123973 (Профиль для металлических конструкций), страница 3

При прокатке балок малых размеров (№10–30) в черновых, предчистовых и чистовых клетях применяют закрытые балочные калибры (рис. 4.2). В этом случае прямоугольную заготовку вначале деформируют в закрытом разрезном калибре с острыми грёбнями. Затем полученный черновой профиль постепенно обжимают по стенке и фланцам в калибрах с чередующимся расположением относительно горизонтальной оси открытых и закрытых фланцевых ручьев. Это вызвано разным характером деформации металла в рассматриваемых ручьях (утяжка фланцев в закрытых и приращение в открытых ручьях). Поскольку уклоны наружных граней смежных калибров также чередуются, то в каждом проходе отогнутые наружу открытые фланцы заходят в закрытые ручьи калибра с противоположными уклонами наружных граней, причем ширина полосы по открытым фланцам В_фо больше соответствующей ширины калибра В_дз (4-й проход). Однако это не создает существенных затруднений при захвате металла валками благодаря так называемому «языку» на переднем и заднем концах раската. Вначале захватывается гребнями валков «язык», который втягивает в очаг деформации всю полосу. При этом под действием боковых стенок ручьев фланцы про филя изгибаются в противоположном направлении. Благодаря «языку» обеспечивается также надежный выход полосы из валков, так как «язык» поступает на выводную проводку раньше фланцев и помогает вытаскивать полосу, зажатую в закрытых ручьях калибра.

Уклон боковых стенок ручьев (выпуск калибра) обычно принимают в разрезном и первых черновых калибрах 4–8%, а затем постепенно уменьшают к чистовому калибру до 1%. В разрезном и чистовом калибрах для закрытых и открытых ручьев уклоны, как правило, делают одинаковыми, а в промежуточных калибрах – различными: 2–3% для закрытых и 5–8% для открытых фланцев ручьевых. Уклон внутренних граней фланцевых ручьев изменяется от 40–70% в разрезном калибре до 12–16% в чистовом калибре. При прокатке в прямых калибрах балок средних и крупных размеров (№33–60) первоначальный черновой профиль получают в открытых разрезных и балочных калибрах с широкими тупыми гребнями (рис. 4.3, а), размещаемых на валках обжимной реверсивной клети дуо крупносортного или рельсобалочного стана, а также на валках блюминга (при прокатке только крупных балок №45–60). Применение таких калибров вызвано необходимостью получить черновой профиль с широкой стенкой и сравнительно тонкими фланцами, что невозможно сделать в разрезных калибрах с острыми гребнями.

Рис. 4.2. Схема прокатки балок малых размеров

а) схема прокатки в прямых калибрах; б) форма концов раската.

1–6 – номера проходов (штриховыми линиями показаны контуры сечений полос, задаваемых в калибры)

В каждом открытом калибре дается несколько проходов при изменении расстояния между валками. Вследствие применения тупых гребней, формирование фланцев происходит медленно, особенно при прокатке из прямоугольной заготовки. После двух – четырех проходов металл вытекает в зазор между валками, поэтому раскат кантуют на 90° и затем прокатывают в специальных ребровых калибрах (проходы 5 и 6). Для получения чернового профиля по этому способу прокатки требуется 7–9 проходов, в то время как при прокатке в калибрах с острыми гребнями 2–3 прохода. У чернового про филя толщина стенки получается в 3–5 раз больше толщины стенки готовой балки, а соотношение между толщиной стенки и фланцев сохраняется примерно таким же, как у чистового профиля.

Рис. 4.3. Схема прокатки балок средних и крупных размеров

а) – в черновых реверсивных клетях дуо;

б) – в линии клетей трио и чистовой дуо.

Схема размещения калибров на валках рабочих клетей линейного стана

Рис. 4.4

Дальнейшая прокатка чернового раската в готовую балку происходит в закрытых балочных калибрах (см. рис. 4.3, 6), размещаемых на валках черновых клетей трио и чистовой клети дуо, как показано на рис. 4.4.

Особенности деформации балок на этом этапе прокатки обусловлены весьма широкой стенкой профиля. Поскольку площадь стенки составляет до 5% площади всего профиля, она оказывает сильное влияние на утяжку фланцев. Поэтому при калибровке крупных балок коэффициент обжатия стенки принимают меньше коэффициента обжатия фланцев. Особенностью калибровки валков для прокатки крупных балок является также стремление получить сравнительно большое уширение металла с целью поперечного растяжения стенки профиля гребнями валков. Как уже отмечалось, при прокатке крупных балок возникают трудности получения высоких фланцев. Чем глубже закрытые фланцевые ручьев, тем труднее предупредить значительную утяжку фланцев. Поэтому боковое обжатие фланцев обычно уменьшают или полностью исключают по всей высоте закрытых ручьев, а необходимую вытяжку фланцев обеспечивают за счет обжатия их по высоте.

Необходимо отметить, что эффективная прокатка балок в прямых калибрах возможна только при значительном уклоне внутренних граней фланцев, так как величина этих уклонов определяет интенсивность обжатия фланцев в открытых ручьях. При уклоне внутренних граней менее 12% и значительной высоте фланцев возникают трудности получения правильного профиля из-за невозможности бокового обжатия фланцев. Это ограничивает применение прямых балочных калибров для получения широкополочных балок. Для увеличения интенсивности бокового обжатия фланцев и прокатки тонко стенных балок с уменьшенными уклонами внутренних граней и увеличенной шириной полок применяют повышенные выпуски калибров до 12% с одновременным изгибом стенки калибра, как показано на рис. 4.5, а, б. Реже применяют калибры с прямой стенкой и увеличенными до 12% выпусками открытых фланцев (рис. 4.5, в). Величина этого выпуска ограничена условиями входа раската в закрытый балочный калибр; с увеличением выпуска ширина Полосы по отогнутым открытым фланцам становится значительно больше соответствующей ширины последующего калибра В_дз (см. рис. 4.2), 4-й, вследствие чего возрастает перегиб фланцев при втягивании раската в валки. При этом появляется опасность «закусывания» валками вершины фланца с последующим образованием заката [3].

Рис. 4.5. Форма черновых и подготовительных закрытых балочных калибров с увеличенным выпуском

а) – с изгибом стенки и одинаковым выпуском у открытых и закрытых ручьев; б) – с изгибом стенки и разным выпуском открытых и закрытых ручье; в) – без изгиба стенки с разными выпусками у открытых и закрытых ручьев.

5. Методика расчета калибровки валков

Произведем расчет калибровки для прокатки двутавровой балки №36 на стане 800 НТМК, пользуясь методом А.П. Чекмарева [1]. Размеры холодного профиля балки и допуски принимаем по ГОСТ 8239–72. Размеры профиля привидены в табл. 5.1. Уклон внутренней грани полок принимаем ≤ 12%. Пользуясь графиком (см. рис. 5.1), выбираем восемь фасонных калибров. Так как данный профиль является среднесортным профилем, то для схемы прокатки мы принимаем, что все восемь калибров прямые закрытые.

Рис. 5.1. График для выбора числа калибров при прокатке двутавровых балок и швеллеров

Так как стан для прокатки полунепрерывный, то калибры располагаются в каждой клети. Мы принимаем, что в ходе прокатки в чистовой группе у нас не задействованы одна вертикальная и одна горизонтальная клети.

Таблица 5.1. Основные размеры балка двутавровой №36 по ГОСТ 8239–72

Учитывая износ валка и целесообразность прокатки на минус, а также температурное расширение профиля примем следующие размеры чистового калибра.

Ширина (высота балки):

В₈ = (h – 3)×1,012 мм, (1)

где h – высота балки по ГОСТ 8239–72;

3 – допускаемое отклонение на минус по высоте балки;

1,012 – поправочный коэффициент учитывающий тепловое расширение металла.

Высота (ширина полки):

Н₈ = (b – 3)×1,012 мм, (2)

где b – ширина полки по ГОСТ 8239–72;

3 – допускаемое отклонение на минус по ширине полки;

1,012 – поправочный коэффициент учитывающий тепловое расширение металла.

Средняя толщина фланцев:

t₈ = (t – t×0,06)×1,012 мм, (3)

где t – средняя толщина полки по ГОСТ 8239–72

0,06 – допускаемое отклонение по средней толщине полки в процентных долях;

1,012 – поправочный коэффициент учитывающий тепловое расширение металла.

Толщина стенки калибра:

d₈ = d×1,012 мм, (4)

где d – толщина стенки калибра;

1,012 – поправочный коэффициент учитывающий тепловое расширение металла.

Высота фланца:

мм, (5)

где Н₈ – высота калибра;

d₈ – толщина стенки калибра.

Толщина фланца у основания калибра:

B₈ = t₈ + 0,5h₈×tgφ₈ мм, (6)

где t₈ – средняя толщина фланцев;

h₈ – высота фланцев;

tgφ₈ – тангенс углов наклона фланцев tgφ₈ = 0,12.

Толщина фланцев у вершины:

а₈ = 2t₈ – b₈ мм, (7)

где t₈ – средняя толщина фланцев;

b₈ – толщина фланца у основания калибра.

Площадь поперечного сечения фланца:

q_фл = t₈× h₈ мм², (8)

где t₈ – средняя толщина фланцев;

h₈ – высота фланцев.

Площадь поперечного сечения чистового калибра:

q₈ = 4q_фл + В₈× d₈ мм², (9)

где q_фл – площадь поперечного сечения фланца;

В₈ – ширина калибра;

d₈ – толщина стенки калибра.

Уширение ΔВ₁ и суммарное уширение ΔВ_2-8 предварительно выбираем по графику рис. 5.2.

Общее уширение:

∑ ΔВ_1-8 = ΔВ₁ + ΔВ_2-8 мм, (10)

где ΔВ₁ – уширение для разрезного калибра;

ΔВ_2-8 – уширение в остальных калибрах.

Рис. 5.2. График для выбора величины уширения в двутавровых и швеллерных калибрах

I – суммарное уширение во всех калибрах, кроме разрезного;

II – уширение в разрезном калибре

Ширина заготовки:

В₀ = В₇ – ∑ ΔВ_1-8 мм, (11)