Розробка і впровадження раціональних режимів деформації при виробництві тонкої жерсті методом повторного плющення

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

УДК 621. 771. 23. 016. 3

Дементієнко Олександр Вікторович

РОЗРОБКА І ВПРОВАДЖЕННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ РЕЖИМІВ ДЕФОРМАЦІЇ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ ТОНКОЇ ЖЕРСТІ МЕТОДОМ ПОВТОРНОГО ПЛЮЩЕННЯ

Спеціальність 05. 03. 05 - Процеси і машини обробки тиском

Автореферат дисертації на здобуття вченої ступені кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Державній металургійній академії України Міністерство освіти України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Васильов Янаки Димитров, Державна металургійна академія України, професор кафедри обробки металів тиском.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук Ноговіцин Олексій Володимирович, Міністерство промислової політики України, начальник Головного науково-технічного управліния; кандидат технічних наук Паргамонов Євген Олександрович, ВАТ МК “Запоріжсталь”, начальник лабораторії ЦЛК.

Провідна установа: Інстітут чорної металургії Національної Академії наук України, прокатні відділи, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться “02” листопада 1999 р. о 12³⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08. 084. 02 по захисту дисертацій в Державній металургійній академії України (320635, м. Дніпропетровськ, пр. Гагарина, 4, тел. (0562) 410292).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державної металургійної академії України (320635, м. Дніпропетровськ, пр. Гагарина, 4)

Автореферат розісланий “27” вересня 1999 р.

режим деформація холодне плющення

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Незважаючи на те, що в останні два-три десятиріччя з'явився ряд нових пакувальних матеріалів, біла жерсть продовжує залишатися незамінним матеріалом при виготовленні консервної тари і інших упаковок. Тара з білої жерсті відрізняється малою масою, високою жорсткістю, міцністю, корозійною стійкістю і відносно низькою вартістю, що робить переважним її застосування в рибній, консервній і харчовій промисловості. При цьому найбільшим попитом користується тонка жерсть одинарного плющення товщиною 0, 15 - 0, 20 мм і наклепана жерсть товщиною 0, 13 - 0, 16 мм, відома під назвою “жерсть подвійного плющення». Жерсть подвійного плющення дешевше за жерсть одинарного плющення (при одній і тій же площі) і володіє більш високим рівнем фізико-механічних і службових властивостей.

У США жерсть подвійного плющення виробляють з кінця п'ятдесятих років. У колишньому Радянському Союзі виробництво жерсті методом подвійного плющення було освоєно тільки в 1987 році на Карагандінському металургійному комбінаті (КарМК). Через відсутність промислового досвіду при виробництві такої жерсті виникла необхідність у визначенні параметрів технології подвійного холодного плющення і розробці режимів деформації на двухклітевому стані 1400 КарМК, що забезпечує отримання наклепаної жерсті з необхідним комплексом властивостей, що визначило актуальність роботи. Тема роботи актуальна також і для України, так як згідно з Державною програмою “Тара і пакувальні матеріали» на одному з вітчизняних підприємств будуть створені потужності для випуску жерсті подвійного плющення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до загальносоюзної програми “Метал» Мінвуза СРСР і згідно з наказом ВПО “Металлургпром» Міністерства чорної металургії СРСР № 416 від 22. 04. 1986р.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи постало визначення параметрів технології виробництва жерсті методом подвійного плющення застосовно до умов КарМК, розробка, дослідження і впровадження раціональних режимів деформації при плющенні жерсті товщиною 0, 15 мм з комплексом фізико-механічних властивостей і точністю, що задовольняють вимогам ТУ 14-1-4243-87. У зв'язку з цим в роботі поставлені і вирішені наступні задачі:

- дослідження закономірностей зміни механічних, пружних і технологічних властивостей холоднокатаного випаленого підката і наклепаної жерсті в залежності від умов (способу) відпалу і відносного обтиснення при повторному холодному плющенні;

- визначення товщини холоднокатаного випаленого підката і сумарного відносного обтиснення при повторному холодному плющенні, що забезпечують отримання наклепаної жерсті товщиною 0, 15 мм з комплексом властивостей по ТУ 14-1-4243-87;

- вивчення закономірностей і особливостей зміни енергосилових, температурно-швидкісних і деформаційних параметрів при холодному плющенні тонких і особливо тонких смуг;

- розробка раціональних режимів деформації при повторному холодному плющенні на двухклітевому стані 1400 КарМК, що забезпечують отримання наклепаної жерсті товщиною 0, 15 мм з точністю і комплексом властивостей, що задовольняють вимогам ТУ 14-1-4243-87.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведені з використанням відомих співвідношень і математичного апарату теорії обробки металів тиском. Експериментальні дослідження параметрів плющення, механічних, технологічних і пружних властивостей жерсті виконані у виробничих і лабораторних умовах. При цьому застосовували методи тендометріровання, металографії і стандартні випробування зразків. Результати експериментів оброблялися методами математичної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів. Особистими досягненнями автора є:

- закономірності зміни нормальних контактних напружень, довжини дуги контакту і сили при холодному плющенні тонких і особливо тонких смуг у валках великого діаметра;

- експериментальні дані про коефіцієнт K_иср, що враховує вплив швидкості деформації на опір деформації матеріалу смуги при холодному плющенні;

- уточнена модель межі текучості і опори деформації матеріалу смуги при холодному плющенні, що враховує вплив ступені, температури і швидкості деформації;

- експериментальна залежність механічних, технологічних і пружних властивостей тонкої наклепаної жерсті від відносного обтиснення при повторному холодному плющенні;

- експериментальна залежність для визначення товщини холоднокатаного випаленого підката, що забезпечує отримання тонкої наклепаної жерсті з необхідним комплексом механічних, технологічних і пружних властивостей;

- теоретичне обгрунтування раціональних режимів деформації при повторному холодному плющенні жерсті товщиною 0, 15; 0, 12; 0, 10 і 0, 08 мм на двухклітевому стані 1400 КарМК і алгоритм для їх реалізації.

Практичне значення отриманих результатів. Результати роботи впроваджені у виробничу практику цеху жерсті КарМК і включені в технологічну інструкцію ТІ-309-ПЖ-42-86. Вони були використані при визначенні параметрів технології повторного холодного плющення (товщини холоднокатаного підката, сумарного і окремих відносних обтиснень) і розробці режимів деформації на двухклітевому стані 1400 і забезпечили отримання наклепаної жерсті товщиною 0, 15 мм відповідно до вимог ТУ 14-1-4243-87. Реалізація запропонованих розробок дозволила освоїти уперше в колишньому Радянському Союзі, і в найкоротші строки, виробництво нового виду металопродукції - білої наклепаної жерсті товщиною 0, 15 мм. Економічний ефект від реалізації результатів роботи з урахуванням пайової участі автора становив 174, 8 тис. крб. (в цінах 1987 р.).

Особистий внесок претендента. Всі результати, складаючі основний зміст дисертаційної роботи, були отримані автором самостійно, зокрема ті, що становлять її наукову новизну і загальні висновки. В дисертацій не використані ідеї співробітників, що сприяли виконанню роботи.

Випробування результатів дисертації. Основні положення роботи докладені, обговорені і схвалені на Всесоюзній науково-технічній конференції “Прогресивні технологічні процеси у виробництві холоднокатаного листа” (м. Ліпецьк, 1985 р.) ; Всесоюзній науково-технічній конференції “Вдосконалення теплових процесів при виробництві чорних і кольорових металів” (м. Череповець, 1986 р.) ; Всесоюзної науково-технічної конференції “Проблеми підвищення рівня виробництва чорних металів і сплавів” (м. Донецьк, 1987 р.) ;.) ; Другого конгресу прокатчиків “Стан і основні напрями розвитку прокатного, трубного і метизного виробництв” (м. Череповец, 1997 р.) ; Об'єднаному науковому семінарі кафедри обробки металів тиском Державної металургійної академії України і прокатних відділів Інституту чорної металургії Національної Академії наук України (м. Дніпропетровськ, 1985-1999г. г.).

Публікації. Основний зміст роботи опублікований в 12 друкарських роботах, в тому числі в 1 монографії, 6 статтях і 5 авторських свідоцтвах на винаходи.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається з введення, п'яти розділів, висновків, списка використаних джерел і 11 додатків. Повний об`єм дисертації 169 стор., включаючи: 29 малюнків, 14 таблиць, список використаних джерел зі 118 найменувань і 37 стор. додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У введенні обгрунтована актуальність роботи, її мета, освітлені наукові і практичні результати, а також положення, що виносяться на захист.

У першому розділі даний аналіз стану виробництва жерсті і обговорені вимоги, що пред'являються до її якості. Приведені відомості про способи виробництва жерсті, розглянуті особливості технології і обладнання для повторного холодного плющення жерсті.

Жерсть - це тонкий холоднокатаний лист з маловуглеродистої сталі товщиною 0, 076 - 0, 50 мм шириною до 965 мм. Розрізнюють жерсть чорну, тобто непокриту яким небуть захистним покриттям, а також жерсть луджену, хромовану, алюмініровану і т. д. Жерсть покриту шаром олова називають білою. Товщина олов'яного покриття, що наноситься методами електролітичного осадження або зануренням в розплав складає відповідно 0, 15 - 1, 92 мкм і 1, 54 - 3, 08 мкм. З усіх видів жерсті перше місце по обсягах виробництва займає біла жерсть електролітичного лудіння. У всіх країнах спостерігається постійна тенденція до зниження товщини жерсті. У цей час середня товщина білої жерсті електролітичного лудіння, та, що випускається в світі складає менше за 0, 17 мм.

Створення технології подвійного плющення жерсті було викликане необхідністю отримання тонкої і особливо тонкої жерсті товщиною 0, 076 - 0, 16 мм, а також жерсті більшої товщини підвищеної жорсткості і міцності. Вихідною заготівкою (підкатом) для виробництва тонкої жерсті служить випалена жерсть одинарного плющення товщиною 0, 12 - 0, 50 мм, яка зазнає повторного холодного плющення на спеціалізованих двох- або трьохклітевих безперервних станах з сумарним відносним обтиснення до 0, 3 - 0, 5. Отримана після повторного холодного плющення жерсть не випалюється. Далі жерсть подвійного плющення обезжирюється, зазнає лудіння (хромування), відправляється споживачам і переробляється у них в наклепаному стані. Це означає, що виготовлення елементів тари з жерсті подвійного плющення здійснюється в наклепаному стані. Необхідний комплекс службових і технологічних властивостей наклепаної жерсті забезпечується, при інших рівних умовах, тільки величиною сумарного відносного обтиснення при повторному холодному плющенні ₂ або значенням товщини холоднокатаного випаленого підката h₀. Тому визначення значень параметрів ₂ и h₀ є ключовим елементом технології виробництва жерсті методом подвійного плющення. Згідно ТУ 14-1-4243-87 властивості жерсті подвійного плющення зі сталі 08кп товщиною 0, 15 мм, технологія виробництва якої була освоєна на КарМК, повинні бути наступними (випробування по ГОСТ 13345-85) : твердість HR3OТ: на алмазному столику 70-75 од. ; на стальному столику 76-82 од. ; кут пружинення = 110-133; глибина лунки по Еріксену JE 2, 5 мм; відхилення від площиності - до 4 мм; шорсткість поверхні при нанесенні захисного покриття електролітичним способом R_a 0, 63 мкм.

Аналіз показав, що відтворення технології виробництва жерсті методом подвійного плющення по матеріалах зарубіжних публікацій неможливо через недостатність і супереч-ність відомостей, що містяться в них. Тому на КарМК була створена і впроваджена по суті вітчизняна технологія виробництва наклепаної жерсті.

Технологія виробництва жерсті методом подвійного плющення відрізняється двох стадійністю холодного переділу і великою кількістю технологічних операцій. У цих умовах нестабільність кожного технологічного параметра посилює вплив елемента випадковості на властивості наклепаної жерсті. У зв'язку з цим для дослідження впливу параметрів технології на властивості холоднокатаного випаленого пїдката і наклепаної жерсті використали статистичні методи.

Дослідження проводили на промислових партіях підката (жерсті одинарного плющення) товщиною 0, 20 - 0, 36 мм зі сталі 08кп виробництва КарМК, прокатаного з сумарним відносним обтиснення при першому холодному плющенні 0, 88 - 0, 93. Відпал підката здійснювали в ковпаковых печах і агрегаті безперервного відпалу (АБВ) по прийнятих в цеху жерсті КарМК режимах. Далі вирізані з випаленого підката картки розмірами 0, 20 - 0, 36 100 - 150 300 - 600 мм прокатували в холодному стані на лабораторному двохвалковом стані 200 з сумарним відносним обтиснення 0, 60 - 0, 65. Окремі відносні обтиснення при повторному холодному плющенні змінювалися в межах 0, 05 - 0, 30. З холоднокатаного випаленого підката і прокатаних з різним сумарним обтиснення при повторному холодному плющенні карток вирізали зразки для визначення умовної межі текучості _т, межі міцності _в, твердості HR30Т, глибини лунки по Еріксену JE, відносного подовження і кута пружинення (тільки для наклепаного металу). Розміри зразків і значення перерахованих параметрів, за винятком кута , визначали по методиках, викладених в ГОСТ 1497-73, ГОСТ 22975-78 і ГОСТ 10510-74. Значення кута пружинення визначали на приладах типу Б4 СПГ по ГОСТ 8. 326-28 і “Speinqbach temper tester» G-67-2-Д. Кількість зразків для кожного з перерахованих випробувань від одного рулону становила 5-8. Дані, що аналізуються в роботі отримані за результатами випробувань зразків з 1290 рулонів різних плавок, плющення яких проводилось різними бригадами протягом одного року. Точність результатів випробувань визначалася по загальноприйнятих інженерних методиках. Помилки вимірювань значень перерахованих параметрів знаходилися в межах 3, 2 - 5, 9%. Результати виконаного дослідження показали, що механічні і технологічні властивості холоднокатаного випаленого підката в цеху жерсті КарМК характеризуються наступними величинами:

- підкат випалений в ковпаковых печах: _т = 190-330 Н/мм²; твердість - 55-61 HR30Т; JE = 7, 1-8, 1 мм;

- подкат випалений в АБВ: _т = 300-360 Н/мм²; твердість - 56-62 HR30Т; JE = 7, 7- 8, 3 мм.

Значення параметрів _т, , HR30Т, JE і наклепаної сталі 08кп представлені у вигляді графічної залежності від сумарного відносного обтиснення при повторному холодному плющенні _2. Встановлено, що внаслідок великого розхідження значень _т і JE підкат, випалений в ковпакових печах не забезпечує отримання наклепаної жерсті з необхідними властивостями. Тому для виробництва наклепаної жерсті в умовах КарМК був рекомендований підкат, випалений в АБВ, що характеризується більшою стабільністю механічних і технологічних властивостей. Наклепана жерсть, отримана з такого підката відзначається хорошим поєднанням механічних, технологічних і пружних властивостей і задовольняє вимогам ТУ 14-1-4243-87.

Внаслідок статистичної обробки отриманих експериментальних даних запропонована модель для прогнозування межі текучості _т наклепаної сталі 08кп від ступеня деформації при повторному холодному плющенні:

_т = _тисх + 40 (100₂) ^{0, 55}, (1)

де _тисх - значення межі текучості холоднокатаного випаленого підката.

По отриманій експериментальній залежності JE = (₂), HR30Т = (₂) і = (₂) визначена величина сумарного відносного обтиснення при повторному холодному плющенні (₂ = 0, 29-0, 35), що забезпечує отримання наклепаної жерсті товщиною 0, 15 мм з комплексом властивостей по ТУ 14-1-4243-87. Вказаному діапазону обтиснення ₂ відповідає товщина підката, рівна 0, 21-0, 23 мм. Враховуючи існуючий сортамент цеху жерсті КарМК товщина холоднокатаного випаленого підката, для виробництва наклепаної жерсті товщиною 0, 15 мм, прийнята рівною 0, 22 мм. При визначенні величина ₂ вирішальний вплив надали вимоги, що пред'являються до пружних властивостей наклепаної жерсті. Тому за основний критерій властивостей жерсті подвійного плющення був прийнятий параметр . Статистична обробка експериментальних даних дозволила отримати наступне рівняння регресії:

, (2)

де h₀, h - відповідно товщина холоднокатаного випаленого підката і наклепаної жерсті, мм; - кут пружинення наклепаної жерсті, град.

По рівнянню (2) може бути визначена товщина підката для виробництва наклепаної жерсті з різними сполучанями товщини і необхідних пружних властивостей, а також для коректування товщини останньої у разі зміни його межі текучості.

Моделі межі текучості, що є в літературі і опору деформації сталі 08кп не відображають особливості процесу повторного холодного плющення. Це стосується передусім урахування впливу початкового стану підкату, а також температури і швидкості деформації. Для отримання даних про вплив температури деформації на межу текучості були приведені випробування випалених і наклепаних зразків з фігурною ділянкою (ГОСТ 1497-84) в діапазоні температур 20-600 С. Температурні випробування проводили у відповідності з ГОСТ 9651-84 на розривній машині фірми “Rihle», параметри якої задовольняли вимогам ГОСТ 7855-84. На основі отриманих даних запропонована модель межі текучості сталі 08кп з урахуванням степені і температури деформації _тt:

, (3)

де , (4)

а₀, а₁, а₂, а₃ - емпіричні коефіцієнти;

t, t_пл - відповідно температура деформації і температура плавлення сталі 08кп.

Модель (4) справедлива в діапазоні температур до 300 С. Модель (3) призначена для прогнозування межі текучості смуги зі сталі 08кп в лінії стану повторного холодного плющення.

Для визначення середньої величини опору деформації сталі 08кп у вогнищі (_тср), що входить прямим співмножником в моделі середніх контактних напружень при холодному

плющенні, в цій роботі використана модель:

, (5)

где ; (6)

; (7)

; (8)

; (9)

_пр, , - відповідно попереднє, випадкове і сумарне відносне обтиснення смуги при холодному плющенні;

t₀, t₁, t_ср, t_ст - відповідно температура смуги на вході і виході з вогнища деформації, її середнє значення у вогнищі і температура статистичних випробувань, С (t_ст = 20С) ;

u_ср, u_ст - відповідно середня швидкість деформації при плющенні і швидкість деформації при статистичних випробуваннях, с^-1 (u_ст = 10^-3 с^-1).

Моделі (6) і (8) отримані відповідно аналітичним і експериментальним шляхом. Для визначення коефіцієнта K_иср, що враховує вплив швидкості деформації на опір деформації сталі 08кп була розроблена спеціальне методика. За допомогою цієї методики були отримані уперше експериментальні дані об K_иср при холодному плющенні, в наслідок статистичної обробки цих даних створена модель (8).

Порівняльні і експериментальні дослідження показали, що моделі (3) - (9) фізично вірно інтерпретують вплив деформаційних і температурно-швидкісних умов холодного плющення на _тt, K_t, _тср, _тср, K_tср, K_иср, t_ср і забезпечують прогнозування значень перерахованих параметрів із задовільною точністю. На базі цих моделей розроблений алгоритм розрахунку межі текучості і середньої величини опору деформації при холодному плющенні, що є складовою часткою алгоритму розрахунку режимів обтиснення на безперервних жерстіпрокатних станах.

ОБГРУНТУВАННЯ І УТОЧНЕННЯ МАТИМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ ПРОЦЕСУ ХОЛОДНОГО ПЛЮЩЕННЯ ТОНКИХ СМУГ І ЖЕРСТІ

Холодне плющення тонких смуг і жерсті характеризується великими (750 - 2000 і більше) значеннями параметра R/h₀ (де R, h₀ - відповідно радіус робочого валка і товщина смуги на вході у вогнище деформації) і здійснюється при високому рівні середніх нормальних контактних напружень (800 - 1500 Н/мм²). У цих умовах, нарівні з опором деформації матеріалу смуги, вирішальний вплив на параметри і ефективність процесу холодного плющення чинять напруження тертя на контактній поверхні і пружні деформації валків і смуги.

Результати досліджень коефіцієнта напруженого стану і погонної сили плющення по моделях А.І. Целікова і В.М. Луговського дозволили зробити наступний висновок:

Модель А.І. Целікова забезпечує отримання надійної інформації про нормальні контактні напруження і силу тільки при плющенні відносно товстих смуг (R/h₀500-600) з невеликими обтисненнями і з малими коефіцієнтами тертя.)

Модель В.М. Луговського працездатна у всьому діапазоні умов існування процесу холодного плющення, що дозволило використати її як основу моделі для прогнозування нормальних контактних напружень і сили при плющенні тонких смуг і жерсті, коли значення параметра R/h₀ досягають 500 - 2000 і більш.

Як модель вогнища деформації і моделей енергосилових, температурних і кінематичних параметрів при плющенні тонкої жерсті використали моделі, створені на кафедрі обробки металів тиском Державної металургійної академії України, що відображають особливості упругопластичного контакту при холодному плющенні тонкої смуги у валках великого діаметра.

З використанням цих моделей виконане дослідження ефективності процесу холодного плющення тонких і особливо тонких смуг. Про ефективність процесу судили по характеру зміни функції:

Р_с = (h₀₎, (10)

де P_с, h₀ - сила плющення, підрахована з урахуванням пружних деформацій валків і смуги.

Показано, що залежність Р_с = (h₀₎ при холодному плющенні тонких смуг і жерсті, при інших рівних умовах, мають яскраво виражений мінімум, що свідчить про те, що завжди є одне значення початкової товщини смуги h_0т, при якому значення сили плющення є найменшим. При h₀ h_0т збільшується інтенсивність зростання середніх нормальних контактних напружень p_срс, що приводе до збільшення довжини дуги контакту смуги з валком l_c і, як наслідок, до зростання сили плющення. При h₀ h_0т збільшується також витрата енергії на подолання додаткових сил тертя на контакті, викликаних зростанням l_c, що знижує енергетичну ефективність процесу холодного плющення і обтискаючу здатність робочої кліті. При h₀ h_0т значення p_срс меншають, а l_c збільшується внаслідок збільшення абсолютного обтиснення h, викликаного зростанням товщини смуги h₀. В цьому випадку інтенсивність зростання l_c значно перевищує інтенсивність зменшення p_срс внаслідок чого збільшується і сила плющення. Одночасно збільшується і потужність плющення, але тільки в тій її частині, яка витрачається головним чином на формозмінення смуги. Тому при h₀ h_0т процес холодного плющення є енергетично вигідним.

Для визначення умов ведення процесу холодного плющення тонких і особливо тонких смуг жерсті з найменшою силою, тобто для знаходження мінімуму функції (10), має бути використане умова:

 (11)

На основі математичної моделі процесу холодного плющення тонких смуг і жерсті розроблений алгоритм розрахунку режимів обтиснення на безперервних жерстепрокатних станах. Алгоритм враховує вплив пружних деформацій валків і смуги, натягу, зміцнення матеріалу смуги, коефіцієнта тертя і температурно-швидкісних умов деформацій на енергосилові і кінематичні параметри процесу, відрізняється формальною простотою, великою швидкодією, широким діапазоном працездатності і забезпечує отримання необхідної інформації із задовільною точністю.

Експериментальна перевірка показала, що максимальні відхилення розрахункових значень параметрів плющення від експериментальних не перевищують 8-12%.

РОЗРОБКА РАЦІОНАЛЬНИХ РЕЖИМІВ ПЛЮЩЕННЯ ТОНКОЇ ЖЕРСТІ НА ДВУХКЛІТЕВОМУ СТАНІ 1400 КарМК І ДОСЛІДЖЕННЯ ЇХ ЕФЕКТИВНОСТІ

Основою режиму плющення на будь-якому безперервному стані є стратегія розподілу окремих відносних обтиснень і натягнень по клітях, що визначається товщиною і механічними властивостями смуги, що прокатується, вимогами, що пред'являються до якості готової продукції і можливостями прокатного обладнання. При плющенні тонкої і особливо тонкої жерсті, коли пружні деформації інструмента і металу впливають вирішальним чином на енергосилові параметри і значення модуля жорсткості смуги великі, визначальну роль при розподілі окремих відносних обтиснень по клітях надають енергетична ефективність процесу і обтискуюча здатність клітей. Тому при визначенні окремих відносних обтиснень по клітях при плющенні жерсті товщиною 0, 15 мм на двухклітевому стані 1400 КарМК використовували умову (11). Одночасно з цим було встановлено, що при розподілі окремих відносних обтиснень на цьому стані необхідно враховувати наступні технологічні обмеження:

- застосування окремих відносних обтиснень у другій кліті менше за 0, 10 не забезпечує ефективної роботи системи автоматичного регулювання товщини і натягнення (САРТ і Н) смуги, а при плющенні з обтисненнями більше за 0, 25 - 0, 30 спостерігається велика нерівномірність завантаження клітей стану по силі і потужності, погіршуються теплові умови роботи валків даної кліті, обмежується швидкість плющення, збільшується неплощинність і відривність смуги;

- окреме відносне обтиснення і шорсткість поверхні робочих валків першої кліті залежать від якості поверхні підката, а окреме відносне обтиснення і шорсткість поверхні робочих валків другої кліті визначають шорсткість поверхні готової жерсті.

Експериментально встановлено, що на стані 1400 доцільно застосовувати робочі валки в першій кліті з насіченою поверхнею (R_z1 = 10 - 12 мкм), у другій - шліфовані (R_а2 0, 55 мкм).

Результати досліджень показали, що плющення жерсті товщиною менше за 0, 15 мм з найменшою силою на даному стані неможливо, оскільки товщина підката і товщина смуги на вході у другу кліть, при будь-якому розподілі окремих відносних обтиснень, знаходяться лівіше мінімуму кривих Р_с = (h₀₎. Іншими словами плющення тонкої жерсті на стані 1400 є енергетично невигідним. Тому окремі відносні обтиснення по клітях стану 1400 визначали виходячи з наступних міркувань:

- здійснення процесу при можливо більш низькому рівні сили в одній (пріоритетній) або в обох клітях;

- здійснення процесу при певному співвідношенні абсолютних значень сили плющення в обох клітях;

- забезпечення ефективної роботи САРТ і Н.

На основі викладеного отримали наступне рівняння регресії для визначення оптимальної величини окремого відносного обтиснення у другій кліті (₂) :

, (12)

де f_1, f₂ - відповідно коефіцієнт тертя в першій і другій кліті стану;

h₀, R₂ - товщина підката і радіус робочих валків другої кліті, мм;

₂ - сумарне відносне обтиснення при повторному холодному плющенні.

При цьому окреме відносне обтиснення в першій кліті (₁) рівне:

, (13)

У залежності від фактичного змінення значення коефіцієнта тертя оптимальні величини окремих відносних обтиснень при плющенні жерсті товщиною 0, 15 мм на стані 1400 КарМК знаходяться в діапазонах: ₁ = 0, 15 - 0, 25; ₂ = 0, 10 - 0, 20.

Враховуючи, що забезпечення необхідної викатки і хорошої планшетності наклепаної жерсті досягається при великих натягненнях, а щоб запобігти обривності смуги натягнення повинні бути більш низькими, при розробці режимів плющення тонкої жерсті на цьому стані питомі натягнення смуги приймали наступними:

- на вході і виході зі стану - (0, 10 - 0, 30) _т;

- в межклітевому проміжку - (0, 25 - 0, 45) _т.

Для попередження поперечного вигину смуги плющення у другій кліті здійснювали з співвідношенням вхідного і вихідного питомих натягнень, рівному 1, 5 - 4, 0.

З використанням результатів даного дослідження і алгоритму, приведеного в попередньому розділі, виконані розрахунки режимів обтиснення при плющенні тонкої жерсті на двохклітевому стані 1400 КарМК. У таблиці 1 представлені результати розрахунків режимів обтиснень при плющенні жерсті товщиною 0, 15; 0, 12; 0, 10 і 0, 08 мм, шириною 890 мм, відповідно стаціонарним (по тертю і швидкості) умовам роботи стану.

У цей час освоєно і впроваджено у виробництво плющення тільки одного профілерозміра тонкої жерсті - 0, 15 890 мм. Для плющення жерсті - 0, 15 890 мм розроблене наступне профілювання валків стану 1400: опорні валки обох клітей - циліндричні з симетричними подвійними скосами по краях на відстані 90 і 200 мм від краю бочки глибиною відповідно 1, 5 і 0, 5 мм; робочі валки першої кліті - циліндричні; робочі валки другої кліті - випуклі з профілем створюючою, виконаним по усіченій параболі. Досвід роботи стану показав, що запропоновані режими обтиснення і профілювання валків забезпечують отримання наклепаної жерсті 0, 15 890 мм з властивостями і точністю по ТУ 14-1-4243-87, а також високу стабільність процесу, хорошу выкатку, відносно низьке і приблизно однакове завантаження клітей по силі.

Порівняльні дослідження підтвердили, що жерсть подвійного плющення товщиною 0, 15 мм виробництва КарМК, Німеччини і Бельгії володіє практично однаковими властивостями і точністю.

Режими обтиснення і энергосилові параметри при плющенні тонкої жерсті на прокатно-дресировочному стані 1400 КарМК

(R₁ = 210 мм; R₂ = 300 мм [сталь 08кп; _т = 330 + 40 (100 ) ^{0, 55} ]

N кліті	ho, мм		qo, Н/мм2	q1, Н/мм2	1, м/с	t0п, C	t1п, C	тср, Н/мм2	f	рср. с., Н/мм2	Рс, МН	Мдв, кНм	Nдв, кВт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Плющення жерсті 0, 15 890 мм з підката 0, 22 890 мм
1 2	0, 220 0, 183	0, 170 0, 200	130 220	220 80	11, 9 14, 9	40 50	57 64	639 688	0, 066 0, 031	861 882	4, 16 5, 81	8, 8 24, 9	460 1150
Плющення жерсті 0, 12 890 мм з підката 0, 18 890 мм
1 2	0, 180 0, 148	0, 175 0, 190	130 230	230 80	20, 2 24, 9	40 55	61 69	647 691	0, 065 0, 030	955 925	4, 68 6, 02	9, 3 22, 7	820 1750
Плющення жерсті 0, 10 890 мм з підката 0, 15 890 мм
1 2	0, 150 0, 122	0, 190 0, 175	130 230	230 80	20, 6 24, 9	40 55	63 66	653 694	0, 066 0, 030	1134 1030	6, 04 7, 03	12, 0 22, 5	1080 1740
Плющення жерсті 0, 08 890 мм з підката 0, 12 890 мм
1 2	0, 120 0, 094	0, 215 0, 160	130 230	230 80	21, 7 24, 9	40 57	65 63	661 702	0, 068 0, 030	1572 1281	10, 22 10, 43	20, 4 27, 7	1870 2170

ВИСНОВКИ

1. Даний аналіз стану виробництва жерсті в світі. Виявлена постійна тенденція до зниження товщини жерсті. Показано, що одним з найбільш ефективних шляхів зниження товщини жерсті є більш широке застосування технології подвійного плющення для її виробництва. Створення і реалізація в колишньому Радянському Союзі технології виробництво тонкої жерсті методом подвійного плющення по матеріалах зарубіжних публікацій виявилося неможливим через недостатність і суперечність відомостей, що містяться в них, що і визначило актуальність виконання ції роботи.

2. Отримані експериментальні дані про механічні властивості холоднокатаного підката зі сталі 08кп виробництва КарМК, випаленого в колпаковых печах і в АБВ і наклепанной жерсті від сумарного відносного обтиснення при повторному холодному плющенні. Встановлено, що для виробництва тонкої жерсті методом подвійного плющення доцільно використовувати підкат, випалений в АБВ, відмінний більшою стабільністю механічних властивостей і кращою штампуємістю. Виходячи з необхідного комплексу властивостей наклепаної жерсті товщиною 0, 15 мм (76-82 HR30Т; JE 2, 5 мм; = 110-133) визначили значення сумарного відносного обтиснення при повторному холодному плющенні і товщини холоднокатаного підката, які склали відповідно 0, 29 - 0, 35 мм (прийнято 0, 32 мм) і 0, 21 - 0, 23 мм (прийнято 0, 22 мм). Запропоноване рівняння регресії для визначення товщини холоднокатаного випаленого підката в залежності від межі текучості останнього, товщини і пружних властивостей наклепанної жерсті.

3. Досліджений вплив дорекристалізаційных температур на межу текучості _т випаленої і наклепаної сталі 08кп. Розроблена методика з допомогою якої уперше отримані експериментальні дані про вплив обтиснення і температурно-швидкісних умов деформації на середню величину опору деформації _тср при холодному плющенні. На основі отриманих даних розроблені математичні моделі _т і _тср матеріалу смуги при холодному плющенні. Для реалізації моделей _т і _тср запропонований відповідний алгоритм, що є складовою частиною алгоритму розрахунку режимів обтиснень на безперервних жерстепрокатных станах.

4. Виконане порівнювальне дослідження коефіцієнта напруженого стану n і відносної погонної сили плющення Р_пог / _тср (де - коефіцієнт Лоде) по моделях А. І. Целікова і В. М. Луговського. Встановлено, що модель А. І. Целікова забезпечує отримання надійної інформації про n и Р_пог / _тср тільки при плющенні відносно товстих смуг (R/h₀ 500-600, де R - радіус робочого валка) з малими коефіцієнтами тертя (f 0, 05-0, 06) і невеликими відносними обтисненнями ( 0, 10-0, 25). Модель В. М. Луговського працездатна практично у всьому діапазоні умов реалізації процесу холодного плющення і відрізняється задовільною точністю, що дозволило прийняти її за основу моделі для прогнозуванния нормальних контактних напружинь і сили плющення.

5. Холодне плющення тонкої і особливо тонкої жерсті здійснюється при R/h₀ 750 - 2000 і більш, тобто в умовах, коли нарівні з межею текучості матеріалу смуги, вирішальний вплив на параметри процесу надають пружні деформації валків і смуги, напруження тертя і температурно-швидкісні режими деформації. Тому для прогнозування энергосилових, кінематичних і температурних параметрів при холодному плющенні тонкої жерсті були використані моделі, створені на кафедрі обробки металів тиском Державної металургійної академії України, а також уточнені автором, моделі межі текучості, опору деформації, нормальних контактних напружень, сили і моменту плющення, що враховують вплив перерахованих факторів. На базі цих моделей розроблений алгоритм розрахунку режимів обтиснення на безперервних жестепрокатных станах і програма для його реалізації.

6. Методом математичного моделювання досліджені закономірності зміни сили плющення Р_с від товщини смуги h₀ при плющенні тонкої жерсті на двухклітевому стані 1400 КарМК. Підтверджено, що залежність Р_с = (h₀₎ мають яскраво виражений мінімум, що свідчить про зниження енергетичної ефективності процесу холодного плющення із зменшенням товщини смуги. З використанням результатів виконаного моделювання визначені оптимальні діапазони зміни окремих відносних обтиснень у клітях стану (₁ = 0, 15 - 0, 25; ₂ = 0, 10 - 0, 20), що забезпечує ведення процесу при можливо більш низькому рівні сили плющення в одній (пріоритетній) або в обох клітях стану, а також високу ефективність роботи САРТ і Н.

7. Розроблені, випробовані і впроваджені режими плющення жерсті товщиною 0, 15 мм на двухклітевому стані 1400 КарМК, а також відповідні профіліровки валків для їх реалізації. Встановлено, що запропоновані режими деформації і профіліровки валків стану забезпечують отримання наклепаної жерсті товщиною 0, 15 мм з комплексом властивостей по ТУ 14-1-4243-87 і неплоскістністю до 4, 0 мм. Розроблені режими плющення жерсті товщиною 0, 12; 0, 10 і 0, 08 мм, які можуть бути освоєні на стані 1400 КарМК в майбутньому.

8. Результати роботи впроваджені у виробництво цеху жерсті КарМК. Це дозволило в 1987 році, уперше в колишньому Радянському Союзі, випустити наклепану жерсть товщиною 0, 15 мм і освоїти її масове виробництво в найкоротші строки. Представницька партія наклепаної жерсті товщиною 0, 15 мм, об'ємом в 2000 т пройшла промислові випробування на Азовському комбінаті дитячого харчування і була повністю атестована. На основі результатів випробувань був зроблений висновок про доцільність переходу на переробку вітчизняної жерсті замість імпортної. Основні рекомендації і технічні рішення, ті, що містяться в дисертації, внесені в технологічну інструкцію ТИ-309-ПЖ-42-86 по виробництву жерсті методом подвійного плющення. Економічний ефект від впровадження результатів роботи становив 174, 8 тис. крб. (в цінах 1987 року).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДОБРАЖЕНИЙ В НАСТУПНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ ТРУДАХ:

1. Васильов Я.Д., Дементієнко А.В., Горбунков С.Г. Виробництво жерсті методом подвійного плющення. - М. : Металургія, 1994. - 125 с.

2. Васильов Я.Д., Шувяков В.Г., Дементієнко А.В. Вплив швидкісних умов холодної деформації на межу текучості маловуглеродистої сталі. Ізв. вузів. Чорна металургія. - 1987. - №3. - С. 15.

3. Дослідження межі текучості сталі 08кп в діапазоні температур 20 - 600 С. Я.Д. Васильов, А.В. Дементієнко, С.І. Потаповський, В. Н. Скороходов, П. П. Чернов. Ізв. вузів. Чорна металургія. - 1988. - №3. - С. 59 - 62.

4. Дослідження коефіцієнта тертя при плющенні маловуглеродистої сталі без застосування технологічної змазки. Я.Д. Васильов, С.І. Потаповський, С.В. Сизов, А.В. Дементієнко. Тертя і знос. - 1989. - Том 10. - №4. - С. 624 - 631.

5. Розробка і впровадження раціональних режимів плющення найтонкішої жерсті. О.Н. Сосковець, Я.Д. Васильов, П.П. Чернов, А.В. Дементієнко, В.Н. Скороходов, С.І Потаповський. Сталь. - 1989. - №6. - С. 42 - 46.

6. Розробка раціональних температурно-швидкісних режимів плющення тонкої жерсті. Я.Д. Васильов, А.І. Якубовський, П.П. Чернов, О.В. Іванцов, А.В. Дементієнко, А.А. Ніденс. Сталь. - 1990. - №9. - С. 79 - 82.

7. Васильов Я.Д., Дементієнко А.В. Розробка і освоєння технології виробництва тонкої жерсті методом подвійного плющення. Праці Другого конгресу прокатчиків (Череповець, 27-30. 10. 1997р.). - М. : АТ «Черметінформація». - 1998. - С. 195-201.

8. А. с. №1268224 СРСР, МКИ В 21 В 13/14. Чотирьохвалкова система. Я.Д. Васильов, В.Г. Шувяков, С.І. Потаповський, В.І. Баранов, Ф.Г. Шек, П.П. Чернов, Е.А. Бендер, В.І. Віноградов, А.В. Дементієнко, Н.Я. Талдін (СРСР). - №3840115/22-02; Заявлено 08. 01. 85, Опубл. 07. 11. 86. Бюл. № 41. - 5 с.

9. А. с. №1355302 СРСР, МКИ В 21 В 1/28. Спосіб холодного плющення смуг на двухклітевому стані. Я.Д. Васильов, А.В. Дементієнко, В.Г. Шувяков, С.І. Потаповський, Е.А. Бендер, В.Н. Скороходов, П.П. Чернов, С.Г. Горбунков (СРСР). - №4122623/31-02; Заявлено 12. 06. 82, Опубл. 30. 11. 87. Бюл. №44. - 3 с.

АНОТАЦІЯ

Дементієнко А.В. Розробка і впровадження раціональних режимів деформації при виробництві тонкої жерсті методом подвійного плющення. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченої ступені кандидата технічних наук по спеціальності 05. 03. 05. - Процеси і машини обробки тиском. Державна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 1998 р.

Дисертація присвячена визначенню параметрів технології і розробці раціональних режимів деформації при виробництві тонкої жерсті методом подвійного плющення. Визначені значення товщини холоднокатаного випаленого підката і сумарного відносного обтиснення при повторному холодному плющенні, що забезпечують отримання наклепанной жерсті з необхідним комплексом властивостей. Досліджені особливості холодного плющення тонких і особливо тонких смуг у валках великого діаметра. Запропоновані і уточнені математичні моделі параметрів такого процесу, на базі яких розроблений алгоритм розрахунку режимів деформації на безперервних жерстепрокатних станах. Визначені оптимальні значення окремих відносних обтиснень і відносних питомих натягнень при повторному холодному плющенні тонкої жерсті. Розроблені і впроваджені раціональні режими деформації при повторному холодному плющенні жерсті товщиною 0, 15 мм на двухклітевому стані 1400 КарМК. Запропоновані режими плющення жерсті товщиною 0, 12; 0, 10 і 0, 08 мм, які можуть бути освоєні на цьому стані в майбутньому.

Ключові слова: тонка жерсть, подвійне плющення, технологія, підкат, режим деформації, модель.

АННОТАЦИЯ

Дементиенко А.В. Разработка и внедрение рациональных режимов деформации при производстве тонкой жести методом двойной прокатки. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05. 03. 05. - Процессы и машины обработки давлением. Государственная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 1999г.

Диссертация посвящена определению параметров технологии, разработке и внедрению рациональных режимов деформации при производстве тонкой жести методом двойной прокатки. Статистическими методами исследованы закономерности изменения механических, упругих и технологических свойств холоднокатаного отожжённого подката из стали 08кп производства Карагандинского металлургического комбината (КарМК) и наклёпанной жести в зависимости от способа отжига (в колпаковых печах и агрегате непрерывного действия) и суммарного относительного обжатия при повторной холодной прокатке. Установлено, что подкат, отожжённый в колпаковых печах характеризуется большим разбросом значений предела текучести и штампуемости и не обеспечивает получения наклёпанной жести с заданным уровнем свойств. Подкат, отожжённый в агрегате непрерывного отжига (АНО) отличается более высоким уровнем и хорошей стабильностью механических и технологических свойств. На основании этих данных, для производства наклёпанной жести в условиях КарМК, был рекомендован и в дальнейшем использован только подкат, отожжённый в АНО. Определены значения толщины холоднокатаного отожжённого подката и суммарного относительного обжатия при повторной холодной прокатке, обеспечивающие получения наклёпанной жести с требуемым комплексом механических, технологических и упругих свойств.

Исследовано совместное влияние температуры (в диапазоне 20 - 600 С) и степени деформации (в диапазоне 0 - 0, 6) на предел текучести стали 08кп. Предложена новая модель среднего предела текучести материала полосы в очаге деформации при холодной прокатке. Получены экспериментальные данные о влиянии степени, температуры и скорости деформации на сопротивление деформации стали 08кп при холодной прокатке.

Разработаны более точные модели предела текучести и сопротивления деформации при холодной прокатке стали 08кп, учитывающие влияние степени, температуры и скорости деформации и создан алгоритм для их реализации. Исследованы закономерности и особенности изменения энергосиловых параметров при холодной прокатке тонких и особо тонких полос в валках большого диаметра. Подтверждено, что зависимости силы прокатки от исходной толщины, при прочих равных условиях, имеют ярко выраженный минимум, свидетельствующий о снижении обжимающей способности рабочей клети и энергетической эффективности процесса холодной прокатки тонких и особо тонких полос в валках большого диаметра. Раскрыт механизм этого явления. Показано, что при холодной прокатке тонких и особо тонких полос в валках большого диаметра, решающее влияние на длину очага деформации, среднее контактное нормальное напряжение и силу прокатки оказывают упругие деформации сжатия валков и полосы, являющиеся основной причиной снижения эффективности процесса. Определён диапазон работоспособности моделей среднего контактного нормального напряжения при холодной прокатке А. И. Целикова и В. М. Луговского. Обоснованы или уточнены математические модели параметров процесса холодной прокатки тонких и особо тонких полос в валках большого диаметра, на базе которых разработан алгоритм расчёта режимов обжатий на непрерывных жестепрокатных станах. С использованием созданного алгоритма выполнены расчёты режимов обжатий при прокатке жести 0, 08890мм, 0, 10 890мм, 0, 12890мм и 0, 15890мм на непрерывном двухклетевом прокатно-дрессировочном стане 1400 КарМК и исследована их эффективность. Установлено, что прокатка жести указанных размеров на этом стане при любом распределении частных относительных обжатий по клетям является энергетически невыгодной. Определены оптимальные значения частных относительных обжатий, исходной шероховатости бочек рабочих валков и удельных натяжений, обеспечивающие получения наклёпанной жести с требуемой точностью и качеством поверхности. Оптимальные значения частных относительных обжатий находили из условий ведения процесса прокатки в обеих клетях при возможно более низком уровне силы прокатки и обеспечения эффективной работы систем автоматического регулирования толщины и натяжения полосы. Разработаны и внедрены рациональные режимы обжатий при прокатке жести 0, 15890мм из подката 0, 22890мм на двухклетевом прокатно-дрессировочном стане 1400 КарМК. Внедрены новые профилировки рабочих и опорных валков, применение которых позволило повысить обжимающую способность рабочих клетей стана и получить наклёпанную жесть 0, 15890мм с неплоскостностью до 4, 0 мм. Опыт работы прокатно-дрессировочного стана 1400 КарМК показал, что предложенные параметры технологии, режимы обжатий и профилировки валков обеспечивают получение наклёпанной жести 0, 15890мм со свойствами и точностью по ТУ 14-1-4243-87, а также высокую стабильность процесса, относительно низкую и примерно одинаковую загрузку клетей по силе. Сравнительные исследования подтвердили, что жесть двойной прокатки 0, 15890мм производства КарМК, Германии и Бельгии обладает практически одинаковыми свойствами и точностью. Разработаны режимы деформации жести двойной прокатки 0, 08890мм, 0, 10890мм и 0, 12890мм, которые могут быть освоены на прокатно-дрессировочном стане 1400 КарМК в будущем.

Ключевые слова: тонкая жесть, двойная прокатка, технология, подкат, режим деформации, модель.

ABSTRACT

Dementiyenko A.V. Elaboration and Introduction of Rational Working Regimes in the Manufacture of Thin Sheets by the Method of Double Rolling. - Manuscript.

Dissertation for a candidate's degree by speciality 05. 03. 05. - Plastic Working Processes and Machines. State Metallurgical Academy of Ukraine, Dniepropetrovsk, 1998.

The dissertation is dedicated to the determination of the process parameters and elaboration of rational working regimes in the manufacture of thin sheets by the method of double rolling. Thickness values for the annealed cold-rolled semi-finished rolled stock and overall percentage cold rerolling reduction whish ensure obtaining of work-hardened sheet products of specified properties have been determined. Features of thin and extremely thin sheet cold rolling in large diameter rolls have been investigated. Mathematical models of the process parameters have been proposed and corrected. An algorithm for calculation of working regimes for the continuous sheet rolling mills has been developed on the basis of these models. Optimum partial percentage reductions and relative tensions per unit area in cold rerolling of thin sheets have been established. Rational working regimes in cold rerolling 0, 15 mm sheets in 1400 KarMK two-stand mill have been elaborated and introduced into practice. 0, 12, 0, 10 and 0, 08 mm sheet rolling regimes which can be introduced at this mill in the future have been proposed.

Key words: thin sheet, double rolling, process, semi-finished rolled stock, working regime, model.

Размещено на Allbest.ru