Технологический инструмент стана винтовой прокатки Советский патент 1982 года по МПК B21B19/02 

(54) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ СТАНА ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ

1

Изобретение относится к обработке металлов давлением, касается технологического инструмента двухвалковых станов винтовой прокатки и может найти применение в производстве прутка сплошного круглого сечения.

Известен технологический инструмент стана винтовой прокатки, содержащий два бочкообразных валка с гребнем, развернутых на угол подачи, и две диаметрально расположенные между ними неподвижные профилированные линейки с гребнями, смещенными по ходу прокатки относительно гребней на валках на величину от одной четверти до половины шага подачи за оборот, а расстояние мржду гребнями линеек превыигает расстояние между гребнями валков 1.

Основным недостатком такого инструмента при деформировании непрерывнолитых заготовок, обладающих пониженной технологической пластичностью, определяющейся крупнокристаллическим строением и пористостью центра, является возникновение в осевой зоне прокатываемой заготовки значительных поперечных растягивающих напряжений и сдвиговых деформаций.

которые приводят к вскрытию полости в осевой зоне заготовки.

Известен также технологический инструмент стана винтовой прокатки, включающий валки и линейки с профилированной

5 рабочей поверхностью, имеющие конические входной и выходной участки, разделенные пережимом, и образующие калибр, ось которого смещена относительно оси стана но всей длине очага деформации, причем до пережима углы наклона гребней линеек к

° основаниям равны 2.

При прокатке со смещением оси приложение внешних сил от тexнo oгичecкoгo инструмента примерно такое же, как при прокатке в трехвалковом стане, а схема напря 5 женно-де(}зормироваиного состояния в этом случае приближается к трехвалковой схеме.

Такая схема напряженно-деформированного состояния не приводит к разрушению центральной зоны при деформации металла, так как в осевой зоне заготовки преобладают сжимающие напряжения. Для про работки же центральной зоны необходимо наличие не только сжимающих напряжений, но и значительных сдвиговых деформаций. Наибольшая величина сдвиговых деформаций, способствующих интенсивной проработке и уплотнению структуры, при прокатке на рассматриваемом технологическом инструменте наблюдается в некоторой прилегающей к периферии кольцевой зоне, а в осевой зоне сдвиговые деформации имеют незначительную величину. Такое неравномерное распределение сдвиговых деформаций по поперечному сечению прокатываемого металла приводит к тому, что структура в осевой части заготовки раздроблена и уплотнена в меньшей степени, чем на периферии. Поэтому при прокатке не обеспечивается получение качественного прутка из заготовок, осевая зона которых наиболее поражена различными дефектами, возникающими при непрерывнои разливке. Наиболее близким к предлагаемому является технологический инструмент стана винтовой прокатки, включающий два двуконусных рабочих валка с пережимом, установленных на угол подачи, и верхнюю и нижнюю направляющие линейки с желобчатой рабочей поверхностью, имеющие пережи.м, расположенный в плоскости пережима валков, и,образующие с валками-в этой плоскости калибр, ось которого совмещена с осью стана 3. В процессе прокатки в осевой зоне заготовки, полученной способом непрерывного литья, как известно, возникает схема напряженно-деформированного состояния, характеризующаяся поперечными растягивающими напряжениями и деформациями сдвига, приводящими к разрушению металла. Особенно велика вероятность разрушения центра заготовки на участке входа, от начала контакта металла с валка.ми до начала его контакта с линейками, т. е. там, где наблюдается повышенная овализадия металла. На этом участке «повышенной овализации, поперечные растягивающие апряжения и сдвиговые деформации имеют наибольшую величину, а непрерывнолитая заготовка обладает пониженной технологической пластичностью, так как развитая осевая пористость служит концентратором 1 апряжений. Цель изобретения - улучщение проработки структуры прокатываемого металла путе.м обеспечения изменения но длине очага деформации схемы напряженно-деформированного состояния. Поставленная цель достигается тем, что в технологическом инструменте стана винтовой прокатки, включающем два двуконусных рабочих валка с пережимом, установленные на угол подачи, и верхнюю и нижнюю направляющие линейки с неси.мметричиой желобчатой рабочей поверхностью, имеющие пережим, расположенный в плоскости пережима валков, и образующие с валками в этой плоскости калибр, ось которого совмещена с осью стана, угол наклона к основанию линейки ее гребня до плоскости пережима у одной из линеек больше на 3-15°, чем у другой, а за плоскостью пережима углы наклона гребней линеек выполнены большими на 2-10° углов наклона к оси образующих конусов валков, размещенных за плоскостью пережима, при этом оси калибров до плоскости пережима расположены ниже оси стана. Такое выполнение технологического инструмента позволяет по длине очага деформации осуществить чередование трех- и двухвалковой схем напряженно-деформированного состояния, что способствует улучшению проработки литой структуры прокатываемометалла. На фиг. 1 дана схема технологического инструмента (продольный разрез) на фиг. 2разрезА-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 -7 - гребни направляющих линеек, варианты. Технологический инструмент стана состоит из рабочих валков, развернутых на угол подачи и имеющих входной конус 1, выходной конус 2 и расположенный между ними пережим 3, и направляющих линеек: верхней с гребнем 4 и основа)ием 5 и нижней с гребнем 6 и основанием 7. На участке входа (до пережи.ма) углы наклона гребней линеек к их основаниям составляют aL я - з на участке выхода за пережимом otj и оС . Угол конусности валка на участке выхода равен cf. Процесс винтовой прокатки осуществляется следующим образом. Нагретую непрерывнолитую заготовку круглого поперечного сечения задают в образованный рабочи.ми валками и линейка.ми калибр, ось которого смещена относительно оси стана в начале очага дефор.мации на величину а. В начале очага дефор.мации на участке входа сжимающие напряжения и сдвиговые деформации получают наибольшее развитие в прилегающей к периферии кольцевой области, что способствует интенсивной проработке и уплотнению структуры металла в этой области благодар;. схеме напряженно-деформированного состояния, близкой к схе.ме, реализуемой в трехвалковом стане. Однако в осевой зоне заготовки преобладают, в основном, сжимающие напряжения, а сдвиговые дефор.мации, которые осуществляют проработку структуры металла, получают развитие в значительно .меньшей степени, чем в кольцевой области. При этом в осевой зоне заготовки устраняется в основном пористость. Таким образом, в этой части (сечение А-А) деформируемый металл характеризуется проработанной периферийной зоной, распространяющейся наОпределенную глубину,-и осевой зоной, структура которой уплотнена, но раздроблена в значительно меньшей степени. В результате измельчения зерен и уплотнения, т. е. предварительной проработки структуры металла в начале очага деформации повышается его технологическая пластичность. При движении заготовки в осевом направлении из-за различия углов наклона гребней 4 и 6 линеек к их основаниям 5 и 7 ось калибра приближается к оси стана, а величина смещения уменьшается и становится равной QI (сечение Б-Б). Одновременно с уменьшением смещения меняется и схема напряженно-деформированного состояния по поперечному сечению заготовки от близкой к трехвалковой к двухвалковой. Интенсивные сдвиговые деформации проникают на большую глубину, что приводит к увеличению кольцевой зоны с проработанной и уплотненной структурой. Кроме того, эта зона служит как бы продолжением рабочего инструмента и способствует возрастанию сдвиговых деформаций и сжимающих напряжений в осевой зоне заготовки. При этом происходит дальнейшая проработка и уплотнение структуры центральной зоны, т. е. дальнейший рост технологической пластичности металла. В конце участка входа (сечение В-В), т. е. у плоскости пережима валков, разные углы наклона гребней линеек к их основаниям позволяют добиться того, что ось калибра совпадает или близка к оси стана, т. е. в сечении В-В величина смещения минимальна, а схема напряженно-деформированного состояния аналогична двухвалковой. При этом в осевой зоне заготовки сдвиговые деформации достигают значительных величин, позволяющих полностью проработать и уплотнить сердцевину деформируемого металла. В то же время поперечные растягивающие напряжения, увеличивающиеся по мере приближения схемы напряженно-деформированного состояния к двухвалковой, вследствие предварительной проработки структуры и приобретенной дополнительно технологической пластичности металла, не приводят к нарушению сплошности осевой зоны заготовки. Калибровкой рабочего инструмента (валков) и направляющего инструмента (линеек) достигается изменение величины смещения оси прокатки относительно оси стана. Изменение величины смещения по очагу деформации дает возможность варьировать в определенной степени напряженнодеформированным состоянием прокатываемого металла. Так, например, прокатку непрерывнолитых заготовок необходимо вести при максимально возможном смещении оси прокатки в начале очага деформации, т. е. при схеме напряженно-деформированного состояния, близкой к трехвалковой. Такое смещение достигается те.м, что на участке входа угол наклона гребня одной линейки к ее основанию должен быть выполнен на 9-15° брльще, чем у другой, а на участке выхода углы наклона гребня линеек. - больше угла конусности валков на 5-10°. Прокатку заготовок, уже получивших запас технологической пластичности (т. е. подвергшихся обработке давлением), можно вести при меньшей величине смещения оси прокатки относительно оси стана на участке входа, т. е. при схеме напряженно-деформированного состояния,близкой к двухвалковой. Такая величина смещения достигается тем, что на участке входа угол наклона гребня одной линейки к ее основанию должен бь1ть выполнен на 3-9° больще, чем у другой, а на участке выхода углы наклона гребня линеек - больше угла конусности валков на 2-5°. Кроме того, прокатку непрерывнолитцх заготовок, имеющих небольшое сопротивление деформации, желательно вести на таком технологическом инструменте, у которого на входе угол наклона гребня одной линейки к ее основанию больще на 9-15°, чем у другой, а на участке выхода углы наклона гребня линеек больше конусности валков на 2-5°. Такое выполнение технологического инструмента обеспечивает изгиб оси прокатки в пережиме. Изгиб оси прокатки приводит к макросдвигу слоев деформируемого металла и способствует дальнейшей проработке и уплотнению структуры. В то же время малая величина сопротивления деформации металла не приводит к быстрому износу линеек. Таки.м образом, для реализации процесса прокатки на предлагаемом технологическом инструменте необходимо, чтобь на входе угол наклона гребня одной линейки к ее основанию был выполнен на 3-15° больше, чем у другой, а на выходе углы наклона гребня линеек - больше угла конусности валков на 2-10°. Нижний предел углов наклона гребня линеек к их основанию на входе определяется возможностью разрушения деформируемого металла в очаге деформации. Верхний предел ограничивается нарушением условий захвата на входе или окончании прокатки на вы.коде. Пример. На двухвалковом стане винтовой прокатки осуществляют прокатку заготовки диаметром 60 мм в пруток диаметром 40 мм из непрерывнолитой стали 45. Длина бочки валка 270 мм, диаметр валков в пережиме 400 мм. Валки имеют на участке выхода угол конусности Ч 0° и установлены на угол подачи 20°. На входе углы наклона гребня линеек соответственно равны otj 21° и oi-i 12°, а на выходе o{.j 3° и 7°. Величина смещения оси калибра а в начале очага деформаций соетав.гяет 40 мм, а в пережиме ка.шбра равна О мм.

Прокатные прутки характеризуются равномерно проработанной и мелкозернистой макро- и микроструктурой без наличия пористости. Разность .микрозерна составляет 0.,0 балла.

В то же время пруток, прокатанный из иепрерывнолитой стали 45 со смещением оси прокатки 40 мм по всей длине очага дефор.1ации с диа.метра 60 м.м на диаметр 40 мм на те.х же валках, развернутых на угол подачи 20°, и линейках, имеющих на входе углы наклона гребня к основанию, равные 4°30 , характеризуется неравномерно проработанной структурой. Разноеть микрозерна составляет 1,5-2,5 балла.

По сравнению с базовым объектом эко||омический эффект составляет 220 тыс. руб. в год.

Таким образом, прокатка на предлагаемом технологическом инструменте позволяет осуществить проработку и yruioTneinie структуры литого метал.та.

Формула изобретения

Технологический инструмепт стана КЛН ТОБОЙ прокатки, включаюпшй два двук(Я:уеin.rx валка с пережимом, установленные на yi4);i подачи, и верхнюю и нижнюю направляющие линейки с желобчатой рабочей поверхностью, и.меющяе пережим, расположенный в плоскости пережима валков, и образующие с валками в утой плоскости калибр, ось которого совмещена с осью стана, отличающийся тем, что, с целью улучшения проработки литой ет руктуры прокатывае.мо1Х) .металла путел обеспечения из.менепия по длипе очага дефор.мации схе.мы

o папряжеппо-дефор.мированпого состояния, уго.г паклона к основанию линейки ее гребня до плоскости пережима у одной из липеек больще на 3-15°, че.м у другой, а за плоскостью .пережима углы наклона гребней линеек выполнены больщи.ми на 2--10 глов нак.тона к оси образуюп1,их конусов lia.iKOj;:, размепхенных за г лоскостью пережима, при этом оси калибров до плоскости ережи.ма )асположены ниже оси стана. И сто ч н и к и и н форм а ци и,

Qпринятые во впи.маппе при экспертизе

. Чекмарев .4. П. и др. Интенсификация по1;е)ечновиптовой прокатки. М., «Металлургия, 1970. с. 184.

3. Фом.ичев И. А. Косая прокатка. .Харьков. Метал,;ургиздат, 1963, с. 228- -243.