СПОСОБ ПРОФИЛИРОВАНИЯ НЕРАВНОПОЛОЧНЫХ ШВЕЛЛЕРОВ Российский патент 2000 года по МПК B21D5/06 

Предлагаемое изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении неравнополочных швеллеров на профилегибочных многоклетевых станах, преимущественно легкого типа.

Гнутые сортовые профили проката (в том числе - швеллеры) изготавливают путем последовательной подгибки элементов полосовой заготовки в калибрах профилегибочного стана за несколько проходов. Технология изготовления таких профилей достаточно подробно описана, например, в книге под ред. И.С. Тришевского "Производство гнутых профилей (оборудование и технология)", М., "Металлургия", 1982, с. 243 - 250. Для изготовления гнутых неравнополочных швеллеров требуется увеличенное число проходов (по сравнению с формовкой равнополочных профилей) и более тщательная настройка стана, так как при их профилировании наблюдается устойчивая тенденция продольного скручивания профилей в сторону малой полки, что также увеличивает износ отдельных формующих элементов валков с неизбежным ухудшением качества готового проката.

Для предотвращения продольного (винтообразного) скручивания неравнополочных швеллеров чаще всего применяют постепенный поворот профилей в сторону, противоположную скручиванию, путем наклона калибра рабочих валков (см. книгу А. П. Чекмарева и В. Б. Калужского "Гнутые профили проката", М., "Металлургия", 1974, с. 72 - 73 и рис. 43). Недостатком такой технологии является повышенный расход валков (наличие у части клетей врезов в верхние и нижние валки), их несимметричный износ, а также трудности расчета калибровок профилей с высотой более 50 мм.

Известен также способ изготовления гнутых неравнополочных профилей, в котором для повышения их качества в процессе формовки разупрочняют большую полку профиля и прикладывают к обеим полкам равные изгибающие моменты, что позволяет интенсифицировать процесс профилирования (см. а.с. СССР N 565744, кл. B 21 D 5/06, от 09.09.77 г.). Недостатком этого способа является возможное винтообразное скручивание профилей.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ профилирования (калибровка валков) неравнополочного швеллера 100 х 90 х 60 х 5 мм, описанная в справочнике под ред. И.С. Тришевского "Производство и применение гнутых профилей проката", М., "Металлургия", 1975, с. 196 - 197, рис. 77. Этот способ заключается в последовательной подгибке полок в калибрах с заданной величиной R катающего радиуса нижних валков (диаметр ⊘ 150 постоянен для всех нижних валков этой калибровки) на разные углы за проход (т.е. углы подгибки большой и малой полок в каждом проходе неодинаковы) и характеризуется тем, что в трех последних проходах стенку профиля наклоняют в сторону малой его полки на последовательно возрастающий угол. Недостатком этого способа является возможное винтообразное скручивание готовых профилей (в особенности - относительно малых размеров и с величиной отношения ширины большой и малой полок = 2...3), а также повышенный расход валков при профилировании.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение потребительских свойств неравнополочных швеллеров относительно небольших размеров и снижение расхода валков при их производстве.

Для решения этой задачи в способе профилирования, заключающемся в последовательной подгибке полок швеллера в калибрах с заданной величиной R катающего радиуса нижних валков на разные углы за проход, при профилировании швеллеров с отношением ширин большой и малой полок ≤ 3 суммарный угол подгибки большой полки в первом проходе делают равным:

в последующих проходах, где α ≤ 45^o - равными

а в проходах, где 45^o < α ≤ 88^o - равным

где α - заданный суммарный угол подгибки малой полки в рассматриваемом проходе,
α₀ и β₀ - суммарные углы подгибки, соответственно, малой и большой полок в предыдущем проходе,
при этом подгибку малой полки заканчивают в предпоследнем проходе, а большую полку подгибают на равные углы в предпоследнем и последнем проходах.

Сущность найденного технического решения заключается в выборе при профилировании такой величины суммарного угла подгибки большой полки швеллера в каждом проходе, которая обеспечивает одновременное касание кромками переднего конца формуемой полосы конических поверхностей нижнего валка.

Действительно, основная причина винтообразного скручивания неравнополочного швеллера при профилировании - неодновременность начала подгибки каждой из его полок, что особенно недопустимо при поштучном процессе. Очевидно, что при одинаковых углах подгибки полок разной ширины первой вступает в контакт с инструментом большая полка и реактивная сила от поверхности нижнего валка вызывает при этом поворот сечения швеллера в сторону его малой полки.

Неравенство углов подгибки полок швеллера (при строго определенном соотношении величин этих углов) обеспечивает не только одновременность начала подгибки обоих элементов профиля, но и выравнивание величин изгибающих моментов, действующих на боковые кромки формуемой полосы, вследствие того, что угол подгибки полки меньшей ширины в каждом проходе имеет большую величину (а значит и усилие, действующее на единицу ширины этой полки - больше). Важным преимуществом предлагаемого способа перед известным является и отсутствие наклона стенки швеллера во всех проходах, что позволяет контролировать верхним валком величину радиуса изгиба между стенкой и малой полкой профиля (у известного способа такой контроль невозможен), что улучшает геометрию готового проката.

Вышеприведенные математические зависимости для определения величин суммарного угла подгибки большой полки в каждом проходе - полуэмпирические: их структура получена теоретически и формулы скорректированы на основании опытных данных.

Заявляемый способ применим, в основном, для профилегибочных станов легкого типа (к ним относятся станы с диаметром валков 90...150 мм, использующие полосовую заготовку сечением 0,5...2,0 • 10...150 мм²) по двум причинам.

Во-первых, изменение величины катающего радиуса R (при переточках валков) у таких станов по абсолютной величине не превышает 3...5 мм, что, практически, не влияет на вычисляемую величину углов β. Во-вторых, при относительно малых сечениях неравнополочных швеллеров возможна подгибка в двух последних проходах только большой полки, так как при малых углах подгибки (не более 5^o) за проход в завершающей стадии профилирования уже не возникают скручивающие усилия, способные исказить геометрию почти сформованного швеллера достаточной жесткости. Кроме того, именно при малой толщине профиля весьма нежелательно отсутствие контроля за одним из мест изгиба (оно неизбежно приведет к увеличению заданного радиуса изгиба тонкой полосы).

Реализация предлагаемого способа достаточно подробно описана в примере конкретного выполнения (см. ниже).

Опытную проверку найденного технического решения производили на профилегибочном стане легкого типа 0,3...1,5 х 20...90 ЗАО "Прокат - Гнутый профиль" ОАО "Магнитогорский меткомбинат" при изготовлении различных профилеразмеров неравнополочных швеллеров из сталей с пределом прочности до 470 МПа. С этой целью при профилировании варьировали суммарные углы подгибки большой полки по проходам при заданных углах подгибки малой полки, фиксируя качество профилей и износ валков.

Наилучшие результаты получены с использованием вышеприведенных зависимостей и для неравнополочных швеллеров с величиной ≤ 3. При больших значениях этого отношения винтообразное скругливание в ряде случаев превышало допускаемую норму повышенной точности прокатки - произведения 1^o на длину швеллера в метрах, но не более 10^o (см. ГОСТ 8281, п. 11). Аналогичным образом ухудшало качество профилей использование зависимости для β₁ (см. выше) во II и последующих формующих проходах, а также зависимости для β′ при α > 45^o. Было также установлено, что при достижении малой полкой угла подгибки α = 88^o ее следует в предпоследнем проходе догибать до прямого угла с одновременной подгибкой большой полки на равные углы (3^o...5^o) в каждом из двух последних проходов (равенство углов необходимо для уменьшения угла подгибки за проход), что обеспечивает выход качественных профилей в пределах 99,5... 100%.

Было также проведено контрольное профилирование по способу (калибровке), взятому в качестве ближайшего аналога. Выход качественных швеллеров (с величиной скручивания по нормам повышенной точности ГОСТ 8281) составил около 98%, но при этом у 12. ..18% профилей толщиной 0,5...1,0 мм наблюдалось "невыполнение" радиуса изгиба между малой полкой и стенкой швеллера (т.е. превышение его величины сверх допускаемой). Кроме того, при профилировании по этому способу швеллеров с отношением = 2,5...3,0 скорость износа валков возросла (по сравнению с предлагаемым способом) почти в 1,4 раза.

Таким образом, опыты подтвердили приемлемость заявляемого объекта для решения поставленной задачи и его преимущества перед известным способом.

По данным центральной лаборатории ОАО "ММК" использование настоящего изобретения позволит снизить себестоимость неравнополочных швеллеров, изготовляемых на указанном профилегибочном стане легкого типа не менее чем на 15%.

Пример конкретного выполнения
На стане легкого типа с R = 50 мм (катающий диаметр нижнего валка - 100 мм) профилируется неравнополочный швеллер 40 х 40 х 20 х 1 мм (b = 40, a = 20 мм). Формовка - за 8 проходов.

Задаемся углами α (римские цифры - номера формующих проходов); I - 10^o, II - 25^o, III - 45^o, IV - 65^o, V - 80^o, VI - 88^o, VII - 90^o, VIII - 90^o.

Определяем суммарные углы подгибки β большой полки по проходам.

VII - α = 90^o; β = 85^o (угол подгибки за проход - 5^o);
VIII - α = 90^o (малая полка не подгибается); β = 90^o (угол подгибки за проход - 5^o).

Формовка завершена.

Углы подгибки большой полки по проходам: β₁ = 5^o; β₂ = 13^o; β₃ = 25^o; β₄ = 42^o; β₅ = 61^o; β₆ = 80^o; β₇ = 85^o; β₈ = 90^o.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении неравнополочных швеллеров на профилегибочных многоклетевых станах, преимущественно легкого типа. Полки швеллера последовательно подгибают на разные углы за проход в калибрах с заданной величиной катающего радиуса нижних валков. При профилировании швеллеров с отношением ширин большой и малой полок, не превышающим трех, величину суммарного угла подгибки большой полки в первом проходе (β₁) в последующих проходах (β′), где суммарный угол подгибки малой полки (α) не превышает 45°, и в проходах (β″), где 45<α≤88°, определяют из приведенных соотношений. Подгибку малой полки заканчивают в предпоследнем проходе. Большую полку в предпоследнем и последнем проходах подгибают на равные углы. В результате обеспечивается повышение свойств неравнополочных швеллеров относительно небольших размеров и снижение расхода валков. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ профилирования неравнополочных швеллеров, включающий последовательную подгибку полок швеллера на разные углы за проход в калибрах с заданной величиной катающего радиуса нижних валков, отличающийся тем, что при профилировании швеллеров с отношением ширин большой и малой полок, не превышающим трех, суммарный угол β₁ подгибки большой полки в первом проходе обеспечивают равным

где а - ширина малой полки, мм;
b - ширина большой полки, мм;
α - заданный суммарный угол подгибки малой полки в рассматриваемом проходе,
в последующих проходах, где заданный суммарный угол подгибки малой полки не превышает 45^o, суммарный угол β′ подгибки большой полки задают равным

где α_o и β_o - суммарные углы подгибки соответственно малой и большой полок в предыдущем проходе,
а в проходах, где 45^o < α ≤ 88^o, суммарный угол β″ подгибки большой полки равен

при этом подгибку малой полки заканчивают в предпоследнем проходе, а большую полку в предпоследнем и последнем проходах подгибают на равные углы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он предназначен для использования на стане легкого типа.