом современных многоклетевых станов являются непрерывные станы , у которых число рабочих клетей равно требуемому числу проходов; прокатка ведется по принципу – в каждой клети один проход. Клети расположены последовательно одна за другой так, что полоса одновременно находится в двух и более клетях. Скорость прокатки в каждой рабочей клети по мере уменьшения сечения прокатываемой полосы увеличивается, что достигается изменением числа оборотов валков при индивидуальном приводе валков каждой рабочей клети, либо изменением передаточного отношения и числа оборотов валков и диаметра рабочих валков при групповом приводе.

Непрерывные станы применяются в качестве заготовочных, сортовых, проволочных, штрипсовых (полосовых), листовых для холодной и горячей прокатки. Скорость прокатки на этих станах достигает 30―35 м/сек и более, благодаря чему непрерывные станы имеют высокую производительность.