СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛОСЫ Российский патент 1996 года по МПК B21D1/00 

Изобретение относится к обработке металлической полосы путем упруго-пластической деформации и может быть использовано для осуществления отделочных операций (очистка поверхности от окалины, правка и т. п.) на металлургических заводах и в специализированных отделениях других предприятий.

В технологических схемах производства и отделки металлических полос (лента, пруток, проволока и т. п.) для достижения требуемых показателях геометрии (плоскостность, прямолинейность) и качества поверхности применяют операции правки и очистки от окалины. Обе эти операции включают упруго-пластическую деформацию полос с остаточной деформацией до 3
Так, например, в линиях для очистки горячекатаной полосы от окалины [1] перед травлением полоса проходит через оборудованную мощными натяжными устройствами клеть дуо, являющуюся окалиноломателем. При деформации полосы окалина, имеющая меньшую, чем металл полосы, пластичность, растрескивается, что облегчает ее последующее стравливание в кислотных растворах. Такой способ неэффективен, т. к. часть окалины вдавливается в поверхность полосы, приводя к дефекту "недотрав". Обеспечение плоскостности полосы при этом способе обработки также не достигается, поскольку наличие исходной продольной и поперечной разнотолщинности приводит к неравномерной деформации и нарушению плоскостности.

Более эффективным в настоящее время является процесс обработки металлической полосы путем упругого-пластической деформации в роликовых машинах, который используется как для правки, так и для механического разрушения окалины в линиях непрерывно-травильных агрегатов (НТА) [2] Этот процесс заключается в многократном перегибе полосы, движущейся между вращающимися роликами. Как показала практика, он не всегда обеспечивает создание необходимых растягивающих напряжений в сечении полосы и поэтому не обеспечивает необходимого качества правки, особенно тонкого и прочного металла, а также полноты и эффективности механического разрушения окалины в линиях НТА.

В целом прототип имеет следующие основные недостатки:
1. Напряжения по сечению полосы распределяются неравномерно. При этом во внутренних слоях полосы направления не достигают предела текучести, что приводит к остаточным напряжениям в сечении с возможной потерей устойчивости (нарушение плоскостности).

2. Поверхность полосы травмируется на контакте с роликами.

3. Для достижения суммарной остаточной деформации требуется большое число перегибов (до 17 рабочих роликов малого диаметра), что при наличии опорных роликов приводит к усложнению и удорожанию устройств.

4. Большой удельный расход энергии и низкий КПД процесса.

5. Низкая скорость движения полосы при обработке, ограничения условиями охлаждения роликов и динамикой знакопеременного изгиба.

6. Абразивный износ роликов в случае разрушения окалины и сложность ее удаления из устройства.

Задачей изобретения является устранение этих недостатков, а именно повышение качества полос, увеличение производительности, упрощение технологического оборудования и снижение его стоимости, улучшение условий эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что в способе обработки металлической полосы путем многократной упруго-пластической деформации, согласно изобретению, к деформируемому участку полосы в направлении продольной оси полосы прикладывают переменную растягивающую возмущающую силу, периодически изменяющуюся с частотой v = (0,7-0,99)ω, где w частота собственных колебаний полосы. С целью достижения рациональной частоты собственных колебаний полосы к деформируемому участку полосы закрепляют груз и возмущающую силу прикладывают к полосе через груз.

Деформируемому участку полосы придают форму петли и полосу в процессе обработки непрерывно перемещают, поддерживая размер петли в заданных пределах. Целесообразно на деформируемый участок полосы воздействовать дополнительным грузом через рычаг, шарнир которого и дополнительный груз располагают по разные стороны от места нагружения полосы с возможностью регулирования положения дополнительного груза вдоль соответствующего плеча рычага.

Возмущающую силу можно прикладывать различными путями. По одному из вариантов возмущающую силу прикладывают путем воздействия по крайней мере на один из выполненных из магнитного материала грузов переменным электромагнитным полем. По второму варианту возмущающую силу прикладывают путем вращения дополнительной массы относительно оси, проходящей через центр тяжести по меньшей мере одного из грузов.

Приложение растягивающей возмущающей силы периодически изменяющейся с определенной частотой приводит к появлению растягивающих напряжений, которые ведут к скалыванию окалины, правке полосы. Так как частота собственных колебаний системы , где c жесткость полосы, то для достижения очистки и правки полосы требуется большая по величине частота возмущающей силы, а для ее снижения массу полосы увеличивают, закрепляя на ней груз.

При закреплении к полосе груза массы m в деформируемом участке создают растягивание напряжения σ. Система полоса-груз имеет частоту собственных колебаний , где с жесткость полосы. На систему полоса-груз воздействуют в направлении силы тяжести возмущающей силой P_b, периодически изменяющейся с частотой V. При этом в системе полоса-груз возникают вынужденные колебания с частотой V. Наиболее динамическое перемещение груза (деформация полосы) равно
Δlg = Δl•μ (1)
где Δl перемещение (деформация полосы) от статического действия груза Q;
μ динамический коэффициент

По мере увеличения V и приближения ее к значению w, динамический коэффициент m нарастает. В случае v = ω динамический коэффициент становится большим ((μ = ∞).). Поскольку явление резонанса (v = ω) весьма опасно для системы, целесообразно частоту возмущающей силы ограничить пределами 0,7ω < v < ω, когда значение динамического коэффициента достаточно велико, но не достигает бесконечности.

В области малых упруго-пластических деформаций, согласно закону Гука, вместо (1) можно записать
s_д= σ•μ (3)
Таким образом, при постоянном значении растягивающего напряжения значение динамического напряжения σ_д можно регулировать вплоть до предела текучести материала σ_г, меняя частоту возмущающей силы V.

Поскольку в реальных условиях жесткость обрабатываемой полосы, может изменяться в широких пределах, то используя в оборудовании, как правило, один определенный массой m груз, дополнительным грузом массой m₁ посредством двуплечевого рычага регулирует частоту собственных колебаний системы, изменяя положение дополнительного груза массой m₁ вдоль соответствующего плеча рычага.

Согласно второму варианту создания возмущающей силы груз массой m₂ вращают с частотой V по окружности с радиусом R. При этом центробежная сила равна
P_о m₂•V²•R (4)
и ее вертикальная составляющая (возмущающая сила P_b) изменяется во время по закону:
P_b P_о•sinV•t,
где t время, с.

Уменьшение частоты возмущающей силы менее 0,7ω приводит к снижению качества полос, уменьшению производительности. Увеличение этой частоты более 0,99ω может, как это было отмечено ранее, привести к явлению резонанса, что снизит надежность работы оборудования.

На фиг. 1 3 показаны общие случаи нагружения деформируемого участка полосы грузами и возмущающей силой; на фиг. 4 6 примеры реакции процесса с использованием источника переменного электромагнитного поля; на фиг. 7 9 - примеры реализации процесса с использованием смешенной вращающей массы.

Способ осуществляется следующим образом.

К деформируемому участку полосы к одному из его концов или с помощью роликов при образовании петли прилагают возмущающую растягивающую силу заявляемой частоты в направлении продольной оси. В реальных условиях к полосе подвешивают груз массой m и прикладывают к нему возмущающую силу P_b частотой v = (0,7-0,99)ω (фиг. 1).

В результате растягивающих напряжений происходит скалывание окалины. На фиг. 2 деформируемому участку полосы придают форму петли. Подвешивают груз массой m. Полосу непрерывно перемещают с использованием дополнительных роликов, поддерживая заданный размер петли и одновременно воздействуя на груз возмущающей силы P_b. С целью унификации оборудования, используя один постоянный основной груз массой m, частоту собственных колебаний системы полоса-груз регулируют дополнительным грузом массой m₁. Через двуплечевой рычаг длиной а, с длиной плеча от шарнира до места нагружения b. Перемещая дополнительный груз массой m₁ вдоль рычага, регулируют частоту собственных колебаний системы. Электромагнитным переменным током прикладывают возмущающую силу непосредственно к основному грузу (см. фиг. 4, 5) или к дополнительному грузу (см. фиг. 6). Дополнительную массу m₂ для создания возмущающей силы вращают вокруг оси, проходящей через центр тяжести основного груза (см. фиг. 7, 8), или вокруг оси, проходящей через центр тяжести дополнительного груза (см. фиг. 9).

Пример.

В случае реализации способ для механического разрушения окалины на поверхности горячекатаных стальных полос имеет следующий промышленный сортамент:
толщина полосы 2 6 мм;
ширина полосы 600 1400 мм;
предел текучести материала полосы 200 600 МПа.

Исходя из конструктивных особенностей линий обработки, длина деформируемого участка полосы может составлять от 4000 до 12000 мм.

Примем следующие средние параметры обрабатываемой полосы:
толщина h 4 мм;
ширина b 1000 мм;
s_г 400 МПа;
l 8000 мм.

Для создания постоянного растягивающего напряжения в полосе σ = (0,1÷0,5)σ_т= (40÷200) МПа необходимо приложить груз Q (160 ^oC 640) kH массой m≈ (16000 ^oC 64000) кг.

Жесткость полосы равна c 1,1•10² МН/м².

Таким образом, при массе груза m 16000 кг частота собственных колебаний систем полоса-груз, а следовательно полосы равна , а при m 64000 кг соответственно .

В диапазоне изменения частоты возмущений силы v = (0,7÷0,99)ω динамический коэффициент изменяется в пределах m = (2÷10),, что обеспечивает достижение максимальных растягивающих напряжений предела текучести материала полосы и удаления окалины, а также правку полосы.

Таким образом, предложенный способ обработки металлической полосы, основанный на новом принципе создания и регулирования растягивающих напряжений, приводящих к многократной упруго-пластической деформации металла, имеет следующие преимущества по сравнению с аналогами и прототипом:
1. Высокая эффективность процесса при правке и механическом разрушении окалины за счет многократной деформации, число циклов составляет в реальных условиях несколько сотен а секунду.

2. Высокий КПД процесса.

3. Улучшение качества поверхности полосы благодаря отсутствию многочисленных перегибов и участков контакта с инструментом устройства.

4. Равномерное нагружение и проработка полосы в пределах сечения и по всей длине.

5. Отсутствие ограничения скорости движения полосы, т. е. повышение производительности линий ее обработки.

6. Существенное упрощение конструкции устройства реализации предложенного способа.

Заявленный способ может найти промышленное применение в линиях очистки горячекатаных полос от окалины, а также в линиях отделки для правки дефектов плоскостности и прямолинейности полос (серновидность). ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 ЫЫЫ8

Использование: отделочные операции, такие как очистка от окалины, правка и т. д. металлических полос (П). Сущность изобретения: способ включает многократную упруго-пластическую деформацию. К деформируемому участку полосы (ДУП) в направлении продольной оси П прикладывают переменную растягивающую возмущающую силу, периодически изменяющуюся с частотой ω, где w - частота собственных колебаний П. К ДУП предварительно перед приложением возмущающей силы могут прикреплять груз (Г). ДУП придают форму петли и П в процессе обработки непрерывно перемещают, поддерживая размер петли в заданных пределах. На ДУП можно воздействовать дополнительным Г через рычаг, шарнир которого и дополнительный Г располагают по разные стороны от места нагружения П с возможностью регулирования положения дополнительного Г вдоль соответствующего плеча рычага. Возмущающую силу по первому варианту прикладывают путем воздействия, по крайней мере, на один из выполненных из магнитного материала Г переменным электромагнитным полем. По второму варианту возмущающую силу прикладывают путем вращения дополнительной массы относительно оси, проходящей через центр тяжести одного из Г. Такая совокупность операций обеспечивает повышение качества П и увеличение производительности обработки. 5 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ обработки металлической полосы путем многократной упругопластической деформации, отличающийся тем, что к деформируемому участку полосы в направлении продольной оси полосы прикладывают переменную растягивающую возмущающую силу, периодически изменяющуюся с частотой
V (0,7-0,99) ω,
где w частота собственных колебаний полосы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно к деформируемому участку полосы закрепляют груз. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что деформируемому участку полосы придают форму петли и полосу в процессе обработки непрерывно перемещают, поддерживая размер петли в заданных пределах. 4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что на деформируемый участок полосы воздействуют дополнительным грузом через рычаг, шарнир которого и дополнительный груз располагают по разные стороны от места нагружения полосы с возможностью регулирования положения дополнительного груза вдоль соответствующего плеча рычага. 5. Способ по пп. 1-4, отличающийся тем, что к деформируемому участку полосы возмущающую силу прикладывают путем воздействия по крайней мере на один из выполненных из магнитного материала грузов переменным электромагнитным полем. 6. Способ по пп. 1-5, отличающийся тем, что к деформируемому участку полосы возмущающую силу прикладывают путем вращения по кругу дополнительной массы относительно оси, проходящей через центр тяжести одного из грузов.