Способ прокатки кольцевых изделий

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 9) (11) 1)5 В 21 Н 1 0 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) случае появлениясования скорост лков и кольца воэ ых в кинематичес роме того, в ого рассогла я торцовых в зование разн значий враможно 01 л оттел ще обр ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Нижнеднепровский трубопрокатный завод им. Карла Либкнехта(56) Шифрин М. Ю. и Соломович М. Я, Производство цельнокатаных колес и бандажей. М,; Металлургиздат, 1954, с, 457 - 470;2. Патент СССР М 650485,кл. В 21 Н 1/06, 1973.54) СПОСОБ ПРОКАТКИ КОЛЬЦЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Использование; при изготовлении кольцевых изделий на радиально-осевых кольцепрокатных станах с торцовыми валками,имеющими индивидуальный привод, Сущность изобретения: заготовку деформируют Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам прокатки кольцевых изделий преимущественно с профилем поперечного сечения, имеющим разновеликие основания;и может быть использовано при изготовлении кольцевых изделий на радиально-осевых кольцепро. катных станах с торцовыми валками, имеющими индивидуальный привод.Прокатка кольцевых изделий на кольцепрокатных станах радиально-осевого типа включает деформацию полой заготовки в радиальном направлении между вертикальными валками и в осевом направлении между торцовыми валками, при этом в процессе прокати, по мере роста диаметра прокатываемого изделия, торцовые валки перемещаются вдоль продольной оси стана,в радиальном направлении между двумя вертикальными валками, из которых по меньшей мере один приводной. В процессе деформирования заготовки осуществляют изменение соотношения величин угловых скоростей торцовых валков, при этом разность между угловой скоростью торцового валка, обкатывающего большее основание профиля заготовки, и угловой скоростью торцового валка, обкатывающего меньшее основание профиля заготовки, определяется из зависимости Ла=(0,050,15)60 Ок/зт О, где Ок - лийейная скорость вращения торцового валка, обкатывающего меньшее основание профиля заготовки, м/с; О - диаметр торцовых валков, мм. Линейная , скорость заготовки на выходе иэ торцовых валков равна линейной скорости на выходе из вертикальных валков. 3 ил., 2 табл. Р а ев удаляясь от очага радиальной деформации. Учитывая; что один из вертикальных валков ,( приводной) в течение всего процесса про- д катки вращается с постоянной угловой скоростью, увеличение диаметра кольца и смещение кольца по полотну торцовых валков требуют изменения угловой скорости 4 вращения торцовых валков, т,к. несоответствие линейной скорости кольца и торцовых валков приводит к смещению кольца относительно продольной оси стана, нарушению ф нормальной работы стана в ходе технологического процесса, ухудшению качества колец.К51015 20 25 30 35 40 50 ношении зон, что вызывает нерегулируемоеповерхностное смещение металла и дефек-ты в виде утяжек, невыполнения профиля иплен,Известен способ прокатки колец междупарой радиальных вертикально расположенных валков, один из которых приводнойи парой торцовых валков (один изкоторых цилиндрический, горизонтальнорасположенный, приводной, другой - конусный, наклонный, холостой) с передачейвращения к приводным валкам от одногодвигателя, Изменение скорости вращенияприводного торцового валка при этом осуществляется ступенчато при помощи редуктора, а наклонный валок приводится вовращение силами трения от кольца 1,Недостатком указанного способа является узкий интервал изменения скоростивращения приводного торцового валка, низкая степень согласованности линейных скоростей вращенйя торцовых валков и кольца",появление разных в кинематическом отношении зон, что вызывает нерегулируемоеповерхностное смещение металла и дефекты в виде невыполнения профиля и плен,приводит к дестабилизации процесса прокатки. Указанный способ в настоящее времяприменяется только на старых станах,Наиболее близким по технической сущностик заявляемому является способ прокатки кольцевых изделий; при которомзаготовку деформируют в радиальном направлении между двумя вертикальнымивалками, из которь 1 х по меньшей мере одинприводной, и в осевом направлении междудвумя торцовыми валками с индивидуальными приводами 2.Недостатком указанного способа является то, что изменение скоростей. торцовыхвалков по мере роста диаметра заготовки иизменения ее положения на полотне торцовых валков осуществляется синхронно безопределения и корректировки соотношений .скоростей между ними. Зто вызывает нерегулируемое скольжение металла заготовкинаторцовых Валках и приводйт кпоявлениюповерхностных дефектов в виде утяжек, не-:выполнения профиля, плен, мелких трещини закатов на торцовых поверхностях кольца.Особенно сильно указанные недостаткипроявляются при прокатке кольцевых изделий с профилем поперечного сечения, имеющем разновеликие основания (к зимотнесены изделия; имеющие различную ширину торцовых поверхностей при разницемежду ними не менее 15%, а наружная ивнутренняя поверхности имеют различнуюФорму),при этом дефекты в виде невыполнения профиля и утяжек образуются на большем основании профиля кольца, а дефекты в виде закатов на его меньшем основании, Зто связано с различиями в условиях деформирования указанного профиля как в радиальном, так и в осевом очагах деформации. В частности, в радиальном очаге на течение металла и заполнение соответствующих элементов профиля оказывает влияние неравномерность, по высоте профиля, относительного обжатия при одинаковой величине абсолютного обжатия, В осевых очагах деформации, соответствующих большему и меньшему основаниям профиля заготовки вследствие их различных размеров, различно и соотношение объемов металла, идущих на прирост диаметра и в уширение. Для обеспечения заполнения калибра набольшем основании профиля заготовки целесообразно предварительно создавать избыток металла в соответствующей части исходной заготовок для раскатки, В тоже время указанная рекомендация имеет довольно ограниченное применение, в частности не может обеспечить качественное выполнение профиля при значительной величине раскатки. В результате этого припрокатке изделий с профилем поперечного сечения, имеющем разновеликие основания зачастую не удается избежать вышеуказанных дефектов, Это обстоятельство служит причиной увеличения припусков намеханическую обработку, а, следовательно, повышения расхода металла и затрат на мехоб работку.Цель изобретения - повышение качества получаемых изделий. Задача, которую при этом необходимо решить, заключается в том, чтобы создать в очаге торцовых валков условия, вследствие которых имело бы место перетекание металла (в процессе его деформации в клети наклонных валков) взону, прилегающую к большему основаниюпрофиля заготовки из зоны у меньшего основания профиля, а также из центральной части профиля, лежащей между указанными выше зонами и, соответственно, чтобы вытяжка металла по толстостенной части профиля превышала бы вытяжку металла по еготонкостенной части. Для достижения поставленной цели при техническом решении данной задачи в известном способе прокатки кольцевых изделий, при котором заготовку деформируют в радиальном направлении между двумя вертикальными валками, из которых по меньшей мере один приводной, и в осевом направлении между двумя торцовыми валками с индивидуальными приводами, впроцессе деформирования заготовки осуществляют изменение соотношения вели 1791067чин угловых скоростей торцовых валков,при этом разность между угловой, скоростью торцового валка, обкатывающего большее основание профиля заготовки, иугловой скоростью торцового валка, обкатывающего меньшее основание профиля заготовки,определяется из зависимости:Ла =(0,05 - 0,15)(1)60 ОкЛОтгде От - диаметр торцовых валков, соответствующий середине толщины профиля кольца, мм;О, - линейная скорость вращения торцового валка, обкатывающего тонкостенный торец, м/с,а линейная скорость заготовки на выходе изторцовых валков равна линейной скоростина выходе из вертикальных валков,Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способпрокатки отличается тем, что в процесседеформирования заготовки производят изменение соотношения величин угловых скоростей торцовых валков, при этом разностьмежду угловой скоростью торцового валка,обкатывающего большее основание профиля заготовки,и угловой скоростью торцового валка, обкатывающего меньшееоснование профиля заготовки, определяет, ся из зависимости (1), при этом линейнаяскорость заготовки на выходе из торцовыхвалков равна линейной скорости на выходеиз вертикальных валков,На фиг. 1 и 2 показан кольцепрокатныйстан; на фиг, 3 - возможные профили кольцевых изделий, имеющих разновеликие основания.Здесь; 1 - прокатываемая заготовка; 2 -главный (наружный) радиальный валок; 3 -внутренний валок; 4 - верхний торцовойвалок; 5 - нижний торцовой валок; 6 - электропривод верхнего торцового валка;7 -электропривод нижнего торцового валка;8 - электропривод главного радиальноговалка; 9 - входной центрирующий ролик;10 - выходной центрирующий ролик; 11 -мерительный ролик. - большее основаниепрофиля заготовки; - меньшее основаниепрофиля заготовки; О - наружный диаметр;б - внутренний диаметр; Н - высота профиля, 31 - ширина большего основания профиля; 32 - ширина меньшего основанияпрофиля,Сущность способа прокатки кольцевыхизделий заключается в следующем.Нагретая предварительно подготовленная исходная заготовка подается на кольцепрокатный стан, где производится еедеформация в двух очагах, 5 10 15 В радиальном (прокатка между вертикальными валками 2 и 3, фиг. 1,2) и в осевом (прокатка между торцовыми валками 4 и 5, фиг. 1 и 2). В процессе прокатки заготовки 1 происходит непрерывное изменение ее геометрических параметров (рост диаметра, уменьшение толщины стенки, формоиэменение профиля поперечного сечения). Положение заготовки 1 относительно продольной оси стана в периодпрокатки Определяется положением входного 9 и выходного 10 центрирующих роликов. Если ось заготовки смещена относительно продольной оси стана в сторону входа в осевой очаг деформации (фиг. 2), то выходной ролик 10 смещается на угол р больший, чем угол Р смещения входного ролика 9. В случае смещения оси заготовки в сторону выхода из осевого очага деформации, угол 3 стано- .20 вится большимугол р Наличие неравенствамежду углами р и р свидетельствует о несоответствии линейных скоростей заготовки на выходе из радиального и осевого очага деформации, При равенстве углов О и 8 ли нейные скорости заготовки на выходе иэрадиального и осевого очагов деформации совпадают. Учитывая, что угловая скорость главного радиального валка в процессе прокатки не изменяется, возникающее нера венство углов р и Р устраняют путемсоответствующего изменения (уменьшения и увеличения) угловой скорости торцовых валков.Одновременно с выполнением условия 35 о равенстве линейной скорости заготовкина выходе из торцовых валков и линейной скорости заготовки на выходе из вертикальных валков, в процессе деформирования заготовки осуществляют изменение 40 соотношения величин угловых .скоростейторцовых валков, при этом разность между угловых скоростей торцовых валков, при этом разность между угловойскоростью торцового валка, обкатывающего большее 45 основание профиля заготовки и угловой скоростью торцового валка, обкатывающего меньшее основание профиля заготовки,определяется из зависимости (1),Вывод указанной зависимости произве ден исходя из следующих соображений, Линейная скорость заготовки на входе в очаг деформации торцовых валков определяется скоростью выхода заготовки иэ очага деформации вертикальных валков и угловой ско ростью. вращения торцовых валков, приэтом скорости заготовки по верхнему и нижнему основаниям профиля заготовки одинаковы и не зависят от условий, созданных в очаге торцовых валков. В тоже время скоро 7 1791067 8сти заготовки навыхода из очага торцовых валков по верхнему и нижнему основаниям профиля определяются условиями, которые имеют место в указанном очаге, в частности они зависят от величины вытяжки по элементам профиля. Для качественного выполнения профиля у большего основания необходимо создать в очаге торцовых валков условия, обеспечивающие перетекание . металла в зону,прилежащую к большему основанию профиля из его части, прилегающей к меньшему основанию, а также из центральной зоны профиля, лежащей между указанными выше зонами, Такие условия гарантированно обеспечат выполнение всех элементов части профиля, прилегающей к большему основанию,и предотвратят образование здесь утяжек. Укаэанные условия возможно создать, если получить в очаге деформации наклонных валков превышение вытяжки и, соответственно, скорости течения металла в вытяжку в части профиля, прилегающей к большему основанию по отношению к его центральной и тонкостенной частям, При этом, вследствие более высокой скорости движения металла в зоне контакта части профиля, прилегающей к большему основанию с одним из наклонных валков, металл этой части стремится течь в вытяжку и, соответственно, в рост диаметра более интенсивно, увлекая за собой центральную и тонкостенную части, что и приводит к перетеканию металла из центральной и тонкостенной частей в толстостенную, Увеличение угловой скорости торцового валка, обкатывающего большее основание профиля заготовки, приводит к увеличению линейной скорости металла на выходе из очага деформации по указанной поверхности относительно основной части заготовки; что увеличивает вытяжку металла по части профиля у большего основания. Учитывая, что линейная скорость основной части заготовки в этом случае меньше линейной скорости металла, примыкающего к поверхности большего основания профиля на выходе из очага торцовых валков, происходит повышенное течение металла поверхностного слоя в направлении к периферии профиля, т,е. в уширение, что способствует стабильному оформлению профиля поперечного сечения заготовки. В свою очередь уменьшение угловой скорости торцового валка, обкатывающего меньшее основание профиля заготовки, приводит к уменьшению линейной скорости металла на выходе из очага деформации по указанной поверхности относительно основной части кольца, что уменьшает вытяжку по части заготовки, примыкающей к меньшему основа 510 нию и исключает появление на ней дефектов типа закатов,Исследованиями установлено, что для качественного выполнения профиля заготовки вытяжка металла по части профиля, примыкающей к большему основанию ( р,) должна превышать вытяжку металла по его части, примыкающей к его меньшему основанию(и,) на величинур/их=1,05 - 1,15, Указанное превышение вытяжки обеспечит стабильное формование профиля, Еслир/,их будет больше 1,15, то преимущественное течение в вытяжку толстостенной части профиля приведет к появлению утяжек15 по поверхности тонкостенной части профиля, а также появлению дефектов типа пленна обеих торцовых поверхностях кольца. Если,и/и будет меньше 1,05, то, вследствиеряда сопутствующих факторов (таких как20 колебание массы исходной заготовки; ееразмеров) процесс формирования толстостенного торца кольца в очаге деформацииторцовых валков носит нестабильный характер,25 Вследствие того, что вытяжки .в очагедеформации торцовых валков у большего именьшего оснований профиля могут бытьопределены как отношение скорости соот. ветствующей части профиля на выходе из30 очага к скорости кольца на входе в очаг Чвх,получаем7 вых, к вых (2)Ч ЧЧвх Чвхгде р и,и, - вытяжки по толстостенной и35 тонкостенной частям профиля соответственно;Чвх - скорость кольца на входе в очагторцовых валков,Чгвых И Чхвых - СКОрОСтИ тОЛСтОСтЕННОй40 и тонкостенной частей профиля на выходеиз очага торцовых валков,Устанавливая превышение угловой скорости торцового валка, обкатцвающегобольшее основание профиля, мц обеспечи 45 ваем превышение скорости выхода металлауказанной части профиля из очага деформации по сравнению с частью профиля у меньшего основания, (т.к, в данных сеченияхскорости металла и валков совпадают) и,50 соответственно, превышение вытяжки рнад вытяжкой р,Линейная скорость вращения торцового валка, обкатывающего большее основание профиля, равна:55 7 г 0 тжгО, =Чы. =(3)80Линейная скорость вращения торцового валка, обкатывающего меньшее основание профиля, равнаОк =Чк вы14) где О - диаметры торцовых вэлков, мм;в и вк - угловые скорости вращения торцовых валков.Поскольку известно отношение вытяжек;- =1,05 - 1,15 =Р Чквыхл О иь 60 в60 л О вк вк 10(5) в, - йМ = Л в = (0,05 - 0,15)60Окк О 25 То есть, угловая скорость торцового валка,обкатывающего большее основание профиля должна на (0,05 - 0,15) превышать угловуюскорость торцового валка, обкатывающегоего меньшее основание, т.е.:Лв" (0,05 - 0,15) -60 Окл ОПример конкретного вы полнения,Способ был опробован при изготовлении,кольца с профилем поперечного сечения, приведенным на фиг, 3 (б) иэпредварительно подготовленной заготовки.Параметры кольца и заготовки приведены в табл, 1.При площади толстостенной части профилязаготовки 7942 мм и кольца 7158 мм коэффициент вытяжки по толстостенной частисоставляет р;-1,11,При площади тонкостенной части профиля заготовки 3306 мм и кольца 2850 мм 2,коэффициент вытяжки по указанной частисоставит и=1,16,Таким образом,и/,и=1,11/1,16=0,96.Прокатка колец производилась на кольцепрокатном стане радиально-осевого типа. Диаметр наружного валка 1100 мм,То есть, если(из 4) вк (6) 15Ок60л ОТо из(5) и(6) получаем, чтовг = (1,05 - 1,15)Ок60л ОНайдем превышение угловой скорости торцового валка, обкатывающего большее основание профиля над торцовым валком, обкатывающим меньшее основание профи- ля диаметр внутреннего валка - 350 мм. Торцовые валки наклонные (угол наклона 20 ) с длиной образующей 510 мм и диаметрами; меньшим - 120 мм; большим - 470 мм,Линейная скорость кольца при прокатке составляла 1,6 м/с,При изготовлении вышеуказанного профиля со значительной разницей по величине оснований (большее - 139 мм, меньшее - 50 мм) по способу прототипа 12,6 Околец бракуется. Это связано с тем, что величина вытяжки по толстостенной части профиля меньше вытяжки по его тонкостенной части 1,11 и 1,16 соответственно),С изменением соотношениявеличин угловых скоростей торцовых валков изготовлено 296 колец,Результаты контроля качества указанных колец приведены в табл, 2,Таким образом, изготовление колец по предлагаемому способу обеспечивает изготовление колец беэ образования дефектов типа утяжка и плены,Формула изобретения Способ прокатки кольцевых изделий, преимущественно с профилем поперечного сечения, имеющим разновеликие основания, при котором заготовку деформируют в радиальном направлении между двумя вертикальными валками, из которых по меньшей мере один приводной, и в осевом направлении между двумя торцовыми валками с индивидуальными приводами, о тл и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения качества получаемых изделий, в процессе деформирования заготовки осуществляют изменение соотношения величин угловых скоростей торцовых валков, при этом разность между угловой скоростью торцового валка, обкатывающего большее основание профиля заготовки, и угловой скоростью торцового валка, обкатывающего меньшее основание профиля заготовки, определяется из зависимостиЛв= (0,05 - 015)л Огде О - линейная скорость вращения торцового валка, обкатывающего меньшее основание профиля заготовки, м/с; О - диаметр торцовых валков, мм, а линейная скорость заготовки на выходе из торцовых валков равна линейной скорости на выходе из вертикальных валков, 121791067Таблица 11791067 Составитель А.БурякТехред М,Моргентал Корректор Н.Гунько дакто 115 Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 а Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10