СПОСОБ ПРОКАТКИ ТОНКИХ ЛЕНТ Российский патент 1996 года по МПК B21B13/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для холодной прокатки тонких лент.

Известен способ прокатки тонких лент,включающий деформацию заготовки протягиванием между цилиндрическими валками и перемещение валка вдоль оси заготовки при изменении ее толщины [1]
Согласно этому способу лента протягивается через межвалковый зазор с помощью переднего натяжения. При увеличении толщины ленты на входе в очаг деформации, связанной с продольной разнотолщинностью подката, увеличиваются коэффициент вытяжки и усилие переднего натяжения. Вследствие увеличения переднего натяжения ленты очаг деформации перемещается в направлении прокатки, в результате чего уменьшается зазор и компенсируются упругие деформации клети, вызванные изменением усилия прокатки при изменении коэффициента вытяжки (обжатия). При уменьшении толщины ленты на входе в валки снижается величина переднего натяжения и очаг деформации перемещается в направлении, противоположном направлению прокатки, что приводит к увеличению межвалкового зазора. Таким образом, в известном способе предлагается компенсировать изменение величины упругой деформации клети при колебании усилия прокатки вследствие продольной разнотолщинности подката (переменного значения обжатия). Однако при этом не учитывается влияние переменного значения переднего натяжения на изменение усилия прокатки. Известно, что при прокатке с передним натяжением увеличение напряжения переднего натяжения вызывает снижение усилия прокатки[2] В случае прокатки лент в неприводных валках за счет приложения к переднему концу тянущего усилия с увеличением толщины ленты на входе в очаг деформации (с ростом обжатия) возрастает усилие переднего натяжения, что согласно условию пластичности приводит к меньшему росту усилия прокатки, чем при способе прокатки ленты в приводных валках без переднего натяжения. Следовательно, увеличение переднего натяжения в определенной мере компенсирует возможный рост усилия прокатки и за счет этого снижает приращение зазора между валками в результате упругой деформации нагруженных элементов клети. В то же время согласно известному способу величина смещения очага деформации в направлении прокатки, кинематически обеспечивающая уменьшение межвалкового зазора, определяется величиной усилия переднего натяжения. Чем оно больше, тем значительнее и смещение очага деформации в направлении тянущего усилия в соответствии с условием равновесия действующих сил и, следовательно, тем существеннее уменьшение зазора между валками.

Недостаток известного способа проявляется в том, что совокупное влияние переднего натяжения в нем приводит к тому, что при большей начальной толщине ленты зазор между валками уменьшается более значительно от заданного значения, чем его возможное приращение от упругой деформации клети (из-за большего обжатия) и наоборот при меньшей начальной толщине ленты с уменьшением переднего натяжения величина зазора будет возрастать от заданного значения, поскольку при этом независимо от снижения обжатия ленты увеличивается усилие прокатки и, следовательно, величина упругой деформации клети и уменьшается смещение очага деформации в направлении тянущего усилия. Отмеченный недостаток приводит к снижению качества изделий за счет повышения разнотолщинности тонких лент по длине.

Решаемая изобретением задача состоит в повышении качества изделий за счет уменьшения разнотолщинности путем саморегулирования межвалкового зазора.

Это достигается тем, что в известном способе прокатки тонких лент, включающем деформацию заготовки между цилиндрическими валками и перемещение валка вдоль оси заготовки при изменении ее толщины, согласно изобретению деформацию осуществляют приводным и неприводным валками и при изменении толщины заготовки осуществляют перемещение неприводного валка по дуге окружности.

Способ поясняется чертежом.

При прокатке с одним холостым валком в очаге деформации находится три зоны: зона отставания, зона сдвига, зона опережения.

Отыщем теперь точку Хс приложения равнодействующей на холостой валок. Если принять, что в сечении Х=Хс, толщину прокатываемой ленты обозначают hc то на основании известной зависимости значение величины можно определить из уравнения

где hх толщина очага деформации в произвольном сечении;
H толщина ленты перед обжатием;
h_o- толщина ленты в плоскости между зонами отставания и сдвига;
h₁ толщина ленты в плоскости между зонами сдвига и опережения;
h толщина ленты после обжатия;
Pх нормальное контактное напряжение для зоны отставания;
Pх₂ нормальное контактное напряжение для зоны сдвига;
Pх₃ то же напряжение для зоны опережения.

Для определения нормальных контактных напряжений представляются следующие зависимости [4]
для зоны отставания:

для зоны опережения:

где K постоянная пластичности;
δ коэффициент, учитывающий контактное трение;
для зоны сдвига

Данная формула выведена на основании гипотезы плоских сечений. Проинтегрировав эти уравнения, получают выражение:

Таким образом определили точку приложения равнодействующей давления металла на холостой валок.

Способ осуществляют, например, при помощи устройства, схематично изображенного на фиг.1. Устройство для осуществления способа включает два гладких валка 1 и 2. Нижний валок снабжен приводом (на чертеже не показан). Верхний валок является холостым, вращение которого обеспечивается наличием сил контактного трения, действующих между поверхностями валков и лентой 3. Лента имеет исходную (начальную) толщину Н и конечную толщину h.

При этом способе ось верхнего неприводного валка может смещаться в плоскости, перпендикулярной осям валков по траектории, описываемой дугой окружности с центром в точке О. А ось О качания совпадает с образующей бочки неприводного валка, лежащей со стороны очага деформации в вертикальной плоскости, проходящей через ось приводного валка. Причина перемещения верхнего холостого валка относительно точки поворота О заключается в том, что при изменении начальной толщины ленты меняется длина дуги прокатки и, следовательно, положение точки приложения равнодействующей нормального контактного напряжения на верхнем неприводном валке. Для устойчивого протекания процесса прокатки необходимо, чтобы сумма моментов действующих на верхний валок сил относительно точки поворота О равнялась нулю, т.е.

Действие прокатываемой ленты на холостой валок можно представить в виде равнодействующей Р. Исходя из условия равновесия, при отсутствии трения в подшипниках или незначительной его величине равнодействующая Р должна проходить через ось О холостого валка [5]В момент захвата ленты валками на холостой валок действует вует равнодействующая силы Р приложенная в точке, находящейся перед осью О. Тогда из условия равновесия моментов холостой валок будет перемещаться вдоль направления прокатки в сторону выхода ленты из валков. Только в тот момент, когда равнодействующая Р на холостой валок проходит через ось О он будет находиться в равновесии. При увеличении исходной толщины Н ленты изменяется величина обжатия, следовательно, будет меняться усилие прокатки, согласно уравнению (5) плечо приложения равнодействующей Р также увеличится. И точка приложения равнодействующей силы Р находится перед осью О. Холостой валок при этом не будет находиться в равновесии и начнет поворачиваться относительно точки О в сторону выхода ленты из валков. В результате этого перемещения межвалковый зазор уменьшится и компенсируются упругие деформации, вызванные изменением усилия прокатки при изменении исходной толщины. При уменьшении исходной толщины очаг деформации будет перемещаться в сторону входа ленты в валки и, следовательно, увеличится межвалковый зазор. Таким образом, холостой валок качается относительно точки О при изменении положения точки приложения равнодействующей усилия прокатки вследствие продольной разнотолщинности подката (переменного значения обжатия). Поэтому с помощью предлагаемого способа обеспечивается более стабильная толщина прокатываемой ленты.

Отрегулировав исходный рабочий зазор между валками, включают привод, сообщая вращение валкам. Затем подают заготовку (ленту) в очаг деформации. При этом валки асинхронно вращаются в разные стороны и осуществляют процесс прокатки.

Способ иллюстрируется примерами. Прокатке подвергали материалы сталь 10, для которой
G 0,2=30 +2,95 ^0,64,и медь М4, для которой
G 0,2=7,5+5,6 ^0,41 [6]
В таблице 1 приведены конечные толщины получаемых лент при разных способах их прокатки с разными исходными толщинами в валках диаметром 200 мм, биение бочки которых относительно опорных шеек составляет 0,0015 мм (материал прокатываемых лент сталь 10, ширина прокатываемых лент 35 мм, исходный рабочий зазор 0,09 мм, жесткость клети 525500 Н/мм).

В таблице 2 представлены те же параметры (материал прокатываемых лент - медь М4, ширина прокатываемых лент 115 мм, исходный рабочий зазор 0,090 мм, жесткость клети та же).

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет уменьшать разнотолщинность получаемых лент и тем самым повышать их качество (для стали 10 разность толщины получаемых лент уменьшается с 0,0120 мм по прототипу до 0,0011 мм по заявляемому способу, для меди М4 с 0,0125 мм до 0,0006 мм).

Эксперименты проводили следующим образом. В валки подавали ленты с разными исходными толщинами, чтобы получать заданную толщину готовых лент. По заявляемому способу обеспечивается разность конечных толщин лент (для стали 10 0,0011 мм для меди М4 0,0006 мм). Таким образом, значительно повышается точность прокатываемых лент. Из приведенных таблиц видно, что точность прокатываемых лент при помощи заявляемого способа выше, чем допустимая величина биения валков (для стали 10 точность составляет 73,3% от величины биения валков, для меди М4 40% от величины биения валков). ТТТ1

Использование: уменьшение разнотолщинности ленты путем саморегулирования межвалкового зазора при холодной прокатке тонких лент. Сущность: для достижения указанного технического результата способ осуществляют при помощи устройства, которое включает два гладких валка. Нижний валок снабжен приводом. Верхний валок является холостым. Деформацию осуществляют приводным и неприводным валками и при изменении толщины заготовки осуществляют перемещение неприводного валка по дуге окружности. 1 ил.

Способ прокатки тонких лент, включающий деформацию заготовки протягиванием между цилиндрическими валками и перемещение одного из валков вдоль оси заготовки при изменении ее толщины, отличающийся тем, что деформацию осуществляют приводным и холостым валками и при изменении толщины заготовки осуществляют перемещение холостого валка по дуге.