Использование профилированных роликов для регулирования плоскостности прокатываемых полос

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.771.23.001.2

Использование профилированных роликов для регулирования плоскостности прокатываемых полос

С.М. Бельский, Ю.А. Мухин

(ЛГТУ, г. Липецк )

Известно [1], что неравномерность эпюры переднего натяжения вызывает изменение выходных скоростей течения металла, при этом напряжения, вызванные неравномерностью выходных скоростей полосы, при снятии натяжении превращаются в остаточные. Другими словами, если во время прокатки измерять распределение напряжений в полосе, например, магнитным или тензометрическим роликом, и каким-либо образом встречно изменять эпюру переднего натяжения с тем, чтобы компенсировать неравномерность остаточных напряжений, то можно регулировать плоскостность прокатываемой полосы. Возникает вопрос, каким образом точно регулировать форму эпюры переднего натяжения на выходе очага деформации, ведь неравномерность натяжений, созданная на участке полосы, уменьшается с увеличением расстояния от очага деформации в соответствии с принципом Сен-Венана. В работе [2] представлена аналитическая зависимость отношения установившейся амплитуды самоуравновешенной эпюры натяжений к исходной амплитуде от расстояния между местом возникновения исходной неравномерности до выходного сечения очага деформации. Ранее, В.А.Николаев [3] исследовал распределение натяжений по ширине при охвате полосой выпуклого обводного ролика. Результаты теоретического анализа [2] и экспериментальных измерений [3] достаточно хорошо согласуются.

Рассмотрим один из возможных вариантов регулирования плоскостности прокатываемой полосы по описанному принципу ( рис.1).

Принцип регулирования плоскостности прокатываемой полосы (1) ( рис.1 ) заключается в обеспечении угла контакта полосы с профилированными роликами (3), расположенными за клетью (2), такой величины, чтобы дополнительные напряжения, образующиеся из-за изменения расстояний, пройденных серединой и краями полосы по поверхности профилированных роликов, воздействуя на выходное сечение очага деформации, выравнивали бы вытяжки по ширине полосы; при этом для уменьшения краевой волнистости полоса оборачивается вокруг выпуклого ролика, а для уменьшения коробоватости - вокруг вогнутого ролика. Допустим, что полоса (1) на выходе клети (2) имеет неравномерную эпюру продольных напряжений с амплитудой , способствующую краевой волнистости ( рис.2а, кривая 1 ). Форма эпюры и уровень переднего натяжения измеряются датчиком, например, стессометрическим роликом (6).

Расчеты показывают [1], что при изменении формы эпюры выходного удельного натяжения эпюра выходных скоростей по ширине полосы изменяется следующим образом:

,

где - неравномерность эпюры переднего удельного натяжения,

- выходная неравномерность скоростей полосы,

- модуль упругости материала полосы.

эпюр металл обводной

Рис. 1 Использование профилированных роликов для регулирования плоскостности прокатываемых полос

Другими словами, если к выходному сечению очага деформации приложить неравномерную эпюру напряжений, то возникшая неравномерность скоростей выхода полосы компенсирует исходную неравномерность напряжений.

В соответствии с этим положением, к выходному сечению очага деформации необходимо приложить компенсирующую эпюру переднего натяжения (рис.2а, кривая 3 ). Она вызовет течение металла, компенсирующее . После снятия в полосе возникнут остаточные напряжения , равные по амплитуде , но противоположные по знаку (рис. 2а, кривая 4 ), которые в свою очередь компенсируют . В результате такого регулирования в полосе исчезнут остаточные напряжения (рис.2а, кривая 5 ).

Процесс компенсации неравномерной эпюры продольных напряжений, способствующих коробоватости полосы, аналогичен и изображен на рис. 2б.

Известно, что по принципу Сен-Венана неравномерность приложенных к полосе напряжений уменьшается с увеличением расстояния от места приложения. Следовательно, для того, чтобы к очагу деформации была приложена неравномерная эпюра напряжений с амплитудой , на расстоянии от него необходимо создать эпюру напряжений с амплитудой, равной

,

где - коэффициент ослабления, зависящий от расстояния до очага деформации и ширины полосы (рис. 2а-2б, кривые 2).

Рис. 2 Принцип регулирования плоскостности прокатываемых полос.

Коэффициент ослабления вычисляется по следующей формуле [2]:

, (1)

,

- амплитуда неравномерности на расстоянии от очага деформации,

, , , , - корни следующей системы уравнений:

где

; ;

; ;

; ;

; ;

;

;

; ;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

; .

Определим зависимость величины перемещения отклоняющих роликов от величины неравномерности эпюры переднего натяжения. Допустим, полоса (1) выходит из клети (2), имея неравномерность выходных напряжений (рис.2, кривые 1 ). На расстоянии от очага деформации установлена пара роликов, имеющих сопряженные профилировки: один выпуклую, другой вогнутую, равные . Так как в полосе действует переднее удельное натяжение , то полоса плотно охватывает профилированный ролик на участке, соответствующем углу . При этом разность расстояний, пройденных серединой и краями полосы по поверхности выпуклого профилированного ролика , где - радиус ролика на краю полосы, а по поверхности нижнего - . При параболической профилировке роликов , тогда .

Угол охвата профилированного ролика:

; ;

Относительная разность расстояний, пройденных серединой и краями полосы:

;

Тогда неравномерность напряжений, создаваемая профилированным роликом:

,

где - модуль упругости материала полосы.

Нужно отметить, что плотный охват полосой профилированнго ролика на участке, соответствующем углу , обеспечивается при условии . В противном случае участки полосы, где , не будут прилегать к поверхности профилированного ролика.

Таким образом, для компенсации неравномерности напряжений , возникающих в полосе на выходе из клети, необходимо переместить отклоняющие ролики на расстояние, равное

,

где - разница между удельными напряжениями в середине и на краю полосы, причем она положительна при форме эпюры, способствующей волнистости полосы, и отрицательна при форме эпюры, способствующей коробоватости, - коэффициент ослабления, - длина бочки профилированных роликов,

- ширина полосы,

- расстояние между осями рабочих валков и профилированных роликов, не более половины длины бочки,

- расстояние между осями профилированных роликов и отклоняющих роликов,

- выпуклость/вогнутость профилированных роликов на радиусе,

- модуль упругости материала полосы.

Литература

1. Бельский С.М. Плоскостность горячекатаной полосы при ее неравномерном охлаждении на выходе из клети // В сб. трудов международной научно-практической конференции “Cовременные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов “, Санкт-Петербург, 2007. C.32-34.

2. Мухин Ю.А., Мазур И.П., Бельский С.М. Затухание амплитуды самоуравновешенной эпюры продольных упругих напряжений в прокатываемой полосе // В сб. трудов 3-й международной научно-практической конференции “Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности“, Санкт-Петербург, 2007. C.244.

3. Николаев В.А., Костенко А.С. Закономерности изменения продольных напряжений в полосе при выпуклом обводном ролике // Известия вузов. Черная металлургия, 1975, № 3. С. 111-113.

Размещено на Allbest.ru