СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШВЕЛЛЕРНОГО ПРОФИЛЯ Российский патент 1996 года по МПК B21B1/08 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и металлопотребляющим отраслям промышленности.

Известен способ прокатки швеллеров [1] включающий прокатку в предчистовых двухвалковых и чистовом универсальном калибрах.

Сущность способа состоит в том, что при прокатке и предчистовом калибре наружные углы формуют равными наружным углам готового профиля и создают перепад толщины от участков, прилегающих к этим углам за счет припусков на остальных участках наружных поверхностей стенок и полок, а в чистовом калибре профиль деформируется по наружным поверхностям только на участках этих припусков.

Недостатки известного способа следующие: невозможность точного учета величины уширения в разъемах чистового универсального калибра, изменение величины обжатия, например, в связи с выработкой калибра приводит к переполнению разъемов (образуются заусенцы).

Кроме того, конструктивные особенности известного чистового универсального калибра наряду с большой величиной упругой деформации прокатной клети уменьшают срок эксплуатации (между переточками) вертикальных валков.

Невозможность получения притуплений в виде фасок на готовом профиле (разделка кромок для последующей сварки металлоконструкций) ограничивает технологические возможности способа.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения швеллерного профиля, включающий черновую прокатку в двухвалковых калибрах, формирование притуплений наружных углов между полками и стенкой в виде фасок и чистовую прокатку в универсальном калибре, при этом величину притупления на готовом профиле выполняют равной 0,35-0,7 толщины полок, а углы наклона притупления к наружной грани стенки выполняют в пределах 24-56^о.

Известно устройство для формирования притуплений на заготовке перед ее прокаткой в чистовом универсальном калибре, содержащее фигурную подставку и регулируемые деформирующие ролики. Наружная поверхность подставки, опирающейся на рольганг, совпадает с внутренней конфигурацией заготовки профиля, а ролики выполнены регулируемыми в радиальном и угловом направлениях.

Известные решения позволяют снизить трудоемкость при изготовлении готовых изделий в металлообрабатывающих отраслях промышленности за счет подготовки кромок профиля под сварку при его прокатке. Одновременно известный способ обеспечивает в ряде случаем более полное использование стойкости валков.

Недостатки известного способа производства швеллерного профиля следующие.

Зависимость величины притупления от целого ряда не поддающихся точному учету факторов (уширение, жесткость клети, t^o раската и т.п.) обуславливает невысокую точность исполнения размеров притупления, а высокая трудоемкость учета упомянутых факторов увеличение трудозатрат на проектирование техпроцесса.

Невозможность получения и максимальной стойкости валков и заданных размеров притуплений (параметры разделки кромок профиля определяются не только типоразмером профиля, но и требуемой прочностью сварного шва) ограничивает либо технологические возможности способа, либо стойкость валков. Ограничение области применения известного способа горячей прокаткой сужает технологические возможности способа в части производства высокоточных холоднокатанных швеллерных профилей и выпуска малотоннажных партий профилей, так как частые переналадки высокопроизводительных станов горячей прокатки существенно увеличивают себестоимость продукции.

Необходимость выполнения отдельной операции по формированию притупления наружных углов между полками и стенкой отрицательно сказывается на производительности и себестоимости продукции.

Целью изобретения является устранение этих недостатков, а именно повышение производительности и точности проката и расширение технологических возможностей.

Цель достигается тем, что в способе производства швеллерного профиля, включающем черновую прокатку заготовки в двухвалковом калибре, формирование притуплений наружных углов между полками и стенкой в виде фасок с величиной притупления наружных углов готового профиля по стенке 0,35-0,7 толщины полок и углом наклона притупления к наружной грани стенки 24-56^о, чистовую прокатку в универсальном калибре, идентичные заготовки после прокатки в черновом двухвалковом калибре собирают по наружным граням стенок попарно и производят их спаренную прокатку в общем чистовом симметричном универсальном калибре, при этом формирование притуплений наружных углов между полками и стенкой производят гребнями вертикальных валков упомянутого калибра, величину притупления Δ наружных углов готового проката по стенке выполняют в пределах 0< Δ<В/2, в угол наклона притупления к наружной грани стенки 22^о< α<90^о, где В ширина профиля. Сборка идентичных заготовок после прокатки в двухвалковом черновом калибре по наружным граням стенок с последующей их спаренной прокаткой в общем чистовом симметричном универсальном калибре одновременно позволяет повысить производительность и точность проката.

Реализация принципа симметричная заготовка симметричный универсальный калибр позволяет обеспечить равномерное обжатие составной заготовки по ее контуру и следовательно существенно повысить точность размеров поперечного сечения профиля, в том числе и за счет уменьшения неравномерности износа по контуру калибра.

Формирование притуплений наружных углов между полками и стенкой швеллера (разделка для последующей сварки металлоконструкций) гребнями вертикальных валков общего симметричного универсального калибра обеспечивает повышение производительности и точности проката и расширение технологических возможностей, а также снижение трудозатрат по обслуживанию стана (исключение индивидуального оборудования по формированию притуплений).

Повышение точности обеспечивается за счет обжатия притуплений непосредственно в чистовом проходе (точность исполнения размеров притуплений определяется точностью изготовления гребней вертикальных валков).

Независимость геометрических параметров притуплений от величин упругой деформации клети и переточки валков существенно расширяет технологические возможности способа за счет расширения возможных пределов притупления (расширения типоразмеров притупления) и позволяет более полно удовлетворить потребности потребителей профилей.

Кроме того возможность использования предлагаемого технического решения при производстве холоднокатанных высокоточных швеллерообразных профилей также расширяет область применения предлагаемого способа, а формирование притуплений на заключительном этапе формоизменения заготовки снижает трудоемкость инженерной подготовки к производству, и следовательно, повышает производительность.

Выполнение величины притупления наружных углов готового проката по стенке вне заявленного диапазона, равно как и угла наклона притупления α= 90^о, невозможно из очевидных соображений, а выполнение угла α < 22^о, как показывают экспериментальные исследования, связано со снижением стойкости валков (сколы гребней вертикальных валков).

На чертеже приведена схема деформации составной заготовки в общем симметричном чистовом универсальном калибре.

Способ осуществляют следующим образом.

В процессе получения горячекатаного швеллера профиля черновую заготовку деформируют в клетях с двухвалковым калибром. Перед чистовой прокатной идентичные заготовки 1 стыкуют по наружным граням стенки. Передний конец собранной составной заготовки 2 помещают в направляющий канал привалковой арматуры, обеспечивающий беззазорное подвижное сопряжение полок заготовки 1 с соответствующими плоскостями упомянутого канала, и осевым перемещением задают в общий чистовой симметричный универсальный калибр 3.

При неодновременном касании заготовки 1 валков 4, 5 передний конец первой коснувшейся валков 4, 5 заготовки 1 смещается в соответствующем направлении до выборки зазоров между заготовками 1 и образующими поверхностей общего симметричного универсального калибра 3. В случае проскальзывания поверхностей калибра относительно одного из передних концов заготовок 1 либо отклонений размеров поперечного сечения передних концов от соответствующих размеров по длине заготовок 1 осуществляется до момента заполнения металлом очага деформации, несимметричное обжатие составной заготовки 2 и в последующем после прохождения переднего конца составной заготовки 2 очага деформации симметричная деформация частей составной заготовки 2.

В процессе деформации составной заготовки 2 в общем чистовом симметричном универсальном калибре 3 осуществляют обжатие полок и стенок заготовки 1 валками 4, 5 и посредством гребней вертикальных валков 5 формируют притупления наружных углов между полками и стенкой каждой заготовки 1. После выхода из общего чистового универсального калибра 3 готовые профили, например, в случае использования их в сварных металлоконструкциях, имеют величину притупления Δ наружных углов по стенке до 0,7t, где t толщина полок, а угол наклона α притупления к наружной грани стенки выполняют не менее 22^о.

Выбор верхнего предела величины притупления 0,7t наружных углов по стенке (высоты гребня вертикального валка 5) основан на возможности сохранения требуемых прочностных и эксплуатационных характеристик профиля. Угол наклона притупления α к наружной грани стенки, равной углу конусности гребня вертикального валка 5, выбран с учетом необходимых параметров разделки кромок профиля под сварку (при сварке двух швеллеров стенка к стенке α 22-23^о, при сварке фланец к фланцу α 55-57^о); стойкости валков, так как при выполнении гребней вертикальных валков с конусностью меньше 22^о наблюдаются при захвате переднего конца составной заготовки валками общего универсального калибра сколы упомянутых гребней.

По требованию потребителя, например, в случае использования швеллерообразных профилей в качестве заготовок детали машин и механизмов угол наклона притупления к стенке α и величина притупления Δмогут быть выполнены в следующих пределах 22^о< α< 90^о и 0< Δ < B/2.

Предлагаемый способ производства использован при производстве швеллерообразного профиля заготовки детали "направляющая" со следующими геометрическими размерами поперечного сечения: высота профиля 20 ±0,1 мм; ширина профиля 30-0,13 мм, толщина стенки 8-0,15 мм, толщина полки по ее верхней кромке 5-0,12 мм; угол между внутренними гранями полок 10^о ±30', величина притупления наружных углов по стенке Δ=8+0,15 мм, угол наклона притупления к наружной грани стенки α=30^o+45'. Материал профиля сталь 10. ГОСТ 1050-84. Прокатка осуществлена на стане МКЧ280 с четырехвалковым калибром в четыре прохода. В первых трех проходах прокатка выполнялась с нагревом заготовки, а в последнем, общем четырехвалковом универсальном калибре составная заготовка прокатывалась в холодном состоянии. Объем прокатанной партии составил 150 кг. Все размеры поперечного сечения прокатанных профилей соответствовали требованиям чертежа на готовый профиль. Сколов гребней вертикальных валков не наблюдалось.

Для определения предельного угла наклона притупления α к наружной грани стенки (конусности гребня вертикального валка общего чистового универсального калибра) была выполнена корректировка размеров калибра в первых трех проходах, позволившая получить черновые заготовки с заполненными наружными углами. По измененной калибровке прокатана партия черновых заготовок в количестве 55 шт. длиной по 500 мм.

На фрезерном станке у 50 заготовок по наружным углам полок и стенки были сняты, фаски пяти типоразмеров (по 10 заготовок каждого типоразмера) с углом наклона притупления к наружной грани стенки, равным α=18, 20, 22, 24, 28^о, и равной для всех пятидесяти заготовок величиной притупления Δ=12 мм.

Прокатка пятидесяти заготовок осуществлялась в общем чистовом универсальном калибре со сменными комплектами вертикальных валков, геометрические параметры гребней которых были выполнены из условия получения равных абсолютных обжатий по контуру составной заготовки.

Прокатка составных заготовок с углом притупления α=28; 24; 22^о проходила устойчиво, сколов гребней вертикальных валков не обнаружено, а при прокатке составных заготовок с углом наклона притупления α=20; 18^о было соответственно обнаружено два и пять сколов гребней вертикальных валков.

Для сравнительной оценки по точности геометрических размеров поперечного сечения профилей получаемых согласно известного и заявляемого способов производства были выполнены следующие исследования.

На пяти оставшихся заготовках на фрезерном станке было обработано пять типоразмеров различных по величине Δ=8,0; 8,1; 8,2; 8,3; 8,4 мм, но равных по углу наклона α30^о фасок.

После прокатки этих заготовок в известном одинарном универсальном калибре по общепринятой методике восполнены измерения размеров поперечного сечения профиля. Наиболее близкие результаты к требуемым по чертежу по точности величины притупления получены при прокатке заготовки с размером обработанной на фрезерном станке фаски Δ8,4 мм, однако при прокатке нарушена плоскостность притупления.

Сравнение результатов измеренинй показало, что отклонения на размеры поперечного сечения профилей, полученных по предлагаемому способу, составляют в среднем 85 от отклонений на соответствующие размеры профилей, полученных по известному способу.

Положительный эффект, достигаемый использованием предлагаемого изобретения по сравнению с известными, состоит в повышении производительности и точности проката и расширении технологических возможностей.

Повышение производительности обеспечивается объединением проходов по формированию притуплений и чистового формоизменения заготовки в одном проходе, одновременным формированием притуплений на двух заготовках, одновременным чистовым формоизменением двух заготовок в общем чистовом калибре, снижением трудозатрат по обслуживанию стана (исключение индивидуального оборудования по формированию притуплений) и снижением трудоемкости инженерной подготовки к производству.

Повышение точности достигается за счет реализации принципа симметричная заготовка симметричный калибр, уменьшением неравномерности износа по контуру калибра и формированием притупления на заключительной стадии деформации заготовки.

Расширение технологических возможностей обуславливается расширением сортамента профилей, в том числе и за счет выпуска высокоточных холоднокатаных швеллерообразных профилей.

Целесообразно использование предлагаемого технического решения и при организации производства малотоннажных партий профилей, например, в условиях заготовительных производств предприятий, изготовляющих металлоконструкции.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и металлопотребляющим отраслям промышленности. Сущность изобретения: идентичные заготовки после прокатки в черновых двухвалковых калибрах собирают по наружным граням стенок попарно и производят их спаренную прокатку в общем чистовом симметричном универсальном калибре, при этом гребнями вертикальных валков упомянутого калибра производят формирование притуплений наружных углов между полками и стенкой с тем, чтобы готовый профиль имел требуемые по чертежу размеры фасок. Изобретение обеспечивает повышение точности профилей и интенсификацию процесса их производства при существенном за счет расширения профилесортамента, в том числе освоения выпуска высокоточных малотоннажных партий швеллерообразных заготовок деталей, расширении технологических возможностей способа. 1 ил.

Способ производства швеллерного профиля, включающий черновую прокатку заготовки в двухвалковом калибре, формирование притуплений наружных углов между полками и стенкой в виде фасок и чистовую прокатку в универсальном калибре, отличающийся тем, что идентичные заготовки после прокатки в черновом двухвалковом калибре собирают по наружным граням стенок попарно и производят их спаренную прокатку в общем чистовом универсальном калибре, при этом формирование притуплений наружных углов между полками и стенкой производят гребнями вертикальных валков упомянутого калибра.