ВАЛКОВЫЙ УЗЕЛ Российский патент 1996 года по МПК B21B27/02 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к прокатному производству, и предназначено для производства клиновидных профилей.

Известен валковый узел прокатного стана [1] включающий два цилиндрических валка с параллельными осями вращения и образующих калибр переменной высоты, на поверхности которых нанесены риски, которые выполнены на участках поверхности валков, образующих минимальную высоту калибра, и наклонены к вертикальной оси валка под углом 30 75^o и образуют елочку, причем вершины пересечения рисок направлены к очагу деформации, а глубина рисок составляет 0,0003 0,01 диаметра валков при отношении ширины рисок к ее глубине 1,15 9.

Основными недостатками данной конструкции являются, во-первых, невозможность получения на одном комплекте валков прямолинейных профилей различной клиновидности сечения; во-вторых, отсутствует взаимосвязь параметров микрорельефа (глубина рисок, ширина, угол наклона к оси валка) от конусности рабочих валков, т. к. валки имеют цилиндрическую форму; в-третьих, сложность подбора необходимых параметров микрорельефа в связи с широким диапазоном их изменения и отсутствием необходимой их взаимосвязи между собой, что при применении в известном диапазоне параметров микрорельефа применительно к коническим валкам приводит к скручиванию полосы вследствие значительных сил трения, возникающих на контакте полоса-валки. Данный валковый узел может быть применен только для прокатки профилей с вертикальной осью симметрии, и не применим для получения профилей только с горизонтальной осью симметрии.

Несколько снижает отрицательное влияние неравномерности обжатия на кривизну полосы наиболее близкий по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому валковый узел, содержащий конические рабочие валки с гладкой бочкой, установленные с пересечением осей вращения [2] Основным недостатком прототипа [2] являются ограниченные технологические возможности, которые заключаются в том, что на одном комплекте рабочих валков можно прокатать клиновидный профиль только одной клиновидности, под которой рассчитываются геометрические размеры валков, в частности угол конусности бочки валков. Профиль с другим углом клиновидности прокатать на данном комплекте валков невозможно, т.к. появляется кривизна (серпение полосы), что является браком. Поэтому необходим новый комплекс рабочих валков с другой требуемой конусностью валков. Учитывая, что например в электротехнической промышленности, число типоразмеров коллекторных профилей насчитывает более 600, то очевидно, что данный способ не представляется перспективным.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем расширения сортамента прокатываемых на одном комплекте валков профилей различной клиновидности поперечного сечения.

На фиг.1 показан общий вид валкового узла; на фиг.2 микрорельеф на одном валке; на фиг.3 микрорельеф на другом валке.

Валковый узел рассмотрим на примере узла конических валков, установленных с пересечением осей своего вращения, который состоит из двух конических валков 1 и 2. Валок 1 имеет конусность Φ_в1[.

Валок 2 имеет конусность Φ_в2. Валки 1 и 2 могут быть из одного материала, например из стали, так и из различных, например валок 1 из стали, а валок 2 из чугуна. При этом валки имеют различные механические характеристики. Рабочие валки 1 и 2 установлены под углом Φ друг к другу. На поверхности бочек валков 1 и 2 нанесены микрорельефы 3 и 4 по винтовым линиям. Микрорельеф 3 на бочке 1 нанесен под углом a₁ к перпендикуляру оси указанного валка 1, а микрорельеф 4 на валке 2 нанесен под углом α₂ к перпендикуляру оси данного валка 2. Направление винтовых линий микрорельефа на противолежащих валках может совпадать и может быть выполнено противоположным.

Угол наклона винтовых линий микрорельефов зависит от угла клиновидности межвалкового зазора, угла конусности рабочих валков, угла наклона осей рабочих валков по отношению друг к другу, материала валков и выбирается с учетом этих факторов по формуле

где k 1,0.1,15 коэффициент пропорциональности, зависящий от механических характеристик материала рабочих валков;
0,8. 1,0 здесь F₁ суммарная площадь (фиг.2) боковых граней микрорельефа со стороны точки пересечения осей рабочих валков на рабочей части бочки одного валка; F₂ суммарная площадь (фиг.3) боковых граней микрорельефа со стороны точки пересечения осей рабочих валков на рабочей части другого валка;
Φ угол наклона осей валков 1 и 2;
v_в1 угол конусности одного валка;
Φ_в2 угол конусности другого валка.

Углы α наклона винтовых линий микрорельефов на противолежащих валках 1 и 2 различны и соответствуют зависимости:
a₁=(1,2 ... 2,1)α₂
Данное техническое решение позволяет изменять условия трения в очаге деформации в требуемых технологией переделах и получать на одном комплекте валков (на валках одной строго фиксированной конусности) целую гамму клиновидных в поперечном сечении профилей без образования серповидности (продольной кривизны).

Валковый узел изготовлен и опробован в проблемной лаборатории кафедры прокатки Челябинского политехнического института. Диаметр валков по большому основанию конуса бочки валка 110 мм. Угол наклона осей валков 10^o. Комплект валков установлен в прокатную клеть, снабженную механизмом угловой установки валков. На данном комплекте валков были прокатаны профили с клиновидностью поперечного сечения 2^o30, 3^o45, 4^o15, 4^o30, 5^o, 6^o, 7^o, 8^o, 9^o30. Серповидность готовых профилей в пределах ГОСТа. Оба валка были изготовлены из стали Х12М, закалены до твердости 50 и 60 HRC. При прокатке указанных выше профилей оба валка имели исходную конусность 7^o30. Шероховатость при прокатке профиля с конусностью 2^o30 на валках выполнена 20 и 40 мкм. Углы наклона винтовых линий на поверхности бочек α₁=α₂ 2^o46. Для получения прямолинейного клиновидного профиля с углом клиновидности 3^o45 на поверхности того же комплекта валков нанесен микрорельеф той же шероховатости, но c углами подъема винтовых линий α₁=2^o46 и α₂=3^o12. Аналогично получены профили другой клиновидности. Клиновидные профили, прокатываемые на данном комплекте валков, были из медного сплава МI.

Предлагаемый валковый узел по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: снижает себестоимость изделий (профилей) за счет сокращения парка валков и расширяет сортамент профилей прокатываемых на одном комплекте валков.

Использование: расширение технологических возможностей путем расширения сортамента прокатываемых на одном комплекте конических рабочих валков с пересекающимися осями вращения прямолинейных профилей различной клиновидности. Сущность: валковый узел состоит из двух рабочих валков, имеющих коническую бочку и установленных с пересечением своих осей. На валках нанесен микрорельеф по винтовой линии, угол наклона которой к перпендикуляру оси валка регламентируется математическим выражением. Соотношение углов наклона микрорельефов на противорасположенных валках равно α₁=(1,2...2,1)α₂. 3 ил.

Валковый узел, содержащий конические рабочие валки, установленные с пересечением их осей вращения со стороны малых оснований бочек валков, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей посредством увеличения сортамента прокатываемых на одном комплекте валков профилей различной клиновидности поперечного сечения, на поверхности валков выполнен микрорельеф по винтовым линиям, наклоненным к перпендикулярам осей соответствующих валков под углами α₁=(1,2-2,1)α₂, где α₁ угол наклона линии микрорельефа одного валка, α₂ угол наклона линии микрорельефа другого валка, при этом угол наклона линии микрорельефа одного из валков устанавливают равным

где К 1,0 1,15 коэффициент пропорциональности, зависящий от механических характеристик материала рабочих валков;
F₁ и F₂ высота микрорельефа валков, причем F₁ / F₂ 0,8 1,0;
Φ угол наклона осей валков;
углы конусности валков.