Ôåäåðàëüíîå àãåíòñòâî ïî îáðàçîâàíèþ ÑÀÍÊÒ-ÏÅÒÅÐÁÓÐÃÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÏÎËÈÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ
À.È. Ðóäñêîé
Â.À. Ëóíåâ
ÒÅÎÐÈß È ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÊÀÒÍÎÃÎ ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ Ó÷åáíîå ïîñîáèå
«Íàóêà» 2005
Ôåäåðàëüíîå àãåíòñòâî ïî îáðàçîâàíèþ ÑÀÍÊÒ-ÏÅÒÅÐÁÓÐÃÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÏÎËÈÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ
Ïîñâÿùàåòñÿ Âàñèëèþ Ñåðãååâè÷ó Ñìèðíîâó Ê 90-ëåòèþ ñî äíÿ ðîæäåíèÿ
À.È. Ðóäñêîé
Â.À. Ëóíåâ
ÒÅÎÐÈß È ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÊÀÒÍÎÃÎ ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ
Ðåêîìåíäîâàíî Ó÷åáíî-ìåòîäè÷åñêèì îáúåäèíåíèåì ïî óíèâåðñèòåòñêîìó ïîëèòåõíè÷åñêîìó îáðàçîâàíèþ â êà÷åñòâå ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ äëÿ ñòóäåíòîâ âûñøèõ ó÷åáíûõ çàâåäåíèé, îáó÷àþùèõñÿ ïî óêðóïíåííûì ãðóïïàì ñïåöèàëüíîñòåé è íàïðàâëåíèé ïîäãîòîâêè 150400 Òåõíîëîãè÷åñêèå ìàøèíû è îáîðóäîâàíèå è ñïåöèàëüíîñòè 150201 Ìàøèíû è òåõíîëîãèÿ îáðàáîòêè ìåòàëëîâ äàâëåíèåì
Ñàíêò-Ïåòåðáóðã «Íàóêà» 2005
ÓÄÊ 621.771(075.8) ÁÁÊ 34.621ÿ73 Ð 835 Ðåöåíçåíòû: Àêàäåìèê ÐÀÍ, äîêòîð òåõíè÷åñêèõ íàóê, ïðîôåññîð ÑÏáÃÏÓ Þ.Ñ. Âàñèëüåâ Äîêòîð òåõíè÷åñêèõ íàóê, ïðîôåññîð ÑÏáÃÏÓ Í.Ã. Êîëáàñíèêîâ Äîêòîð òåõíè÷åñêèõ íàóê, ïðîôåññîð ÑÏáÃÏÓ Â.Â. Ðèñ
Ð ó ä ñ ê î é À . È . , Ë ó í å â  . À . Òåîðèÿ è òåõíîëîãèÿ ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà: Ó÷åá. ïîñîáèå. ÑÏá.: Íàóêà, 2005. 540 ñ . 377 èë. ISBN 5-02-025065-1 Ïîñîáèå ñîîòâåòñòâóåò ãîñóäàðñòâåííîìó îáðàçîâàòåëüíîìó ñòàíäàðòó äèñöèïëèíû Îáðàáîòêà ìåòàëëîâ äàâëåíèåì ïîäãîòîâêè ñïåöèàëèñòîâ ïî íàïðàâëåíèÿì 150400 Òåõíîëîãè÷åñêèå ìàøèíû è îáîðóäîâàíèå è 150201 Ìàøèíû è òåõíîëîãèÿ îáðàáîòêè ìåòàëëîâ äàâëåíèåì, à òàêæå 150100 Ìåòàëëóðãèÿ è 150600 Ìàòåðèàëîâåäåíèå è òåõíîëîãèÿ íîâûõ ìàòåðèàëîâ. Èçëîæåíû îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ òåîðèè îáðàáîòêè ìåòàëëîâ äàâëåíèåì, òåîðèè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêè è ñîâðåìåííàÿ òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà çàãîòîâêè, ñîðòîâîãî è ëèñòîâîãî ïðîêàòà. Ðàññìîòðåíû îñíîâíûå òåõíîëîãè÷åñêèå ðåøåíèÿ, ïðèâåäåíû ìåòîäû ðàñ÷åòà ðåæèìîâ îáæàòèÿ. Ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ ñòóäåíòîâ, îáó÷àþùèõñÿ ïî óêðóïíåííûì ãðóïïàì ñïåöèàëüíîñòåé Òåõíîëîãè÷åñêèå ìàøèíû è îáîðóäîâàíèå è Ìàøèíû è òåõíîëîãèÿ îáðàáîòêè ìåòàëëîâ äàâëåíèåì, ìîæåò áûòü ïîëåçíûì äëÿ ñòóäåíòîâ ñìåæíûõ ñïåöèàëüíîñòåé, à òàêæå èíæåíåðîâ-òåõíîëîãîâ, ðàáîòàþùèõ â îáëàñòè îáðàáîòêè ìåòàëëîâ äàâëåíèåì. Ïîñîáèå ïîäãîòîâëåíî íà îñíîâå ëåêöèé, ÷èòàåìûõ ñòóäåíòàì íà êàôåäðå ïëàñòè÷åñêîé îáðàáîòêè ìåòàëëîâ Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà. Ïå÷àòàåòñÿ ïî ðåøåíèþ ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêîãî ñîâåòà Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà.
ISBN 5-02-025065-1
© Ðóäñêîé À.È., Ëóíåâ Â.À., 2005 © ÑÏáÃÏÓ, 2005 © Èçäàòåëüñòâî «Íàóêà», 2005
ÎÃËÀÂËÅÍÈÅ Ñïèñîê ñîêðàùåíèé ............................................................................................................. 8 Ââåäåíèå ............................................................................................................................... 9 ×àñòü 1. ÒÅÎÐÈß ÎÁÐÀÁÎÒÊÈ ÌÅÒÀËËΠÄÀÂËÅÍÈÅÌ .................................... 11 à ë à â à 1. Îáùèå âîïðîñû äåôîðìàöèè ............................................................................ 11 1.1. Òèïû êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè ......................................................................... 11 1.2. Ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ìîíîêðèñòàëëà ........................................................ 14 1.3. Îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ òåîðèè äèñëîêàöèé ......................................................... 16 1.4. Îñîáåííîñòè äåôîðìàöèè ïîëèêðèñòàëëà .......................................................... 19 1.5. Èçìåíåíèå ñâîéñòâ ìåòàëëà ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ........................... 20 1.6. Ïðîöåññû, ïðîòåêàþùèå ïðè íàãðåâå ................................................................ 23 1.7. Ïëàñòè÷íîñòü è ðàçðóøåíèå ìåòàëëà ïðè ÎÌÄ ................................................ 26 1.8. Îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè. Çàêîí èçìåíåíèÿ îáúåìà ..................................................................................... 27 1.9. Òðåíèå ïðè ÎÌÄ .................................................................................................. 32 1.10. Âëèÿíèå òåõíîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ íà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ....................... 37 à ë à â à 2. Ñæàòèå (îñàäêà) îáðàçöà .................................................................................. 38 2.1. Îáùèå ïîëîæåíèÿ ................................................................................................ 38 2.2. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå ïðîöåññà îñàäêè ......................................... 42 2.3. Òåîðåòè÷åñêèé àíàëèç íàïðÿæåíèé ïðè îñàäêå ................................................ 47 2.4. Ñèëà îñàäêè .......................................................................................................... 50 à ë à â à 3. Î÷àã äåôîðìàöèè ïðè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå .................................................... 51 3.1. Ïîêàçàòåëè äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå .............................................................. 51 3.2. Óñëîâèÿ çàõâàòà è óñòàíîâèâøåãîñÿ ïðîöåññà ................................................... 56 3.3. Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà î÷àãà äåôîðìàöèè ......................................................... 59 3.4. Íåéòðàëüíûé óãîë ................................................................................................ 61 3.5. Îïåðåæåíèå ïðè ïðîêàòêå ................................................................................... 62 3.6. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå ................................................................... 66 à ë à â à 4. Õàðàêòåð äåôîðìàöèè ïðè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå ............................................. 68 4.1. Ñðåäíèå î÷àãè äåôîðìàöèè ................................................................................. 68 4.2. Âûñîêèå î÷àãè äåôîðìàöèè ................................................................................ 73 4.3. Íèçêèå î÷àãè äåôîðìàöèè .................................................................................. 80 4.4. Íåñèììåòðè÷íàÿ ïðîêàòêà .................................................................................. 87 4.5. Óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ ............................................................................. 91 3
4.6. Ñâåðõíèçêèå î÷àãè äåôîðìàöèè ......................................................................... 93 4.7. Óøèðåíèå ïðè ïðîêàòêå ...................................................................................... 96 à ë à â à 5. Ñèëîâûå ïàðàìåòðû ïðîêàòêè ........................................................................ 103 5.1. Ðàñïðåäåëåíèå êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé ïî øèðèíå ïîëîñû ......................... 103 5.2. Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà ñèëû ïðîêàòêè ..................................................................... 107 5.3. Ñèëû è êðóòÿùèå ìîìåíòû íà âàëêàõ .............................................................. 108 5.4. Ñèëû è ìîìåíòû ïðè ïðîêàòêå íà ñòàíå êâàðòî ............................................. 113 5.5. Ñèëû, äåéñòâóþùèå íà âàëêè 12-âàëêîâîãî ñòàíà .......................................... 116 5.6. Ñîïðîòèâëåíèå ìåòàëëà äåôîðìàöèè ............................................................... 119 à ë à â à 6. Ïðîêàòêà â êàëèáðàõ ...................................................................................... 128 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ ............................................................................................. 128 6.2. Õàðàêòåðèñòèêè äåôîðìàöèè ìåòàëëà â êàëèáðàõ ........................................... 131 6.3. Ðàñïîëîæåíèå êàëèáðîâ íà âàëêàõ .................................................................... 133 6.4. Äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà â ïðîñòûõ êàëèáðàõ ........................................................ 136 6.5. Ñèñòåìû êàëèáðîâ .............................................................................................. 145 6.5.1. Ñèñòåìà ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ ..................................................................... 145 6.5.2 Ñèñòåìà ðîìáêâàäðàò ............................................................................. 147 6.5.3. Ñèñòåìà îâàëêâàäðàò .............................................................................. 148 6.5.4. Ñèñòåìà îâàëðåáðîâîé îâàë .................................................................. 151 6.6. Âûòÿæíàÿ ñïîñîáíîñòü êàëèáðîâ ...................................................................... 154 6.7. Ïóòè îöåíêè äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå â ñëîæíûõ êàëèáðàõ ....................... 159 à ë à â à 7. Ïðîäîëüíàÿ ïåðèîäè÷åñêàÿ ïðîêàòêà ............................................................. 163 7.1. Îáùèå ïîëîæåíèÿ .............................................................................................. 163 7.2. Î÷àã äåôîðìàöèè ................................................................................................ 165 7.3. Ïàðàìåòðû î÷àãà äåôîðìàöèè ........................................................................... 168 7.3.1. Äëèíà äóãè çàõâàòà .................................................................................... 168 7.3.2. Óñëîâèÿ çàõâàòà ......................................................................................... 169 7.3.3. Óãîë êðèòè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ γ, îïåðåæåíèå è îòñòàâàíèå ..................... 170 7.3.4. Óøèðåíèå ................................................................................................... 173 7.3.5. Ñèëà ïðîêàòêè ........................................................................................... 174 7.4. Êîíòóðû îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ .................................................................. 177 à ë à â à 8. Ïîïåðå÷íàÿ ïðîêàòêà ...................................................................................... 180 8.1. Ðàçíîâèäíîñòè ïðîöåññîâ ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè ............................................ 180 8.2. Î÷àã äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå ........................................................................ 184 8.2.1. Ïàðàìåòðû î÷àãà äåôîðìàöèè ................................................................. 184 8.2.2. Óãîë íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ γ ............................................................................. 186 8.3. Äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè è ìîìåíò ïðîêàòêè .............................................. 187 8.4. Ìåõàíèçì îáðàçîâàíèÿ âíóòðåííåé ïîëîñòè ................................................... 189 8.5. Îñîáåííîñòè äåôîðìàöèè ìåòàëëà ïðè ïðîøèâêå .......................................... 194
×àñòü 2. ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ÇÀÃÎÒÎÂÊÈ È ÑÎÐÒÎÂÎÃÎ ÏÐÎÊÀÒÀ ................... 197 à ë à â à 9. Îáùèå âîïðîñû ïðîèçâîäñòâà ìåòàëëóðãè÷åñêîé ïðîäóêöèè ........................ 197 9.1. Ïðîèçâîäñòâåííûé öèêë .................................................................................... 197 9.2. Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà ............................... 198 9.3. Óïðàâëåíèå ïðîèçâîäñòâîì è êà÷åñòâîì ïðîäóêöèè ....................................... 200 9.4. Ãåíåðàëüíûé ïëàí ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà .................................................. 206
4
9.5. Ñòðóêòóðà ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà ................................................................. 209 9.6. Îñíîâíûå òåíäåíöèè ðàçâèòèÿ ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà ................. 211 9.7. Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà çàãîòîâêè äëÿ ïðîêàòà ................................................. 213 9.8. Ñîðòàìåíò ñîðòîâîãî è ëèñòîâîãî ïðîêàòà ....................................................... 215 9.9. Ñîðòàìåíò ïðîèçâîäñòâà ÷åòâåðòîãî ïåðåäåëà
................................................. 219 à ë à â à 10. Ïðîèçâîäñòâî êàòàíûõ áëþìîâ è ñëÿáîâ ..................................................... 222 10.1. Îáùàÿ òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà êàòàíûõ áëþìîâ è ñëÿáîâ ......................... 222 10.2. Íàãðåâ ñëèòêîâ .................................................................................................. 227 10.3. Âàëêè áëþìèíãà è ðåæèìû îáæàòèÿ íà áëþìèíãå ....................................... 230 10.4. Îñîáåííîñòè ðåæèìà îáæàòèÿ íà ñëÿáèíãå ................................................... 234 10.5. Ñêîðîñòíîé ðåæèì äåôîðìàöèè ..................................................................... 235 10.6. Õàðàêòåð äåôîðìàöèè ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå ................................................ 237 10.7. Ôîðìèðîâàíèå òåõíîëîãè÷åñêîé îáðåçè ......................................................... 240 à ë à â à 11. Ðàñ÷åò ðåæèìîâ îáæàòèÿ ............................................................................... 241 11.1. Ôàêòîðû, îãðàíè÷èâàþùèå îáæàòèÿ .............................................................. 214 11.2. Ðàñ÷åò ðåæèìîâ îáæàòèÿ íà áëþìèíãå êàê îïòèìèçàöèîííàÿ çàäà÷à ......... 248 11.3. Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà áëþìèíãå ......................................... 253 11.4. Ïðèìåð ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà áëþìèíãå ............................................. 256 11.5. Îñîáåííîñòè ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà ñëÿáèíãå ...................................... 263 à ë à â à 12. Ïðîêàòêà íà çàãîòîâî÷íûõ ñòàíàõ .............................................................. 264 12.1. Òèïû íåïðåðûâíî-çàãîòîâî÷íûõ ñòàíîâ ......................................................... 264 12.2. Êàëèáðîâêà âàëêîâ ÍÇÑ .................................................................................. 267 12.3. Ñèñòåìà ðåçêè çàãîòîâêè íà ìåðíûå äëèíû ................................................... 269 12.4. Îñîáåííîñòè ïðîêàòêè è ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà 3-âàëêîâûõ îäíîêëåòåâûõ çàãîòîâî÷íûõ ñòàíàõ ......................................... 270 à ë à â à 13. Äåôåêòû çàãîòîâêè è èõ óñòðàíåíèå ........................................................... 273 13.1. Âèäû äåôåêòîâ ñëèòêîâ è ëèòîé çàãîòîâêè .................................................... 273 13.2. Äåôåêòû, âîçíèêàþùèå ïðè íàãðåâå è ïðîêàòêå .......................................... 276 13.2.1. Äåôåêòû, âîçíèêàþùèå ïðè íåïðàâèëüíîì íàãðåâå .......................... 277 13.2.2. Äåôåêòû, âîçíèêàþùèå ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè ............................. 279 13.3. Ìåòîäû îáíàðóæåíèÿ äåôåêòîâ ....................................................................... 279 13.3.1. Ìàãíèòíûå ìåòîäû êîíòðîëÿ ................................................................ 281 13.3.2. Âèõðåòîêîâûå ìåòîäû êîíòðîëÿ ............................................................ 284 13.3.3. Òåïëîâûå ìåòîäû êîíòðîëÿ ................................................................... 285 13.3.4. Ýëåêòðîìàãíèòíî-òåïëîâûå ìåòîäû êîíòðîëÿ ..................................... 286 à ë à â à 14. Ïðîèçâîäñòâî ñîðòîâîãî ìåòàëëà ................................................................. 288 14.1. Ñîðòîïðîêàòíûå ñòàíû ..................................................................................... 288 14.2. Òðåáîâàíèÿ ê ñîðòîâîìó ïðîêàòó ïî òî÷íîñòè ............................................... 303 14.3. Ôàêòîðû, îïðåäåëÿþùèå òî÷íîñòü ïðîêàòà, è ïóòè óâåëè÷åíèÿ òî÷íîñòè ............................................................................ 306 14.3.1. Êîíñòðóêöèÿ è èçíîñ êàëèáðîâ ............................................................ 306 14.3.2. Êîëåáàíèÿ óñèëèÿ ïðîêàòêè .................................................................. 310 14.3.3. Ñêîðîñòü ïðîêàòêè .................................................................................. 311 14.3.4. Ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïî äëèíå ðàñêàòà .................................... 311 14.3.5. Æåñòêîñòü êëåòè ...................................................................................... 312 14.4. Ñèñòåìà àâòîìàòèçèðîâàííîãî óïðàâëåíèÿ òîëùèíîé ïðîêàòà ................... 314 14.5. Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà èçìåðåíèÿ ðàçìåðîâ ñîðòîâîãî ïðîêàòà â ïðîöåññå ïðîêàòêè ......................................................... 315 5
14.6. Òî÷íîñòü ïðè ïðîêàòêå íà íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ ............................................ 317 14.7. Ïðîêàòêà íà íåïðåðûâíûõ ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ ............................................ 323 14.8. Òåðìîîáðàáîòêà ñîðòîâîãî ïðîêàòà ................................................................. 329 14.8.1. Òåðìîóïðî÷íåíèå àðìàòóðíîé ñòàëè ..................................................... 332 14.8.2. Òåðìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ôàñîííûõ ïðîôèëåé ïðîêàòà ........................ 334 14.8.3. Òåðìîîáðàáîòêà ñîðòîâîãî ìåòàëëà äëÿ õîëîäíîé âûñàäêè ............... 335 14.9. Îòäåëêà ñîðòîâîãî ïðîêàòà .............................................................................. 337 à ë à â à 15. Ïðîêàòêà è êàëèáðîâêà îñíîâíûõ âèäîâ ñîðòîâîãî ïðîêàòà ..................... 348 15.1. Ñõåìà ïðîêàòêè ïðîñòûõ ïðîôèëåé ................................................................ 348 15.2. Ðàñ÷åò êàëèáðîâêè ïðîñòûõ ïðîôèëåé ........................................................... 354 15.3. Ïðîêàòêà è êàëèáðîâêà ïîëîñîâîé ñòàëè ....................................................... 361 15.4. Ïðîêàòêà è êàëèáðîâêà óãëîâîé ñòàëè ............................................................ 365 15.5. Ïðîêàòêà è êàëèáðîâêà äâóòàâðîâûõ áàëîê .................................................... 372 15.6. Ïðîêàòêà è êàëèáðîâêà øâåëëåðà ................................................................... 382 15.7. Ïðîêàòêà è êàëèáðîâêà ðåëüñîâ ...................................................................... 386 15.8. Êàëèáðîâêà ôàñîííûõ ïðîôèëåé ïðîêàòà ...................................................... 391 ×àñòü 3. ËÈÑÒÎÏÐÎÊÀÒÍÎÅ ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ..................................................... 400 à ë à â à 16. Ïðîèçâîäñòâî òîëñòîãî ëèñòà ....................................................................... 400 16.1. Îáùèå âîïðîñû ................................................................................................. 400 16.2. Ñîðòàìåíò òîëñòîëèñòîâîé ïðîäóêöèè è ðàçâèòèå òîëñòîëèñòîâîãî ïðîèçâîäñòâà â Ðîññèè ......................................................... 401 16.3. Ñõåìû äåôîðìàöèè .......................................................................................... 412 16.3.1. Ïîïåðå÷íàÿ ñõåìà ................................................................................... 414 16.3.2. Ïðîäîëüíàÿ ñõåìà ................................................................................... 415 16.3.3. Ïðîêàòêà íà óãîë ................................................................................ 415 16.4. Ôîðìèðîâàíèå ãåîìåòðèè ëèñòà â ïëàíå ........................................................ 416 16.4.1. Ôîðìèðîâàíèå ïðîôèëÿ â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ ................................. 416 16.4.2. Ôîðìèðîâàíèå ïðîôèëÿ â ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ ................................ 417 16.4.3. Ôîðìèðîâàíèå ïðîôèëÿ â óøèðèòåëüíûõ è ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ .... 419 16.5. Ñïîñîáû óñòðàíåíèÿ íåäîñòàòêîâ ïðîäîëüíîé ñõåìû ïðîêàòêè .................. 421 16.6. Òåðìè÷åñêàÿ è òåðìîìåõàíè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ëèñòà ..................................... 427 16.7. Îñîáåííîñòè ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå ................ 434 16.8. Ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà ............................................................. 436 16.9. Ïðîèçâîäñòâî òîëñòîãî áèìåòàëëè÷åñêîãî ëèñòà ........................................... 442 à ë à â à 17. Ïðîèçâîäñòâî ëèñòà íà øèðîêîïîëîñíûõ ñòàíàõ ........................................ 448 17.1. Ñîðòàìåíò è îáùàÿ òåõíîëîãèÿ ....................................................................... 448 17.2. Óëó÷øåíèå êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè ëèñòà ......................................................... 452 17.3. Òåìïåðàòóðíûé ðåæèì ïðîêàòêè íà ÍØÏÑ ................................................. 452 17.4. Ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà ............................................................. 456 17.4.1. Êîëåáàíèÿ íàòÿæåíèÿ ............................................................................ 456 17.4.2. Òåìïåðàòóðíûé êëèí .............................................................................. 458 17.4.3. Íåðàâíîìåðíîñòü èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû ïî äëèíå ðàñêàòà ............. 460 17.4.4. Âñïëûâàíèå ïîäøèïíèêîâ ................................................................. 460 17.4.5. Áèåíèå âàëêîâ ......................................................................................... 461 17.4.6. Ðåæèìû ïðîêàòêè è ðåãóëèðîâàíèÿ òîëùèíû ..................................... 462 17.5. Ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà ............................................................. 463 17.6. Èçìåíåíèå øèðèíû ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå .................................................... 467 6
17.7. Êîíòðîëèðóåìàÿ ïðîêàòêà íà ÍØÏÑ ........................................................... 468 17.8. Ïóòè ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà ...................................... 471 17.9. Îñîáåííîñòè ðàñ÷åòà ðåæèìîâ îáæàòèÿ íà ÍØÏÑ ..................................... 476 17.10. Àâòîìàòèçàöèÿ óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì è òåõíîëîãèåé ïðîèçâîäñòâà .......................................................................... 480 à ë à â à 18. Ïðîèçâîäñòâî õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà ......................................................... 482 18.1. Ñîðòàìåíò .......................................................................................................... 482 18.2. Òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó ïîâåðõíîñòè òîíêîëèñòîâîé ñòàëè, ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ øòàìïîâêè .................................................................... 484 18.3. Ñòàëè äëÿ àâòîìîáèëåñòðîåíèÿ ....................................................................... 488 18.4. Òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà êîíñòðóêöèîííîãî ëèñòà ...................................... 494 18.4.1. Ñíÿòèå îêàëèíû ...................................................................................... 495 18.4.2. Ïðîêàòêà .................................................................................................. 498 18.4.3. Ðåêðèñòàëëèçàöèîííûé îòæèã ............................................................... 502 18.4.4. Äðåññèðîâêà ............................................................................................ 506 18.4.5. Îòäåëî÷íûå îïåðàöèè ............................................................................ 509 18.5. Ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà ............................................................. 513 18.6. Îïòèìèçàöèÿ îáæàòèé íà íåïðåðûâíîì ñòàíå ïî ðàçíîòîëùèííîñòè ........ 517 18.7. Ñïîñîáû óìåíüøåíèÿ ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè ................................ 519 18.8. Ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü è ïëàíøåòíîñòü ïîëîñû .............................. 521 18.9. Ïðîèçâîäñòâî îöèíêîâàííîãî ëèñòà ............................................................... 527 18.10. Ïðîèçâîäñòâî äðóãèõ âèäîâ õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà .................................... 532 18.10.1. Ïðîèçâîäñòâî æåñòè ........................................................................... 532 18.10.2. Ïðîèçâîäñòâî õîëîäíîêàòàíîé íåðæàâåþùåé ñòàëè ....................... 533 18.11. Ïðîèçâîäñòâî òðàíñôîðìàòîðíîãî ëèñòà ...................................................... 534 Áèáëèîãðàôè÷åñêèé ñïèñîê ............................................................................................. 539
ÑÏÈÑÎÊ ÑÎÊÐÀÙÅÍÈÉ ×åðÌÊ ×åðåïîâåöêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîìáèíàò ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü; ÌÌÊ
Ìàãíèòîãîðñêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîìáèíàò ÎÀÎ ÌÌÊ;
ÍËÌÊ Íîâî-Ëèïåöêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîìáèíàò ÎÀÎ ÍËÌÊ; ÍÒÌÊ Íèæíåòàãèëüñêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîìáèíàò; ÎÕÌÊ Îðñêî-Õàëèëîâñêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîìáèíàò ÎÀÎ Íîñòà; ×åëÌÇ ×åëÿáèíñêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé çàâîä ÎÀÎ Ìå÷åë; ÊÌÊ
Êóçíåöêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîìáèíàò, ã. Íîâîêóçíåöê;
ÇÑÌÊ
Çàïàäíî-Ñèáèðñêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîìáèíàò, ã. Êåìåðîâî;
ÊÌÇ
Êîììóíàðñêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé çàâîä, ã. Êîììóíàðñê, Óêðàèíà;
ÊàðÌÊ Êàðàãàíäèíñêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîìáèíàò ÎÀÎ Èñïàò Êàðìåò, ã. Òåìèðòàó, Êàçàõñòàí.
ÂÂÅÄÅÍÈÅ Òåîðèÿ è òåõíîëîãèÿ îïðåäåëÿþò ìèðîâîççðåíèå áóäóùåãî èíæåíåðà â îáëàñòè îáðàáîòêè ìåòàëëîâ äàâëåíèåì. Íåñìîòðÿ íà áîëüøîå ðàçíîîáðàçèå òåõíîëîãè÷åñêèõ ñõåì íà îñíîâå îáðàáîòêè äàâëåíèåì ãëàâíîé èç íèõ ÿâëÿåòñÿ ïðîêàòêà.  òåîðèè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêè íàêîïëåíî ìíîãî ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ìàòåðèàëà, ïîëó÷èâøåãî èñ÷åðïûâàþùåå îáúÿñíåíèå è îáîáùåíèå. Äîñòèæåíèÿ â îáëàñòè ïðîêàòíîé òåõíîëîãèè âåñüìà çíà÷èòåëüíû.  ñâÿçè ñ ýòèì ÃÎÑ äëÿ èíæåíåðîâ ïî ñïåöèàëüíîñòè Îáðàáîòêà ìåòàëëîâ äàâëåíèåì âêëþ÷àåò â ñåáÿ òåîðèþ è òåõíîëîãèþ ïðîêàòêè êàê îáÿçàòåëüíóþ ñîñòàâëÿþùóþ îáùåé ïîäãîòîâêè ñïåöèàëèñòîâ ïî îáðàáîòêå ìåòàëëîâ äàâëåíèåì (ÎÌÄ). Âî ìíîãèõ âóçàõ, ãîòîâÿùèõ èíæåíåðîâ-òåõíîëîãîâ, îáà êóðñà ñòðîÿòñÿ êàê åäèíûé êóðñ, ïîýòîìó íåîáõîäèì åäèíûé ó÷åáíèê ïî òåîðèè è òåõíîëîãèè ÎÌÄ, íå òîëüêî ðàñêðûâàþùèé îñíîâíûå òåõíîëîãè÷åñêèå ðåøåíèÿ, íî è îáúÿñíÿþùèé ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â ìåòàëëå ïðè ïðîêàòêå, ïðè ïðîèçâîäñòâå ïðîêàòà íà ìåòàëëóðãè÷åñêîì ïðåäïðèÿòèè. Íåîáõîäèìî ïðîäåìîíñòðèðîâàòü ñîñòîÿíèå è ïåðñïåêòèâû ðàçâèòèÿ òåîðèè è òåõíîëîãèè ïðîêàòêè, îòðàçèòü òåíäåíöèè ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà. Ó÷åáíîå ïîñîáèå äîëæíî áûòü ïîñòðîåíî íà ïðèíöèïàõ ñâîáîäíîãî âëàäåíèÿ âñåìè çíàíèÿìè, ïîëó÷åííûìè ñòóäåíòîì ê ìîìåíòó èçó÷åíèÿ ýòèõ êóðñîâ: ìåõàíèêè äåôîðìèðóåìîé ñðåäû, îðãàíèçàöèè ïðîèçâîäñòâà, ìåíåäæìåíòà, ìåòàëëîâåäåíèÿ è òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè, ìàòåìàòèêè, ôèçèêè è äðóãèõ íàóê. Íåñìîòðÿ íà íàëè÷èå õîðîøèõ ó÷åáíèêîâ îòäåëüíî ïî òåîðèè è òåõíîëîãèè îáðàáîòêè ìåòàëëîâ äàâëåíèåì, íåëüçÿ ïðèçíàòü èõ äîñòàòî÷íûìè. Ìíîãèå èç íèõ èçäàíû ñðàâíèòåëüíî äàâíî. Òîëüêî íåäàâíî çàêîí÷èëñÿ ïåðèîä ôîðìèðîâàíèÿ ñîâðåìåííîé òåîðèè ïðîêàòêè, è òîëüêî ñåé÷àñ ïîÿâèëàñü âîçìîæíîñòü îïðåäåëèòü äîñòàòî÷íî óñòîé÷èâûå ãðàíèöû ýòîé ìîëîäîé íàóêè, îñìûñëèòü åå îñíîâíûå óñòîÿâøèåñÿ è ïðîâåðåííûå ïðàêòèêîé äîñòèæåíèÿ è íà èõ îñíîâå îáúÿñíèòü ñîâðåìåííûå òåõíîëîãè÷åñêèå ðåøåíèÿ. Êðîìå òîãî, ñòðåìèòåëüíî ðàçâèâàåòñÿ òåõíîëîãèÿ ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà.  ïîñëåäíèå ãîäû ïðîèñõîäèò òåõíîëîãè÷åñêàÿ ðåâîëþöèÿ â ìèðîâîé ìåòàëëóðãè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè. Ó÷åáíàÿ ëèòåðàòóðà íå óñïåâàåò îñâåùàòü íîâûå òåõíîëîãè÷åñêèå äîñòèæåíèÿ, è â íåé íåäîñòàòî÷íî ðàñêðûòû âîïðîñû ñâÿçè òåîðèè ïðîöåññà ñ òåõíîëîãè÷åñêèìè ðåøåíèÿìè. Ñëåäóåò îòìåòèòü òàêæå, ÷òî â ñóùåñòâóþùèõ ó÷åáíèêàõ ìàëî âíèìàíèÿ óäåëåíî âîïðîñàì îðãàíèçàöèè ïðîèçâîäñòâà, óïðàâëåíèþ òåõíîëîãèåé, ñîâðåìåííûì ïîäõîäàì ê óïðàâëåíèþ êà÷åñòâîì ïðîäóêöèè. 9
Ó÷åáíîå ïîñîáèå â îñíîâíîì îòðàæàåò ó÷åáíûé ïëàí êîíêðåòíîãî âóçà Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà è ðåêîìåíäóåòñÿ ïðåæäå âñåãî ñòóäåíòàì ýòîãî âóçà. Îñîáåííîñòüþ åãî ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îíî âûïîëíåíî â òðàäèöèÿõ øêîëû ïîëèòåõíè÷åñêîãî îáðàçîâàíèÿ. Îñíîâíîå âíèìàíèå ñîñðåäîòî÷åíî íà îáúÿñíåíèè è ãëóáîêîì àíàëèçå ôèçè÷åñêèõ è ìåõàíè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â ìåòàëëå ïðè äåôîðìàöèè, íà îñìûñëåíèè òåîðåòè÷åñêèõ è òåõíîëîãè÷åñêèõ äîñòèæåíèé. Ñîçíàòåëüíî èñêëþ÷åíû ìàòåìàòè÷åñêèå àñïåêòû àíàëèçà è ðàñ÷åòîâ ïðîöåññîâ îáðàáîòêè äàâëåíèåì íà îñíîâå èñïîëüçîâàíèÿ òåîðèè óïðóãîñòè è ïëàñòè÷íîñòè, ïîñêîëüêó ýòè âîïðîñû â Ïîëèòåõíè÷åñêîì óíèâåðñèòåòå, êàê è âî ìíîãèõ äðóãèõ âóçàõ, âûäåëåíû â îòäåëüíûé ñàìîñòîÿòåëüíûé êóðñ. Öåëü ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ ðàçâèòü ó ñòóäåíòîâ îïðåäåëåííóþ ýðóäèöèþ, óìåíèå ñâîáîäíî îðèåíòèðîâàòüñÿ â ñâåäåíèÿõ èç ðàçëè÷íûõ íàóê, âûçâàòü æåëàíèå äóìàòü íàä ïðîáëåìàòèêîé òåîðèè è òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà. Ïðè÷åì â ñëîâîñî÷åòàíèè òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà àêöåíò ñäåëàí íà âòîðîì ñëîâå. Ðàññìàòðèâàþòñÿ, îïèñûâàþòñÿ è îñìûñëèâàþòñÿ â îñíîâíîì òàêèå òåõíîëîãèè, íà êîòîðûõ ñòðîèòñÿ óñòîé÷èâîå ïðîèçâîäñòâî ïðîêàòíîé ïðîäóêöèè. Ìíîãîëåòíèé îïûò àâòîðîâ óáåæäàåò â òîì, ÷òî òåõíîëîãèÿ ýòî íå íàáîð çíàíèé, à ìèðîâîççðåíèå, íàñòðîé ìûøëåíèÿ, çàêâàñêà ñïåöèàëèñòà. Èíæåíåð-òåõíîëîã ïî îáðàáîòêå ìåòàëëîâ äàâëåíèåì äîëæåí çíàòü âñå î ìåòàëëå, î çàêîíîìåðíîñòÿõ ôîðìèðîâàíèÿ åãî ñâîéñòâ, ïîòîìó ÷òî îí êðàéíèé â òåõíîëîãè÷åñêîé öåïî÷êå, îò íåãî, â êîíå÷íîì ñ÷åòå, çàâèñèò êà÷åñòâî âûïóñêàåìîé ïðîäóêöèè, îí îïðåäåëÿåò ðàáîòó âñåõ ñëóæá öåõà è çàâîäà â öåëîì.  êàêîé áû ñôåðå äåÿòåëüíîñòè èíæåíåð çàòåì íè ïðèêëàäûâàë ñâîè óñèëèÿ, îí îñòàåòñÿ òåõíîëîãîì. Îí ïðèîáðåòàåò ÷óâñòâî îòâåòñòâåííîñòè çà êà÷åñòâî âûïóñêàåìîé ïðîäóêöèè.  ýòîì ñóòü ïîäãîòîâêè èíæåíåðà-òåõíîëîãà øèðîêîãî ïðîôèëÿ. Ïðè ïîäãîòîâêå ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ áûëè èñïîëüçîâàíû ñâåäåíèÿ, îïóáëèêîâàííûå òîëüêî â îòêðûòîé ïå÷àòè.  íåì íåò íîó-õàó è òåõíîëîãè÷åñêèõ ñåêðåòîâ, õîòÿ àâòîðû ïûòàëèñü ïîêàçàòü íîâåéøèå äîñòèæåíèÿ â îáëàñòè ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà, èñïîëüçóÿ îïûò ïåðåäîâûõ ðîññèéñêèõ è çàðóáåæíûõ ïðåäïðèÿòèé.  ïîñîáèè ïðèâåäåí êðàòêèé áèáëèîãðàôè÷åñêèé ñïèñîê, êîòîðûì ñòóäåíò ìîæåò âîñïîëüçîâàòüñÿ ïðè èçó÷åíèè äàííîãî êóðñà, à òàêæå ïðè âûïîëíåíèè êóðñîâûõ è äèïëîìíîãî ïðîåêòîâ.
×ÀÑÒÜ 1
ÒÅÎÐÈß ÎÁÐÀÁÎÒÊÈ ÌÅÒÀËËΠÄÀÂËÅÍÈÅÌ Ãëàâà 1 ÎÁÙÈÅ ÂÎÏÐÎÑÛ ÄÅÔÎÐÌÀÖÈÈ 1.1. Òèïû êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè  òåîðèè ÎÌÄ ðàññìàòðèâàþòñÿ ïðîöåññû äåôîðìàöèè ìåòàëëà íà îñíîâå èçó÷åíèÿ, ñ îäíîé ñòîðîíû, ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, ïðîòåêàþùèõ â ìåòàëëå ïðè äåôîðìèðîâàíèè, è, ñ äðóãîé, ÷èñòî ìåõàíè÷åñêèõ ÿâëåíèé, îñíîâàííûõ íà äîñòèæåíèÿõ òåîðèè óïðóãîñòè è ïëàñòè÷íîñòè. Ñíà÷àëà êðàòêî ðàññìîòðèì ôèçèêî-õèìè÷åñêèå îñíîâû äåôîðìàöèè, ïîìíÿ î òîì, ÷òî ãëóáîêîìó èçó÷åíèþ ýòîãî íàïðàâëåíèÿ ïîñâÿùåí îòäåëüíûé êóðñ. Ìåòàëëû è ñïëàâû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé òâåðäûå òåëà.  îòëè÷èå îò àìîðôíûõ (æèäêîñòåé) òâåðäûå òåëà èìåþò êðèñòàëëè÷åñêîå ñòðîåíèå. Åñëè â àìîðôíûõ òåëàõ àòîìû è ìîëåêóëû ðàñïîëàãàþòñÿ â õàîòè÷åñêîì ïîðÿäêå, òî â êðèñòàëëè÷åñêèõ òåëàõ, â òîì ÷èñëå â ìåòàëëàõ, àòîìû óïîðÿäî÷åíû. Ïåðâè÷íîé ÿ÷åéêîé ñòðîåíèÿ ìåòàëëè÷åñêîãî òåëà ÿâëÿåòñÿ êðèñòàëë, êîòîðûé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îäíîðîäíîå ôèçè÷åñêîå òåëî, ñîñòîÿùåå èç ïðàâèëüíî óëîæåííûõ è îäèíàêîâî îðèåíòèðîâàííûõ ýëåìåíòàðíûõ êðèñòàëëèêîâ, èìåþùèõ ôîðìó âûïóêëîãî ìíîãîãðàííèêà ñ îïðåäåëåííûì îáðàçîì óëîæåííûìè â íåì àòîìàìè. Êðèñòàëë íåïðàâèëüíîé ôîðìû íàçûâàåòñÿ ìîíîêðèñòàëëîì, íî â íåì, êàê è â êðèñòàëëå, âñå àòîìû èìåþò îäíó îðèåíòàöèþ è óïîðÿäî÷åíû îäèíàêîâî. Ñðîñøèåñÿ ìåæäó ñîáîé íåñêîëüêî ðàçíîîðèåíòèðîâàííûõ ìîíîêðèñòàëëîâ íàçûâàþòñÿ ïîëèêðèñòàëëîì. Ìîíîêðèñòàëëû â ìåòàëëóðãèè èñïîëüçóþòñÿ ðåäêî è âûðàùèâàþòñÿ ñïåöèàëüíûìè ìåòîäàìè â ëàáîðàòîðèÿõ. Ìåòàëë, ïîëó÷àåìûé â ïðîìûøëåííîñòè ïóòåì çàòâåðäåâàíèÿ (êðèñòàëëèçàöèè) ðàñïëàâà, ñîñòîèò èç êîíãëîìåðàòà çåðåí è ìåæçåðåííîãî âåùåñòâà. Ó ÷èñòîãî ìåòàëëà ÷àñòî çåðíî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòäåëüíûé ìîíîêðèñòàëë. Ó òàêîãî ìåòàëëà ïîëèêðèñòàëë ñîñòîèò èç íåñêîëüêèõ ñðîñøèõñÿ ðàçíîîðèåíòèðîâàííûõ çåðåí. Êîíãëîìåðàò èç òàêèõ çåðåí íàçûâàåòñÿ êðèñòàëëèòîì. Ó áîëüøèíñòâà ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ âîêðóã êàæäîãî çåðíà èëè öåëîãî êðèñòàëëèòà ðàñïîëàãàåòñÿ ìåæçåðåííîå âåùåñòâî (ïðèìåñè è 11
âêëþ÷åíèÿ).  ñïëàâàõ çåðíî ïîìèìî îñíîâíîãî ìåòàëëà ìîæåò ñîäåðæàòü äðóãèå ñîñòàâëÿþùèå. Çåðíî è ìåæçåðåííîå âåùåñòâî èìåþò ñëîæíîå ñòðîåíèå. Ïîðÿäîê ðàñïîëîæåíèÿ àòîìîâ â ïåðâè÷íîì ýëåìåíòàðíîì êðèñòàëëå õàðàêòåðèçóåò òèï êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè. Èç âñåãî ðàçíîîáðàçèÿ òèïîâ ðåøåòêè äëÿ îáðàáîòêè äàâëåíèåì íàèáîëüøèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò òðè: ãðàíåöåíòðèðîâàííàÿ, îáúåìíî-öåíòðèðîâàííàÿ è ãåêñàãîíàëüíàÿ ðåøåòêè, òàê êàê îñíîâíàÿ ìàññà äåôîðìèðóåìûõ ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ èìååò òàêîå êðèñòàëëè÷åñêîå ñòðîåíèå. Òàê, γ -æåëåçî ïðè âûñîêîé òåìïåðàòóðå, ìåäü, íèêåëü, çîëîòî, àëþìèíèé, ñåðåáðî èìåþò ãðàíåöåíòðèðîâàííóþ ðåøåòêó; α -æåëåçî (íèçêîòåìïåðàòóðíîå), âàíàäèé, âîëüôðàì, ìîëèáäåí, õðîì, òàíòàë èìåþò îáúåìíîöåíòðèðîâàííóþ ðåøåòêó; ãåêñàãîíàëüíóþ ðåøåòêó îáðàçóþò ìàãíèé, öèíê, êîáàëüò, α -òèòàí, áåðèëëèé, êàäìèé. Íà ðèñ. 1.1 ïðèâåäåíû ðàññìîòðåííûå òèïû êðèñòàëëè÷åñêèõ ðåøåòîê. Ñòðîåíèå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè îïðåäåëÿåò îäíî èç ôóíäàìåíòàëüíûõ ñâîéñòâ ìåòàëëà åãî ïëàñòè÷íîñòü. Ïëàñòè÷íîñòü ýòî ñâîéñòâî ìåòàëëà èçìåíÿòü ñâîþ ôîðìó áåç ðàçðóøåíèÿ. Ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà ìîæåò áûòü êîëè÷åñòâåííî îöåíåíà òîé ñòåïåíüþ äåôîðìàöèè, ïðè êîòîðîé ïîÿâëÿþòñÿ â ìåòàëëå ïåðâûå òðåùèíû. Òàêàÿ ïðåäåëüíî äîïóñòèìàÿ ñòåïåíü ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè íàçûâàåòñÿ çàïàñîì ïëàñòè÷íîñòè. Ñåðüåçíîìó èçó÷åíèþ ïëàñòè÷íîñòè ðàçíûõ ìåòàëëîâ ïî ó÷åáíîìó ïëàíó ïîñâÿùåí îòäåëüíûé áîëüøîé êóðñ, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç îñíîâíûõ â ñïåöèàëèçèðîâàííîé ïîäãîòîâêå èíæåíåðà-òåõíîëîãà ïî îáðàáîòêå ìåòàëëîâ äàâëåíèåì. Ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò òèïà êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè. Íàèáîëåå ïëàñòè÷íû ìåòàëëû ñ ãðàíåöåíòðèðîâàííîé ðåøåòêîé, ñ îáúåìíî-öåíòðèðîâàííîé ìåíåå ïëàñòè÷íû, åùå ìåíüøóþ ïëàñòè÷íîñòü èìåþò ìåòàëëû ñ ãåêñàãîíàëüíîé ðåøåòêîé. Ýòî îïðåäåëÿåòñÿ êîëè÷åñòâîì êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ ïëîñêîñòåé è èõ íàïðàâëåíèé, ïî êîòîðûì ïðîèñõîäèò ñêîëüæåíèå ìåòàëëà ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïëîñêîñòåé â êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêå ïðèíÿòà ñèñòåìà èíäåêñàöèè. Äëÿ êóáè÷åñêîé ðåøåòêè ïëîñêîñòü îáîçíà÷àåòñÿ òðåìÿ öèôðàìè, çàêëþ÷åííûìè â êðóãëûå ñêîáêè. Öèôðû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé îáðàòíûå âåëè÷èíû êîîðäèíàò îòðåçêîâ, îòñåêàåìûõ ïëîñêîñòüþ ïî òðåì îñÿì êóáè÷åñêîé ðåøåòêè, ïðè÷åì çà åäèíèöó èçìåðåíèÿ ïðèíÿò ïàðàìåòð ðåøåòêè. â) á) à)
Ðèñ. 1.1. Òèïû êðèñòàëëè÷åñêèõ ðåøåòîê îñíîâíûõ ìåòàëëîâ: à îáúåìíî-öåíòðèðîâàííàÿ; á ãðàíåöåíòðèðîâàííàÿ; â ãåêñàãîíàëüíàÿ
12
Íà ðèñ. 1.2 ïîêàçàíû: ïëîñêîñòü (100) ãðàíü êóáà; ïëîñêîñòü (110), ïðîõîäÿùàÿ ÷åðåç äâà ïðîòèâîïîëîæíûõ ðåáðà; ïëîñêîñòü (111), îòñåêàþùàÿ ïî êàæäîé îñè îòðåçîê, ðàâíûé åäèíèöå; ïëîñêîñòü (112), ïðîõîäÿùàÿ ÷åðåç äèàãîíàëü îñíîâàíèÿ è ñåðåäèíó âòîðîãî ðåáðà.  ãåêñàãîíàëüíîé ðåøåòêå (ðèñ. 1.3) ïëîñêîñòü îáîçíà÷àåòñÿ îáðàòíûìè çíà÷åíèÿìè êîîðäèíàò, îòñåêàåìûõ åþ íà ÷åòûðåõ îñÿõ, òðè èç êîòîðûõ à1, à2 è à3 ðàñïîëîæåíû â ïëîñêîñòè îñíîâàíèÿ (áàçèñà), à ÷åòâåðòàÿ à4 ïî âûñîòå ïðèçìû.  êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêå îáîçíà÷àþòñÿ íå òîëüêî ïëîñêîñòè, íî è íàïðàâëåíèÿ. Íàïðàâëåíèå çàäàåòñÿ ïðÿìîé, èñõîäÿùåé èç íà÷àëà êîîðäèíàò è ïðîõîäÿùåé ÷åðåç àòîì, ëåæàùèé íà ýòîé ïðÿìîé. Íàïðàâëåíèå îáîçíà÷àåòñÿ îáðàòíûìè çíà÷åíèÿìè êîîðäèíàò ýòîãî àòîìà, çàêëþ÷åííûìè â êâàäðàòíûå ñêîáêè. Ïðè÷åì ïðè îòðèöàòåëüíûõ çíà÷åíèÿõ êîîðäèíàò íàä öèôðîé ñòàâèòñÿ çíàê ìèíóñ. Ïðèìåðû íàïðàâëåíèé â êóáè÷åñêîé ðåøåòêå ïîêàçàíû íà ðèñ. 1.4.  êàæäîé ðåøåòêå (ñì. ðèñ. 1.1) â ðàçíûõ ïëîñêîñòÿõ è ïî ðàçíûì íàïðàâëåíèÿì êîëè÷åñòâî àòîìîâ è ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè ðàçëè÷íû, ïîýòîìó ñâîéñòâà êðèñòàëëè÷åñêîãî òåëà ïî ðàçíûì íàïðàâëåíèÿì íåîäèíàêîâû. Ðàçëè÷èå ñâîéñòâ
Ðèñ. 1.2. Ïëîñêîñòè êóáè÷åñêîé ýëåìåíòàðíîé ÿ÷åéêè è èõ îáîçíà÷åíèÿ
Ðèñ. 1.3. Îáîçíà÷åíèå ïëîñêîñòåé â ãåêñàãîíàëüíîé ðåøåòêå
Ðèñ. 1.4. Îáîçíà÷åíèå íàïðàâëåíèé â êóáè÷åñêîé ðåøåòêå 13
ìåòàëëà ïî ðàçíûì íàïðàâëåíèÿì íàçûâàåòñÿ àíèçîòðîïèåé. Àíèçîòðîïèÿ ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç îñíîâíûõ ñâîéñòâ îòäåëüíîãî êðèñòàëëà, êîòîðîå ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî â èçäåëèè èëè, íàîáîðîò, ñ êîòîðûì ïðèõîäèòñÿ áîðîòüñÿ, åñëè â ìåòàëëè÷åñêîì èçäåëèè öåíèòñÿ îäíîðîäíîñòü ñâîéñòâ ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì. Ïðè ëþáîì ñòðîåíèè çåðíà íàïðàâëåíèÿ ïëîñêîñòåé àòîìíûõ ðåøåòîê îñíîâíîãî ìåòàëëà â ðàçíûõ çåðíàõ ðàçëè÷íû è ñèëüíî çàâèñÿò îò óñëîâèé êðèñòàëëèçàöèè. Ïîýòîìó ïðîìûøëåííûå îáúåìû ìåòàëëà ìîãóò íå ïðîÿâëÿòü àíèçîòðîïèè, õîòÿ âíóòðè êàæäîãî çåðíà ñâîéñòâà åãî àíèçîòðîïíû. Ïðè ïîñëåäóþùåé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè íàïðàâëåíèÿ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ ïëîñêîñòåé â çåðíàõ èçìåíÿþòñÿ âåñüìà ñóùåñòâåííî. Õàðàêòåð ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ðåàëüíîãî ìåòàëëà îïðåäåëÿåòñÿ êàê ñâîéñòâàìè îòäåëüíîãî çåðíà è ðàñïîëîæåíèåì êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ ïëîñêîñòåé â íèõ, òàê è ðàñïîëîæåíèåì çåðåí â ìåòàëëå, íàëè÷èåì äðóãèõ ôàç âíóòðè çåðíà, ñòðîåíèåì è ñâîéñòâàìè ìåæçåðåííîãî âåùåñòâà. Êàê âèäíî, íà õàðàêòåð ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ðåàëüíîãî ìåòàëëà îêàçûâàþò âëèÿíèå ìíîãèå ôàêòîðû. 1.2. Ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ìîíîêðèñòàëëà Ðàññìîòðèì äåôîðìàöèþ îäíîãî ìîíîêðèñòàëëà. Âíóòðè íåãî ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ïðîèñõîäèò â îñíîâíîì ïóòåì ñêîëüæåíèÿ îäíèõ ñëîåâ ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî äðóãèõ ïî îïðåäåëåííûì êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèì ïëîñêîñòÿì, êîòîðûå íàçûâàþòñÿ ïëîñêîñòÿìè ñêîëüæåíèÿ. Îáû÷íî ïëîñêîñòÿìè ñêîëüæåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ïëîñêîñòè ñ íàèáîëåå ïëîòíûì ðàçìåùåíèåì àòîìîâ, à íàïðàâëåíèÿ ñêîëüæåíèÿ ñîâïàäàþò ñ íàïðàâëåíèÿìè ìèíèìàëüíûõ ìåæàòîìíûõ ðàññòîÿíèé.  ìåòàëëàõ ñ ãðàíåöåíòðèðîâàííîé ðåøåòêîé ñêîëüæåíèå ïðîèñõîäèò ïî ïëîñêîñòè îêòàýäðà (111), à íàïðàâëåíèå ñêîëüæåíèÿ ñîâïàäàåò ñ äèàãîíàëüþ ãðàíåé (òèïà [101]).  ìåòàëëàõ ñ îáúåìíî-öåíòðèðîâàííîé ðåøåòêîé ñêîëüæåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî ïî ïëîñêîñòÿì íåñêîëüêèõ òèïîâ, íàïðèìåð, (110), (112) èëè (123), òàê êàê ïëîòíîñòü àòîìîâ íà ýòèõ ïëîñêîñòÿõ ïðèìåðíî îäèíàêîâà, à ïðåèìóùåñòâåííîå íàïðàâëåíèå ñêîëüæåíèÿ ñîâïàäàåò ñ áîëüøîé äèàãîíàëüþ êóáà [111].  ìåòàëëàõ ñ ãåêñàãîíàëüíîé ðåøåòêîé ñêîëüæåíèå ïðîõîäèò ïî ïëîñêîñòè îñíîâàíèÿ ïðèçìû òèïà (0001) â íàïðàâëåíèè äèàãîíàëè øåñòèãðàííèêà òèïà [0011]. Âèäíî, ÷òî ìåòàëëû ñ íàèáîëåå ïëîòíûì ðàñïîëîæåíèåì àòîìîâ â ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ ìåòàëëû ñ ãðàíåöåíòðèðîâàííîé ðåøåòêîé èìåþò íàèáîëüøóþ ïëàñòè÷íîñòü, íèæå ïëàñòè÷íîñòü ó ìåòàëëîâ ñ îáúåìíî-öåíòðèðîâàííîé ðåøåòêîé è åùå íèæå ó ìåòàëëîâ ñ ãåêñàãîíàëüíîé ðåøåòêîé. Çàìåòèì, ÷òî ýòî óïðîùåííàÿ êàðòèíà. Ïîìèìî ñêîëüæåíèÿ â çåðíå âîçìîæíû òàêæå äðóãèå ìåõàíèçìû ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè, íàïðèìåð, äâîéíèêîâàíèå, äèôôóçèÿ àòîìîâ è ò. ä. Ïîñêîëüêó ñêîëüæåíèå ÿâëÿåòñÿ â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ îñíîâíûì ìåõàíèçìîì, òî íà äðóãèõ ìåõàíèçìàõ ìû îñòàíàâëèâàòüñÿ íå áóäåì, îíè áóäóò ïîäðîáíî ðàññìàòðèâàòüñÿ â ñïåöèàëüíîì êóðñå. Áîëüøîå âëèÿíèå íà õàðàêòåð ñêîëüæåíèÿ îêàçûâàþò äîïîëíèòåëüíûå ôàêòîðû. Î÷åíü ñèëüíîå âëèÿíèå îêàçûâàåò òåìïåðàòóðà ìåòàëëà, ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ ïîÿâëÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ. Íàïðèìåð, ïðè òåìïåðàòóðàõ 150200 °Ñ è âûøå â ãåêñàãîíàëüíûõ ìåòàëëàõ îòêðûâàþòñÿ 14
äîïîëíèòåëüíûå ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ òèïà ( 10 1 1 ) è ( 10 1 2 ), è ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà ðåçêî âîçðàñòàåò, ÷òî èñïîëüçóåòñÿ íà ïðàêòèêå äëÿ óñòðàíåíèÿ òðåùèí ïðè äåôîðìàöèè òàêèõ ìåòàëëîâ, êàê öèíê. Ñêîëüæåíèå â ìîíîêðèñòàëëå ïðîèñõîäèò ïîä äåéñòâèåì íàïðÿæåíèé, âîçíèêàþùèõ â ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ. Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî íàïðÿæåíèÿ â ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ (êàñàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ), ïðè êîòîðûõ íà÷èíàåòñÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ñêîëüæåíèÿ, äëÿ äàííîãî ìîíîêðèñòàëëà ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè ïîñòîÿííû. Ýòî ôóíäàìåíòàëüíîå ñâîéñòâî ìåòàëëîâ: ïðè ðàñòÿæåíèè, ñæàòèè, ïðîêàòêå è äðóãèõ âèäàõ íàãðóæåíèÿ ìåòàëëà ñäâèã ïî ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ áóäåò ïðîèñõîäèòü âñåãäà ïðè îäíèõ è òåõ æå êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèÿõ. Ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà íå çàâèñèò îò ñõåìû íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ. Ýòî ïîëîæåíèå ëåæèò â îñíîâå êëàññè÷åñêîé òåîðèè ïëàñòè÷íîñòè. Êîíå÷íî, äëÿ ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ îíî â ïðèíöèïå íåâåðíî, ïîñêîëüêó äëÿ ïîëèêðèñòàëëà ïîìèìî ñêîëüæåíèÿ âíóòðè çåðåí áîëüøîå âëèÿíèå íà õàðàêòåð ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè îêàçûâàåò ìåæçåðåííîå ñêîëüæåíèå. Ñàìè çåðíà â ïîëèêðèñòàëëå èìåþò ðàçíûå íàïðàâëåíèÿ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ ïëîñêîñòåé, è äåôîðìàöèÿ íà÷èíàåòñÿ ðàíüøå òîëüêî â áëàãîïðèÿòíî ðàñïîëîæåííûõ çåðíàõ.
Ðèñ. 1.5. Çàâèñèìîñòü ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà îò ñõåìû íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ 15
 êëàññè÷åñêîé òåîðèè ïëàñòè÷íîñòè íåçàâèñèìîñòü ïðåäåëà òåêó÷åñòè îò õàðàêòåðà íàãðóæåíèÿ ìåòàëëà ïðèíèìàåòñÿ êàê ïîñòóëàò è ñòðîåíèå ìåòàëëà íå ðàññìàòðèâàåòñÿ. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî äåôîðìèðóåìûé ìåòàëë ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íåêîòîðóþ îäíîðîäíóþ ñïëîøíóþ ñðåäó, íå èìåþùóþ êðèñòàëëè÷åñêîãî ñòðîåíèÿ, ñïîñîáíóþ â ëþáîì íàïðàâëåíèè ïðè ñîîòâåòñòâóþùèõ êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèÿõ ïðîÿâëÿòü ñêîëüæåíèå. Äëÿ ìíîãèõ ÷èñòûõ ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèõ ìåòàëëîâ ýòîò ïîñòóëàò ïðèåìëåì. Åñëè îñíîâíàÿ ïðî÷íîñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ìåòàëëà ïðåäåë òåêó÷åñòè ñ÷èòàåòñÿ íå çàâèñÿùåé îò ñõåìû íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ, òî ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà ñèëüíî çàâèñèò îò íåå. Åñëè ïî ãîðèçîíòàëüíîé îñè îòëîæèòü ñõåìó äåéñòâóþùèõ íàïðÿæåíèé íà ýëåìåíòàðíûé êóáèê äåôîðìèðóåìîãî ìåòàëëà, à ïî âåðòèêàëüíîé îñè íåêîòîðóþ õàðàêòåðèñòèêó ïëàñòè÷íîñòè, íàïðèìåð, ñòåïåíü äåôîðìàöèè äî ïîÿâëåíèÿ ïåðâîé âèäèìîé òðåùèíû â ìåòàëëå, òî ïîëó÷èì çàâèñèìîñòü, ïðåäñòàâëåííóþ íà ðèñ. 1.5. Ïðè òðåõñòîðîííåì ñæàòèè ìåòàëëà ïîÿâëåíèå òðåùèí ìàëîâåðîÿòíî, ïëàñòè÷íîñòü íàèâûñøàÿ. Ïðè âîçðàñòàíèè äîëè ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé ïëàñòè÷íîñòü ñíèæàåòñÿ, è ïðè ðàâíîìåðíîì òðåõñòîðîííåì ðàñòÿæåíèè ïëàñòè÷íîñòü âñåõ ìåòàëëîâ áëèçêà ê íóëþ, ò. å. ìåòàëëû ðàçðóøàþòñÿ õðóïêî ïðè ñàìîé íåçíà÷èòåëüíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè. Òàêîå ïîâåäåíèå ìåòàëëà î÷åíü âàæíî ó÷èòûâàòü ïðè âûáîðå òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà äëÿ ïîëó÷åíèÿ ãîòîâîé ïðîäóêöèè áåç äåôåêòîâ, îñîáåííî äëÿ ìåòàëëîâ ñ ïîíèæåííîé ïðèðîäíîé ïëàñòè÷íîñòüþ. Íàïðèìåð, ìíîãèå ìåòàëëû ïðè ïðîêàòêå ìîãóò òðåùàòü ïî êðîìêàì, íà êîòîðûõ âîçíèêàþò ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ. Ïðè ïðåññîâàíèè ïðîôèëåé èç òîãî æå ìåòàëëà òðåùèí ìîæíî èçáåæàòü, òàê êàê ïðè ïðåññîâàíèè ìåòàëë íàõîäèòñÿ â ñîñòîÿíèè ñæàòèÿ ïî âñåì òðåì îñÿì. Ïðåññîâàíèå øèðîêî ïðèìåíÿþò äëÿ ïîëó÷åíèÿ èçäåëèé èç ìàëîïëàñòè÷íûõ ìåòàëëîâ. Ïðè ïðîêàòêå òàêæå ïîëåçíî ñîçäàâàòü ïîäïèðàþùèå íàïðÿæåíèÿ ñæàòèÿ, ïðåäîòâðàùàþùèå ðàçðóøåíèå ìåòàëëà. 1.3. Îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ òåîðèè äèñëîêàöèé Ìåõàíèçì ñêîëüæåíèÿ â ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ ìîíîêðèñòàëëà õîðîøî îáúÿñíÿåò òåîðèÿ äèñëîêàöèé. Íå áóäåì èçëàãàòü òåîðèþ äèñëîêàöèé â ïîëíîì îáúåìå, òàê êàê â ñïåöèàëüíîì êóðñå îíà èçó÷àåòñÿ íà äîñòàòî÷íî âûñîêîì óðîâíå. Ýòà òåîðèÿ ðàçðàáîòàíà äëÿ îïèñàíèÿ ìåõàíèçìà ñêîëüæåíèÿ âíóòðè îäíîãî îäíîðîäíîãî ïî õèìè÷åñêîìó è ôàçîâîìó ñîñòàâàì ìîíîêðèñòàëëà. Îñòàíîâèìñÿ íà ñàìûõ îáùèõ ïðåäñòàâëåíèÿõ î äèñëîêàöèÿõ. Ïåðâîíà÷àëüíî òåîðåòè÷åñêè, à òåïåðü óæå è ýêñïåðèìåíòàëüíî, äîêàçàíî, ÷òî â ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ êðèñòàëëà ñóùåñòâóþò ðàçëè÷íûå äåôåêòû, íåñîâåðøåíñòâà ñòðîåíèÿ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè. Îíè áûâàþò òî÷å÷íûìè, ëèíåéíûìè è îáúåìíûìè. Âíóòðè êðèñòàëëà âñåãäà ïðèñóòñòâóþò ëèíåéíûå äåôåêòû, ðàñïîëàãàþùèåñÿ íà êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé ïëîñêîñòè, ïî êîòîðîé ïðîèñõîäèò ñêîëüæåíèå. Íà ðèñ. 1.6 ïðèâåäåíû òèïû ëèíåéíûõ äåôåêòîâ. Êàê âèäíî (ñì. ðèñ. 1.6, à, á), ÷àñòü êðèñòàëëà ñîäåðæèò ëèøíþþ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêóþ ïëîñêîñòü À. Âåðøèíà ýòîé ïëîñêîñòè ëèíèÿ Âà íàçûâàåòñÿ êðàåâîé 16
äèñëîêàöèåé. Ýòî ïåðâûé òèï ëèíåéíîãî äåôåêòà. Ïîä äåéñòâèåì êàñàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ τ , ïåðïåíäèêóëÿðíîãî ïëîñêîñòè À, àòîìû, íàõîäÿùèåñÿ íà ëèíèè ÂÃ, ëåãêî ñìåùàþòñÿ â íàïðàâëåíèè íàãðóçêè è óñòàíàâëèâàþò ñâÿçè ñ àòîìàìè íèæíåé ÷àñòè ñîñåäíåé ïëîñêîñòè.  ñîñåäíåé ïëîñêîñòè ðâóòñÿ ñâÿçè âåðõíåé ÷àñòè ñ íèæíåé, è åå âåðõíÿÿ ïîëóïëîñêîñòü ñòàíîâèòñÿ ëèøíåé, à âåðøèíà ïîëóïëîñêîñòè íîâîé äèñëîêàöèåé, êîòîðóþ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ñòàðóþ äèñëîêàöèþ, ñìåñòèâøóþñÿ îò ïåðâîíà÷àëüíîãî ïîëîæåíèÿ íà âåëè÷èíó ìåæàòîìíîãî ðàññòîÿíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, êðàåâàÿ äèñëîêàöèÿ ïîä äåéñòâèåì íàãðóçêè ïåðåìåùàåòñÿ ïàðàëëåëüíî åé â ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ ê ãðàíèöå êðèñòàëëà. Îáúåìíàÿ è ïëîñêàÿ êàðòèíêè äðóãîãî âèäà ëèíåéíîãî íåñîâåðøåíñòâà (ñì. ðèñ. 1.6, â, ã) ýòî âèíòîâàÿ äèñëîêàöèÿ, êîòîðàÿ îáðàçóåòñÿ ïðè ñìåùåíèè âåðõíèõ ïðàâèëüíî óëîæåííûõ êîíãëîìåðàòîâ àòîìîâ îòíîñèòåëüíî íèæíèõ. Ïîä íàïðÿæåíèåì τ òàêàÿ äèñëîêàöèÿ ïåðåìåùàåòñÿ â ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî äåéñòâóþùåé íàãðóçêå. Êàê êðàåâàÿ, òàê è âèíòîâàÿ äèñëîêàöèÿ ïåðåìåùàåòñÿ èç öåíòðàëüíûõ ñëîåâ êðèñòàëëà ê åãî ïîâåðõíîñòè, îáðàçóÿ íà ïîâåðõíîñòè ñìåùåíèå àòîìîâ íà âåëè÷èíó ìåæàòîìíîãî ðàññòîÿíèÿ, êîòîðîå è ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ýëåìåíòàðíûé àêò ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè êðèñòàëëà. à)
á)
â) ã)
Ðèñ. 1.6. Òèïû äèñëîêàöèé: à, á êðàåâàÿ (îáúåìíàÿ è ïëîñêàÿ êàðòèíû); â, ã âèíòîâàÿ
17
Ïîñêîëüêó â êðèñòàëëå äèñëîêàöèé âñåãäà ìíîãî è ñóùåñòâóþò ìåõàíèçìû ðîæäåíèÿ íîâûõ äèñëîêàöèé â ïðîöåññå äåôîðìàöèè, òî äâèæåíèå ïîòîêîâ äèñëîêàöèé íîñèò ëàâèíîîáðàçíûé õàðàêòåð, ÷òî ïðèâîäèò ê çíà÷èòåëüíûì äåôîðìàöèÿì êðèñòàëëà áåç íàðóøåíèÿ åãî ñïëîøíîñòè. Äëÿ ïåðåìåùåíèÿ äèñëîêàöèè òðåáóåòñÿ ïîñòîÿííàÿ ñäâèãàþùàÿ íàãðóçêà äî òåõ ïîð, ïîêà äèñëîêàöèÿ íå âñòðåòèò êàêèõ-ëèáî ïðåïÿòñòâèé íà ñâîåì ïóòè. Êîëè÷åñòâî ïðåïÿòñòâèé â ïðîöåññå äåôîðìàöèè ïîñòîÿííî óâåëè÷èâàåòñÿ, ïîýòîìó äèñëîêàöèè ìîãóò äâèãàòüñÿ íåïðåðûâíî òîëüêî ïðè óâåëè÷åíèè êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé â ïðîöåññå äåôîðìàöèè. Íàïðÿæåíèå, ïðè êîòîðîì íà÷èíàåòñÿ äâèæåíèå äèñëîêàöèé, íàçûâàåòñÿ ïðåäåëîì òåêó÷åñòè. Óâåëè÷åíèå ïðåäåëà òåêó÷åñòè ìåòàëëà ïðè äåôîðìàöèè íàçûâàåòñÿ íàêëåïîì. Ðåàëüíûé ìåòàëë ñîñòîèò, êàê ïðàâèëî, èç çåðåí ðàçíîãî ôàçîâîãî ñîñòàâà, âíóòðè êîòîðûõ ìîãóò ïðèñóòñòâîâàòü ÷àñòèöû åùå êàêèõ-òî ñîåäèíåíèé. Ìåæçåðåííîå âåùåñòâî òàêæå èìååò ñëîæíóþ ñòðóêòóðó, âëèÿþùóþ íà ïðîöåññ äâèæåíèÿ äèñëîêàöèé. Òðàäèöèîííàÿ òåîðèÿ äèñëîêàöèé óñëîæíÿåòñÿ çà ñ÷åò ó÷åòà âëèÿíèÿ ðàçëè÷íûõ ôàêòîðîâ íà ñòðóêòóðó äèñëîêàöèé, èõ êîíôèãóðàöèþ è õàðàêòåð ïåðåìåùåíèÿ. Ôîðìèðóåòñÿ òåîðèÿ, ó÷èòûâàþùàÿ ïåðåìåùåíèÿ íå îòäåëüíûõ äèñëîêàöèé, à èõ êîíãëîìåðàòîâ, êîòîðàÿ òî÷íåå îïèñûâàåò äåôîðìàöèþ ðåàëüíûõ ìàòåðèàëîâ. Àêàäåìèê À.À. Áî÷âàð â 1956 ãîäó îïóáëèêîâàë êà÷åñòâåííóþ êðèâóþ, õàðàêòåðèçóþùóþ ïðî÷íîñòü ìîíîêðèñòàëëà â çàâèñèìîñòè îò êîëè÷åñòâà íåñîâåðøåíñòâ â íåì (ðèñ. 1.7). Ïðè îòñóòñòâèè äåôåêòîâ òåîðåòè÷åñêàÿ ïðî÷íîñòü ìîíîêðèñòàëëà íà ïîðÿäîê âûøå, ÷åì â ðåàëüíûõ ìåòàëëàõ. Îáû÷íàÿ ïðî÷íîñòü ïðîêàòà èëè îòëèâêè íàõîäèòñÿ âáëèçè ìèíèìóìà ýòîé êðèâîé. Ïðî÷íîñòü ìåòàëëà ìîæíî ïîâûñèòü ëèáî óìåíüøàÿ, ëèáî, íàîáîðîò, óâåëè÷èâàÿ êîëè÷åñòâî äåôåêòîâ â íåì. Ïåðâûé ïóòü ñâÿçàí ñ ïîëó÷åíèåì âåñüìà ÷èñòûõ ìåòàëëîâ â âèäå åäèíîãî êðèñòàëëà áåç çåðåí è ìåæçåðåííûõ ïðîñëîåê. Äîêàçàíî, ÷òî áåç äèñëîêàöèé ïîëó÷åíèå ìîíîêðèñòàëëà ïðèíöèïèàëüíî íåâîçìîæíî, íî ìîæíî ñîêðàòèòü èõ äî ìèíèìóìà. Ïîëó÷åííûå ïóòåì ìåäëåííîãî âûòÿãèâàíèÿ èç ðàñïëàâà òîíêèå íèòè ìåòàëëà óñû ñîäåðæàò íåáîëüøîå ÷èñëî íåñîâåðøåíñòâ, è èõ ïðî÷íîñòü ïðèáëèæàåòñÿ ê òåîðåòè÷åñêîé ïðî÷íîñòè ìîíîêðèñòàëëà.  íàñòîÿùåå âðåìÿ óñû èñïîëüçóþòñÿ êàê óïðî÷íÿþùèå äîáàâêè ê íåêîòîðûì ñïëàâàì è ïîçâîëÿþò ñîçäàòü êîìïîçèöèîííûå âûñîêîïðî÷íûå ìàòåðèàëû. Òàêèå ìàòåðèàëû î÷åíü äîðîãè è íå ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ â áîëüøèõ îáúåìàõ. Âòîðîé ïóòü ñâÿçàí, íàîáîðîò, ñ óâåëè÷åíèåì íåñîâåðøåíñòâ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòÐèñ. 1.7. Âëèÿíèå êîëè÷åñòâà êè. Íàïðèìåð, ïóòåì ëåãèðîâàíèÿ ìåòàëëà ñîíåñîâåðøåíñòâ â êðèñòàëëå íà åãî ïðî÷íîñòíûå çäàþòñÿ òî÷å÷íûå äåôåêòû èëè âêðàïëåíèÿ õàðàêòåðèñòèêè íîâûõ ôàç, êîòîðûå èñêàæàþò êðèñòàëëè÷å18
ñêóþ ðåøåòêó è ïðåïÿòñòâóþò äâèæåíèþ äèñëîêàöèé, óïðî÷íÿÿ ìàòåðèàë. Ïóòåì òåðìîîáðàáîòêè ìîæíî íå òîëüêî óâåëè÷èòü êîëè÷åñòâî äèñëîêàöèé â ìåòàëëå, íî è âûñòðîèòü èõ â îïðåäåëåííûå ñòðóêòóðû. Èìåííî îïðåäåëåííûå êîíôèãóðàöèè ñòðóêòóð äèñëîêàöèé è äðóãèõ íåñîâåðøåíñòâ ïîâûøàþò ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà ìåòàëëà. Íåóäà÷íûå èëè õàîòè÷åñêèå êîíôèãóðàöèè, íàîáîðîò, ìîãóò ïðèâåñòè ê ðàçðóøåíèþ ìåòàëëà, ïîñêîëüêó äèñëîêàöèÿ ýòî ìèêðîäåôåêò ìåòàëëà, à èõ ñêîïëåíèå ìîæåò ïðèâåñòè ê ìàêðîäåôåêòó, ò. å. ê âèäèìîé òðåùèíå è áðàêó. Ïðàêòè÷åñêè òðåáóåìûå ñòðóêòóðû äèñëîêàöèé äîñòèãàþòñÿ ïóòåì ñî÷åòàíèÿ ñòðîãî äîçèðîâàííûõ ïëàñòè÷åñêîé è òåðìè÷åñêîé îáðàáîòîê ìåòàëëà. Òàêîé ïóòü óïðî÷íåíèÿ ìåòàëëîâ øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â ïðîìûøëåííûõ òåõíîëîãèÿõ. 1.4. Îñîáåííîñòè äåôîðìàöèè ïîëèêðèñòàëëà  ïîëèêðèñòàëëå îòäåëüíûå çåðíà è ïëîñêîñòè ñêîëüæåíèÿ, êàê âûøå îòìå÷àëîñü, ïðîèçâîëüíî îðèåíòèðîâàíû â ïðîñòðàíñòâå. Ïðè íàãðóæåíèè ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî òåëà ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ íà÷èíàåòñÿ ïðåæäå âñåãî â çåðíàõ ñ áëàãîïðèÿòíîé îðèåíòèðîâêîé ïëîñêîñòåé ñêîëüæåíèÿ. Îñòàëüíûå çåðíà ïðè ýòèõ íàïðÿæåíèÿõ äåôîðìèðóþòñÿ ëèøü óïðóãî. Íî ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè îíè ïîâîðà÷èâàþòñÿ è òàêæå âîâëåêàþòñÿ â ïðîöåññ ïëàñòè÷åñêîãî äåôîðìèðîâàíèÿ. Âñå çåðíà ïðè ýòîì âûòÿãèâàþòñÿ â íàïðàâëåíèè äåéñòâèÿ íàãðóçêè, îáðàçóÿ òàê íàçûâàåìóþ ñòðî÷å÷íóþ ñòðóêòóðó çåðåí ìåòàëëà. Íàïðàâëåííàÿ îðèåíòàöèÿ çåðåí ñîçäàåò òàêæå ñîîòâåòñòâóþùóþ îðèåíòàöèþ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ ïëîñêîñòåé.  ïîëèêðèñòàëëå ïîÿâëÿåòñÿ àíèçîòðîïèÿ ñâîéñòâ. Òàêàÿ íàïðàâëåííàÿ îðèåíòàöèÿ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ ïëîñêîñòåé â ïîëèêðèñòàëëå íàçûâàåòñÿ òåêñòóðîé. Ëèñòîâûå èçäåëèÿ ñ îïðåäåëåííîé òåêñòóðîé ìåòàëëà, ò. å. ñ áîëüøîé äîëåé çåðåí, èìåþùèõ îäèíàêîâîå íàïðàâëåíèå êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ ïëîñêîñòåé, øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ïðîèçâîäñòâå, òàê êàê òåêñòóðîâàííîñòü ìåòàëëà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà äëÿ óëó÷øåíèÿ ãåîìåòðè÷åñêèõ è òåõíîëîãè÷åñêèõ ñâîéñòâ ãîòîâûõ, íàïðèìåð øòàìïîâàííûõ, äåòàëåé.  ñâÿçè ñ òåì, ÷òî ðàçëè÷íûå çåðíà äåôîðìèðóþòñÿ ïî-ðàçíîìó, âçàèìîäåéñòâèå çåðåí ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ äîïîëíèòåëüíûõ âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé â ìåòàëëå. Ïîñëå ðàçãðóçêè âíóòðåííèå íàïðÿæåíèÿ âçàèìíî óðàâíîâåøèâàþòñÿ è â ãîòîâîì èçäåëèè îñòàþòñÿ â âèäå îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé. Ïðè ïîâòîðíîì íàãðóæåíèè îíè ñêëàäûâàþòñÿ ñ íàïðÿæåíèÿìè îò äåéñòâóþùåé íàãðóçêè. Ïðè èõ ñîâïàäåíèè ïî íàïðàâëåíèþ è çíàêó ïðåäåë òåêó÷åñòè äîñòèãàåòñÿ ïðè ìåíüøèõ âíåøíèõ íàãðóçêàõ, ÷åì ïîëîæåíî äëÿ äàííîãî ìåòàëëà, è ðàçðóøåíèå ìîæåò íàñòóïèòü ïðè ìåíüøèõ âíåøíèõ íàãðóçêàõ, ÷åì ïðèíÿòî â ðàñ÷åòàõ. Âçàèìîäåéñòâèå îñíîâíûõ è îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé îáúÿñíÿåò è èçâåñòíûé äåôîðìàöèîííûé ýôôåêò, êîòîðûé íàçûâàåòñÿ ýôôåêòîì Áàóøèíãåðà. Ñóòü åãî â òîì, ÷òî ïðè íàãðóæåíèè îáðàçöà íàãðóçêîé îäíîãî çíàêà, íàïðèìåð ðàñòÿæåíèåì, ïîëó÷àåòñÿ îäíî çíà÷åíèå ïðåäåëà òåêó÷åñòè, à ïðè ïîñëåäóþùåì íàãðóæåíèè íàãðóçêîé ïðîòèâîïîëîæíîãî çíàêà (ñæàòèåì) ïðåäåë òåêó÷åñòè ñíèæàåòñÿ. Äåéñòâèòåëüíî, áëàãîïðèÿòíî ðàñïîëîæåííûå çåðíà ïðè ðàñòÿæåíèè äåôîðìèðóþòñÿ ñèëüíåå, ÷åì îñòàëüíûå. Ïðè ðàçãðóçêå ìåòàëëà ýòà ãðóïïà çåðåí ïîëó÷èò îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ ñæàòèÿ, à ìåíåå äåôîðìèðîâàííûå çåðíà íàïðÿæåíèÿ 19
ðàñòÿæåíèÿ. Ïðè ïîñëåäóþùåì ñæàòèè îáðàçöà îñòàòî÷íûå ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ ñêëàäûâàþòñÿ ñ íàïðÿæåíèÿìè ñæàòèÿ îò íàãðóçêè, è ïðåäåë òåêó÷åñòè äîñòèãàåòñÿ ïðè ìåíüøèõ âíåøíèõ íàãðóçêàõ. Ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà òàêæå çàâèñèò îò íàëè÷èÿ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé â ìåòàëëå.  îòäåëüíûõ çåðíàõ (ñ ðàñòÿãèâàþùèìè îñòàòî÷íûìè íàïðÿæåíèÿìè) ïëàñòè÷íîñòü ìîæåò ñíèæàòüñÿ, à ïîÿâëåíèå òðåùèí â ýòèõ çåðíàõ áóäåò íà÷àëîì ðàçðóøåíèÿ âñåãî ìåòàëëà. Ñëåäîâàòåëüíî, îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ ñíèæàþò ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà â öåëîì, õîòÿ â íåêîòîðûõ îòäåëüíûõ çåðíàõ ñ ñæèìàþùèìè îñòàòî÷íûìè íàïðÿæåíèÿìè îíà ïîâûøàåòñÿ. Ñ íàëè÷èåì îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé â ïîëèêðèñòàëëå ñâÿçàíû è òàêèå íåáëàãîïðèÿòíûå ÿâëåíèÿ, êàê ðåëàêñàöèÿ íàïðÿæåíèé è ïîëçó÷åñòü. Åñëè ïðè ðàñòÿæåíèè îáðàçöà îòêëþ÷èòü ðàñòÿæíóþ ìàøèíó, çàôèêñèðîâàâ ïîëîæåíèå çàõâàòîâ è îñòàâèâ îáðàçåö ïîä íàïðÿæåíèåì, òî ñî âðåìåíåì ýòî íàïðÿæåíèå íà÷íåò ïàäàòü ñíà÷àëà áûñòðî, à ïîòîì ñ çàìåäëåíèåì äî íåêîòîðîãî ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ. Ýòî ÿâëåíèå íàçûâàåòñÿ ðåëàêñàöèåé. Ðåëàêñàöèÿ ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîëçó÷åñòüþ, ò. å. ìåäëåííûì ñàìîïðîèçâîëüíûì óäëèíåíèåì îáðàçöà ïîä äåéñòâèåì èìåþùèõñÿ â íåì íàïðÿæåíèé. Ïðîöåññû ðåëàêñàöèè è ïîëçó÷åñòè àêòèâèçèðóþòñÿ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû ìåòàëëà. Ñíèæåíèå íàïðÿæåíèé ïðè ðåëàêñàöèè ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò äîïîëíèòåëüíîãî ïðîáåãà äèñëîêàöèé, ò. å. äîïîëíèòåëüíûõ âçàèìíûõ ïîâîðîòîâ çåðåí (ïîëçó÷åñòè). Åñëè â ãîòîâîì èçäåëèè èìåþòñÿ îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ, òî ñ òå÷åíèåì âðåìåíè îíè ñàìîïðîèçâîëüíî óáûâàþò, ðàçðÿæàþòñÿ, ïðèâîäÿ ê íåêîòîðîé äåôîðìàöèè è êîðîáëåíèþ èçäåëèÿ óæå íà ñêëàäå. Îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ óñòðàíÿþò, êàê ïðàâèëî, ïóòåì îòæèãà ìåòàëëà èëè ïðàâèëüíûì âûáîðîì ðåæèìà äåôîðìèðîâàíèÿ. Îòìå÷åííûå âûøå ïðîöåññû âíóòðèêðèñòàëëèòíîé äåôîðìàöèè èãðàþò ðåøàþùóþ ðîëü ïðè ôîðìîèçìåíåíèè êðèñòàëëèòà (èëè çåðíà). Ìåíüøåå, íî äîñòàòî÷íî ñóùåñòâåííîå çíà÷åíèå èìååò òàêæå ìåæêðèñòàëëèòíàÿ äåôîðìàöèÿ, çàêëþ÷àþùàÿñÿ â ñìåùåíèè îäíîãî êðèñòàëëèòà îòíîñèòåëüíî äðóãîãî. Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ è ñòðóêòóðà ìåæçåðåííîãî âåùåñòâà, à òàêæå îòñóòñòâèå ïðàâèëüíîãî ðàñïîëîæåíèÿ àòîìîâ â ïîãðàíè÷íûõ ñëîÿõ, îãðàíè÷åííûå âîçìîæíîñòè äâèæåíèÿ àòîìîâ â ýòèõ ñëîÿõ è äàæå íàëè÷èå â íèõ ðàçëè÷íûõ ïðèìåñåé âñå ýòî â öåëîì îêàçûâàåò âëèÿíèå íà õàðàêòåð ñêîëüæåíèÿ äèñëîêàöèé (íà ïëàñòè÷íîñòü è ïðî÷íîñòü ïîëèêðèñòàëëà). Çàêëèíèâàíèå çåðåí ïðè äåôîðìàöèè, ïîÿâëåíèå ðàçëè÷íûõ îáëîìêîâ, íàëè÷èå íåðàñòâîðèìûõ ïðèìåñåé â ìåæçåðåííîì âåùåñòâå ñïîñîáñòâóþò óâåëè÷åíèþ ïðåäåëà òåêó÷åñòè ìåòàëëà, ò. å. åãî óïðî÷íåíèþ. Êàê ïðàâèëî, ïðè ýòîì ñíèæàåòñÿ ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà. 1.5. Èçìåíåíèå ñâîéñòâ ìåòàëëà ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè Ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ìåòàëëà (ïîëèêðèñòàëëà) ïëàñòè÷åñêèå è ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà ìåòàëëà ïðåòåðïåâàþò èçìåíåíèÿ. Âíóòðè êðèñòàëëèòà äèñëîêàöèè, ïåðåìåùàÿñü, âñòðå÷àþò íà ñâîåì ïóòè äðóãèå äèñëîêàöèè. Ïðè èõ âçàèìîäåéñòâèè îáðàçóþòñÿ íåïîäâèæíûå óçëû, êîòîðûå äëÿ ïåðåìåùåíèÿ òðåáóþò áîëüøåãî óñèëèÿ. Êðîìå òîãî, íà èõ ïóòè âîçðàñòàåò êîëè÷åñòâî äðóãèõ 20
ïðåïÿòñòâèé â âèäå ñóáìèêðîñêîïè÷åñêèõ âûäåëåíèé ÷àñòèö íà ïëîñêîñòÿõ ñêîëüæåíèÿ, äðóãèõ ôàç, ëåãèðóþùèõ äîáàâîê è ïð. Ïðè äåôîðìàöèè äðîáÿòñÿ è ðàçðóøàþòñÿ ñàìè çåðíà, à òàêæå ìîñòèêè ìåæçåðåííîãî âåùåñòâà, îáðàçîâàâøèåñÿ îáëîìêè çàòðóäíÿþò ïëàñòè÷åñêóþ äåôîðìàöèþ, áëîêèðóþò äâèæåíèå äèñëîêàöèé.  ðåçóëüòàòå âñåõ ýòèõ ïðîöåññîâ ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïðîèñõîäèò óïðî÷íåíèå ìåòàëëà, ïîâûøàåòñÿ ïðåäåë òåêó÷åñòè, ïîÿâëÿåòñÿ íàêëåï. Âàæíî, ÷òî íàêëåï çàâèñèò îò ñòåïåíè äåôîðìàöèè è ïðîèñõîäèò îäíîâðåìåííî ñ äåôîðìàöèåé. Ìåæäó àêòîì äåôîðìàöèè è ïîÿâëåíèåì íàêëåïà â ìåòàëëå íèêàêîãî ïðîìåæóòêà âðåìåíè íåò. Ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â ìåòàëëå ïðè äåôîðìàöèè, ëåã÷å âñåãî íàáëþäàòü ïðè ðàñòÿæåíèè îáðàçöà íà ðàçðûâíîé ìàøèíå. ÃÎÑÒîì çàêðåïëåíû ôîðìà è ðàçìåðû ñòàíäàðòíûõ îáðàçöîâ, ïîäâåðãàåìûõ ðàñòÿæåíèþ. Íà ðèñ. 1.8, à ïðèâåäåíà òèïîâàÿ êðèâàÿ ðàñòÿæåíèÿ îáðàçöà èç ìàëîóãëåðîäèñòîé ñòàëè, ïîëó÷åííàÿ íà ðàñòÿæíîé ìàøèíå, íà êîòîðîé â ïðîöåññå äåôîðìàöèè çàïèñûâàþòñÿ óäëèíåíèå îáðàçöà ∆l = l 0 − l è óñèëèå ïðåññà Ð. Ïîñòðîåííàÿ â êîîðäèíàòàõ íàïðÿæåíèå σ = P / F îòíîñèòåëüíîå óäëèíåíèå ε = = ∆l/l äèàãðàììà ðàñòÿæåíèÿ èìååò âèä, ïîêàçàííûé íà ðèñ. 1.8, á. Åå ó÷àñòîê I õàðàêòåðèçóåò óïðóãóþ äåôîðìàöèþ. Åñëè îáðàçåö ðàçãðóçèòü íà ýòîì ó÷àñòêå, òî îí ïîëíîñòüþ âåðíåòñÿ ê ñâîèì ïåðâîíà÷àëüíûì ðàçìåðàì. Íàïðÿæåíèå σs , ïðè êîòîðîì íà÷èíàåòñÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ, íàçûâàåòñÿ ïðåäåëîì òåêó÷åñòè. Çà ïðåäåëîì òåêó÷åñòè íà ó÷àñòêå II íàðÿäó ñ óïðóãîé ñóùåñòâóåò ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ. Åñëè îáðàçåö â òî÷êå À ðàçãðóçèòü, òî îí óêîðîòèòñÿ íà âåëè÷èíó óïðóãîé äåôîðìàöèè εóïð. Ïëàñòè÷åñêàÿ æå ñîñòàâëÿþùàÿ äåôîðìàöèè εïë îñòàíåòñÿ, ïîýòîìó åå íàçûâàþò òàêæå îñòàòî÷íîé. Òàêèì îáðàçîì, îáùàÿ äåôîðìàöèÿ ñêëàäûâàåòñÿ èç óïðóãîé è ïëàñòè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùèõ: ε = ε óïð + ε ïë . à)
á)
â)
Ðèñ. 1.8. Êðèâûå ðàñòÿæåíèÿ îáðàçöà: à ïîëó÷åííàÿ íà ðàñòÿæíîé ìàøèíå; á ïåðåñòðîåííàÿ â êîîðäèíàòàõ â â êîîðäèíàòàõ íàïðÿæåíèåïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ
σ − ε;
21
Äëÿ áîëüøèíñòâà ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ òðóäíî âûäåëèòü òî÷êó, â êîòîðîé íà÷èíàåòñÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ, ïîýòîìó óñëîâíûì ïðåäåëîì òåêó÷åñòè σ s íàçûâàþò íàïðÿæåíèå íà äèàãðàììå, ñîîòâåòñòâóþùåå 0,2 % ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè. Äëÿ îáðàáîòêè äàâëåíèåì, êàê ïðàâèëî, óïðóãàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ íåèíòåðåñíà, ïîýòîìó êðèâóþ ðàñòÿæåíèÿ îáðàçöà åùå ðàç ïåðåñòðàèâàþò, îòêëàäûâàÿ ïî îñè îðäèíàò òîëüêî îñòàòî÷íóþ äåôîðìàöèþ ε ïë (ðèñ 1.8, â).  äàëüíåéøåì èíäåêñ ïë áóäåì îïóñêàòü, ïîäðàçóìåâàÿ, ÷òî âñåãäà èìååì äåëî òîëüêî ñ ïëàñòè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùåé äåôîðìàöèè. Èìåÿ òàêóþ äèàãðàììó ðàñòÿæåíèÿ, ìîæíî îïðåäåëèòü ïðî÷íîñòíûå è ïëàñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìåòàëëà. Ïîêàçàòåëÿìè ïðî÷íîñòè ÿâëÿþòñÿ óñëîâíûé èëè ôàêòè÷åñêèé ïðåäåë òåêó÷åñòè σs è âðåìåííîå ñîïðîòèâëåíèå σâ (íàïðÿæåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå íà÷àëó ðàçðóøåíèÿ îáðàçöà). Ïîêàçàòåëÿìè ïëàñòè÷íîñòè ñëóæàò: ñòåïåíü äåôîðìàöèè, èëè îòíîñèòåëüíîå óäëèíåíèå îáðàçöà ε = ∆l / l , óìåíüøåíèå ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ (îòíîñèòåëüíîå ñóæåíèå) â øåéêå îáðàçöà ïðè ðàçðóøåíèè ψ = (F0 − F ) / F , ãäå l0 è F0 íà÷àëüíûå, à l è F êîíå÷íûå çíà÷åíèÿ äëèíû è ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ îáðàçöà.  ñîâîêóïíîñòè ïðî÷íîñòíûå è ïëàñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè íàçûâàþòñÿ ìåõàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè ìåòàëëà. Äëÿ âñåõ ìåòàëëè÷åñêèõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ÿâëÿþòñÿ îáÿçàòåëüíûìè ýêñïëóàòàöèîííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Óðîâåíü òðåáîâàíèé ê ìåõàíè÷åñêèì ñâîéñòâàì ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ çàêðåïëÿåòñÿ ÃÎÑÒîì èëè ÒÓ íà ïîñòàâêó ãîòîâîé ïðîäóêöèè. Âñþ êðèâóþ îò σ s äî σ â ìîæíî òðàêòîâàòü êàê èçìåíåíèå ïðåäåëà òåêó÷åñòè σ s ìåòàëëà â çàâèñèìîñòè îò ñòåïåíè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ε.  ñïðàâî÷íèêàõ ìîæíî íàéòè òàêèå êðèâûå äëÿ ìíî, ãèõ êîíñòðóêöèîííûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ. Íà ðèñ. 1.9 ïðèâåäåíû êðèâûå óïðî÷íåíèÿ äëÿ íåêîòîðûõ ìàòåðèàëîâ. Çíà÷åíèå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè, ðàâíîå ðàññòîÿíèþ îò òî÷êè íà÷àëà äåôîðìàöèè ïî ãîðèçîíòàëüíîé îñè äî ðàçðûâà îáðàçöà, íàçûâàåòñÿ çàïàñîì ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà. Ïî ìåðå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè çàïàñ ïëàñòè÷íîñòè ïîñòåïåííî ðàñõîäóåòñÿ, íàêëåï ìåòàëëà ñîïðîâîæäàåòñÿ ñíèæåíèåì çàïàñà ïëàñòè÷íîñòè. Íàïðèìåð, â òî÷êå À (ñì. ðèñ. 8, â) ÷àñòü çàïàñà ïëàñòè÷íîñòè ε1 èçðàñõîäîâàíà, çàïàñ ïëàñòè÷íîñòè ñîñòàâëÿåò ε 2 . ×òîáû âîçâðàòèòü ìåòàëëó ïåðâîíà÷àëüíûå ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà, åãî íåîáõîÐèñ. 1.9. Êðèâûå íàêëåïà íåêîòîðûõ ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ: äèìî îòæå÷ü, ò. å. íàãðåòü äî òåìïåðàòóðû âûøå À Ñ3 (â îáëàñòü àóñòåíèòà), è 1 ñòàëü ÝÈ69; 2 ñòàëü Õ18Í9Ò; 3 ñòàëü 40ÕÍÌÀ; 4 ëàòóíü Ë-59; ìåäëåííî îõëàäèòü. 5 äþðàëþìèíèé Ä-1; 6 ìåäü
22
1.6. Ïðîöåññû, ïðîòåêàþùèå ïðè íàãðåâå Ïðè íàãðåâàíèè äåôîðìèðóåìîãî ìåòàëëà ïðîòåêàþò ðàçóïðî÷íÿþùèå ïðîöåññû. Ïåðâûé èç íèõ âîçâðàò ïðîòåêàåò ïðè âñåõ òåìïåðàòóðàõ, íî ïðè õîëîäíîé äåôîðìàöèè ðàçóïðî÷íåíèå íàñòîëüêî íåñóùåñòâåííî, ÷òî èì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Ïðè âîçâðàòå çà ñ÷åò äèôôóçèîííûõ ïðîöåññîâ àòîìû ìåòàëëà ñòðåìÿòñÿ ê ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ, ïðè ýòîì ñíèæàþòñÿ îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ, çàëå÷èâàþòñÿ äåôåêòû, îáðàçîâàâøèåñÿ ïðè äåôîðìàöèè. Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû àêòèâèçèðóþòñÿ äèôôóçèîííûå ïðîöåññû, çàâèñÿùèå îò òåìïåðàòóðû â ÷åòâåðòîé ñòåïåíè T 4 , ïîýòîìó ñêîðîñòü âîçâðàòà ðåçêî âîçðàñòàåò è ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå (0,250,30)Òïë ñòàíîâèòñÿ çíà÷èòåëüíîé (Òïë òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ â êåëüâèíàõ). Âîçâðàòíûå ïðîöåññû ïðîòåêàþò âî âðåìåíè, ïîýòîìó ÷åì ìåíüøå ñêîðîñòü äåôîðìàöèè, òåì áîëüøåå âëèÿíèå îíè îêàçûâàþò íà ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà. Âîçâðàò ïðèâîäèò ê íåêîòîðîìó ñíèæåíèþ ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè è óâåëè÷åíèþ ïëàñòè÷íîñòè, íî â öåëîì ïðè äåôîðìàöèè ìåòàëëà äàæå ïðè óêàçàííûõ òåìïåðàòóðàõ âîçâðàò ñëàáî âëèÿåò íà êàðòèíó óïðî÷íåíèÿ, ñâÿçàííóþ ñ íàêëåïîì. Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåíÿþòñÿ ìàëî, õîòÿ òåõíîëîãè÷åñêèé ýôôåêò îò âîçâðàòíûõ ìåõàíèçìîâ ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî âåñîìûì. Íàïðèìåð, çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé â ìåòàëëå çíà÷èòåëüíî óëó÷øàþòñÿ ýêñïëóàòàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè, ïîâûøàåòñÿ åãî êîððîçèîííàÿ ñòîéêîñòü, ðåçêî ñíèæàåòñÿ ðàñòðåñêèâàíèå ìåòàëëà ïðè õîëîäíîé øòàìïîâêå è ò. ä. Ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå 0,4Òïë íà ïðîöåññû âîçâðàòà íàêëàäûâàåòñÿ ãîðàçäî áîëåå ìîùíûé ðàçóïðî÷íÿþùèé ïðîöåññ ðåêðèñòàëëèçàöèÿ. Ðåêðèñòàëëèçàöèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ ïîÿâëåíèåì íîâûõ çàðîäûøåé è ðîñòîì íîâûõ çåðåí çà ñ÷åò ýíåðãèè ñòàðûõ äåôîðìèðîâàííûõ çåðåí. Íîâûå çåðíà íå íàêëåïàíû è ðàâíîîñíû. Ðåêðèñòàëëèçàöèÿ ïîëíîñòüþ ñíèìàåò íàêëåï äåôîðìèðîâàííîãî ìåòàëëà. Ðîñò çåðåí ïðîòåêàåò âî âðåìåíè, è ÷åì âûøå òåìïåðàòóðà è ìåíüøå ñêîðîñòü äåôîðìàöèè, òåì ïîëíåå ïðîòåêàåò ðåêðèñòàëëèçàöèÿ. Ïåðâîíà÷àëüíî êîëè÷åñòâî íîâûõ çåðåí è èõ âåëè÷èíà çàâèñÿò îò êîëè÷åñòâà çàðîäûøåé, ò. å. ìèêðî÷àñòèö, îáëàäàþùèõ äîñòàòî÷íîé ýíåðãèåé äëÿ çàðîæäåíèÿ çåðíà. Íî ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ çà ñ÷åò ïîãëîùåíèÿ îäíèõ çåðåí äðóãèìè ïðîèñõîäèò óêðóïíåíèå çåðåí (ñîáèðàòåëüíàÿ ðåêðèñòàëëèçàöèÿ). Ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ìåòàëëà âûøå òåìïåðàòóðû íà÷àëà ðåêðèñòàëëèçàöèè ïðîòåêàþò îäíîâðåìåííî ïðîöåññû óïðî÷íåíèÿ è ðàçóïðî÷íåíèÿ ìåòàëëà. Íàêëåï âîçíèêàåò ìãíîâåííî è îïðåäåëÿåòñÿ ñòåïåíüþ äåôîðìàöèè. Ðåêðèñòàëëèçàöèÿ è âîçâðàò ïðîòåêàþò âî âðåìåíè è çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè. Ñîîòíîøåíèå ìåæäó ïðîöåññàìè óïðî÷íåíèÿ è ðàçóïðî÷íåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ òåìïåðàòóðîé, ñêîðîñòüþ è ñòåïåíüþ äåôîðìàöèè, ðåøàþùèì ïðè ýòîì ÿâëÿåòñÿ âðåìÿ, îòïóùåííîå äëÿ ðåàëèçàöèè ðàçóïðî÷íÿþùèõ ïðîöåññîâ.  çàâèñèìîñòè îò ñîîòíîøåíèÿ ïðîöåññîâ óïðî÷íåíèÿ è ðàçóïðî÷íåíèÿ â ìåòàëëå â òåîðèè îáðàáîòêè ìåòàëëîâ ðàçëè÷àþò ñëåäóþùèå âèäû ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè: ãîðÿ÷àÿ, êîãäà âîçíèêàþùèé ïðè äåôîðìàöèè íàêëåï ïîëíîñòüþ ñíèìàåòñÿ ïðîöåññàìè ðàçóïðî÷íåíèÿ; 23
õîëîäíàÿ, ïðè êîòîðîé ïîëíîñòüþ äîìèíèðóåò íàêëåï, ïðîöåññû âîçâðàòà ñëàáî âëèÿþò íà ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà; òåïëàÿ, êîãäà ïðîöåññû âîçâðàòà äîñòàòî÷íî ðàçâèòû, íî ðåêðèñòàëëèçàöèÿ åùå íå íà÷àëàñü; äëÿ íåêîòîðûõ ìåòàëëîâ ïîâûøåíèå ïëàñòè÷íîñòè ïðè òåïëîé äåôîðìàöèè äîñòàòî÷íî, ÷òîáû èñïîëüçîâàòü åå (ê ïðèìåðó, ïðîêàòêà ìîëèáäåíà ïðè òåìïåðàòóðàõ òåïëîé äåôîðìàöèè ïîðÿäêà 1200 °Ñ ïîçâîëÿåò ïîëíîñòüþ óñòðàíèòü òðåùèíîîáðàçîâàíèå, à ãîðÿ÷àÿ ïðîêàòêà ïðè òåìïåðàòóðàõ 15001600 °Ñ ñòàíîâèòñÿ äîðîãîé è íåöåëåñîîáðàçíîé). Ñ.È. Ãóáêèí îïðåäåëèë íå òðè, à ÷åòûðå âèäà ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè: ãîðÿ÷àÿ, õîëîäíàÿ, íåïîëíàÿ ãîðÿ÷àÿ è íåïîëíàÿ õîëîäíàÿ. Îïðåäåëåíèå ãîðÿ÷åé è õîëîäíîé äåôîðìàöèè ïîëíîñòüþ ñîâïàäàåò ñ äàííûì âûøå, à íåïîëíàÿ õîëîäíàÿ äåôîðìàöèÿ ýòî òåïëàÿ äåôîðìàöèÿ â ñòàðîì îïðåäåëåíèè. Íåïîëíàÿ ãîðÿ÷àÿ äåôîðìàöèÿ, âûäåëåííàÿ Ñ.È. Ãóáêèíûì â ñàìîñòîÿòåëüíûé âèä äåôîðìàöèè, õàðàêòåðèçóåòñÿ òåì, ÷òî ïðîöåññû ðåêðèñòàëëèçàöèè óæå ïðîòåêàþò, íî íåäîñòàòî÷íî èíòåíñèâíî, ÷òîáû ïîëíîñòüþ óñòðàíèòü íàêëåï. Òàêîé âèä äåôîðìàöèè âîçíèêàåò ïðè ñðàâíèòåëüíî íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ äåôîðìàöèè, ïðè ïëàñòè÷åñêîé îáðàáîòêå ñïëàâîâ ñ íèçêîé ñêîðîñòüþ ðåêðèñòàëëèçàöèè è ïðè âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ äåôîðìàöèè.  ñòðóêòóðå ìåòàëëà, ïðîøåäøåãî òàêóþ îáðàáîòêó, íàðÿäó ñ ðàâíîîñíûìè ðåêðèñòàëëèçîâàííûìè èìåþòñÿ âûòÿíóòûå íåðåêðèñòàëëèçîâàííûå çåðíà. Âçàèìîäåéñòâèå çåðåí ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ çíà÷èòåëüíûõ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé â ìåòàëëå è ê ñíèæåíèþ åãî ïëàñòè÷íîñòè ïîñëå îõëàæäåíèÿ, íàïðèìåð, ïðè øòàìïîâêå â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè. Äëÿ àëþìèíèåâûõ, ìàãíèåâûõ è äðóãèõ ñïëàâîâ ñ ìíîãîôàçíîé ìåòàñòàáèëüíîé ñòðóêòóðîé íåïîëíàÿ ãîðÿ÷àÿ äåôîðìàöèÿ âðåäíà, òàê êàê âûçûâàåò íèçêóþ ïëàñòè÷íîñòü ãîòîâîãî èçäåëèÿ. Òàêèå ñïëàâû äåôîðìèðóþò ïðè íèçêèõ ñêîðîñòÿõ äåôîðìàöèè è âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ, äîáèâàÿñü ïîëíîãî ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññîâ ðåêðèñòàëëèçàöèè, ò. å. â óñëîâèÿõ ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè. Ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà êàê îñíîâíàÿ ïðî÷íîñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà â ìîìåíò ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè îïðåäåëÿåòñÿ ñòåïåíüþ è ñêîðîñòüþ äåôîðìàöèè, òåìïåðàòóðîé.  îáùåì âèäå çàâèñèìîñòü ïðåäåëà òåêó÷åñòè îò ñêîðîñòè äåôîðìàöèè ïðè ðàçíûõ òåìïåðàòóðàõ è ïîñòîÿííîé ñòåïåíè äåôîðìàöèè ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 1.10. Îòìåòèì åùå ðàç, ÷òî â òåîðèè Ðèñ. 1.10. Çàâèñèìîñòü ïðåäåëà òåêó÷åñòè îò ïëàñòè÷íîñòè ïðèíÿòî ñ÷èòàòü, ÷òî òåìïåðàòóðû è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà íå çàâèñèò îò ñõåìû íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ ìåòàëëà è îäèíàêîâ ïðè ðàñòÿæåíèè, ïðîêàòêå, âîëî÷åíèè è äðóãèõ âèäàõ îáðàáîòêè.  îáùåì ñëó÷àå ýòî íå òàê. Ïðåäåëû òåêó÷åñòè äëÿ êàæäîãî ïðîöåññà ðàçëè÷íû, ïîòîìó ÷òî äëÿ áîëüøèíñòâà ñïëàâîâ ñõåìà íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ âëèÿåò íà ïðî÷íîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè, òàê êàê ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîå ñòðîåíèå, ñëîæíûé ôàçîâûé ñîñòàâ, ñëîæ24
íûé ñîñòàâ ìåæçåðåííîãî ìàòåðèàëà âíîñÿò ñóùåñòâåííûé âêëàä â îáùóþ êàðòèíó äåôîðìàöèè è óìåíüøàþò äîëþ ãëàâíîãî ôàêòîðà ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ñêîëüæåíèÿ äèñëîêàöèé âíóòðè êðèñòàëëèòà. Íàïðèìåð, ïðè ïðîêàòêå ïðåäåë òåêó÷åñòè, îïðåäåëåííûé â áàçîâûõ óñëîâèÿõ ïðîêàòêè, íå ðàâåí ïðåäåëó òåêó÷åñòè ïðè ðàñòÿæåíèè. ×àñòî èñòèííûé ïðåäåë òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà äëÿ êîíêðåòíîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà îáîçíà÷àþò Ê, ÷òîáû îòëè÷àòü îò σs , ïðèìåíÿåìîãî äëÿ ïðåäåëà òåêó÷åñòè ïðè ðàñòÿæåíèè.  ðåàëüíûõ ñïëàâàõ íàðÿäó ñ ïðîöåññàìè óïðî÷íåíèÿ è ðàçóïðî÷íåíèÿ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû ìîãóò ïðîèñõîäèòü è äðóãèå ïðîöåññû, òàêæå âëèÿþùèå íà ïðî÷íîñòíûå è ïëàñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè. Íàïðèìåð, â íåêîòîðûõ óãëåðîäèñòûõ ñòàëÿõ ïðè òåìïåðàòóðàõ âîçâðàòà (ïðè 200300 °Ñ) â ïëîñêîñòÿõ ñêîëüæåíèÿ âûïàäàþò ìåëêîäèñïåðñíûå ÷àñòèöû, êîòîðûå çàòðóäíÿþò äâèæåíèå äèñëîêàöèé, âûçûâàÿ ñíèæåíèå ïëàñòè÷íîñòè è ïîâûøåíèå ïðî÷íîñòíûõ õàðàêòåðèñòèê. Ýòî ÿâëåíèå íàçûâàåòñÿ ñòàðåíèåì ìåòàëëà. Íåðåäêî ñòàðåíèå èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîâûøåíèÿ ïðî÷íîñòè ñòàëè. Íî â ïðîöåññå äåôîðìàöèè ñïëàâà ïðè òåìïåðàòóðàõ ñòàðåíèÿ ñíèæàåòñÿ ïëàñòè÷íîñòü, ÷òî ìîæåò ïðèâåñòè ê ðàñòðåñêèâàíèþ ìåòàëëà. Ðàçìåð çåðíà ïîñëå ðåêðèñòàëëèçàöèè òàêæå ñóùåñòâåííî âëèÿåò íà ñâîéñòâà ìåòàëëà. Êðóïíûå çåðíà íåæåëàòåëüíû, òàê êàê ïðè ýòîì ñíèæàþòñÿ ïëàñòè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà.  ïðîöåññå äåôîðìàöèè ýòî ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ òðåùèí.  êðóïíîçåðíèñòîì ìåòàëëå îñîáåííî ñèëüíî ñíèæàåòñÿ ïëàñòè÷íîñòü ïðè óäàðíîì íàãðóæåíèè óäàðíàÿ âÿçêîñòü ìåòàëëà. Êðóïíûå çåðíà ìîãóò âîçíèêíóòü, íàïðèìåð, ïðè äëèòåëüíûõ âûäåðæêàõ ìåòàëëà ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ïåðåä äåôîðìàöèåé. Äëèòåëüíûå âûäåðæêè âðåäíû òàêæå ïîòîìó, ÷òî ïîìèìî óêðóïíåíèÿ çåðíà ñîïðîâîæäàþòñÿ óâåëè÷åíèåì ñëîÿ îêàëèíû íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà, îáåçóãëåðîæèâàíèåì ïîâåðõíîñòè, èíîãäà ïîÿâëåíèåì ïîâåðõíîñòíûõ òðåùèí, íå ãîâîðÿ óæå î ïîâûøåííîì ðàñõîäå òîïëèâà.
Ðèñ. 1.11. Äèàãðàììà ðåêðèñòàëëèçàöèè 25
Ðàçìåðû ðàâíîîñíûõ çåðåí, ïîëó÷àåìûõ â ðåçóëüòàòå ðåêðèñòàëëèçàöèè ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè, çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû, ñòåïåíè è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè è ìîãóò áûòü ïðåäñòàâëåíû â âèäå äèàãðàììû ðåêðèñòàëëèçàöèè, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 1.11. Òàêèå äèàãðàììû ýêñïåðèìåíòàëüíî ñòðîÿòñÿ äëÿ êàæäîãî ñïëàâà è èñïîëüçóþòñÿ ïðè íàçíà÷åíèè òåìïåðàòóðíî-ñêîðîñòíûõ ðåæèìîâ åãî äåôîðìàöèè. Âèäíî, ÷òî ïðè ìàëûõ ñòåïåíÿõ äåôîðìàöèè (äî 37 %) ðàçìåð çåðíà íå èçìåíÿåòñÿ, íî ïðè ñòåïåíÿõ äåôîðìàöèè ÷óòü âûøå óêàçàííûõ ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ. Òàêèå ñòåïåíè äåôîðìàöèè íàçûâàþòñÿ êðèòè÷åñêèìè. Ïðè ñòåïåíÿõ äåôîðìàöèè, ïðåâûøàþùèõ êðèòè÷åñêèå, ðàçìåð çåðíà ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò ε. Äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà ñ êðèòè÷åñêèìè ñòåïåíÿìè äåôîðìàöèè íåæåëàòåëüíà. Ïðè êðèòè÷åñêèõ ñòåïåíÿõ äåôîðìàöèè ðàçâèòû ïðîöåññû ñîáèðàòåëüíîé ðåêðèñòàëëèçàöèè, è çåðíî ðàñòåò áåñïðåïÿòñòâåííî. Ñ óâåëè÷åíèåì ñòåïåíè äåôîðìàöèè ýòè ïðîöåññû çàìåäëÿþòñÿ âñëåäñòâèå ïîÿâëåíèÿ áîëüøåãî êîëè÷åñòâà èñêàæåíèé, îáëîìêîâ êðèñòàëëà è äðóãèõ äåôåêòîâ, è ðàçìåð çåðíà ïåðåñòàåò çàâèñåòü îò ñòåïåíè äåôîðìàöèè. Ïðè î÷åíü âûñîêèõ ñòåïåíÿõ äåôîðìàöèè çåðíî âíîâü ðàñòåò çà ñ÷åò âûñîêîé ýíåðãèè íàêîïëåííîé äåôîðìàöèè, êîòîðàÿ ðàñõîäóåòñÿ íà ðîñò çåðåí. Íà äèàãðàììå òàêèå ñòåïåíè äåôîðìàöèè íå ïîêàçàíû (ñì. ðèñ. 1.11). 1.7. Ïëàñòè÷íîñòü è ðàçðóøåíèå ìåòàëëà ïðè ÎÌÄ Ðàíåå ìû îïðåäåëèëè íà ïðèìåðå ðàñòÿæåíèÿ îáðàçöà ñòàíäàðòíûå ïëàñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìåòàëëà îòíîñèòåëüíîå óäëèíåíèå ε è îòíîñèòåëüíîå ñóæåíèå øåéêè ψ . Ïîñêîëüêó ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà ñèëüíî çàâèñèò îò ñõåìû íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ, òî òðåáóþòñÿ áîëåå óíèâåðñàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè (êðèòåðèè) ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà, ó÷èòûâàþùèå õàðàêòåð íàãðóæåíèÿ ìåòàëëà è îñîáåííîñòè êàæäîãî ïðîöåññà ÎÌÄ. Ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî êðèòåðèåâ ïëàñòè÷íîñòè, íî íàèáîëåå òåîðåòè÷åñêè îáîñíîâàííûì ñ÷èòàåòñÿ ïîêàçàòåëü Ï =
σ1 + σ2 + σ3 . σi
Îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòíîøåíèå ãèäðîñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ p = ó1 + ó 2 + ó 3
ê èíòåíñèâíîñòè íàïðÿæåíèé σi =
2 2
(ó 1 − ó 2 ) 2 + (ó 2 − ó 3 ) 2 + (ó 3 − ó 1 ) 2
â òî÷êå ðàçðóøåíèÿ. Êàê âèäíî, êðèòåðèé âûðàæàåòñÿ ÷åðåç äåéñòâóþùèå íàïðÿæåíèÿ. Îäíàêî ïîìèìî íàïðÿæåíèé íà âåëè÷èíó ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè äî ðàçðóøåíèÿ âëèÿþò êîëè÷åñòâî è õàðàêòåð íàêîïëåíèÿ äåôåêòîâ â ìåòàëëå â ïðîöåññå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè. Ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî ñõåì íàêîïëåíèÿ äåôåêòîâ (äèñëîêàöèé) â ìåòàëëå ïðè äåôîðìàöèè è ðàçðàáîòàíî íåñêîëüêî äèñëîêàöèîííûõ ìåõàíèçìîâ ðàçðóøåíèÿ. Ó÷åíûå Óðàëüñêîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî èíñòèòóòà (Â.Ë. Êîëìîãîðîâ, À.À. Áîãàòîâ è äð.) ïîêàçàëè, ÷òî ðàçðóøåíèå 26
ìíîãèõ ìàòåðèàëîâ íàñòóïàåò òîãäà, êîãäà êîëè÷åñòâî äåôåêòîâ (äèñëîêàöèé è äð.) äîñòèãíåò îïðåäåëåííîãî çíà÷åíèÿ. Ýòî çíà÷åíèå íàçûâàåòñÿ ðåñóðñîì ïëàñòè÷íîñòè. Îí çàâèñèò îò ìíîãèõ ôàêòîðîâ, â òîì ÷èñëå îò íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ, õàðàêòåðà äåôåêòîâ, òåìïåðàòóðíî-ñêîðîñòíûõ óñëîâèé äåôîðìàöèè è ïð. Êðèòåðèè ïëàñòè÷íîñòè, îñíîâàííûå íà ïîäñ÷åòå äåôåêòîâ â ìåòàëëå, îêàçàëèñü áîëåå ïðàêòè÷íûìè, ÷åì êðèòåðèè, ïîñòðîåííûå íà ó÷åòå òîëüêî íàïðÿæåíèé. Ñ ïðàêòè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ áîëüøîé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò ìàêðîñêîïè÷åñêàÿ òðàêòîâêà êàðòèíû ðàçðóøåíèÿ, îñíîâîïîëîæíèêîì êîòîðîé áûë À.Ô. Èîôôå, ïîëó÷èâøàÿ ðàçâèòèå â òðóäàõ Í.Í. Äàâèäåíêîâà è ß.Á. Ôðèäìàíà. Ñîãëàñíî ýòèì ïðåäñòàâëåíèÿì ðàçðóøåíèå ìåòàëëà, ïðåæäå âñåãî ïðèìåíèòåëüíî ê ìîíîêðèñòàëëó, ìîæåò áûòü õðóïêèì è âÿçêèì. Õðóïêîå ðàçðóøåíèå, èëè ðàçðóøåíèå ïóòåì îòðûâà, ïðîèñõîäèò áåç çàìåòíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè. Ïðè ðàñòÿæåíèè îáðàçöà èç õðóïêîãî ìàòåðèàëà (ñì. ðèñ. 1.8) ðàçðóøåíèå íàñòóïàåò òîãäà, êîãäà íîðìàëüíîå ðàñòÿãèâàþùåå íàïðÿæåíèå σ äîñòèãàåò ïðåäåëà òåêó÷åñòè σ s . Ïðè ïëîñêèõ è îáúåìíûõ ñõåìàõ íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ õðóïêîå ðàçðóøåíèå íàñòóïàåò ïðè ìàêñèìàëüíûõ êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèÿõ â ïëîñêîñòè ñäâèãà τ , îïðåäåëÿåìûõ, êàê èçâåñòíî, ðàçíîñòüþ íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé τ = (σ1 − σ3 ) / 2 , äîñòèãàþùèõ ïðåäåëà òåêó÷åñòè íà ñäâèã σ s / 2 . Òåîðåòè÷åñêè ïðè ðàâíîìåðíîì òðåõñòîðîííåì ðàñòÿæåíèè ìîíîêðèñòàëëà è ïîëèêðèñòàëëà, êîãäà σ1 = σ 2 = σ3 , ðàçðóøåíèå áóäåò õðóïêèì âñåãäà äëÿ ëþáîãî ìàòåðèàëà. Íî ðàâíîìåðíîå òðåõîñíîå ðàñòÿæåíèå ïðàêòè÷åñêè íèêîãäà íå âñòðå÷àåòñÿ. Åñëè æå ðàçðóøåíèþ ïðåäøåñòâóåò çíà÷èòåëüíàÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ, òî ðàçðóøåíèå ìåòàëëà áóäåò âÿçêèì. Ïî âèäó îíî îòëè÷àåòñÿ îò õðóïêîãî. Äëÿ õðóïêîãî ðàçðóøåíèÿ õàðàêòåðíû òðåùèíû ïîä óãëîì 45° ê íàïðàâëåíèþ äåéñòâèÿ ãëàâíûõ íàïðÿæåíèé, à âÿçêîå ðàçðóøåíèå ïðîèñõîäèò ïîä óãëîì 90° ê äåéñòâóþùåé íàãðóçêå. Îíè ðàçëè÷àþòñÿ è ïî âèäó ïîâåðõíîñòè ðàçðóøåíèÿ: ïðè âÿçêîì ðàçðóøåíèè ïî ìåñòó ðàçðóøåíèÿ âèäíû ëèíèè ñêîëüæåíèÿ ìåòàëëà, êîòîðûå îòñóòñòâóþò ïðè õðóïêîì ðàçðóøåíèè.  ðåàëüíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ îáû÷íî ðàçðóøåíèå íà÷èíàåòñÿ êàê âÿçêîå, íî çàêàí÷èâàåòñÿ êàê õðóïêîå. Íàïðèìåð, ïðè ðàçðûâå îáðàçöà íà ðàñòÿæíîé ìàøèíå âèäíî, ÷òî ðàçðóøåíèå íà÷èíàåòñÿ ïî ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ïî âÿçêîìó òèïó, íî â êîíöå ïðîöåññà ñåðåäèíà ñå÷åíèÿ ðàçðóøàåòñÿ õðóïêî. 1.8. Îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè. Çàêîí èçìåíåíèÿ îáúåìà Ïóñòü ïàðàëëåëåïèïåä ñ ðàçìåðàìè x, y è z (ðèñ. 1.12) èñïûòûâàåò ìàëûå äåôîðìàöèè â íàïðàâëåíèè ãëàâíûõ îñåé (ðåáåð ïàðàëëåëåïèïåäà) è ïîñëå äåôîðìàöèè èìååò ðàçìåðû (x+dx), (y+dy) è (z+dz). Äåôîðìàöèþ ðåáåð çàïèøåì â âèäå: å1 =
dx , x
e2 =
dy , y
e3 =
dz . z 27
Ðèñ. 1.12. Äåôîðìàöèÿ ïàðàëëåëåïèïåäà
Îáúåì ïàðàëëåëåïèïåäà äî è ïîñëå äåôîðìàöèè ñîîòâåòñòâåííî V0 = xyz è V1 = V0 + dV = x(1 + e1) y (1 + e2 ) z (1 + e3 ). Ðàñêðûâàÿ ñêîáêè è îòáðàñûâàÿ ïðîèçâåäåíèÿ ìàëûõ âåëè÷èí, ïîëó÷èì V0 + dV = V0 (1 + e1 + e2 + e3 ). Îòñþäà îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå îáúåìà ïðè äåôîðìàöèè dV = e1 + e 2 + e 3 . V0
Ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè îáúåì òåëà íå ìåíÿåòñÿ, ïîýòîìó óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà îáúåìà çàïèøåòñÿ â âèäå e1 + e 2 + e 3 = 0 .
Äëÿ óïðóãîé äåôîðìàöèè ýòî âûðàæåíèå íå ðàâíî íóëþ. Èçìåíåíèå îáúåìà, îáîçíà÷åííîå å: e1 + e 2 + e 3 = å .
Ïðè èçâåñòíîé ñâÿçè ìåæäó íàïðÿæåíèÿìè è äåôîðìàöèÿìè â âèäå e1 =
1 [ó1 − m(ó 2 + ó 3 )], E
e2 =
1 [ó 2 − m(ó 3 + ó1 )], E
e3 =
1 [ó 3 − m(ó 2 + ó1 )] E
ïîëó÷èì e1 + e 2 + e 3 =
1 − 2m (ó 1 + ó 2 + ó 3 ). E
Òàê êàê σ = σ1 + σ 2 + σ 3 ãèäðîñòàòè÷åñêîå äàâëåíèå, òî èìååì 28
ó=
E e, 1 − 2m
çäåñü m êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà, îïðåäåëÿåìûé ñîîòíîøåíèåì îáúåìíîé è îñåâîé äåôîðìàöèé; ïðè áîëüøèõ äåôîðìàöèÿõ m = 1/2, ïðè ìàëûõ (è óïðóãèõ) m = 1/3. Èçìåíåíèå îáúåìà ïðè óïðóãîé äåôîðìàöèè îïðåäåëÿåòñÿ ãèäðîñòàòè÷åñêèì äàâëåíèåì. Óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà îáúåìà ïðè áîëüøîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè çàïèøåì â âèäå x1 y1z1 = 1. x0 y0 z0
Ïîñëå ëîãàðèôìèðîâàíèÿ ïîëó÷èì ln(1 + e1 ) + ln(1 + e 2 ) + ln(1 + e3 ) = å1 + å 2 + å 3 = 0 .
Ñóììà ëîãàðèôìè÷åñêèõ ïîêàçàòåëåé äåôîðìàöèè ðàâíà íóëþ. Ëîãàðèôìè÷åñêèå ïîêàçàòåëè äåôîðìàöèè å1 , å 2 è å 3 ÿâëÿþòñÿ áîëåå ïðàâèëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè äåôîðìàöèè, ÷åì îòíîñèòåëüíûå ïîêàçàòåëè e1, e2 è e3, òàê êàê îáëàäàþò ñâîéñòâîì àääèòèâíîñòè (÷òî ïîçâîëÿþò èõ ïîýòàïíî ñêëàäûâàòü), ñëåäîâàòåëüíî, ñïðàâåäëèâû äëÿ ìàëûõ è áîëüøèõ äåôîðìàöèé. Çàïèøåì óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà îáúåìà äëÿ ìàëûõ äåôîðìàöèé â âèäå V0
dx dy dz + V0 + V0 =0 x y z
(1.1)
è ïîäñòàâèì â íåãî îáúåì ïàðàëëåëåïèïåäà V0 = xyz. Ïîëó÷èì yzdx + xzdy + yzdz = 0. Îáúåì yzdz = Vz ýòî ñìåùåííûé ïî âûñîòå îáúåì ìåòàëëà, êîòîðûé èìååò çíàê ìèíóñ, òàê êàê íàïðàâëåí â ñòîðîíó óìåíüøåíèÿ îáùåãî îáúåìà V0. Íà ðèñ. 1.13 ïîêàçàíà ïðîåêöèÿ ýòîãî îáúåìà ñìåùåííàÿ ïî âûñîòå ïëîùàäü Fh (âåðõíÿÿ ïîëîâèíà åå çàøòðèõîâàíà). Àíàëîãè÷íî, ïåðâîå è âòîðîå ñëàãàåìûå ðàâåíñòâà (1.1) ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñìåùåííûå îáúåìû ïî øèðèíå è äëèíå ïàðàëëåëåïèïåäà. Îíè èìåþò çíàê ïëþñ. Ïîëó÷àåì: Vh = Vb + Vl .
Ðèñ. 1.13. Ñìåùåííûå ïëîùàäè ïî âûñîòå Fh è øèðèíå Fb
Ñìåùåííûé ïî âûñîòå îáúåì ìåòàëëà ðàñïðåäåëÿåòñÿ â íàïðàâëåíèè øèðèíû è äëèíû îáðàçöà. Äëÿ áîëüøèõ äåôîðìàöèé óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà îáúåìà x 1 y1 z 1 =1 x 0 y0 z 0 29
ïîñëå ëîãàðèôìèðîâàíèÿ (ñ ó÷åòîì çíàêà) ïðèâîäèò ê ðàâåíñòâó ln
z0 x y = ln 1 + ln 1 . z1 x0 y0
Êàæäîå ñëàãàåìîå ýòî ëîãàðèôìè÷åñêèé ïîêàçàòåëü äåôîðìàöèè â ñîîòâåòñòâóþùåì íàïðàâëåíèè. Óìíîæèâ êàæäîå èç íèõ íà îáúåì ìåòàëëà V0, ïîëó÷èì ñîîòâåòñòâóþùèå ñìåùåííûå îáúåìû. z Îáúåì ìåòàëëà V z = V 0 ⋅ ln 1 íàçûâàåòñÿ âûñîòíûì ñìåùåííûì îáúåìîì, z0 à ïðîåêöèÿ åãî â ïëîñêîñòè zx âûñîòíîé ñìåùåííîé ïëîùàäüþ Fh. Ñîîòâåòñòâåííî ñìåùåííûå îáúåìû â íàïðàâëåíèè îñåé y è õ : V y = V 0 ⋅ ln
x y1 è V x = V 0 ⋅ ln 1 . y0 x0
Óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà îáúåìà ìîæíî çàïèñàòü â âèäå: Vz = Vx + Vy. Ïðè îñàäêå îáúåì ìåòàëëà, ñìåùàåìûé ïî âûñîòå, ðàñïðåäåëÿåòñÿ ïî äâóì äðóãèì íàïðàâëåíèÿì â øèðèíó è äëèíó. Ïîêàçàòåëü ïîïåðå÷íîé äåôîðìàöèè
A =
Vx Vz
x1 x0 = z ln 0 z1 ln
õàðàêòåðèçóåò äîëþ âûñîòíîãî ñìåùåííîãî îáúåìà, êîòîðàÿ ïðè äåôîðìàöèè óñòðåìëÿåòñÿ â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè è îáðàçóåò ïîïåðå÷íûé ñìåùåííûé îáúåì. Ñîîòâåòñòâåííî îñòàëüíîé âûñîòíûé ñìåùåííûé ìåòàëë òå÷åò â ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèè, ïîýòîìó ïîêàçàòåëåì ïðîäîëüíîé äåôîðìàöèè ìîæåò ñëóæèòü äîëÿ âûñîòíîãî ñìåùåííîãî îáúåìà, êîòîðàÿ òå÷åò â íàïðàâëåíèè äëèíû: y1 y0 1− A = . = z0 Vz ln z1 Vy
ln
Ñìåùåííûå îáúåìû àíàëîãè÷íû ëîãàðèôìè÷åñêèì ïîêàçàòåëÿì äåôîðìàöèè, íî â ñëîæíûõ ñëó÷àÿõ äåôîðìàöèè, íàïðèìåð ïðè ïðîêàòêå â êàëèáðàõ, îïðåäåëÿþòñÿ ïðîùå.  ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ îïåðèðóþò îáû÷íî íå ñìåùåííûìè îáúåìàìè, à ñìåùåííûìè ïëîùàäÿìè. Ðàññìîòðèì äåôîðìàöèþ ìåòàëëà ïðè îñàäêå â êàëèáðîâàííîì áîéêå, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 1.14. Øòðèõàìè ïîêàçàíî ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå îáðàçöà äî, à ñïëîøíûìè ëèíèÿìè ïîñëå 30
îñàäêè. Çäåñü òðóäíî îïðåäåëèòü ëîãàðèôìè÷åñêèå ïîêàçàòåëè äåôîðìàöèè, òàê êàê âûñîòà h íåïîñòîÿííà ïî øèðèíå, íî ñìåùåííûå ïëîùàäè ïî âûñîòå è ïî øèðèíå ìîæíî ëåãêî èçìåðèòü. Ïðè óìíîæåíèè èõ íà òðåòèé ðàçìåð ïàðàëëåëåïèïåäà ïîëó÷èì ñìåùåííûå îáúåìû, à ïîêàçàòåëü À âû÷èñëÿåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ïóòåì äåëåíèÿ Ðèñ. 1.14. Ñõåìà äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñìåùåííûõ çàøòðèõîâàííûõ ïëîùàäåé. ïëîùàäåé ïðè äåôîðìàöèè ìåòàëëà â êàëèáðå Ðàññìîòðèì ýëåìåíòàðíóþ ðàáîòó dÐ, ñîâåðøàåìóþ áîéêîì â íàïðàâëåíèè îñè z (ñì. ðèñ. 1.12):
dPz = Fdz = pñð xydz = pñð xyz
dz dz , = pñðV0 z z
ãäå F ñèëà; ðñð ñðåäíåå äàâëåíèå ìåòàëëà íà áîåê. Èíòåãðèðóÿ ýòî âûðàæåíèå â ïðåäåëàõ îò z0 äî z1, ïîëó÷èì z Pz = pñðV 0 ln 0 . z1 Àíàëîãè÷íî ìîæíî çàïèñàòü ðàáîòó äåôîðìàöèè ìåòàëëà â íàïðàâëåíèè îñåé x è y.  ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ñðåäíåå äàâëåíèå pcp ìîæíî ïðèðàâíÿòü íåêîòîðîìó óñðåäíåííîìó ïî âñåìó îáúåìó ïðåäåëó òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà σs cð. Òîãäà óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà îáúåìà ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå: Ðz = Ðx + Ðy . Ðàáîòà âíåøíåé ñèëû F, íàïðàâëåííîé ïî îñè z, ðàâíà ñóììå ðàáîò ïî äâóì äðóãèì íàïðàâëåíèÿì, ò. å. ðàáîòå âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé ïî ïåðåìåùåíèþ ìåòàëëà â ïîïåðå÷íîì è ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèÿõ. Íà ïðèìåðå îñàäêè ìû ïîëó÷èëè ôóíäàìåíòàëüíûé ýíåðãåòè÷åñêèé çàêîí ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè, â ñîîòâåòñòâèè ñ êîòîðûì ðàáîòà âíåøíèõ ñèë, äåéñòâóþùèõ íà äåôîðìèðóåìîå òåëî, ðàâíà ðàáîòå âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé. Ñîîòíîøåíèå ñìåùåííûõ îáúåìîâ â ïðîäîëüíîì è ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèÿõ áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü ìèíèìóìó ðàáîòû âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé. Ðàññìàòðèâàÿ òîëüêî ñìåùåííûå îáúåìû, íå ïðèáåãàÿ íåïîñðåäñòâåííî ê ýíåðãåòè÷åñêèì ðàñ÷åòàì, ìîæíî ïîëó÷àòü ïðàêòè÷åñêè âàæíûå âûâîäû [2]. Ðàññìîòðèì, íàïðèìåð, ïàðàëëåëåïèïåä â ïðîåêöèè ñâåðõó (ðèñ. 1.15). Ïðîâåäåì èç óãëîâ ïîëó÷åííîãî ïðÿìîóãîëüíèêà ëèíèè ïîä óãëîì 45° ê ãðàíÿì. Ïðè îòñóòñòâèè òðåíèÿ íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå ìåòàëëó, íàõîäÿùåìóñÿ â çîíàõ I, ýíåðãåòè÷åñêè âûãîäíî òå÷ü â íàïðàâëåíèè ìåíüøåé ñòîðîíû, à èç çîí II â íàïðàâëåíèè áîëüøåé ñòîðîíû ïðÿìîóãîëüíèêà. Êîíå÷íî, â ñèëó ñâÿçåé ýòèõ çîí, îíè íå ìîãóò ñàìîñòîÿòåëüíî ïåðåìåùàòüñÿ, ïîýòîìó çàêîíîìåðíîñòè äå31
ôîðìàöèè âñåãî ïàðàëëåëåïèïåäà áóäóò çíà÷èòåëüíî ñëîæíåå. Îäíàêî èñõîäÿ èç ýíåðãåòè÷åñêîé ïðåäðàñïîëîæåííîñòè ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïîïåðå÷íûé è ïðîäîëüíûé ñìåùåííûå îáúåìû, à òàêæå ïîêàçàòåëè ïîïåðå÷íîé è ïðîäîëüíîé äåôîðìàöèé áóäóò ïðîïîðöèîíàëüíû ïëîùàäÿì FI è FII çîí I è II. Ñëåäñòâèåì òàêîãî ðàñïðåäåëåíèÿ äåôîðìàöèé áóäåò òî, ÷òî ïðè áîëüøîé ñòåïåíè îñàäêè ïàðàëëåëåïèïåäà ïî âûñîòå øèðèíà åãî áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ áûñòðåå, Ðèñ. 1.15. Îñàäêà ÷åì äëèíà. Ôîðìà ïàðàëëåëåïèïåäà â ïëàíå ïðè î÷åíü ïàðàëëåëåïèïåäà áîëüøîé ñòåïåíè îñàäêè áóäåò ïðèáëèæàòüñÿ ê êðóãó (òîíêîé ëèíèåé ïîêàçàíà åãî ôîðìà ïðè çíà÷èòåëüíîé äåôîðìàöèè, ñì. ðèñ. 1.15). Ýòî èçâåñòíûé â òåîðèè ÎÌÄ çàêîí íàèìåíüøåãî ïåðèìåòðà, ñîãëàñíî êîòîðîìó òåëà ëþáîé ôîðìû ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ (íî îáÿçàòåëüíî ñ âûïóêëûì êîíòóðîì ñå÷åíèÿ) ïðè îñàäêå ñ áîëüøèì îáæàòèåì ñòðåìÿòñÿ ïðèíÿòü ôîðìó ñ íàèìåíüøèì ïåðèìåòðîì ôîðìó êðóãà. Ñîîòíîøåíèå äåôîðìàöèé ìîæíî îöåíèòü èç âûðàæåíèÿ (ñïðàâåäëèâîãî äî êîíöà òîëüêî ïðè îòñóòñòâèè òðåíèÿ): F A = I . 1 − A FII
Ýòî ñàìàÿ ïðîñòàÿ ïðèáëèæåííàÿ ôîðìóëà äëÿ âû÷èñëåíèÿ ëîãàðèôìè÷åñêîãî ïîêàçàòåëÿ óøèðåíèÿ À. Îíà ó÷èòûâàåò òîëüêî ãåîìåòðèþ î÷àãà äåôîðìàöèè, íî íå ó÷èòûâàåò òðåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà è õàðàêòåðà âçàèìîäåéñòâèÿ îáúåìîâ I è II. Åñëè âíåñòè â íåå ñîîòâåòñòâóþùèå ïîïðàâêè, òî ïîëó÷èòñÿ ôîðìóëà, ïîëíîñòüþ ïðèãîäíàÿ äëÿ ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ. Îäíàêî îïðåäåëèòü ýòè ïîïðàâêè î÷åíü òðóäíî. 1.9. Òðåíèå ïðè ÎÌÄ Òðåíèå íà êîíòàêòå ðåçêî ìåíÿåò ñõåìó íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ âî âñåì îáúåìå äåôîðìèðóåìîãî ìåòàëëà. Ïîä äåéñòâèåì ñèë òðåíèÿ ìåòàëë âñåãäà äåôîðìèðóåòñÿ íåðàâíîìåðíî, ÷òî ïðèâîäèò ê íåîäíîðîäíîé åãî ñòðóêòóðå è íåðàâíîìåðíîñòè ñâîéñòâ ïîñëå äåôîðìàöèè. Ïîä èõ âëèÿíèåì âîçðàñòàåò ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè, êîòîðîå èíîãäà çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàåò ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà. Îò õàðàêòåðà è çíà÷åíèé ñèë òðåíèÿ çàâèñèò èçíîñ èíñòðóìåíòà è êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè èçäåëèÿ. Ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, òàêèå, êàê ïðîêàòêà, êîâêà, øòàìïîâêà, ïðåññîâàíèå, âîëî÷åíèå è äðóãèå, ïðîòåêàþò ïðè àêòèâíîì ó÷àñòèè ñèë òðåíèÿ, à áîëüøèíñòâî èç íèõ (íàïðèìåð, ïðîêàòêó) íåâîçìîæíî îñóùåñòâèòü ïðè îòñóòñòâèè ñèë òðåíèÿ. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ìåõàíèçìîâ òðåíèÿ íà êîíòàêòíûõ ïîâåðõíîñòÿõ. Åùå Ëåîíàðäî äà Âèí÷è áûë èçâåñòåí çàêîí ñóõîãî òðåíèÿ ìåæäó òðóùèìèñÿ ïîâåðõíîñòÿìè.  1781 ã. îêîí÷àòåëüíóþ ôîðìóëèðîâêó çàêîí ïîëó÷èë â òðóäàõ Êóëîíà. Êóëîí (à ðàíüøå åãî Àìîíòîí) óñòàíîâèë, ÷òî â ïðîöåññå âçàèìíîãî ïåðåìåùå32
íèÿ èíñòðóìåíòà è äåôîðìèðóåìîãî ìåòàëëà èõ ïîâåðõíîñòè âñòóïàþò â ìåõàíè÷åñêîå çàöåïëåíèå ñâîèìè íåðîâíîñòÿìè.  ðåçóëüòàòå íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà îäíîâðåìåííî îñóùåñòâëÿþòñÿ óïðóãàÿ è ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèè âûñòóïîâ (ðèñ. 1.16).  îêîí÷àòåëüíîì âèäå çàêîí Êóëîíà îïèñûâàåòñÿ âûðàæåíèåì Ðèñ. 1.16. Ñõåìà âîçíèêíîâåíèÿ ñèë òðåíèÿ
T = µP ,
ãäå Ò ñèëà òðåíèÿ; Ð íîðìàëüíàÿ ñèëà, íàïðàâëåííàÿ ïî íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà; µ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Â òåîðèè ÎÌÄ åãî çàïèñûâàþò â âèäå ñâÿçè ìåæäó êàñàòåëüíûìè è íîðìàëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè, äåéñòâóþùèìè íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå: τ = µσ.
Îäíàêî çàêîí Êóëîíà ñïðàâåäëèâ òîëüêî ïðè íåáîëüøèõ íîðìàëüíûõ êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèÿõ, êîãäà â ïðîöåññå âçàèìîäåéñòâèÿ òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé ïðåîáëàäàþò óïðóãèå äåôîðìàöèè âûñòóïîâ. Ïðè óâåëè÷åíèè íîðìàëüíîãî äàâëåíèÿ σ äîëÿ ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè âîçðàñòàåò, è ïðè çíà÷èòåëüíîì åå ðàçâèòèè êàñàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ íà êîíòàêòå ïðèîáðåòàþò ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûå çíà÷åíèÿ, ðàâíûå ïðåäåëó òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà íà ñäâèã: τ = K /2,
çäåñü Ê ïðåäåë òåêó÷åñòè ïðè äàííûõ óñëîâèÿõ îáðàáîòêè ìåòàëëà. Íà ðèñ. 1.17 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü êîíòàêòíîãî êàñàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ îò íîðìàëüíîãî, ïîëó÷åííàÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî Å.È. Åïèôàíîâûì. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ µ , ðàâíûé òàíãåíñó óãëà íàêëîíà êðèâîé ê ãîðèçîíòàëè, ïðè ìàëûõ äàâëåíèÿõ ïîñòîÿíåí, îí ÿâëÿåòñÿ ôèçè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêîé óñëîâèé íà òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòÿõ. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè áîëüøèõ íîðìàëüíûõ êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèÿõ, ñòðîãî ãîâîðÿ, òåðÿåò ñìûñë. Ïî êðèâîé Åïèôàíîâà îí ðàâåí íóëþ. Íî åñëè â ýòîé îáëàñòè, êàê è â óïðóãîé, îïðåäåëèòü åãî êàê îòíîøåíèå êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé ê íîðìàëüíûì µ=
τ , σ1
(1.2)
òî ïðè ìàêñèìàëüíûõ êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèÿõ, ó1 − ó 3 , ïîëó÷èì êàæóùèéñÿ êîýô2 ôèöèåíò òðåíèÿ 1 ó ì= − 3 . 2 2ó1
ðàâíûõ ô =
Çäåñü σ1 è σ3 ñîîòâåòñòâåííî ìàêñèìàëüíîå è ìèíèìàëüíîå ãëàâíûå íîðìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ:
Ðèñ. 1.17. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòü êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé îò íîðìàëüíûõ íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà òðóùèõñÿ òåë 33
σ1 > σ2 > σ3 . Êàê âèäíî, êàæóùèéñÿ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ â çîíå áîëüøèõ íîðìàëüíûõ äàâëåíèé çàâèñèò îò ñõåìû íàïðÿæåíèé è ìîæåò áûòü è áîëüøå, è ìåíüøå 1/2 (ñ ó÷åòîì çíàêà íàïðÿæåíèé). Ñ óâåëè÷åíèåì íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé σ1 êàæóùèéñÿ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ óìåíüøàåòñÿ. Ñëåäóåò íàïîìíèòü, ÷òî ôàêòè÷åñêèé êîýôôèöèåíò òðåíèÿ, êîòîðûé äîëæåí ñëóæèòü õàðàêòåðèñòèêîé òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé, íå äîëæåí çàâèñåòü íè îò ñõåìû íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ, íè îò íîðìàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ σ1 . Îïûòû È.Ì. Ïàâëîâà ïîêàçàëè, ÷òî ïðè óâåëè÷åíèè äàâëåíèÿ σ1 â 20 ðàç êàæóùèéñÿ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå ñíèæàåòñÿ â 22,5 ðàçà. Áûëî ïîêàçàíî òàêæå, ÷òî îí çàâèñèò åùå îò ðÿäà òåõíîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ, îò êîòîðûõ íîðìàëüíûé êîýôôèöèåíò òðåíèÿ çàâèñåòü íå äîëæåí. Êðîìå òîãî, îêàçàëîñü, ÷òî êàæóùèéñÿ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ íå çàâèñèò îò ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòåé òðåíèÿ, ÷òî ñîâñåì ïðîòèâîðå÷èò íàçíà÷åíèþ ýòîé õàðàêòåðèñòèêè. Àâòîðû ìíîãèõ ðàáîò ñ÷èòàþò, ÷òî â îáëàñòè áîëüøèõ íîðìàëüíûõ íàãðóçîê íåëüçÿ ïîëüçîâàòüñÿ è èññëåäîâàòü êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Íåîáõîäèìî îïåðèðîâàòü òîëüêî êàñàòåëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè òðåíèÿ τ , ïðè÷åì ðàññìàòðèâàòü èõ êàê âåêòîð, íàïðàâëåííûé â ñòîðîíó, ïðîòèâîïîëîæíóþ ñêîëüæåíèþ. Ïðè ýòîì ñâÿçü ìåæäó êàñàòåëüíûìè è íîðìàëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè áóäåò èìåòü âèä: H H ô = i ⋅ f (ó, u ) ⋅ ó , H ãäå i åäèíè÷íûé âåêòîð ñêîðîñòè ñêîëüæåíèÿ èíñòðóìåíòà ïî ìåòàëëó; u ñêîðîñòü ñêîëüæåíèÿ; σ íîðìàëüíîå êîíòàêòíîå íàïðÿæåíèå. Çäåñü ðîëü êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ èãðàåò ôóíêöèÿ, çàâèñÿùàÿ îò íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé è âåêòîðà ñêîðîñòè ñêîëüæåíèÿ ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî èíñòðóìåíòà, íî ýòî íå êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Òàê êàê ìàêñèìàëüíîå êàñàòåëüíîå íàïðÿæåíèå íàïðàâëåíî ïîä óãëîì 45° ê ãëàâíûì îñÿì, òî â ýòîì íàïðàâëåíèè áóäåì èìåòü ðàâåíñòâî ô=
ó1 − ó3 . 2
Óñëîâèå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè â óïðîùåííîì âèäå èìååò âèä: ó 1 − ó 3 = = íÊ , ãäå êîýôôèöèåíò Ëîäý èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 1 äî 1,155, ñëåäîâàòåëüíî, ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå ìàêñèìàëüíîé óäåëüíîé ñèëû òðåíèÿ τ max = (0,5 0,58)K . Íåïðàâèëüíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïåðâàÿ ÷àñòü êðèâîé Åïèôàíîâà ðåàëèçóåòñÿ ïðè óïðóãèõ è ìàëûõ ïëàñòè÷åñêèõ äåôîðìàöèÿõ ìåòàëëà, à âòîðàÿ ïðè ðàçâèòîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè. Îïûòû ïîêàçûâàþò, ÷òî â îáîèõ ñëó÷àÿõ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî ðàçâèòîé, è ïåðåõîä îò ïåðâîãî ó÷àñòêà êðèâîé êî âòîðîìó çàâèñèò íå îò èíòåíñèâíîñòè äåôîðìàöèè. Îí ïðîèñõîäèò â ðåçóëüòàòå ñìåíû ìåõàíèçìà ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè, î ÷åì ïîäðîáíåå ìû áóäåì ãîâîðèòü ïðè ðàññìîòðåíèè êîíêðåòíûõ ïðîöåññîâ. Ïî õàðàêòåðó êîíòàêòà ìåòàëëà è èíñòðóìåíòà ðàçëè÷àþò íåñêîëüêî âèäîâ òðåíèÿ. Ðàññìîòðåííàÿ âûøå ñâÿçü ìåæäó êàñàòåëüíûìè è íîðìàëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè (çàêîí Êóëîíà) õàðàêòåðíà äëÿ ñóõîãî òðåíèÿ, êîãäà ìåæäó òðóùèìèñÿ ïîâåðõíîñòÿìè ïîëíîñòüþ îòñóòñòâóåò ñìàçêà (èëè èíàÿ òðåòüÿ ñîñòàâëÿþ34
ùàÿ). Ïðè íàëè÷èè òîíêîãî ñëîÿ ñìàçêè, íå ïðåâûøàþùåãî âûñîòû âûñòóïîâ òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé, ìåõàíèçì âçàèìîäåéñòâèÿ ýòèõ ïîâåðõíîñòåé ïðèíöèïèàëüíî íè÷åì íå îòëè÷àåòñÿ îò ðàññìîòðåííîãî ïðè ñóõîì òðåíèè. Ñëîé ñìàçêè ïðè ýòîì âåäåò ñåáÿ êàê òâåðäîå òåëî, è åãî ñâîéñòâà îïðåäåëÿþò çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ. Òàêîé âèä òðåíèÿ íàçûâàåòñÿ ãðàíè÷íûì.  ÎÌÄ ïðèìåíÿþò òàêæå ðåæèì ñìàçêè, êîòîðûé íàçûâàåòñÿ ãèäðîäèíàìè÷åñêèì èëè æèäêîñòíûì. Îí èìååò ìåñòî òîãäà, êîãäà ìåæäó òðóùèìèñÿ ïîâåðõíîñòÿìè òîëùèíà ñëîÿ ñìàçêè ïðåâûøàåò ãëóáèíó íåðîâíîñòåé è òðóùèåñÿ ïîâåðõíîñòè íèãäå íå êàñàþòñÿ äðóã äðóãà. Ñêîëüæåíèå èõ ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò äâèæåíèÿ âíóòðè ñëîÿ ñìàçêè, êîòîðûé âåäåò ñåáÿ êàê æèäêîñòü, äàæå åñëè ñàìà ñìàçêà â îáû÷íîì ñîñòîÿíèè èìååò âèä òâåðäîãî èëè ïîðîøêîîáðàçíîãî ìàòåðèàëà. Ïðè æèäêîñòíîì òðåíèè êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ðåçêî ñíèæàåòñÿ. Îí çàâèñèò îò âÿçêèõ õàðàêòåðèñòèê æèäêîñòè, ò. å. îò ñêîðîñòè ïåðåìåùåíèÿ òðóùåéñÿ ïàðû è êîýôôèöèåíòà âÿçêîñòè æèäêîñòè. Ïðè æèäêîñòíîì òðåíèè çàêîí òðåíèÿ õîðîøî îïèñûâàåòñÿ çàâèñèìîñòüþ τ = ηu, ãäå η êîýôôèöèåíò âÿçêîñòè æèäêîñòè; u ñêîðîñòü ïåðåìåùåíèÿ ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî èíñòðóìåíòà. Æèäêîñòíîå òðåíèå ðåàëèçóåòñÿ â î÷àãå äåôîðìàöèè ðåàëüíûõ ïðîöåññîâ òîëüêî òîãäà, êîãäà â ñëîå ñìàçêè ñîçäàåòñÿ äàâëåíèå, ïðåâûøàþùåå äàâëåíèå ìåòàëëà íà èíñòðóìåíò, èíà÷å ñìàçêà âûæèìàåòñÿ èç î÷àãà, è òðåíèå ïåðåõîäèò â ðàçðÿä ãðàíè÷íîãî. Íàïðèìåð, íà ðèñ. 1.18 èçîáðàæåíà òàê íàçûâàåìàÿ ñäâîåííàÿ âîëîêà äëÿ âîëî÷åíèÿ òîëñòîé ïðîâîëîêè. Âíóòðåííèé äèàìåòð ïåðâîé âîëîêè íà 0,20,3 ìì áîëüøå, ÷åì äèàìåòð èñõîäíîé ïðîâîëîêè. Ñìàçêà, êîòîðàÿ ÷àùå âñåãî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìûëüíûé ïîðîøîê, çàõâàòûâàåòñÿ ïîâåðõíîñòüþ ïðîâîëîêè è ÷åðåç òîíêèé êîëüöåâîé çàçîð óâëåêàåòñÿ â ïðîñòðàíñòâî ìåæäó âîëîêàìè ¹ 1 è ¹ 2. Äàâëåíèå ñìàçêè â ýòîì ïðîñòðàíñòâå áûñòðî ïîâûøàåòñÿ è ñòàíîâèòñÿ áîëüøå äàâëåíèÿ ìåòàëëà ïðè âîëî÷åíèè âî âòîðîé âîëîêå, êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ ðàáî÷åé è îñóùåñòâëÿåò äåÐèñ. 1.18. Ñäâîåííàÿ âîëîêà ôîðìàöèþ ìåòàëëà. Ñìàçêà óñòðåìëÿåòñÿ â êàíàë ðàáî÷åé âîëîêè è ðàçúåäèíÿåò òðóùèåñÿ ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà è âîëîêè. Åñëè óñòàíîâèòü íåêèé ðåãóëÿòîð òîëùèíû îáðàçîâàâøåãîñÿ ñìàçî÷íîãî ñëîÿ (òî÷íåå, ðåãóëÿòîð äàâëåíèÿ ñìàçêè â ïðîñòðàíñòâå ìåæäó âîëîêàìè), òî óñòàíàâëèâàåòñÿ óñòîé÷èâûé ðåæèì ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî òðåíèÿ. Áîëüøèíñòâî ïðîöåññîâ ÎÌÄ ïðîòåêàþò â ðåæèìå ãðàíè÷íîãî òðåíèÿ. Îí ëåã÷å îñóùåñòâëÿåòñÿ, ÷åì ãèäðîäèíàìè÷åñêèé ðåæèì. Êðîìå òîãî, êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà ïðè ãðàíè÷íîì òðåíèè âûøå, ÷åì ïðè æèäêîñòíîì. Ïðè ãðàíè÷íîì òðåíèè ñðåçàíèå ãðåáíåé ìåòàëëà ïðè êîíòàêòå ñ èíñòðóìåíòîì ïîâûøàåò ÷èñòîòó ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà. Ìåòàëë ñòàíîâèòñÿ áëåñòÿùèì, ïî÷òè ïîëèðîâàííûì. Ïðîâîëîêà, ïðîòÿíóòàÿ â ðåæèìå ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî òðåíèÿ, 35
íà ïîâåðõíîñòè ñîäåðæèò ñëîé ñìàçêè, ïðîðâàâøåéñÿ ÷åðåç ðàáî÷óþ âîëîêó, ïîâåðõíîñòü ìåòàëëà ïðè ýòîì áóäåò ìàòîâîé, ñ ïîâûøåííîé øåðåõîâàòîñòüþ. Ãëàäêóþ áëåñòÿùóþ ïðîâîëîêó (íàïðèìåð, ñòðóíó äëÿ ìóçûêàëüíîãî èíñòðóìåíòà) ìîæíî ïîëó÷èòü òîëüêî â ðåæèìå ãðàíè÷íîãî òðåíèÿ. Ïðè ãðàíè÷íîì òðåíèè ýôôåêòèâíîñòü ñìàçêè ñèëüíî çàâèñèò îò ïðî÷íîñòíûõ ñâîéñòâ òîíêîãî àäãåçèîííîãî ñëîÿ ñìàçêè, íàõîäÿùåãîñÿ â î÷àãå äåôîðìàöèè. Ñèëû ñöåïëåíèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè ñìàçêè è ìåòàëëà çàâèñÿò êàê îò ïðèðîäû ìåòàëëà, òàê è ñâîéñòâ ñìàçêè. ×åì âûøå ñïîñîáíîñòü ìåòàëëà óäåðæèâàòü ñìàçêó è áîëüøå ïîâåðõíîñòíàÿ àêòèâíîñòü ñìàçêè, òåì ìåíüøå îíà âûäàâëèâàåòñÿ èç î÷àãà äåôîðìàöèè. Õîðîøèå ñìàçêè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé âûòÿíóòûå öåïî÷êè îðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóë, íà êîíöàõ êîòîðûõ èìåþòñÿ òàê íàçûâàåìûå ïîëÿðíûå ãðóïïû. Íà òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòÿõ ýòè ãðóïïû ïðî÷íî óäåðæèâàþòñÿ ìåòàëëîì, à îñòàëüíûå ó÷àñòêè öåïî÷êè îáðàçóþò ñëîè, ÷åðåç êîòîðûå ïðîèñõîäèò ñêîëüæåíèå ìåòàëëà è èíñòðóìåíòà. Ïîìèìî âûñîêîé àäãåçèîííîé ñïîñîáíîñòè ê ñìàçêàì, ïðåäíàçíà÷åííûì äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ãðàíè÷íîãî òðåíèÿ, ïðåäúÿâëÿåòñÿ ìíîãî äðóãèõ òðåáîâàíèé. Ïðåæäå âñåãî îíè äîëæíû áûòü äåøåâûìè, íåîïàñíûìè äëÿ çäîðîâüÿ, íå äîëæíû ðàçëàãàòüñÿ ïðè õðàíåíèè íà ñêëàäå, íå âûçûâàòü êîððîçèþ ìåòàëëà ïðè äåôîðìàöèè è íå ñïîñîáñòâîâàòü åãî êîððîçèè ïîñëå îáðàáîòêè è ò. ä. Ïðè îáðàáîòêå äàâëåíèåì, ïî êëàññèôèêàöèè À.Ê. ×åðòàâñêèõ, ïðèìåíÿþòñÿ ñìàçêè ñëåäóþùèõ òèïîâ. 1. Ýìóëüñèè ìàñëîâîäà, êîòîðûå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ìåëêî ðàñïûëåííûå êàïëè ìàñëà â âîäå ñ ðàçëè÷íûìè äîáàâêàìè. Ýìóëüñèè ïðèìåíÿþòñÿ ïðè âîëî÷åíèè òîíêîé ïðîâîëîêè, õîëîäíîé ïðîêàòêå ëåíòû è ôîëüãè è ñëóæàò íå òîëüêî äëÿ ñíèæåíèÿ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ, íî è îõëàæäåíèÿ ìåòàëëà è èíñòðóìåíòà ïðè äåôîðìàöèè. 2. Ìàñëà ðàñòèòåëüíûå è æèâîòíûå, ñîäåðæàùèå æèðíûå êèñëîòû. Òàêèå ñìàçêè îáëàäàþò ïîâûøåííîé ïðî÷íîñòüþ, ïîýòîìó ïðèìåíÿþòñÿ ïðè âûñîêèõ äàâëåíèÿõ ìåòàëëà íà èíñòðóìåíò, íàïðèìåð, ïðè âîëî÷åíèè è ïðîêàòêå òîëñòûõ ïðîâîëîêè è ïîëîñ, ïðè øòàìïîâêå è äðóãèõ îïåðàöèÿõ õîëîäíîé îáðàáîòêè äàâëåíèåì. Æèâîòíûå æèðû îáëàäàþò ëó÷øèìè ñìàçî÷íûìè ñâîéñòâàìè, ÷åì ðàñòèòåëüíûå. 3. Ìàñëà ñ íàïîëíèòåëÿìè. Ñîäåðæàò â êà÷åñòâå íàïîëíèòåëÿ òàêèå ìàòåðèàëû, êàê òàëüê, ñëþäà, ãðàôèò, ñóëüôèä ìîëèáäåíà, ëåãêîïëàâêèå ìåòàëëû â âèäå ïóäðû è äð. Íàïîëíèòåëè óâåëè÷èâàþò òîëùèíó ñëîÿ ñìàçêè, îáðàçóþò äîïîëíèòåëüíûå ïîâåðõíîñòè ñêîëüæåíèÿ âíóòðè ñìàçî÷íîãî ñëîÿ. Ñìàçêè ñ íàïîëíèòåëÿìè ýôôåêòèâíî ñíèæàþò êîýôôèöèåíò òðåíèÿ è óëó÷øàþò êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè èçäåëèÿ. 4. Êîíñèñòåíòíûå ñìàçêè, ïðåäñòàâëÿþùèå ñîáîé ñìåñè ìèíåðàëüíûõ ìàñåë, âîäû è ðàçëè÷íûõ ìûëüíûõ èëè ïàðàôèíîâûõ äîáàâîê (íàïðèìåð, ñîëèäîë). Òàêèå ñìàçêè ïðèìåíÿþòñÿ ïðè ñðàâíèòåëüíî íèçêèõ äàâëåíèÿõ ìåòàëëà íà èíñòðóìåíò. Åñòü ïðèìåðû èñïîëüçîâàíèÿ êîíñèñòåíòíûõ ñìàçîê, à òàêæå ñìàçîê ñ íàïîëíèòåëÿìè ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè ìåòàëëà (íàïðèìåð, ïðè ïðåññîâàíèè ìåòàëëîâ, ðåæå ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå). Ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè, îñîáåííî ïðè îáðàáîòêå òðóäíîäåôîðìèðóåìûõ ìàòåðèàëîâ, 36
â êà÷åñòâå ñìàçêè ïðèìåíÿþò òàêæå ñòåêëà, îáìàçêè èç îêñèäîâ ìåòàëëîâ è äðóãèå, êîòîðûå ïðåäíàçíà÷åíû íå òîëüêî äëÿ ñíèæåíèÿ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ, íî è ïðåäîõðàíåíèÿ ìåòàëëà îò îêèñëåíèÿ ïðè íàãðåâå è â ïðîöåññå äåôîðìàöèè. 1.10. Âëèÿíèå òåõíîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ íà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ êàê ôèçè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé èìååò ñìûñë òîëüêî ïðè ñêîëüæåíèè îäíîé ïîâåðõíîñòè ïî äðóãîé ïðè ñðàâíèòåëüíî íåáîëüøèõ íîðìàëüíûõ êîíòàêòíûõ äàâëåíèÿõ. Ðàññìîòðèì îñíîâíûå òåõíîëîãè÷åñêèå ôàêòîðû, âëèÿþùèå íà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Òåìïåðàòóðà. Åñëè â îñíîâå òðåíèÿ ëåæèò âçàèìîäåéñòâèå òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé, òî íåìàëóþ ðîëü â ìåõàíèçìå âçàèìîäåéñòâèÿ äîëæíû èãðàòü ïðîöåññû ñõâàòûâàíèÿ ãðåáíåé îäíîãî ìåòàëëà ïðè ñêîëüæåíèè ïî ãðåáíÿì äðóãîãî. ×åì âûøå òåìïåðàòóðà, òåì àêòèâíåå ïðîöåññû ñõâàòûâàíèÿ, òåì âûøå êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Îäíàêî ïðè äåôîðìàöèè óãëåðîäèñòîé ñòàëè íà âîçäóõå ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ êðèâàÿ èìååò âèä, ïîêàçàííûé íà ðèñ. 1.19, à.  çîíå òåìïåðàòóð íà÷àëà îáðàçîâàíèÿ îêàëèíû (îêîëî 500600 °Ñ) êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ñíèæàåòñÿ, òàê êàê îêàëèíà èãðàåò ðîëü ðàçäåëèòåëÿ òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé. Ïðè äàëüíåéøåì ðîñòå òåìïåðàòóð ïðîöåññû ñõâàòûâàíèÿ íàðàñòàþò áûñòðåå, ÷åì îêàëèíîîáðàçîâàíèå, ïîýòîìó ïðè òåìïåðàòóðàõ ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè êîýôôèöèåíò òðåíèÿ âíîâü ðàñòåò. Ñêîðîñòü äåôîðìàöèè. Ñ ðîñòîì ñêîðîñòè äâèæåíèÿ èíñòðóìåíòà Ñ (íàïðèìåð, ñêîðîñòè âðàùåíèÿ âàëêîâ ïðè ïðîêàòêå) óâåëè÷èâàåòñÿ ñêîðîñòü äåôîðìàöèè u, è êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïàäàåò, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 1.19, á. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òàêæå ïðîöåññàìè ñõâàòûâàíèÿ ïðè òðåíèè ïîâåðõíîñòåé. ×åì áûñòðåå ñìåíÿþòñÿ êîíòàêòèðóåìûå ó÷àñòêè (ò. å. ÷åì áîëüøå ñêîðîñòü äåôîðìàöèè), òåì ìåíüøå ñõâàòûâàíèå, è êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïàäàåò. Ñîñòîÿíèå ïîâåðõíîñòè èíñòðóìåíòà ñèëüíî âëèÿåò íà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ êàê ïðè õîëîäíîé, òàê è ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè. Ïîíÿòíî, ÷åì ãðóáåå ïîâåðõíîñòü èíñòðóìåíòà, òåì âûøå êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè ñîñòîÿíèå ïîâåðõíîñòè äåôîðìèðóåìîãî ìåòàëëà ïðàêà)
á)
Ðèñ. 1.19. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ îò òåìïåðàòóðû t (à) è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè u (á) 37
òè÷åñêè íå âëèÿåò íà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ, è çíà÷åíèå ïîñëåäíåãî ïîëíîñòüþ çàâèñèò îò ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè èíñòðóìåíòà, ïîñêîëüêó ñðåçàíèå ãðåáåøêîâ íà ìåòàëëå ïðîèñõîäèò ïðè ãîðàçäî ìåíüøèõ íàïðÿæåíèÿõ, ÷åì íà èíñòðóìåíòå. Ïðè õîëîäíîé äåôîðìàöèè íà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ îêàçûâàåò âëèÿíèå ÷èñòîòà ïîâåðõíîñòè êàê èíñòðóìåíòà, òàê è ìåòàëëà. Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ìåòàëëà. Ïðè ïëàñòè÷åñêîé îáðàáîòêå óãëåðîäèñòûõ ñòàëåé êîýôôèöèåíò òðåíèÿ óìåíüøàåòñÿ ñ ðîñòîì ñîäåðæàíèÿ óãëåðîäà. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì ñîäåðæàíèÿ óãëåðîäà ðàñòóò òâåðäîñòü è ïðåäåë òåêó÷åñòè ñòàëè, è ïðè îäíîé è òîé æå äåôîðìàöèè ïîâûøàåòñÿ íîðìàëüíîå äàâëåíèå íà èíñòðóìåíò (çíàìåíàòåëü â (1.2)). Ïî òîé æå ïðè÷èíå òâåðäûå è ëåãèðîâàííûå ñòàëè èìåþò ìåíüøèé êîýôôèöèåíò òðåíèÿ, ÷åì óãëåðîäèñòûå. Åùå ðàç îòìåòèì, ÷òî óêàçàííûå ïàðàìåòðû âëèÿþò íà èñòèííûé è íå âëèÿþò íà êàæóùèéñÿ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ.  ðåàëüíûõ ïðîöåññàõ ÷àñòî ïîëüçóþòñÿ íåêîòîðûì óñëîâíûì óñðåäíåííûì êîýôôèöèåíòîì òðåíèÿ, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ ñìåñüþ èñòèííîãî è êàæóùåãîñÿ êîýôôèöèåíòîâ òðåíèÿ.
Ãëàâà 2 ÑÆÀÒÈÅ (ÎÑÀÄÊÀ) ÎÁÐÀÇÖÀ 2.1. Îáùèå ïîëîæåíèÿ Ñæàòèå öèëèíäðè÷åñêîãî îáðàçöà èñõîäíîé âûñîòû h0 è äèàìåòðà d0 (ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ F0) ìåæäó ïàðàëëåëüíûìè ïëèòàìè (ðèñ. 2.1, à) ñëåäóåò ðàññìîòðåòü ïîäðîáíî ïî ñëåäóþùèì ïðè÷èíàì. Âî-ïåðâûõ, ñæàòèå èñïîëüçóåòñÿ êàê ñàìîñòîÿòåëüíàÿ îïåðàöèÿ ïðè èñïûòàíèè ìåòàëëîâ. Âî-âòîðûõ, òàêèå òåõíîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû, êàê êîâêà, ïðîêàòêà è äðóãèå, ÿâëÿþòñÿ ðàçíîâèäíîñòÿìè ïðîöåññà ñæàòèÿ. Ïðè èñïûòàíèè ìåòàëëîâ ñæàòèå öèëèíäðè÷åñêèõ îáðàçöîâ èñïîëüçóåòñÿ ãëàâíûì îáðàçîì äëÿ îöåíêè ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà. Èñïûòàíèå íà ðàñòÿæåíèå îáðàçöà äàåò ïðåäñòàâëåíèå î ïëàñòè÷íîñòè â óñëîâèÿõ îäíîîñíîãî ðàñòÿæåíèÿ, à îñàäêà ïðè ñæèìàþùèõ íàãðóçêàõ. Òàê æå, êàê è íà ðàñòÿæíîé ìàøèá)
â)
à)
Ðèñ. 2.1. Îñàäêà öèëèíäðè÷åñêîãî îáðàçöà (à) è äèàãðàììû îñàäêè (á è â) 38
íå, äèàãðàììà ñæàòèÿ îáðàçöà íà èñïûòàòåëüíîì ïðåññå çàïèñûâàåòñÿ â êîîðäèíàòàõ P − ∆h , ãäå ∆h = h0 − h èçìåíåíèå âûñîòû îáðàçöà îò èñõîäíîãî çíà÷åíèÿ h0 äî òåêóùåãî h (ðèñ. 2.1, á). Ìàøèííóþ äèàãðàììó ïåðåñòðàèâàþò â óñëîâíóþ äèàãðàììó, ïðåäñòàâëÿþùóþ çàâèñèìîñòü óñëîâíîãî íàïðÿæåíèÿ p=
Ð ∆h îò îáæàòèÿ . Ïðè÷åì, êàê è ïðè ðàñòÿæåíèè, èç îáùåé äåôîðìàöèè F0 h0
èñêëþ÷àþò óïðóãóþ ñîñòàâëÿþùóþ. Íàïðÿæåíèå ïðàâèëüíåå îïðåäåëÿòü ïóòåì äåëåíèÿ óñèëèÿ íà ôàêòè÷åñêóþ òåêóùóþ ïëîùàäü F, à îáæàòèå ñëåäóåò îòíîñèòü ê òåêóùåé âûñîòå îáðàçöà h, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî îíè â ïðîöåññå îñàäêè èçìåíÿþòñÿ, è ïîýòîìó îïðåäåëèòü èõ ñëîæíî.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåòñÿ èñòèííàÿ äèàãðàììà ñæàòèÿ â êîîðäèíàòàõ
Äh P = å (ðèñ. 2.1, â). =ó è h F
Òèïîâàÿ äèàãðàììà ñæàòèÿ èìååò òðè ó÷àñòêà: äî òî÷êè à ïðîèñõîäèò óïðóãàÿ äåôîðìàöèÿ, äàëåå ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè âíà÷àëå ñðàâíèòåëüíî ïëàâíî, à â êîíöå êðóòî êðèâàÿ èäåò ââåðõ, ïîêàçûâàÿ èçìåíåíèå íàêëåïà ìåòàëëà â óñëîâèÿõ ñæàòèÿ. Ïåðåãèá îáúÿñíÿåòñÿ îñîáåííîñòÿìè ðàñïðåäåëåíèÿ ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòå, î êîòîðûõ ðå÷ü ïîéäåò äàëåå.  òî÷êå ñ ïðîèñõîäèò ðàçðóøåíèå ìåòàëëà, è ïî âåëè÷èíå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè äî ðàçðóøåíèÿ ñóäÿò î çàïàñå ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà. Åñëè ìåòàëë ïëàñòè÷åí, òî òî÷êà ñ ìîæåò áûòü íå äîñòèãíóòà. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî èñòèííóþ äèàãðàììó íåîáõîäèìî ñòðîèòü ïðè ðàâíîìåðíûõ ïî âûñîòå íàïðÿæåíèÿõ ñæàòèÿ. Ïðè ðàâíîìåðíîé îñàäêå áîêîâàÿ ïîâåðõíîñòü îáðàçöà óâåëè÷èâàåòñÿ âî âñåõ òî÷êàõ ïî âûñîòå îäèíàêîâî, è îáðàçåö îñòàåòñÿ öèëèíäðè÷åñêèì âïëîòü äî ðàçðóøåíèÿ. Òàêèå óñëîâèÿ îáåñïå÷èâàþòñÿ òîëüêî ïðè îòñóòñòâèè òðåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà ìåòàëëà ñ èíñòðóìåíòîì (áîéêîì). Ïðè íàëè÷èè òðåíèÿ ïîâåðõíîñòíûå è öåíòðàëüíûå ñëîè äåôîðìèðóþòñÿ íåîäèíàêîâî, äèàìåòð îáðàçöà ïî âûñîòå ðàçëè÷åí, äåôîðìàöèÿ è íàïðÿæåíèÿ ðàñïðåäåëÿþòñÿ ïî âûñîòå íåðàâíîìåðíî, ïîýòîìó îöåíèâàòü ïëàñòè÷íîñòü â òàêèõ óñëîâèÿõ, ñòðîãî ãîâîðÿ, íåïðàâîìåðíî, õîòÿ ïðèõîäèòñÿ ýòî äåëàòü. Ìîæíî ïðèäóìàòü íåñêîëüêî ñïîñîáîâ ïðèáëèæåíèÿ óñëîâèé îñàäêè îáðàçöà ê ðàâíîìåðíûì. Íàïðèìåð, íà âåðõíåé è íèæíåé ïîâåðõíîñòÿõ îáðàçöà äåëàþò áóðòèêè è äî êðàåâ çàëèâàþò â íèõ ìàñëî (ðèñ. 2.2, à). Óñëîâèÿ òðåíèÿ ïðè îñàäêå áóäóò ïðèáëèæåíû ê ðåæèìó ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî òðåíèÿ, êîýôôèöèåíò òðåíèÿ áóäåò ðåçêî ñíèæåí. Ïðèìåðíî òà æå èäåÿ ëåæèò â îñíîâå ïðèìåíåíèÿ öèëèíäðè÷åñêèõ îáðàçöîâ, èìåþùèõ íà òîðöåâûõ ïî-âåðõíîñòÿõ ìíîãî íåãëóáîêèõ òîðöåâûõ âûòî÷åê â âèäå êîíöåíòðè÷åñêèõ îêðóæíîñòåé, çàïîëíÿåìûõ ïðè îñàäêå ñìàçêîé (ðèñ. 2.2, á). Â.Ï. Ñåâåðäåíêî îñàæèâàë îáðàçöû â óñëîâèÿõ óëüòðàçâóêîâûõ êîëåáàíèé, ðåçêî ñíèæàþùèõ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Âî âñåõ ïðèâåäåííûõ ñëó÷àÿõ ïîâåðõíîñòü áîéêà äîëæíà áûòü ïîëèðîâàííîé. Åñòü ïðèåìû, ïîçâîëÿþùèå êîìïåíñèðîâàòü ñèëû òðåíèÿ íà êîíòàêòå íåêîòîðûìè äîïîëíèòåëüíûìè âíåøíèìè ñèëàìè, íàïðèìåð, ïðè îñàäêå â íàêëîííûõ áîéêàõ (ðèñ. 2.2, â). Íàäî ïîäîáðàòü óãîë íàêëîíà áîéêà òàê, ÷òîáû òàíãåíñ ýòîãî óãëà áûë òî÷íî ðàâåí êîýô39
à)
á)
â)
Ðèñ. 2.2. Ìåòîäû ïîâûøåíèÿ ðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè ïðè îñàäêå îáðàçöîâ à è â âèä ñáîêó; á âèä ñâåðõó
Ðèñ. 2.3. Âèä âûñîêîãî îáðàçöà ñáîêó ïîñëå îñàäêè
ôèöèåíòó òðåíèÿ. Åñòåñòâåííî, òîðöåâûå ïîâåðõíîñòè èñõîäíîãî îáðàçöà äîëæíû áûòü ðàñòî÷åíû ïîä òåì æå óãëîì. Ïðè íàëè÷èè òðåíèÿ íà êîíòàêòå ðàçëè÷àþò âûñîêèå, ñðåäíèå è íèçêèå îáðàçöû. Âûñîêèå îáðàçöû õàðàêòåðèçóþòñÿ òåì, ÷òî ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ñîñðåäîòî÷èâàåòñÿ âáëèçè áîéêîâ, íå ïðîíèêàÿ â öåíòðàëüíûå ñëîè. Íåïîñðåäñòâåííî íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà ìåòàëë ïðèëèïàåò ê áîéêó è èñïûòûâàåò íåçíà÷èòåëüíûå ïëàñòè÷åñêèå äåôîðìàöèè. Ñðàçó ïîä ýòèì òîíêèì ñëîåì ðàñïîëàãàþòñÿ ïðèïîâåðõíîñòíûå ñëîè, â êîòîðûõ ìåòàëë èíòåíñèâíî ðàñòåêàåòñÿ ïî ïåðèôåðèè, óâåëè÷èâàÿ äèàìåòð îáðàçöà. Äàëåå âãëóáü îáðàçöà äåôîðìàöèÿ áûñòðî çàòóõàåò, è íà êàêîé-òî ãëóáèíå íåïîñðåäñòâåííîå âîçäåéñòâèå ñî ñòîðîíû áîêîâ ñòàíîâèòñÿ íåçíà÷èòåëüíûì. Öåíòðàëüíûå ñëîè ìåòàëëà íàõîäÿòñÿ ëèáî â óïðóãîì ñîñòîÿíèè, ëèáî ïëàñòè÷åñêè äåôîðìèðóþòñÿ, íî íå áîéêàìè, à çà ñ÷åò âçàèìîäåéñòâèÿ ñ àêòèâíî äåôîðìèðóåìûìè ïîâåðõíîñòíûìè îáúåìàìè. Áîêîâàÿ ïîâåðõíîñòü îáðàçöà ïðèîáðåòàåò âèä äâîéíîé áî÷êè (ðèñ. 2.3). Òàêîé õàðàêòåð äåôîðìàöèè èìååò ìåñòî íà îáðàçöàõ, âûñîòà êîòîðûõ áîëåå ÷åì â äâà ðàçà ïðåâûøàåò äèàìåòð. Ñëåäóåò ïîä÷åðêíóòü, ÷òî äåôîðìàöèÿ âûñîêîãî îáðàçöà ïîëíîñòüþ õàðàêòåðèçóåòñÿ íåðàâíîìåðíîñòüþ ðàñïðåäåëåíèÿ åå ïî âûñîòå. Ñèëû òðåíèÿ îêàçûâàþò âëèÿíèå íà õàðàêòåð äåôîðìàöèè òîëüêî âáëèçè ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà, è äåôîðìàöèÿ îñíîâíîé ìàññû ìåòàëëà íå áóäåò çàâèñåòü îò ÷èñëåííîãî çíà÷åíèÿ ýòèõ ñèë.  ðåàëüíîì òåõíîëîãè÷åñêîì ïðîöåññå âûñîêèé î÷àã äåôîðìàöèè âñòðå÷àåòñÿ, íàïðèìåð, ïðè êîâêå êðóïíûõ çàãîòîâîê, âàëîâ òóðáèí, ïðîêàòíûõ âàëêîâ è ò. ï. Íà ðèñ. 2.4 ïðèâåäåíà ñõåìà ïîïåðå÷íîé êîâêè êðóïíîãî âàëà. Ïîñêîëüêó äåôîðìàöèÿ ìàëà, òî çîíà ïëàñòè÷åñêèõ äåôîðìàöèé ñîñðåäîòî÷èâàåòñÿ âáëèçè êîíòàêòíûõ ïîâåðõíîñòåé. Íàçîâåì åå çîíîé àêòèâíîé äåôîðìàöèè, ïîñêîëüêó îíà îñóùåñòâëÿåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî áîéêàìè. Ãëóáæå àêòèâíûõ ðàñïîëîæåíû ïàññèâíûå çîíû, êîòîðûå ïîä äåéñòâèåì íàãðóçêè äîëæíû íàõîäèòüñÿ â óïðóãîì ñîñòîÿíèè, íî çà ñ÷åò âçàèìîäåéñòâèÿ ñ àêòèâíûìè çîíàìè äåôîðìèðóþòñÿ ïëàñòè÷åñêè. Àêòèâíûå çîíû, äåôîðìèðóÿñü â ïðîäîëüíîì è ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèÿõ, ïðèíóäèÐèñ. 2.4. Êîâêà êðóïíûõ ñëèòêîâ òåëüíî òÿíóò çà ñîáîé ìåòàëë ïàññèâíûõ çîí.  ïàññèâíûõ 40
çîíàõ âîçíèêàþò äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ ñî ñõåìîé òðåõñòîðîííåãî ðàñòÿæåíèÿ (ïî ìíåíèþ íåêîòîðûõ àâòîðîâ, äâóõñòîðîííåãî ðàñòÿæåíèÿ, ïîñêîëüêó âåðòèêàëüíîå íàïðÿæåíèå îñòàåòñÿ ñæèìàþùèì). Åñëè ïî îñè âàëà âûäåëèòü ýëåìåíòàðíûé êóáèê, òî îí áóäåò íàõîäèòüñÿ ïîä äåéñòâèåì ñóììàðíûõ (îñíîâíûõ è äîïîëíèòåëüíûõ) ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé ïî òðåì (âîçìîæíî, ïî äâóì) îñÿì (ðèñ. 2.5). Ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà ïðè ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèÿõ ðåçêî ïàäàåò, è â öåíòðå âàëà îáðàçóåòñÿ òðåùèíà èëè ïîëîñòü. Êîâêà âàëîâ ñ ìàëûìè îáæàòèÿìè, íå ïðîíèêàþùèìè íà âñþ ãëóáèíó ñå÷åíèÿ, î÷åíü îïàñíà, òàê êàê âíóòðè âàëà ìîãóò ïîÿâèòüñÿ òðåùèíû. ×òîáû óâåëè÷èòü ãëóáèíó ïðîíèêíîâåíèÿ äåôîðìàöèé, íåîáõîäèìû áîëüøèå îáæàòèÿ. Ïîëåçíî èñïîëüçîâàòü ôàñîííûå áîéêè (ðèñ. 2.6), êîòîðûå ñîçäàþò äîïîëíèòåëüíûå ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ è ñïîñîáñòâóþò ïðîíèêíîâåíèþ àêòèâíûõ äåôîðìàöèé â ãëóáèíó ñå÷åíèÿ. Øèðîêî ïðèìåíÿþò òàêæå òàê íàçûâàåìóþ êîâêó ñ ïîäñòóæèâàíèåì. Ïîñëå íàãðåâà ñëèòîê âûäåðæèâàþò äëèòåëüíîå âðåìÿ íà âîçäóõå è íà÷èíàþò êîâàòü òîãäà, êîãäà ïîâåðõíîñòü åãî çíà÷èòåëüíî îñòûíåò. Ïðè êîâêå òàêîãî õîëîäíîãî ñëèòêà ïîâåðõíîñòíûå ñëîè èìåþò áîëåå âûñîêîå ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè è ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ïåðåìåùàåòñÿ â ãîðÿ÷èå âíóòðåííèå ñëîè. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ â ìåòàëëå âñåãäà ïðèñóòñòâóþò ïðè íåðàâíîìåðíîé äåôîðìàöèè ìåòàëëà. Èíòåíñèâíî äåôîðìèðóåìûå îáúåìû âîçäåéñòâóþò íà ìåíåå äåôîðìèðóåìûå, ñîçäàâàÿ â ïîñëåäíèõ ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ, ÷òî âûçûâàåò ïîíèæåíèå ïëàñòè÷íîñòè è îáðàçîâàíèå òðåùèí. Äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ íåæåëàòåëüíû, ïîýòîìó â ïðîöåññàõ ÎÌÄ âñåãäà ñòðåìÿòñÿ ñîçäàâàòü óñëîâèÿ, ïðèáëèæàþùèå äåôîðìàöèþ ê ðàâíîìåðíîé. Âåðíåìñÿ ê îñàäêå öèëèíäðè÷åñêîãî îáðàçöà â òîðöåâîì íàïðàâëåíèè. Ïðè äàëüíåéøåé îñàäêå âûñîêîãî îáðàçöà âûñîòà åãî óìåíüøàåòñÿ, è îí ïåðåõîäèò â ðàçðÿä ñðåäíèõ, õàðàêòåðèçóåìûõ òåì, ÷òî àêòèâíàÿ äåôîðìàöèÿ ïðîíèêàåò íà âñþ òîëùèíó îáðàçöà. Îáðàçöû, äèàìåòð êîòîðûõ áîëüøå èõ òîëùèíû, îêàçûâàþòñÿ â óñëîâèÿõ ïîëíîãî ïðîíèêíîâåíèÿ äåôîðìàöèè íà âñþ ãëóáèíó. Íà ñðåäíèõ îáðàçöàõ íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè ïî âûñîòå ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ ñèëàìè òðåíèÿ íà êîíòàêòå. Íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà äåôîðìàöèÿ ñäåðæèâàåòñÿ
Ðèñ. 2.5. Ñõåìà íàïðÿæåíèé â öåíòðå âàëà ïðè êîâêå ñ ìàëûìè îáæàòèÿìè ñ ïîâîðîòàìè
Ðèñ. 2.6. Êîâêà âàëà â ôàñîííûõ áîéêàõ
41
Ðèñ. 2.7. Ôîðìà ñðåäíåãî îáðàçöà
ñèëàìè òðåíèÿ, à â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ âëèÿíèå ñèë òðåíèÿ îñëàáåâàåò è äåôîðìàöèÿ áîëåå ðàçâèòà. Ïîñëå îñàäêè îáðàçåö áóäåò èìåòü âèä îäèíàðíîé áî÷êè (ðèñ. 2.7). Íà íèçêèõ îáðàçöàõ, ó êîòîðûõ òîëùèíà ìåíüøå 1/8 äèàìåòðà, ïîâåðõíîñòíûå ñèëû òðåíèÿ âîçäåéñòâóþò ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâî íà âñþ ãëóáèíó îáðàçöà, äåôîðìàöèÿ íà ïîâåðõíîñòè è â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ âûðàâíèâàåòñÿ, áî÷êîîáðàçîâàíèå ïî÷òè íå íàáëþäàåòñÿ. 2.2. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå ïðîöåññà îñàäêè
Ñðåäíèé öèëèíäðè÷åñêèé îáðàçåö ñîñòàâèì èç äâóõ ïîëîâèíîê. Íà îäíîé èç íèõ íà âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè íàíåñåì êîîðäèíàòíóþ ñåòêó (ðèñ. 2.8, à). Ïîñëå äåôîðìàöèè ïîñëåäíÿÿ áóäåò èìåòü âèä, ïîêàçàííûé íà ðèñ. 2.8, á. Ïî èñêàæåíèþ ñåòêè áóäåì ñóäèòü îá èíòåíñèâíîñòè äåôîðìàöèè â ðàçëè÷íûõ ÷àñòÿõ îáðàçöà.  ïðèêîíòàêòíûõ ñëîÿõ, à òàêæå â ñëîÿõ, ïðèëåãàþùèõ ê áîêîâîé ïîâåðõíîñòè, äåôîðìàöèÿ ìèíèìàëüíà, çäåñü ñåòêà èñêàæàåòñÿ ìàëî. Íàèáîëüøåé äåôîðìàöèè ïîäâåðãàþòñÿ ó÷àñòêè ìåòàëëà, ðàñïîëîæåííûå â âèäå êðåñòà ïî äèàãîíàëÿì ñå÷åíèÿ. Íà ðèñ. 2.8, â çàøòðèõîâàíà çîíà áîëüøèõ ïëàñòè÷åñêèõ äåôîðìàöèé. Îñîáåííî âåëèêà èíòåíñèâíîñòü äåôîðìàöèè â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ. Íà âûñîêîì îáðàçöå èñêàæåíèå êîîðäèíàòíîé ñåòêè ïîêàçûâàåò, ÷òî ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ íåçíà÷èòåëüíà íà ñàìîé êîíòàêòíîé ïîâåðõíîñòè è â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ. Èíòåíñèâíàÿ äåôîðìàöèÿ ñîñðåäîòî÷èâàåòñÿ â óçêîé çîíå, ðàñïîëîæåííîé íà íåêîòîðîì óäàëåíèè îò ïðèêîíòàêòíûõ ó÷àñòêîâ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 2.8, ã. Íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè ïðè îñàäêå è ÿâëåíèå áî÷êîîáðàçîâàíèÿ íåæåëàòåëüíû ñ ìíîãèõ ïîçèöèé. Îíà âåäåò ê íåîäíîðîäíîé ñòðóêòóðå ìåòàëà)
á)
ã)
â)
Ðèñ. 2.8. Õàðàêòåð äåôîðìàöèè ñðåäíèõ è âûñîêèõ îáðàçöîâ: à êîîðäèíàòíàÿ ñåòêà äî äåôîðìàöèè; á èçìåíåíèå êîîðäèíàòíîé ñåòêè; â çîíû ðàçâèòîé äåôîðìàöèè ïîñëå îñàäêè ñðåäíèõ îáðàçöîâ; ã çîíû ðàçâèòîé äåôîðìàöèè ïîñëå îñàäêè âûñîêèõ îáðàçöîâ
42
ëà è, ñëåäîâàòåëüíî, ê íåðàâíîìåðíîìó ðàñïðåäåëåíèþ ñâîéñòâ ìåòàëëà ïî îáúåìó.  çîíàõ çàòðóäíåííîé äåôîðìàöèè ìîãóò ñîõðàíèòüñÿ ó÷àñòêè ñ íåïðîðàáîòàííîé ëèòîé ñòðóêòóðîé, èìåþùåé ïîíèæåííûå ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà. Áî÷êîîáðàçîâàíèå, à òî÷íåå íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè ïðè îñàäêå, ïðèâîäèò ê ðàçíîé ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà ïî îáúåìó. Íåïîñðåäñòâåííî ïîä áîéêîì ðàñïîëîæåíû ó÷àñòêè, íàõîäÿùèåñÿ â óñëîâèÿõ òðåõñòîðîííåãî ñæàòèÿ, ïîýòîìó ïîÿâëåíèå òðåùèí çäåñü ìàëîâåðîÿòíî. Áîêîâàÿ ïîâåðõíîñòü ñðåäíåãî öèëèíäðè÷åñêîãî îáðàçöà íàõîäèòñÿ â ñîñòîÿíèè ðàñòÿæåíèÿ â òàíãåíöèàëüíîì íàïðàâëåíèè (ïî êàñàòåëüíîé ê îêðóæíîñòÿì, îáðàçóþùèì áîêîâóþ ïîâåðõíîñòü). Çäåñü ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà ïîíèæåíà. Èìåííî â ýòèõ ìåñòàõ ïîÿâëÿþòñÿ ïåðâûå òðåùèíû ïðè îñàäêå ìåòàëëà (ðèñ. 2.9). Òàêèì îáðàçîì, èñïûòàíèå ìåòàëëà íà îñàäêó íå ÿâëÿåòñÿ èñïûòàíèåì â óñëîâèÿõ ñæèìàþùèõ íàãðóçîê, êàê áûëî çàäóìàíî. Òàêîâûì îíî ñòàíîâèòñÿ òîëüêî â óñëîâèÿõ ðàâíîìåðíîãî äåôîðìèðîâàíèÿ. Íî îöåíêà ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà ïî òîé ñòåïåíè äåôîðìàöèè, ïðè êîòîðîé ïîÿâëÿåòñÿ ïåðâàÿ òðåùèíà íà áîêîâîé ïîâåðõíîñòè îñàæèâàåìîãî ñðåäíåãî îáðàçöà, øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ êàê òåõíîëîãè÷åñêàÿ ïðîáà. Îíà äàåò íåêîòîðóþ êîëè÷åñòâåííóþ îöåíêó ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà âî ìíîãèõ ðåàëüíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ. Åñëè ìåòàëë èìååò áîëüøóþ ïëàñòè÷íîñòü, òî òðåùèíû íå ïîÿâëÿþòñÿ äàæå ïðè áîëüøèõ îáæàòèÿõ.  ýòèõ ñëó÷àÿõ óâåëè÷èâàþò äîëþ ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé, ïðèìåíÿÿ äëÿ îñàäêè êðåøåðû öèëèíäðè÷åñêèå îáðàçöû, èìåþùèå íà áîêîâîé ïîâåðõíîñòè ïðîäîëüíûå íàäðåçû (ðèñ. 2.10). Íàäðåçû ÿâëÿþòñÿ êîíöåíòðàòîðàìè ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé, è êðåøåðû ðàçðóøàþòñÿ ïî íàäðåçàì ïðè ìåíüøèõ îáæàòèÿõ, ÷åì ãëàäêèå îáðàçöû.  ðåàëüíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ òðåùèíû ïîÿâëÿþòñÿ èìåííî íà áîêîâîé ïîâåðõíîñòè. ×òîáû ïîâûñèòü ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà â ýòîé îáëàñòè, ïðåäëàãàåòñÿ ìíîãî ðàçëè÷íûõ ïðèåìîâ, ïðåæäå âñåãî, îïèñàííûå âûøå ñïîñîáû ñíèæåíèÿ íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè áóðòèêè, âûòî÷êè, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ôîðìà áîéêîâ. Äëÿ òðóäíîäåôîðìèðóåìûõ ñïëàâîâ øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíî îñàæèâàíèå â îáîéìå. Îáîéìà íàðóæíîå êîëüöî âîêðóã îáðàçöà ñîçäàåò äîïîëíèòåëüíûå ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ ïî áîêîâîé ïîâåðõíîñòè. Ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè îáîéìà òàêæå ïðåäîõðàíÿåò îñíîâíîé ìåòàëë îò îêèñëåíèÿ ïðè íàãðåâå è äåôîðìàöèè, ñïîñîáñòâóåò ñîõðàíåíèþ ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðû ìåòàëëà. à)
Ðèñ. 2.9. Òðåùèíû íà ïîâåðõíîñòè îñàæèâàåìûõ îáðàçöîâ èç ìàëîïëàñòè÷íûõ ñïëàâîâ
á)
Ðèñ. 2.10. Êðåøåðû (öèëèíäðè÷åñêèå îáðàçöû ñ áîêîâûìè íàäðåçàìè) äëÿ îöåíêè ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà: à âèä ñáîêó; á âèä ñâåðõó
43
Ïðè êîâêå êðóïíûõ öèëèíäðè÷åñêèõ çàãîòîâîê ïî ñõåìå, ïðåäñòàâëåííîé ðàíåå (ñì. ðèñ. 2.4), íàðÿäó ñ öåíòðàëüíûìè òðåùèíàìè, î÷åíü îïàñíû òðåùèíû, âîçíèêàþùèå íà áîêîâîé ïîâåðõíîñòè. Ôàñîííûå áîéêè, îïèñàííûå âûøå (ñì. ðèñ. 2.6), ñîçäàþò äîïîëíèòåëüíûå ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ è ñíèæàþò ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ íå òîëüêî â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ, íî è íà áîêîâîé ïîâåðõíîñòè, ïîâûøàÿ ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà. Å.Ï. Óíêñîâó (1955 ã.) âïåðâûå óäàëîñü ýêñïåðèìåíòàëüíî èçó÷èòü õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ ñèë òðåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ïðè îñàäêå. Äëÿ ýòîãî îí (ñîâìåñòíî ñ Â.Ì. Çàâàðöåâîé) ïðèìåíèë áîéêè èç îïòè÷åñêè àêòèâíîãî ìàòåðèàëà, â êîòîðîì ïî õàðàêòåðó âûñâå÷èâàåìûõ â ïîëÿðèçîâàííîì ñâåòå ïîëîñ ìîæíî ðàññ÷èòûâàòü íîðìàëüíûå è êàñàòåëüíûå êîíòàêòíûå íàïðÿæåíèÿ.  çîíå êîíòàêòà àâòîðû âûäåëèëè òðè ó÷àñòêà (ðèñ. 2.11), îòëè÷àþùèåñÿ ñòåïåíüþ ðàçâèòèÿ ñèë òðåíèÿ. Íà ïåðèôåðèéíîì ó÷àñòêå I èìååò ìåñòî ñêîëüæåíèå ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî áîéÐèñ. 2.11. Çîíû êîâ. Çäåñü êîíòàêòíûå êàñàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ èçêîíòàêòíûõ ìåíÿþòñÿ ïî çàêîíó Êóëîíà, ò. å. ïðîïîðöèîíàëüíî íàïðÿæåíèé ïðè íîðìàëüíîìó íàïðÿæåíèþ: ô ê = ìó y . Íîðìàëüíîå íàîñàäêå (âèä ñâåðõó) ïðÿæåíèå âîçðàñòàåò îò ïåðèôåðèè ê öåíòðó ïî ýêñïîíåíöèàëüíîìó çàêîíó. Ýòó çîíó Å.Ï. Óíêñîâ íàçâàë çîíîé ñêîëüæåíèÿ. Öåíòðàëüíàÿ æå ÷àñòü îáðàçöà íàçûâàåòñÿ çîíîé ïðèëèïàíèÿ. Îíà ñîñòîèò èç äâóõ ó÷àñòêîâ. Âáëèçè öåíòðàëüíîé òî÷êè èìååòñÿ ó÷àñòîê III, äèàìåòð êîòîðîãî ïðèìåðíî ðàâåí âûñîòå îáðàçöà, íà êîòîðîì ïåðåìåùåíèå ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî èíñòðóìåíòà ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ îòñóòñòâóåò (íî èìåþò ìåñòî íå òîëüêî óïðóãèå, íî è ïëàñòè÷åñêèå äåôîðìàöèè). Ýòîò ó÷àñòîê çîíû ïðèëèïàíèÿ âûäåëÿþò â ñàìîñòîÿòåëüíóþ çîíó çàñòîÿ, â êîòîðîé êàñàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ ñíèæàþòñÿ ïî ëèíåéíîìó çàêîíó è â öåíòðå îáðàçöà ðàâK x , ãäå r ðàäèóñ ó÷àñòêà çàñòîÿ. Íîðìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ â 2 r öåíòðå îáðàçöà ìàêñèìàëüíû. Îñòàëüíàÿ ÷àñòü çîíû ïðèëèïàíèÿ íàçûâàåòñÿ ó÷àñòêîì òîðìîæåíèÿ (çîíà II). Çäåñü ïåðåìåùåíèÿ ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî èíñòðóìåíòà çíà÷èòåëüíî çàòîðìîæåíû. Ìåòàëë íàõîäèòñÿ â ïëàñòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè, êîíòàêòíûå ñèëû òðåíèÿ
íû íóëþ: ô ê =
K 1,155ó s = , à íîðìàëüíûå íà2 2 ïðÿæåíèÿ ïðîäîëæàþò íàðàñòàòü ïî íàïðàâëåíèþ ê öåíòðó.  çîíå ïðèëèïàíèÿ ìåòàëë ïðàêòè÷åñêè íå ïåðåìåùàåòñÿ îòíîñèòåëüíî áîéêîâ, è ñèëû òðåíèÿ èìåþò äðóãóþ ïðèðîäó, ÷åì â çîíå ñêîëüæåíèÿ.  çîíàõ ñêîëüæåíèÿ èìååò ìåñòî òðåíèå äâèæåíèÿ, à â çîíå ïðèëèïàíèÿ òðåíèå ïîêîÿ. Íà ðèñ. 2.12, à ïðèâåäåíû ýïþðû ðàñïðåäåëåíèÿ êàñàòåëüíûõ è íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà, ïîëó÷åííûå ýêñïåðèìåíòàëüíî. Èçîáðàæåíèå ñèë òðåíèÿ âûøå è íèæå îñè ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ïðè ïåðåõîäå
äîñòèãàþò ñâîåãî ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ ô ê =
44
à) á)
Ðèñ. 2.12. Ýïþðà êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé ïðè îñàäêå (à) è âåêòîðíàÿ äèàãðàììà êîíòàêòíûõ ñèë (á)
÷åðåç öåíòðàëüíóþ òî÷êó ñèëû òðåíèÿ ìåíÿþò íàïðàâëåíèå (çíàê). Ïî êîíòàêòíîé ïëîùàäêå ñèëû òðåíèÿ τ íàïðàâëåíû ê öåíòðàëüíîé òî÷êå, ñîçäàâàÿ äîïîëíèòåëüíûå ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ â ïðèêîíòàêòíûõ ñëîÿõ (ðèñ. 2.12, á). Áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè îñàäêå îáðàçöà, èìåþùåãî äèàìåòð ìåíüøå ïîëîâèíû âûñîòû (âûñîêèå îáðàçöû, R/h < 0,25), çîíà ñêîëüæåíèÿ îòñóòñòâóåò è âñþ êîíòàêòíóþ ïëîùàäêó çàíèìàåò çîíà ïðèëèïàíèÿ (ðèñ. 2.13, à). Òàêîé îáðàçåö íàçûâàåòñÿ âûñîêèì. Íàïîìíèì, ÷òî íà âûñîêîì î÷àãå äåôîðìàöèè íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè îáóñëîâëåíà íåïðîíèêíîâåíèåì ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè íà âñþ âûñîòó îáðàçöà. Íàîáîðîò, ïðè ìàëûõ âûñîòàõ îáðàçöà, êîãäà ðàäèóñ çíà÷èòåëüíî áîëüøå âûñîòû (ïî íåêîòîðûì äàííûì ïðè R/h > 4), çîíà ïðèëèïàíèÿ ïðàêòè÷åñêè âûðîæäàåòñÿ, è ïî âñåé êîíòàêòíîé ïëîùàäêå ãîñïîäñòâóþò çîíû ñêîëüæåíèÿ. Òàêèå îáðàçöû îòíîñÿòñÿ ê ðàçðÿäó íèçêèõ. Íà íèçêèõ îáðàçöàõ íàïðÿæåíèÿ íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå è â äðóãèõ ñå÷åíèÿõ ïî âûñîòå ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâû á) à)
Ðèñ. 2.13. Ýïþðû êàñàòåëüíûõ è íîðìàëüíûõ êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé íà âûñîêîì (à) è íèçêîì (á) î÷àãàõ äåôîðìàöèè 45
à)
á)
Ðèñ. 2.14. Êîîðäèíàòíàÿ ñåòêà ïîñëå äåôîðìàöèè íà íèçêèõ îáðàçöàõ (à) è ýïþðû íàïðÿæåíèé (á)
(ðèñ 2.13, á). Ìîæíî ïðèíÿòü ãèïîòåçó ïëîñêèõ ñå÷åíèé, ñîãëàñíî êîòîðîé íàïðÿæåíèÿ è äåôîðìàöèè ïî âûñîòå íåèçìåííû è êâàäðàòíàÿ ñåòêà äî äåôîðìàöèè îñòàåòñÿ ïðÿìîóãîëüíîé ïîñëå äåôîðìàöèè (ðèñ. 2.14). Íà ñðåäíèõ îáðàçöàõ, ðàñïîëàãàþùèõñÿ â èíòåðâàëå 4 > R/h > 1/4, äåôîðìàöèÿ ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà âñþ âûñîòó.  öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ îíà ïðîòåêàåò áîëåå èíòåíñèâíî, ÷åì â ïðèêîíòàêòíûõ. Íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèé ïî âûñîòå íå ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ãèïîòåçó ïëîñêèõ ñå÷åíèé. Ïðè ýòîì íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå ðàçâèòû îáå çîíû ñêîëüæåíèÿ è ïðèëèïàíèÿ. Ñðåäíèé îáðàçåö ïðèâåäåí ðàíåå (ñì. ðèñ. 2.12). Ñëåäóåò ïîä÷åðêíóòü, ÷òî â îñíîâå ðàçäåëåíèÿ îáðàçöîâ íà âûñîêèå, ñðåäíèå è íèçêèå ëåæàò íå èõ ãåîìåòðè÷åñêèå ðàçìåðû, íå îòíîøåíèå R/h, à õàðàêòåð äåôîðìàöèè è âëèÿíèÿ ñèë òðåíèÿ íà äåôîðìàöèþ. Ãåîìåòðè÷åñêè òî÷íîé ãðàíèöû ðàçäåëåíèÿ âûñîêèõ, ñðåäíèõ è íèçêèõ îáðàçöîâ íå ñóùåñòâóåò, è ïðèâåäåííûå âûøå çíà÷åíèÿ R/h ÿâëÿþòñÿ óñëîâíûìè. Íåêîòîðûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî â èíòåðâàëå 1/4 < R/h < 1 åùå âåëèêà ðîëü íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè, à ïðè R/h > 2 íå âñåãäà ìîæíî ïðåíåáðåãàòü çîíàìè ïðèëèïàíèÿ. Íåîáõîäèìî ó÷åñòü òàêæå, ÷òî â ïðîöåññå îñàäêè ïðîèñõîäèò ñìåíà î÷àãîâ äåôîðìàöèè. Òàê, â íà÷àëüíûé ìîìåíò îñàäêè âîçìîæåí âûñîêèé îáðàçåö, à ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ âûñîòû îí ïåðåõîäèò â ðàçðÿä ñðåäíèõ, à çàòåì è íèçêèõ. Ðàññìîòðåííàÿ âûøå êàðòèíà ðàñïðåäåëåíèÿ ñèë òðåíèÿ íà ñðåäíåì îáðàçöå íàáëþäàåòñÿ â òîíêîì ïðèêîíòàêòíîì ñëîå ìåòàëëà. Ïî ìåðå ïðîäâèæåíèÿ âíóòðü ìåòàëëà ïðîòÿæåííîñòü çîíû ïðèëèïàíèÿ (òî÷íåå, çîíû çàòðóäíåííîé äåôîðìàöèè) óìåíüøàåòñÿ (ðèñ. 2.15). Ýòà çîíà èìååò âèä êîíóñà ñ âåðøèíîé íà îñè îáðàçöà è îñíîâàíèåì íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå.  öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ çîíà ïðèëèïàíèÿ âûðîæäàåòñÿ â îñåâóþ ëèíèþ. ×òîáû ïîíÿòü õàðàêòåð ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè â çîíå ïðèëèïàíèÿ, ðàññìîòðèì ýëåìåíòàðíûé êóáèê â Ðèñ. 2.15. Õàðàêòåð ñðåäíåé ÷àñòè ïî îñè y. Ïîíÿòíî, ÷òî îí íå ìîæåò ïåðåçàòóõàíèÿ çîí ìåùàòüñÿ îòíîñèòåëüíî èíñòðóìåíòà, íî âûñîòíàÿ è ïðèëèïàíèÿ ïî ðàäèàëüíàÿ äåôîðìàöèè åãî ìîãóò áûòü âåñüìà çíà÷èâûñîòå òåëüíûìè. Çäåñü ïðîòåêàåò íå òîëüêî óïðóãàÿ, íî è ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ðàçíîé èíòåíñèâíîñòè, õîòÿ ïåðåìåùåíèå ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî èíñòðóìåíòà íåçíà÷èòåëüíî èëè îòñóòñòâóåò. Èìåþòñÿ èññëåäîâàíèÿ, èíà÷å ïðåäñòàâëÿþùèå êàðòèíó òå÷åíèÿ ìåòàëëà ïðè îñàäêå. Èõ àâòîðû ñ÷èòàþò, ÷òî ïðè íà÷àëüíîé îñàäêå çîíà ïðèëèïàíèÿ 46
âñåãäà ïðîñòèðàåòñÿ íà âñþ êîíòàêòíóþ ïëîùàäü.  ýòîé çîíå åñòü òðåíèå ïîêîÿ, êîòîðîå èìååò ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå. Âãëóáü ñå÷åíèÿ çîíà ïðèëèïàíèÿ ïðîñòèðàåòñÿ â âèäå êîíóñà, äåôîðìàöèè â êîòîðîì ìîãóò áûòü òîëüêî óïðóãèìè. Ýòîò êîíóñ ÿâëÿåòñÿ ñâîåîáðàçíûì ïðîäîëæåíèåì èíñòðóìåíòà, âíåäðÿåìîãî â äåôîðìèðóåìûå îáúåìû ìåòàëëà. Ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ âûñîòû îáðàçöà óâåëè÷èâàåòñÿ äèàìåòð êîíòàêòíîé ïëîùàäêè, è ïðèìåðíî ïðè èõ ðàâåíñòâå çîíà ïðèëèïàíèÿ ïåðåñòàåò óâåëè÷èâàòüñÿ. Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå ïëîùàäè êîíòàêòà ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò âûõîäà áîêîâîé ïîâåðõíîñòè îáðàçöà â çîíó êîíòàêòà. Ýòè îáúåìû ìåòàëëà ñêîëüçÿò îòíîñèòåëüíî ïîâåðõíîñòè èíñòðóìåíòà, ñîçäàâàÿ çîíû ñêîëüæåíèÿ.  çîíå ñêîëüæåíèÿ äåéñòâóåò òðåíèå äâèæåíèÿ, èìåþùåå ìåíüøåå çíà÷åíèå, ÷åì òðåíèå ïîêîÿ. Îäíàêî èññëåäîâàíèÿ, âñêðûâàþùèå ìåõàíèçì ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè â çîíàõ ñêîëüæåíèÿ è ïðèëèïàíèÿ, îïðîâåðãàþò îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ ïðèâåäåííûõ ïðåäñòàâëåíèé. 2.3. Òåîðåòè÷åñêèé àíàëèç íàïðÿæåíèé ïðè îñàäêå Äëÿ îïèñàíèÿ ñèëîâîé êàðòèíû ïðîöåññà îñàäêè ïðèìåì ãèïîòåçó ïëîñêèõ ñå÷åíèé. Ñîãëàñíî ýòîé ãèïîòåçå äåôîðìàöèè íåèçìåííû âî âñåõ ñëîÿõ ïî âûñîòå îáðàçöà. Ñëåäîâàòåëüíî, çîíû ñêîëüæåíèÿ, òîðìîæåíèÿ è çàñòîÿ òàêæå ïðîñòèðàþòñÿ ïî âñåé âûñîòå. Íàïðÿæåíèÿ ïî âûñîòå èìåþò ïîñòîÿííûå çíà÷åíèÿ, ðàâíûå êîíòàêòíûì. Âûõîä áîêîâîãî ìåòàëëà íà êîíòàêòíóþ ïëîùàäêó îòñóòñòâóåò, è îíà óâåëè÷èâàåòñÿ îäèíàêîâî ïî âñåé âûñîòå îáðàçöà. Êàê âèäíî, ãèïîòåçà ïëîñêèõ ñå÷åíèé ãðóáî èñêàæàåò êàðòèíó äåôîðìàöèè îáðàçöà. Îäíàêî ïðè ïðàâèëüíîì çàäàíèè ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòå îíà ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòàòü äàâëåíèå ìåòàëëà íà áîéêè, ïîñêîëüêó äàâëåíèå ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ ñèëàìè òðåíèÿ. Êîíå÷íî, ðå÷ü èäåò òîëüêî î ñðåäíèõ è íèçêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè, òàê êàê ïðè âûñîêèõ, íàîáîðîò, âñå, â òîì ÷èñëå ñèëîâûå, ïàðàìåòðû, îïðåäåëÿþòñÿ õàðàêòåðîì ðàñïðåäåëåíèÿ äåôîðìàöèè ïî îáúåìó. Íà âûñîêèõ î÷àãàõ ãèïîòåçà ïëîñêèõ ñå÷åíèé íåïðèìåíèìà äàæå äëÿ îïèñàíèÿ ñèëîâîé êàðòèíû. Ðàññìîòðèì â òàêîé ïîñòàíîâêå çàäà÷ó îá îñàäêå ïàðàëëåëåïèïåäà, èìåþùåãî âûñîòó h, øèðèíó b è î÷åíü áîëüøóþ äëèíó l. Ïðè áîëüøîé äëèíå ìîæíî âûäåëèòü ñðåäíþþ ÷àñòü îáðàçöà è ñ÷èòàòü, ÷òî â ýòîé ÷àñòè â íàïðàâëåíèè äëèíû äåôîðìàöèè ðàâíû íóëþ, ìåòàëë íàõîäèòñÿ â óñëîâèÿõ ïëîñêîé äåôîðìàöèè. Äëÿ îïèñàíèÿ íàïðÿæåíèé äîñòàòî÷íî ðàññìîòðåòü îäíó ïëîñêîñòü îáðàçöà ñ ðàçìåðàìè h è b. Âûäåëèì ýëåìåíò h½dx (ðèñ. 2.16) ïðîòÿæåííîñòüþ dx è ñïðîåöèðóåì íà îñü õ âñå ñèëû, äåéñòâóþùèå íà ýëåìåíò. Ïîëó÷èì óðàâíåíèå ðàâíîâåñèÿ ñèë: −ó x h + (ó x d ó x )h − 2 ô ê dx = 0 .
Ïîñëå óïðîùåíèé ïîëó÷èì
Ðèñ. 2.16. Ðàâíîâåñèå ñèë ïðè îñàäêå 47
dó x 2 ô ê + = 0. dx h
Óñëîâèå ïëàñòè÷åñêîãî òå÷åíèÿ èìååò âèä: óx − óy = Ê .
Ê ýòèì óðàâíåíèÿì ñëåäóåò äîáàâèòü óñëîâèå òðåíèÿ ô ê = f (ó y ) îòäåëüíî äëÿ çîíû ñêîëüæåíèÿ, òîðìîæåíèÿ è çàñòîÿ. Çîíà ñêîëüæåíèÿ Ïðîäèôôåðåíöèðóåì óñëîâèå ïëàñòè÷íîñòè, ïîëó÷èì d óx dóy = . dx dx
Ïîäñòàâèì ýòî âûðàæåíèå, à òàêæå çàêîí òðåíèÿ ô ê = µσy â óðàâíåíèå ðàâíîâåñèÿ: d óy σy
= −2ì
dx . h
Ïîñëå èíòåãðèðîâàíèÿ ïîëó÷èì ó y = Ce
−
2ì x h
.
Ïðè õ = b/2 σ x = 0 (íà áîêîâîé ïîâåðõíîñòè), è ïî óñëîâèþ ïëàñòè÷íîñòè σ y = −K , ïîýòîìó íàõîäèì ïîñòîÿííóþ èíòåãðèðîâàíèÿ:
Ñ = −Ke Òàêèì îáðàçîì, â çîíå ñêîëüæåíèÿ ó y = −Ke
2ì b −x h 2
ì ⋅b h
. 2ì b −x
è ôê = −ìKe h 2
.
Íîðìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ èçìåíÿþòñÿ ïî ýêñïîíåíöèàëüíîìó çàêîíó, êàê è íà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ýïþðàõ (ñì. ðèñ. 2.12 è 2.13). Çîíà òîðìîæåíèÿ Òàê êàê â âûäåëåííîì ýëåìåíòå ñèëû òðåíèÿ íàïðàâëåíû â îòðèöàòåëüíîì íàïðàâëåíèè ïî îñè õ, òî ïîäñòàâèì â óðàâíåíèå ðàâíîâåñèÿ çàêîí òðåíèÿ â âèäå ôê = −
Ïîëó÷èì dó y = +K Îòñþäà ó y = K
48
dx . h
x +C . h
K . 2
 òî÷êå x = xñ íà ãðàíèöå çîí ñêîëüæåíèÿ è òîðìîæåíèÿ (ñì. ðèñ. 2.12) äîëæíû áûòü îäèíàêîâûìè íîðìàëüíûå è êàñàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ. Èç ðàâåíñòâà íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé 2ì b
− xñ xñ + C = −Ke h 2 h
K
íàõîäèì êîíñòàíòó Ñ. Ïîëó÷àåì 2ì b
σy = −
− xñ K ( xñ − x ) − Ke h 2 . h
(2.1)
Èç ðàâåíñòâà êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé èìååì −ìKe
2ì b − xñ h 2
=−
K . 2
(2.2)
Ïîäñòàâèâ â (2.1), ïîëó÷àåì îêîí÷àòåëüíîå âûðàæåíèå: óy = −
K K (x ñ − x ) − . h 2ì
Ïðîëîãàðèôìèðóåì ðàâåíñòâî (2.2): 2ì h
Îáîçíà÷èâ ôóíêöèþ îò µ êàê
b − x ñ = − ln 2ì . 2
ln2ì = ϕ , ïîëó÷èì âûðàæåíèå äëÿ îïðåäåëåíèÿ 2ì
èñêîìîé êîîðäèíàòû xñ : xñ b = − ϕ. 2h h
 çîíå òîðìîæåíèÿ íîðìàëüíîå äàâëåíèå íà áîéêè íàðàñòàåò ïî ëèíåéíîìó çàêîíó, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ó÷àñòêó òîðìîæåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîé ýïþðû (ñì. ðèñ. 2.12). Çîíà çàñòîÿ Ïîäñòàâëÿÿ ô ê = −
K x â óðàâíåíèå ðàâíîâåñèÿ (ñî çíàêîì ìèíóñ), èìååì 2 r dó y = + K
x h2
dx ,
îòêóäà ó y = +K
x2 2h 2
+ C.
49
Êîíñòàíòó Ñ íàõîäèì èç óñëîâèÿ ðàâåíñòâà íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé íà ñòûêå çîí çàñòîÿ è òîðìîæåíèÿ ïðè x = h/2 (äèàìåòð çîíû çàñòîÿ, êàê óêàçûâàëîñü ðàíåå, ïðèìåðíî ðàâåí h): Ñ = −K
r2 2h
2
−
K K . (x ñ − r ) − h 2ì
2.4. Ñèëà îñàäêè Äàâëåíèå ìåòàëëà íà áîéêè σ y â êðàéíèõ òî÷êàõ êîíòàêòíîé ïëîùàäêè ðàâíî ïðåäåëó òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà Ê, à çàòåì íàðàñòàåò ê ñåðåäèíå è ìîæåò çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàòü ïðåäåë òåêó÷åñòè. Ýïþðà äàâëåíèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èçìåíåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè ìåòàëëà ïî êîíòàêòíîé ïëîùàäêå. Íà ýòîì ïðèìåðå óäîáíî ïðîäåìîíñòðèðîâàòü ðàçëè÷èå òåðìèíîâ ïðåäåë òåêó÷åñòè è ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè. Ïðåäåë òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà ïîëó÷àåòñÿ â óñëîâèÿõ ðàâíîìåðíîé äåôîðìàöèè îáðàçöà, ò. å. ïðè îòñóòñòâèè ñèë òðåíèÿ. Åñëè ïðè îñàäêå èñêëþ÷èòü òðåíèå íà êîíòàêòå, òî ïðåäñòàâëåííàÿ âûøå ýïþðà íàïðÿæåíèé σ y ïðåâðàòèòñÿ â ãîðèçîíòàëüíóþ ëèíèþ, è ïî âñåé ïëîùàäè êîíòàêòà äàâëåíèå áóäåò ðàâíî ïðåäåëó òåêó÷åñòè Ê (ðèñ 2.17, à, øòðèõîâàÿ ëèíèÿ). Ñ ðîñòîì ñèë òðåíèÿ êóïîë ýïþðû óâåëè÷èâàåòñÿ.  êàæäîé òî÷êå ýòîé êðèâîé íîðìàëüíîå íàïðÿæåíèå σ y òàêæå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íåêîòîðûé ïðåäåë òåêó÷åñòè â òîì ñìûñëå, ÷òî ïðè òàêîì, à íå ìåíüøåì, íàïðÿæåíèè ìåòàëë ïåðåõîäèò èç óïðóãîãî ñîñòîÿíèÿ â ïëàñòè÷åñêîå. Íî ýòî íàïðÿæåíèå íàçûâàåòñÿ ñîïðîòèâëåíèåì äåôîðìàöèè. Òàêèì îáðàçîì, ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè õàðàêòåðèçóåòñÿ íàïðÿæåíèåì, ïðè êîòîðîì ìåòàëë íà÷èíàåò ïëàñòè÷åñêè äåôîðìèðîâàòüñÿ â ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ, â äàííîì ñëó÷àå ïðè íàëè÷èè ñèë òðåíèÿ. Íà âûñîêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè îòëè÷àåòñÿ îò ïðåäåëà òåêó÷åñòè èç-çà íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè ïî âûñîòå. Òàê êàê äàâëåíèå ìåòàëëà íà èíñòðóìåíò ïðè îñàäêå ïåðåìåííî è èçìåíÿåòñÿ ñëîæíî, òî äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ çàäà÷ èñïîëüçóåòñÿ ñðåäíåå äàâëåíèå ðñð, êîòîðîå âû÷èñëÿåòñÿ ïóòåì óñðåäíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ σ y ïî øèðèíå ïëîùàäè êîíòàêòà b: à)
á)
Ðèñ. 2.17. Âëèÿíèå ñèë òðåíèÿ íà ýïþðó íîðìàëüíûõ äàâëåíèé (à) è îïðåäåëåíèå ñðåäíåãî äàâëåíèÿ (á) 50
ðñð =
1 ó y dx b∫
(â îáùåì ñëó÷àå èíòåãðèðîâàíèå è óñðåäíåíèå íàäî âåñòè ïî âñåé ïëîùàäè êîíòàêòà, íî ïðè ïëîñêîé äåôîðìàöèè ïðèíÿëè l = 1). Íà ðèñ 2.17, á ïðåäñòàâëåíà óñðåäíåííàÿ ýïþðà ðñð. Âèäíî, ÷òî ñðåäíåå äàâëåíèå ïðåâûøàåò ïðåäåë òåêó÷åñòè, è ýòî ïðåâûøåíèå ìîæíî îöåíèòü êîýôôèöèåíòîì ïîäïîðà, ó÷èòûâàþùèì âëèÿíèå êîíòàêòíûõ ñèë òðåíèÿ: nó =
pñð K
.
Åñòåñòâåííî, ïðè îòñóòñòâèè ñèë òðåíèÿ nσ = 1, à ïî ìåðå ðîñòà ñèë òðåíèÿ nσ âîçðàñòàåò. Ïîëíàÿ ñèëà, äåéñòâóþùàÿ íà áîåê: Ð = ðñð bl.
Ãëàâà 3 Î×Àà ÄÅÔÎÐÌÀÖÈÈ ÏÐÈ ÏÐÎÄÎËÜÍÎÉ ÏÐÎÊÀÒÊÅ 3.1. Ïîêàçàòåëè äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî òåõíîëîãè÷åñêèõ ñõåì ïðîêàòêè. Âíà÷àëå ðàññìîòðèì ïðîñòåéøóþ èç íèõ ïðîäîëüíóþ ïðîêàòêó â äâóõ öèëèíäðè÷åñêèõ âàëêàõ îäèíàêîâîãî äèàìåòðà D, ïðåäñòàâëåííóþ íà ðèñ. 3.1. Ïðÿìîóãîëüíûé îáðàçåö âûñîòîé, øèðèíîé è äëèíîé, ñîîòâåòñòâåííî, h0, b0, l0 ïîñëå ïðîêàòêè ïðèîáðåòàåò ðàçìåðû h1, b1, l1. Ðàçíîñòü âûñîò ∆h = h0 − h1 íàçûâàåòñÿ àáñîëþòíûì îáæàòèåì, ðàçíîñòü øèðèí ∆b = b1 − b0 àáñîëþòíûì óøèðåíèåì è ðàçíîñòü äëèí ∆l = l1 − l0 àáñîëþòíûì óäëèíåíèåì. Ìåòàëë, íàõîäÿùèéñÿ â çîíå âîçäåéñòâèÿ âàëêîâ, íàçûâàåòñÿ î÷àãîì äåôîðìàöèè. Ðàçëè÷àþò ãåîìåòðè÷åñêèé î÷àã äåôîðìàöèè, íàõîäÿùèéñÿ ìåæäó äâóìÿ äóãàìè êîíòàêòà À è ïëîñêîñòÿìè âõîäà è âûõîäà ìåòàëëà èç âàëêîâ (ñì. ðèñ. 3.1, çàøòðèõîâàííóþ ÷àñòü), è ôàêòè÷åñêèé î÷àã äåôîðìàöèè, â êîòîðîì ìåòàëë íàõîäèòñÿ â ïëàñòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè. Ôàêòè÷åñêèé î÷àã, êàê ïðàâèëî, áîëüøå ãåîìåòðè÷åñêîãî, òàê êàê íàïðÿæåíèÿ â íåêîòîðûõ ÷àñòÿõ ìåòàëëà äî ïëîñêîñòè âõîäà è Ðèñ. 3.1. Î÷àã äåôîðìàöèè ïðè ïîñëå ïëîñêîñòè âûõîäà òàêæå ïðåâûøàþò ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà. Òî÷íûå ãðàíèöû 51
ôàêòè÷åñêîãî î÷àãà îïèñàòü ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíî. Çà åãî ïðåäåëàìè íàõîäÿòñÿ çîíû, â êîòîðûõ äåéñòâóþò òîëüêî óïðóãèå äåôîðìàöèè. Îäíàêî À.È. Öåëèêîâ ïðåäëàãàåò âêëþ÷èòü óïðóãèå çîíû òàêæå â ñîñòàâ ôàêòè÷åñêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè è íàçûâàåò ïëàñòè÷åñêóþ è óïðóãóþ çîíû çà ïðåäåëàìè ãåîìåòðè÷åñêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè âíåøíèìè çîíàìè î÷àãà äåôîðìàöèè. Ïî òåðìèíîëîãèè È.Ì. Ïàâëîâà âñå, ÷òî íàõîäèòñÿ çà ïðåäåëàìè ôàêòè÷åñêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè, ò. å. çîíû ñ óïðóãèìè äåôîðìàöèÿìè, ýòî æåñòêèå êîíöû. Îí âïåðâûå ïîêàçàë, ÷òî âíåøíèå çîíû è æåñòêèå êîíöû îêàçûâàþò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà õàðàêòåð äåôîðìàöèè ìåòàëëà â ñàìîì î÷àãå äåôîðìàöèè. Äóãà êîíòàêòà AB íàçûâàåòñÿ äóãîé çàõâàòà. Ñîîòâåòñòâåííî, öåíòðàëüíûé óãîë, îïèðàþùèéñÿ íà äóãó çàõâàòà, íàçûâàåòñÿ óãëîì çàõâàòà α . Èç ãåîìåòðèè î÷àãà äåôîðìàöèè ñëåäóåò cos α = 1 −
Äh . D
Òàê êàê 1 − cos α = 2 sin 2 (α / 2) è ïðè íåáîëüøèõ óãëàõ çàõâàòà (äî 15°) sin α = α , Äh , ãäå R ðàäèóñ âàëêà. R Äëèíà äóãè çàõâàòà ÀÂ, äëèíà õîðäû À è åå ãîðèçîíòàëüíàÿ ïðîåêöèÿ l (äëèíà î÷àãà äåôîðìàöèè) ïðèìåðíî ðàâíû, ïîýòîìó ïðè l = R α , òî ìîæíî çàïèñàòü îñíîâíóþ ôîðìóëó äëÿ ðàñ÷åòà äëèíû î÷àãà äåôîðìàöèè â âèäå
òî α ≈
l = R ⋅ ∆h .
Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå èñïîëüçóþòñÿ òðè ãðóïïû ïîêàçàòåëåé: îòíîñèòåëüíîå îáæàòèå, îòíîñèòåëüíîå óøèðåíèå è îòíîñèòåëüíîå óäëèíåíèå, ñîîòâåòñòâåííî, åh =
Äh Äb Äl , åb = è ål = ; h0 b0 l0
êîýôôèöèåíòû âûñîòíîé äåôîðìàöèè, óøèðåíèÿ è âûòÿæêè, b1 1 h0 l = , â= è ë= 1 ; b0 ç h1 l0
ëîãàðèôìè÷åñêèå ïîêàçàòåëè âûñîòíîé äåôîðìàöèè ln
h 1 = ln 0 , h1 ç
óøèðåíèÿ ln â = ln
52
b1 , b0
âûòÿæêè l1 . l0 Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè óøèðåíèÿ ïðèìåíÿåòñÿ òàêæå ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ ln λ = ln
∆b . ∆h
Åñëè ëîãàðèôìû ðàçëîæèòü â ðÿä è îòáðîñèòü âñå ÷ëåíû, íà÷èíàÿ ñ òðåòüåãî, êàê ìàëûå, ÷òî ñïðàâåäëèâî ïðè îáæàòèÿõ ∆h/h0 < 0,15 , òî ëîãàðèôìè÷åñêèå ïîêàçàòåëè äåôîðìàöèè ñîâïàäóò ñ îòíîñèòåëüíûìè äåôîðìàöèÿìè. Èç óñëîâèÿ ïîñòîÿíñòâà îáúåìà h0 b0 l 0 =1 h1b1l1
ïîëó÷àåì ln
l b h0 = ln 1 + ln 1 . h1 l0 b0
Åñëè êàæäûé ÷ëåí ýòîãî ðàâåíñòâà óìíîæèì íà îáúåì V, òî, êàê ïðè îñàäêå, ïîëó÷èì ñìåùåííûå îáúåìû ìåòàëëà: V h = ln
h0 l b , Vb = ln 1 , V l = ln 1 è V h = V b + V l . h1 l0 b0
Ñìåùåííûé ïî âûñîòå ìåòàëë ðàñïðåäåëÿåòñÿ íà ïîïåðå÷íûé â íàïðàâëåíèè øèðèíû è ïðîäîëüíûé ïî äëèíå. Íà ðèñ. 3.2, à ïðèâåäåí âèä ñ òîðöà ïðÿìîóãîëüíîãî îáðàçöà äî è ïîñëå äåôîðìàöèè, íà êîòîðîì ïîêàçàíû âûñîòíàÿ Fh è ïîïåðå÷íàÿ Fb ñìåùåííûå ïëîùàäè. Åñëè èõ óìíîæèòü íà òðåòèé ðàçìåð l, ïîëó÷àòñÿ ñìåùåííûå îáúåìû Vh è Vb. Ïðè ïåðåìåííûõ ïî øèðèíå âûñîòàõ îáðàçöà, íàïðèìåð, ïðè ïðîêàòêå ôàñîííîé (îâàëüíîé) ïîëîñû, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 3.2, á, ñìåùåííûå ïëîùàäè (è ñìåùåííûå îáúåìû) íàãëÿäíåå, ÷åì îòíîñèòåëüíûå èëè ëîãàðèôìè÷åñêèå ïîêàçàòåëè, õàðàêòåðèçóþò äåôîðìàöèþ ìåòàëëà. Äîëÿ ñìåùåííîãî îáúåìà ïî âûñîòå, èäóùàÿ íà óøèðåíèå, à)
á)
Ðèñ. 3.2. Ñìåùåííûå îáúåìû ïî âûñîòå è øèðèíå ïðè ïðîêàòêå ãëàäêîé (à) è ôàñîííîé (á) ïîëîñû 53
V À= b = Vh
b1 b0 h ln 0 h1 ln
áóäåò õàðàêòåðèñòèêîé óøèðåíèÿ ìåòàëëà. Ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ À èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ 0 ≤ A ≤ 1. Ïðè À = 0 óøèðåíèå îòñóòñòâóåò, î÷àã äåôîðìàöèè ñòàíîâèòñÿ ïëîñêèì, òàê êàê ìåòàëë äåôîðìèðóåòñÿ òîëüêî â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè. Ïðè À = 1, íàîáîðîò, óäëèíåíèå îòñóòñòâóåò, è âåñü ìåòàëë óñòðåìëÿåòñÿ â øèðèíó, õîòÿ òàêîé ñëó÷àé ïðè ïðîêàòêå íåâîçìîæåí. Äîëÿ ìåòàëëà, ñìåùàåìàÿ â íàïðàâëåíèè äëèíû, áóäåò õàðàêòåðèçîâàòüñÿ ïîêàçàòåëåì 1 À. ×àùå âñåãî â êà÷åñòâå õàðàêòåðèñòèêè âûñîòíîé äåôîðìàöèè èñïîëüçóþò ïîêàçàòåëè ε = ∆h/h0 èëè ε = ln(h0 /h1 ) , à äëÿ óøèðåíèÿ ïðèìåíÿþò ïîêàçàòåëü ∆b . Äëÿ îöåíêè äåôîðìàöèè â íàïðàâëåíèè äëèíû èñïîëüçó∆h þò ïîêàçàòåëü âûòÿæêè λ èëè ln λ .  ÷èñëî ïîêàçàòåëåé äåôîðìàöèè âõîäèò ñêîðîñòü äåôîðìàöèè. Ñêîðîñòü äåôîðìàöèè ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà â ëþáîì íàïðàâëåíèè, íî ïðè ïðîêàòêå ïîä ñêîðîñòüþ äåôîðìàöèè u ïîäðàçóìåâàþò ñêîðîñòü âûñîòíîé äåôîðìàöèè. Ñêîðîñòüþ äåôîðìàöèè íàçûâàåòñÿ èçìåíåíèå ñòåïåíè äåôîðìàöèè â åäèíèöó âðåìåíè:
À èëè îòíîøåíèå
u=
då , 1/ñ. dt
dl dl , à òàê êàê = C ñêîðîñòü ïåðåìåùål dt íèÿ çàõâàòîâ ðàñòÿæíîé ìàøèíû, ì/ñ, òî
Ïðè ðàñòÿæåíèè îáðàçöà d å =
u=
C . l
Çäåñü l âåëè÷èíà ïåðåìåííàÿ, èçìåíÿþùàÿñÿ îò l0 äî l1. Íî åå ìîæíî âïîëíå ñ÷èòàòü ïîñòîÿííûé è ðàâíîé ñðåäíåìó çíà÷åíèþ. Ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü äåôîðìàöèè ïîëó÷àåòñÿ ïðè l = 0,5(l0 + l1). dh ñèëüíî èçìåíÿåòñÿ h ïî äëèíå î÷àãà äåôîðìàöèè, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 3.3, ïîýòîìó ïî òàêîìó æå çàêîíó áóäåò èçìåíÿòüñÿ ñêîðîñòü äåôîðìàöèè u. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ðåçóëüòàòû èñïûòàíèÿ ìåòàëëà íà ðàñòÿæíîé ìàøèíå ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ ðàñòÿæåíèÿ íåëüçÿ èñïîëüçîâàòü äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå. Íåîáõîäèìî èìåòü ðàñòÿæíóþ ìàøèíó (ïëàñòîìåòð), íà êîòîðîé ñêîðîñòü äåôîðìàöèè èçìåíÿåòñÿ ïî òðåáóåìîìó çàêîíó. Íà ïëàñòîìåòðå óïðàâëÿþò ñêîðîñòüþ ðàñòÿæåíèÿ ñ ïîìîùüþ ôàñîííîãî êóëà÷êà. Ñóùåñòâóþò áîëåå ñîâåðøåííûå ðàñòÿæíûå ìàøèíû òèïà Instron ñ ýëåêòðîííûì áëîêîì ðåãóëèðîâêè ñêîðîñòè ðàñòÿæåíèÿ.
Ïðè ïðîêàòêå ñòåïåíü âûñîòíîé äåôîðìàöèè då =
54
Ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü äåôîðìàöèè çà ïåðèîä ïðîõîæäåíèÿ ìåòàëëîì âñåãî î÷àãà äåôîðìàöèè
u=
d å dh 1 . = dt dt h
Ïåðåìåííóþ âûñîòó ìîæíî óñðåäíèòü: dh 2dt ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ëèíåéíóþ ñêîðîñòü îáæàòèÿ, ò. å. ñêîðîñòü Ñh ïåðåìåùåíèÿ âàëêîâ â íàïðàâëåíèè îáæàòèÿ. Îíà ïåðåìåíÐèñ. 3.3. Èçìåíåíèå ñòåïåíè è íà ïî î÷àãó äåôîðìàöèè, íî åå ìîæíî ñêîðîñòè äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå óñðåäíèòü, ïðèíÿâ ðàâíîé çíà÷åíèþ, ñîîòâåòñòâóþùåìó ïîëîâèíå óãëà çàõâàòà α / 2 . Âûðàçèì åå ÷åðåç îêðóæíóþ ñêîðîñòü âàëêîâ Ñ: h = 0,5(h0 + h1 ) = hcð . Ïðîèçâîäíàÿ
Ñ h = C sin
α Ñα . = 2 2
Òàê êàê äëèíà äóãè çàõâàòà l = R α, òî ïîëó÷èì ôîðìóëó: u=
Ïðè l =
∆h ⋅ R è å cp =
2Ñ h Cl Cl 2 = = . h Rhcp Rlhcp
Äh ïîëó÷èì îêîí÷àòåëüíî ôîðìóëó Öåëèêîâà, øèðîhcp
êî ïðèìåíÿåìóþ äëÿ ðàñ÷åòà ñðåäíåé ñêîðîñòè äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå:
u=
Cå cp l
.
Ìîæíî óñðåäíèòü ñêîðîñòü äåôîðìàöèè èíà÷å. Çàïèøåì èñõîäíîå âûðàæåíèå äëÿ ñêîðîñòè äåôîðìàöèè â ñëåäóþùåì âèäå: u= hj
d å dh 1 = . dt h dt
∫
h dh = ln 0 è ñóììàðíîå âðåìÿ ïðîõîæäåíèÿ h h1
ìåòàëëà ÷åðåç î÷àã äåôîðìàöèè t =
∫ dt = C . Ïîäñòàâèâ ýòè âûðàæåíèÿ â èñõîä-
Ñóììàðíàÿ äåôîðìàöèÿ å =
h1
l
íóþ ôîðìóëó, ïîëó÷èì ñðåäíþþ ñêîðîñòü äåôîðìàöèè â âèäå òîé æå ôîðìóëû 55
Öåëèêîâà, â êîòîðîé ïî-èíîìó áóäåò âû÷èñëÿòüñÿ ñòåïåíü äåôîðìàöèè ε .  ïåðâîì ñëó÷àå å =
h Äh , âî âòîðîì å = ln 0 . Ìîæíî âñòðåòèòü ôîðìóëó Öåëèh1 hcp
êîâà, â êîòîðîé å =
Äh . Âñå îíè äàþò ïðèìåðíî îäèíàêîâûé ðåçóëüòàò è ñ÷èòàh0
þòñÿ ðàâíîçíà÷íûìè. 3.2. Óñëîâèÿ çàõâàòà è óñòàíîâèâøåãîñÿ ïðîöåññà  ìîìåíò çàõâàòà ìåòàëëà âàëêàìè íà ïîëîñó äåéñòâóþò íîðìàëüíûå Ð è êàñàòåëüíûå ñèëû T (ðèñ. 3.4). Ïðè÷åì T = µP . Î÷åâèäíî, äëÿ çàõâàòà ïîëîñû âàëêàìè, íåîáõîäèìî, ÷òîáû ïðîåêöèÿ Tx ñèë òðåíèÿ íà îñü õ ïðåâûøàëà ïðîåêöèþ íîðìàëüíûõ ñèë Ðx: Tx ≥ Px èëè T cos α ≥ P sin α . Äàëåå µP cos α ≥ P sin α è îêîí÷àòåëüíî µ ≥ tg α . Èç ýòîãî âûðàæåíèÿ ñëåäóåò ðÿä ïðàêòè÷åñêè âàæíûõ âûâîäîâ. Óãîë çàõâàòà îïðåäåëÿåòñÿ êîýôôèöèåíòîì òðåíèÿ ìåòàëëà, ïîýòîìó âñå îòìå÷åííûå ðàíåå ôàêòîðû, ïîâûøàþùèå êîýôôèöèåíò òðåíèÿ, òàêæå óâåëè÷èâàþò ïðåäåëüíûé óãîë çàõâàòà. Ñëåäîâàòåëüíî, óñëîâèÿ çàõâàòà óëó÷øàþòñÿ: ïðè ñíèæåíèè ñêîðîñòè âàëêîâ; ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû ìåòàëëà; ïðè ñíèæåíèè ñîäåðæàíèÿ óãëåðîäà è ëåãèðóþùèõ ýëåìåíòîâ â ñòàëè; ïðè çàãðóáëåíèè ïîâåðõíîñòè âàëêîâ (ñîñòîÿíèå ïîâåðõíîñòè ñàìîãî ìåòàëëà ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå ìàëî âëèÿåò íà óñëîâèÿ çàõâàòà). Ïîìèìî êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ íà çàõâàò ïîëîñû âëèÿþò è äðóãèå ôàêòîðû, ñðåäè êîòîðûõ íåîáõîäèìî îòìåòèòü äâà: ñêîðîñòü ïîäà÷è ïîëîñû â âàëêè è èíåðöèîííûå ñèëû ïðè çàõâàòå êðóïíûõ çàãîòîâîê. Ñêîðîñòü ïîäà÷è ïîëîñû â âàëêè ïî-ðàçíîìó âëèÿåò íà óñëîâèÿ çàõâàòà â çàâèñèìîñòè îò îêðóæíîé ñêîðîñòè âðàùåíèÿ âàëêîâ è íàëè÷èÿ ëþôòîâ ìåæäó äåòàëÿìè ïðèâîäà. Ýêñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâëåíî, ÷òî íà çàõâàò ïîëîñû âëèÿåò êàê ñàìà ñêîðîñòü ïîäà÷è ïîëîñû â âàëêè, òàê è ðàçíîñòü ñêîðîñòè ïîäà÷è ïîëîñû ñ0 è ãîðèçîíòàëüíîé ïðîåêöèè îêðóæíîé ñêîðîñòè âàëêîâ ñâõ.  íà÷àëüíûé ìîìåíò çàõâàòà íà ìåòàëëå îáðàçóåòñÿ ïëîùàäêà ñìÿòèÿ, îò âåëè÷èíû êîòîðîé çàâèñèò çàõâàò ïîëîñû. Áåç ïëîùàäêè ñìÿòèÿ çàõâàò âîîáùå íåâîçìîæåí, òàê êàê ñèëà òðåíèÿ åñòü ïðîèçâåäåíèå êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé òðåíèÿ è ïëîùàäè ñìÿòèÿ, è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðè îòñóòñòâèè ïëîùàäêè ñìÿòèÿ ñèëà çàõâàòà ðàâíà íóëþ. ×åì áîëüøå ñêîðîñòü ïîäà÷è ïîëîñû â âàëêè è ÷åì ìàññèâíåå ïîëîñà, òåì áîëüøå áóäåò ïëîùàäêà ñìÿòèÿ è íàäåæíåå çàõâàò. Ïðè ïîäà÷å êðóïíûõ ñëèòêîâ (íàïðèìåð, íà áëþìèíãå) ñ âûñîêîé Ðèñ. 3.4. Ñõåìà äåéñòâóþùèõ ñèë ïðè çàõâàòå ñêîðîñòüþ çà î÷åíü êîðîòêîå âðåìÿ îáðàçóåòñÿ ïëî56
ùàäêà ñìÿòèÿ. Ïðè ýòîì äåéñòâóþò áîëüøèå ñèëû èíåðöèè â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè, êîòîðûå ñïîñîáñòâóþò åå îáðàçîâàíèþ. Ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ïëîùàäêè ñìÿòèÿ íàçûâàåòñÿ ïåðâè÷íûì çàõâàòîì. Äàëåå ñëåäóåò âòîðè÷íûé çàõâàò, êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé ñèë òðåíèÿ, âòÿãèâàþùèõ ïîëîñó â âàëêè.  íà÷àëüíûé ìîìåíò âòîðè÷íîãî çàõâàòà ñèëû òðåíèÿ çàâèñÿò îò ðàçíîñòè ñêîðîñòåé ïîëîñû è âàëêîâ, íà êîòîðóþ ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå îêàçûâàåò íàëè÷èå èëè îòñóòñòâèå ëþôòîâ â ñèñòåìå ïðèâîäà âàëêîâ. Ðàññìîòðèì ñëåäóþùèå âàðèàíòû. 1. Ñêîðîñòü ïîäà÷è ïîëîñû ñ0 ìåíüøå ãîðèçîíòàëüíîé ïðîåêöèè îêðóæíîé ñêîðîñòè âàëêîâ ñâõ0. Ïîëîñà ïðè çàõâàòå óñêîðÿåòñÿ, ñèëû èíåðöèè J ïîëîñû, êîòîðûå âîçðàñòàþò ñ ðîñòîì åå ìàññû, íàïðàâëåíû ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè, ÷òî óõóäøàåò óñëîâèÿ çàõâàòà. Ïðè îòñóòñòâèè ëþôòîâ â ñèñòåìå ïðèâîäà äèàãðàììà ñêîðîñòåé, ïîëó÷åííàÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî, ïîêàçàíà íà ðèñ. 3.5, à.  íà÷àëüíûé á)
à)
t â)
ã)
Ðèñ. 3.5. Âëèÿíèå ñêîðîñòè ïîäà÷è ïîëîñû è íàëè÷èÿ ëþôòîâ â äåòàëÿõ ïðèâîäà íà óñëîâèÿ çàõâàòà 57
ìîìåíò çàõâàòà ñêîðîñòü ïîëîñû ñ ïðàêòè÷åñêè íå ìåíÿåòñÿ, à ñêîðîñòü âàëêîâ íåñêîëüêî ñíèæàåòñÿ, ïðè ýòîì çà íåáîëüøîå âðåìÿ ∆t îáðàçóþòñÿ ïëîùàäêè ñìÿòèÿ, è ñèëû òðåíèÿ ïðè çàõâàòå âîçðàñòàþò.  íà÷àëüíûé ìîìåíò âòîðè÷íîãî çàõâàòà ñêîðîñòè ñ è ñâõ ñáëèæàþòñÿ. Ïåðèîä âòîðè÷íîãî çàõâàòà çàêàí÷èâàåòñÿ ÷åðåç ïðîìåæóòîê âðåìåíè ∆t1 , êîãäà ñêîðîñòè âàëêîâ è ïîëîñû âûðàâíèâàþòñÿ. Çàòåì â î÷àãå äåôîðìàöèè ñêîðîñòü ïåðåäíåãî êîíöà ïîëîñû ñòàíîâèòñÿ áîëüøå ãîðèçîíòàëüíîé ñîñòàâëÿþùåé ñêîðîñòè âàëêîâ çà ñ÷åò îïåðåæåíèÿ. Íà ðèñ 3.5, á ïîêàçàíà äèíàìèêà çàõâàòà ïðè òîì æå ñîîòíîøåíèè ñêîðîñòåé, íî ïðè íàëè÷èè ëþôòîâ â ñèñòåìå ïðèâîäà. Çäåñü â íà÷àëüíûé ìîìåíò ∆t ïðîèñõîäèò ñíèæåíèå ñêîðîñòåé âàëêîâ è ïîëîñû äî íóëÿ, è íåêîòîðûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè tîï ïîëîñà è âàëêè ïðîñòàèâàþò. Äàëåå ïðîèñõîäèò ðåçêîå ïîâûøåíèå ñêîðîñòåé âàëêîâ è ïîëîñû, è â ïåðâûé ìîìåíò âòîðè÷íîãî çàõâàòà ðàçíîñòü ñêîðîñòåé ïîëîñû è âàëêîâ âåëèêà. Ïî ýòîé ïðè÷èíå çàõâàò óõóäøàåòñÿ, îí òàêæå çàòðóäíåí â ðåçóëüòàòå îáðàòíîãî íàïðàâëåíèÿ ñèë èíåðöèè. Ýòî ñàìûé íåáëàãîïðèÿòíûé äëÿ çàõâàòà âàðèàíò. 2. Ïðè ñêîðîñòè ïîäà÷è ïîëîñû ñ0, ïðåâûøàþùåé ñêîðîñòü âàëêîâ ñâõ, ñèëû èíåðöèè íàïðàâëåíû â ñòîðîíó ïðîêàòêè è ñïîñîáñòâóþò çàõâàòó ïîëîñû è îáðàçîâàíèþ ïëîùàäêè ñìÿòèÿ. Ïðè îòñóòñòâèè ëþôòîâ â ïðèâîäå íà ó÷àñòêå ïåðâè÷íîãî çàõâàòà ∆t îáå ñêîðîñòè ïàäàþò, íî ñêîðîñòü âàëêîâ íåçíà÷èòåëüíî, à ñêîðîñòü ïîëîñû ñíèæàåòñÿ ñóùåñòâåííî, âîçìîæíî äî íóëÿ (ðèñ. 3.5, â) Ñêîðîñòè îñòàþòñÿ òàêèìè íåêîòîðûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè tîï. Îáðàçóåòñÿ äîñòàòî÷íî ìîùíàÿ ïëîùàäêà ñìÿòèÿ, ÷òî óâåëè÷èâàåò íà÷àëüíûå ñèëû òðåíèÿ ïðè âòîðè÷íîì çàõâàòå. Òàêèì îáðàçîì, ðàññìîòðåííûå óñëîâèÿ çàõâàòà ÿâëÿþòñÿ íàèëó÷øèìè. Åñëè åñòü ëþôòû â ñèñòåìå ïðèâîäà (ðèñ. 3.5, ã), òî ñêîðîñòíàÿ è èíåðöèîííàÿ êàðòèíà îñòàþòñÿ ïðèíöèïèàëüíî òåìè æå. Íî â ìîìåíò âòîðè÷íîãî çàõâàòà âàëêè íà÷èíàþò ðàçãîíÿòüñÿ ÷óòü ðàíüøå, ÷åì ïîëîñà, è âðåìÿ âòîðè÷íîãî çàõâàòà ñîêðàùàåòñÿ, ÷òî íå ñïîñîáñòâóåò çàõâàòó. Çàõâàò ïðîòåêàåò òðóäíåå, ÷åì áåç ëþôòîâ, íî ïî-ïðåæíåìó ëó÷øå, ÷åì ïðè îáðàòíîì ñîîòíîøåíèè ñêîðîñòåé, òàê êàê çàõâàòó ïîìîãàþò ñèëû èíåðöèè. Òàêèì îáðàçîì, çàõâàò ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñëîæíûé ïðîöåññ è äëÿ ïðîêàòêè â öåëîì ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå îòâåòñòâåííîé îïåðàöèåé. Íåîáõîäèìî âñåìè ñðåäñòâàìè îáåñïå÷èâàòü íàäåæíîñòü è óñòîé÷èâîñòü çàõâàòà ïîëîñû âàëêàìè è ïðåæäå Òàáëèöà 3.1 Ïðåäåëüíûå óãëû çàõâàòà Óñëîâèÿ ïðîêàòêè
Ïðåäåëüíûé óãîë çàõâàòà
Õîëîäíàÿ ïðîêàòêà ñî ñìàçêîé íà øëèô îâàííûõ âàëêàõ
3–4
Õîëîäíàÿ ïðîêàòêà áåç ñìàçêè íà ðàñòî÷åííûõ âàëêàõ
5–8
Ãîðÿ÷àÿ ïðîêàòêà ñòàëüíîãî ëèñòà
15–18
Ãîðÿ÷àÿ ïðîêàòêà ñòàëüíûõ ñîðòîâûõ ïðîô èëåé
22–24
Ãîðÿ÷àÿ ïðîêàòêà àëþì èíèåâûõ ñïëàâîâ
18–22
Ãîðÿ÷àÿ ïðîêàòêà ìåäíûõ ñïëàâîâ
20–24
Ãîðÿ÷àÿ ïðîêàòêà íà âàëêàõ ñ íàñå÷êîé èëè íàâàðêîé
27–30
58
âñåãî ïóòåì âûáîðà ðåæèìîâ îáæàòèÿ, ðàññ÷èòàííûõ ïî ïðåäåëüíî äîïóñòèìûì óãëàì çàõâàòà.  òàáë. 3.1 ïðèâåäåíû ïðåäåëüíûå óãëû çàõâàòà â ãðàäóñàõ äëÿ ðàçëè÷íûõ óñëîâèé ïðîêàòêè. Ïðåäåëüíûé óãîë çàõâàòà îïðåäåëÿåò ïðåäåëüíî äîïóñòèìîå îáæàòèå çà ïðîõîä: ∆hmax = D (1 − cos α max ). Ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå ïðîêàòêè, êîãäà îáðàçóåòñÿ ïåðåäíèå âíåøíèå çîíû, íîðìàëüíûå è êàñàòåëüíûå ñèëû (ñèëû òðåíèÿ) äåéñòâóþò ïî âñåé êîíòàêòíîé ïëîùàäêå. Ðàâíîäåéñòâóþùàÿ èõ ïðèëîæåíà â íåêîòîðîé ñðåäíåé òî÷êå N (ðèñ. 3.6). Åñëè óãîë, ñîîòâåòñòâóþùèé ýòîé òî÷êå, îáîçíà÷èòü γ, òî ïî àíàëîãèè ñ ïðåäûäóùèìè âû÷èñëåíèÿìè ïîëó÷èì óñëîâèå, ïðè êîòîðîì ñèë òðåíèÿ áóäåò äîñòàòî÷íî, ÷òîáû ïðîöåññ ïðîêàòêè ïðîòåêàë íîðìàëüíî: µ ≥ tg γ.
Ðèñ. 3.6. Ñõåìà äåéñòâóþùèõ ñèë ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå ïðîêàòêè
Óãîë γ ïðèìåðíî â äâà ðàçà ìåíüøå óãëà α, ñëåäîâàòåëüíî, åñëè óñëîâèå µ ≥ tg α âûïîëíÿëîñü ïðè çàõâàòå ìåòàëëà, òî â óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå óñëîâèå µ ≥ tg γ âûïîëíÿåòñÿ âñåãäà. Ñàìûì òðóäíûì ÿâëÿåòñÿ çàõâàò ìåòàëëà âàëêàìè, à ïîñëå çàïîëíåíèÿ î÷àãà äåôîðìàöèè õâàòèëî áû ïî÷òè â äâà ðàçà ìåíüøèõ ñèë òðåíèÿ. Ðèñ. 3.7. Ñõåìà ïðîäîëüíîé Ýòè âûâîäû øèðîêî èñïîëüçóþò ïðè ïðîêàòïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêè êå. Íàïðèìåð, ïîñëå çàõâàòà ïîëîñû ìîæíî ñáëèæàòü âàëêè, óâåëè÷èâàÿ ïî õîäó ïðîêàòêè îáæàòèå ïî÷òè â äâà ðàçà. Òàêîé ðåæèì ïðîêàòêè ïîçâîëÿåò ïðîêàòàòü íóæíóþ òîëùèíó ïîëîñû çà ìåíüøåå êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ è ïîâûñèòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü. Ïðè ïðîèçâîäñòâå ïåðèîäè÷åñêèõ ïðîôèëåé, èìåþùèõ ðàçíóþ âûñîòó ïî äëèíå (ðèñ. 3.7), íàèáîëåå îáæèìàåìûå ó÷àñòêè ïðîêàòûâàþò â óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå ïðè áîëüøèõ îáæàòèÿõ, íî çàõâàò ïîëîñû îñóùåñòâëÿþò íà óòîëùåííûõ ó÷àñòêàõ ïîëîñû. Ìíîãèå àâòîðû ïðèõîäÿò ê âûâîäó î öåëåñîîáðàçíîñòè ñîçäàíèÿ âñïîìîãàòåëüíûõ ìåõàíèçìîâ äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ èñêóññòâåííîãî çàõâàòà íà ïðîêàòíûõ ñòàíàõ. 3.3. Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà î÷àãà äåôîðìàöèè ×òîáû ïðîàíàëèçèðîâàòü õàðàêòåð íàïðÿæåíèé è äåôîðìàöèé ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå ïðîêàòêè, íåîáõîäèìî ðàññìàòðèâàòü õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ ñèë òðåíèÿ â î÷àãå äåôîðìàöèè. Ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ìãíîâåííàÿ êàðòèíà ïðîêàòêè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìãíîâåííóþ îñàäêó äâóìÿ öèëèíäðè÷åñêèìè âàëêàìè êàê íàêëîííûìè áîéêàìè. Íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà íàïðÿæåíèÿ òðåíèÿ τ 59
äîëæíû íàðàñòàòü îò ïåðèôåðèè ê öåíòðó î÷àãà äåôîðìàöèè â ñîîòâåòñòâèè ñ êðèâîé Åïèôàíîâà: ñíà÷àëà ïî çàêîíó Êóëîíà: τ = µσ , à çàòåì, äîñòèãíóâ ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ, îñòàâàòüñÿ ïîñòîÿííûìè: τ = K /2 (ðèñ. 3.8, à). Êàê è ïðè îñàäêå, íà êîíòàêòå ìåòàëëà ñ âàëêàìè èìåþòñÿ çîíû ñêîëüæåíèÿ è ïðèëèïàíèÿ. Çîíà ïðèëèïàíèÿ òàêæå ðàçäåëÿåòñÿ íà çîíû òîðìîæåíèÿ è çàñòîÿ.  ïîñëåäíåé ñèëû òðåíèÿ ìåíÿþò íàïðàâëåíèå íà ïðîòèâîïîëîæíîå, ïðîõîäÿ ÷åðåç íóëü. Îòìåòèì, ÷òî, êàê è ïðè îñàäêå, ñèëû òðåíèÿ ÿâëÿþòñÿ âåêòîðíûìè âåëè÷èíàìè, ïîýòîìó èõ ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ â çîíå òîðìîæåíèÿ è ïåðåõîä ÷åðåç íóëü â çîíå çàñòîÿ ñëåäóåò ðàññìàòðèâàòü ñ ó÷åòîì íàïðàâëåíèÿ äåéñòâèÿ ýòèõ ñèë. Ðàâåíñòâî íóëþ ñèë òðåíèÿ â òî÷êå ïåðåõîäà îçíà÷àåò, ÷òî âåêòîð ñèë èçìåíÿåò çíàê íà îáðàòíûé, íî ñàìè íàïðÿæåíèÿ òðåíèÿ íå ðàâíû íóëþ (ðèñ. 3.8, á, âèä ñâåðõó). Ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîêàçàíî, ÷òî òî÷êà À, â êîòîðîé ñèëû òðåíèÿ êàê âåêòîð â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè ðàâíû íóëþ, ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàåò ñ òî÷êîé N (ñì. ðèñ. 3.6), â êîòîðîé ïðèëîæåíû ðàâíîäåéñòâóþùèå íîðìàëüíûõ è êàñàòåëüíûõ ñèë â î÷àãå äåôîðìàöèè (õîòÿ òåîðåòè÷åñêè èõ ñîâïàäåíèå íåîáÿçàòåëüíî). Òàêèì îáðàçîì, äî òî÷êè N ñèëû òðåíèÿ íàïðàâëåíû ïî õîäó, à ïîñëå ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè. Î÷åâèäíî, ÷òî ñîîòíîøåíèå çîí ñêîëüæåíèÿ è ïðèëèïàíèÿ ìîæåò áûòü òàêæå âûðàæåíî ÷åðåç ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû î÷àãà äåôîðìàöèè, õîòÿ îíî îïðåäåëÿåòñÿ íå ãåîìåòðèåé î÷àãà, à õàðàêòåðîì äåôîðìàöèè è óñëîâèÿìè òðåíèÿ íà êîíòàêòå. È.ß. Òàðíîâñêèé óñòàíîâèë, ÷òî õàðàêòåðèñòèêîé ãåîìåòðèè î÷àãà äåôîðìàöèè ñëóæèò êðèòåðèé l/hcp, ãäå l äëèíà äóãè çàõâàòà è hcp ñðåäíÿÿ âûñîòà î÷àãà äåôîðìàöèè: hcp = (h0 + h1)/2. Ïðèìåðíî ïðè l/hcp < 0,5 1 î÷àãè äåôîðìàöèè ñ÷èòàþò âûñîêèìè, çîíû ñêîëüæåíèÿ íà òàêèõ î÷àãàõ ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ âûðîæäåíû. Êàê âèäíî, ãðàíèöà âûñîêèõ îáðàçöîâ óêàçàíà íå òî÷íî, à â èíòåðâàëå îò 0,5 äî 1,0. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ, â òîì ÷èñëå ïðè ïðîêàòêå êðóïíûõ ïðîìûøëåííûõ ñëèòêîâ, ïîêàçàëè, ÷òî ýòà ãðàíèöà çàâèñèò îò ìíîãèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ, ïðåæäå âñåãî îò ñâîéñòâ äåôîðìèðóåìîãî ìåòàëëà. ×åì ìÿã÷å ìåòàëë à)
á)
Ðèñ. 3.8. Ýïþðà ñèë òðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå (à) è âåêòîðíàÿ äèàãðàììà ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòå (á) 60
(ìåíüøå ïðåäåë òåêó÷åñòè), òåì ëåã÷å äåôîðìàöèÿ ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ âãëóáü ñå÷åíèÿ. Ïðè ñîêðàùåíèè êîëè÷åñòâà óãëåðîäà è ëåãèðóþùèõ ýëåìåíòîâ â ñòàëè, ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû, ñíèæåíèè ñêîðîñòè ïðîêàòêè, à òàêæå óìåíüøåíèè øèðèíû ïîëîñû äåôîðìàöèÿ ïðè ìåíüøèõ çíà÷åíèÿõ ôàêòîðà l/hcp ïðîíèêàåò â öåíòðàëüíûå ñëîè ñëèòêà. Äëÿ îïðåäåëåííîñòè óñòàíîâèì ãðàíèöó âûñîêèõ î÷àãîâ íà çíà÷åíèè l/hcp = 1. Ïðè îòíîøåíèÿõ ïðèìåðíî 1< l/hcp < 4 äîñòàòî÷íî ðàçâèòû çîíû êàê ñêîëüæåíèÿ, òàê è ïðèëèïàíèÿ, è î÷àã äåôîðìàöèè ñòàíîâèòñÿ ñðåäíèì. Ïðè l/hcp > 4 î÷àã äåôîðìàöèè ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ çàíÿò çîíàìè ñêîëüæåíèÿ è íàçûâàåòñÿ íèçêèì. Âàæíî ïîä÷åðêíóòü, ÷òî âûñîêèå, ñðåäíèå è íèçêèå î÷àãè äåôîðìàöèè îïðåäåëÿþòñÿ îñîáåííîñòÿìè äåôîðìàöèè, à íå ãåîìåòðè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè, è ãåîìåòðè÷åñêèå ãðàíèöû äåëåíèÿ î÷àãîâ âåñüìà óñëîâíû. 3.4. Íåéòðàëüíûé óãîë Ïóñòü î÷àã äåôîðìàöèè ÿâëÿåòñÿ íèçêèì. Äëÿ òîíêèõ ïîëîñ è íèçêèõ î÷àãîâ, êàê è ïðè îñàäêå, ïðèìåíèìà ãèïîòåçà ïëîñêèõ ñå÷åíèé, â ñîîòâåòñòâèå ñ êîòîðîé ïëîñêîñòü âõîäà ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç î÷àã äåôîðìàöèè îñòàåòñÿ ïëîñêîé. Ñêîðîñòè ïåðåìåùåíèÿ ÷àñòèö ìåòàëëà íå çàâèñÿò îò êîîðäèíàòû y, à âñå íàïðÿæåíèÿ â ëþáîé ïëîñêîñòè ïîñòîÿííû ïî âûñîòå ïîëîñû. Î÷àã äåôîðìàöèè äëÿ òàêèõ ïîëîñ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äâå çîíû, â êàæäîé èç êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ñêîëüæåíèå ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî âàëêîâ.  ïåðåäíåé çîíå ëåâåå òî÷êè N (ñì. ðèñ. 3.6) ìåòàëë ñêîëüçèò îòíîñèòåëüíî âàëêîâ â íàïðàâëåíèè ñå÷åíèÿ âõîäà, ñêîðîñòü åãî ïåðåìåùåíèÿ ìåíüøå, ÷åì îêðóæíàÿ ñêîðîñòü âàëêîâ, ìåòàëë îòñòàåò îò âàëêîâ, ïîýòîìó îíà íàçûâàåòñÿ çîíîé îòñòàâàíèÿ. Ñîîòâåòñòâåííî, ïðàâåå òî÷êè N ìåòàëë îïåðåæàåò âàëêè, ïîýòîìó ýòîò ó÷àñòîê î÷àãà äåôîðìàöèè íàçûâàåòñÿ çîíîé îïåðåæåíèÿ. Ñå÷åíèå NN, ðàçäåëÿþùåå ýòè çîíû, íàçûâàåòñÿ íåéòðàëüíûì, à óãîë γ, ñîîòâåòñòâóþùèé åìó, íåéòðàëüíûì óãëîì.  òî÷êå N è ïî âñåìó íåéòðàëüíîìó ñå÷åíèþ NN ñêîðîñòè ïîëîñû è âàëêîâ ñîâïàäàþò. Âûñîòó ïîëîñû â íåéòðàëüíîì ñå÷åíèè îáîçíà÷èì hγ . Íåéòðàëüíûé óãîë è íåéòðàëüíîå ñå÷åíèå íàéäåì, ñïðîåöèðîâàâ âñå ñèëû, äåéñòâóþùèå íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå, íà îñü õ. Íà ðèñ. 3.9 â çîíå îïåðåæåíèÿ íà óãëîâîì ðàññòîÿíèè ϕ îò ñå÷åíèÿ âûõîäà âûäåëåí ýëåìåíò ïðîòÿæåííîñòüþ rdϕ (ïëîùàäüþ rbdϕ ), ãäå r ðàäèóñ âàëêà; b øèðèíà ïîëîñû. Íà ýòîò ýëåìåíò äåéñòâóþò êîíòàêòíûå íîðìàëüíûå ð è êàñàòåëüíûå τ íàïðÿæåíèÿ ñî çíàêîì ìèíóñ, òàê êàê îíè íàïðàâëåíû ïðîòèâîïîëîæíî îñÿì y è õ, äëÿ ïîäîáíîãî ýëåìåíòà â çîíå îòñòàâàíèÿ τ p èìååò çíàê ïëþñ. Ðèñ. 3.9. Ðàâíîâåñèå ñèë â î÷àãå Äëÿ êîíòàêòíîé ïëîùàäêè â öåëîì èìåäåôîðìàöèè åì óñëîâèå ðàâíîâåñèÿ ñèë: 61
ã
á
−
∫
á
∫
∫
ð sin ϕ ⋅ rb ⋅ dϕ − ìp cos ϕ ⋅ rb ⋅ dϕ + ìp cos ϕ ⋅ rb ⋅ dϕ = 0 .
0
0
ã
Çäåñü â ïåðâîì ñëàãàåìîì p sin ϕ ãîðèçîíòàëüíàÿ ïðîåêöèÿ íàïðÿæåíèÿ ð, rbdϕ ýëåìåíòàðíàÿ ïëîùàäêà, ïî îñòàëüíûì ñëàãàåìûì ñèëû ôîðìèðóþòñÿ àíàëîãè÷íî îòäåëüíî ïî çîíå îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ. Åñëè ïðèíÿòü, ÷òî óøèðåíèå ïðè ïðîêàòêå îòñóòñòâóåò (b = const), à òàêæå óñðåäíèòü íàïðÿæåíèå ð ïî î÷àãó, òî ýòî âûðàæåíèå ìîæíî ñîêðàòèòü íà prb. Ïîñëå èíòåãðèðîâàíèÿ è ïîäñòàíîâêè ïðåäåëîâ ïîëó÷èì: cos á − cos 0 − ì sin ã + ì sin 0 + ìsiná − ìsinã = 0 .
Ïðîñòûå ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðèâîäÿò ê âûðàæåíèþ sin ã =
sin á 1 − cosá − . 2 2ì
( 2 ) ≈ á2
Ïðè ìàëûõ óãëàõ sin á ≈ á è 1 − cosá = 2sin 2 á
2
, ïîýòîìó ïîëó÷àåì
ôîðìóëó È.Ì. Ïàâëîâà: ã=
á á 1 − , 2 2ì
(3.1)
êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò âû÷èñëèòü íåéòðàëüíûé óãîë. Íåñìîòðÿ íà òî ÷òî ôîðìóëà (3.1) ïîëó÷åíà ñ ìíîãèìè äîïóùåíèÿìè è òîëüêî äëÿ íèçêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè, åå ïðèìåíÿþò è íà ñðåäíèõ î÷àãàõ. 3.5. Îïåðåæåíèå ïðè ïðîêàòêå Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè ïðîöåññîâ îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ ïðèìåíÿþòñÿ ïîêàçàòåëè, íîñÿùèå òå æå íàçâàíèÿ: îïåðåæåíèå S =
c1 − ñ ñ1 = −1; ñ ñ
îòñòàâàíèå S îò =
c − ñ0 ñ =1− 0 . ñ ñ
Çäåñü ñ0, ñ1 ñêîðîñòè ïîëîñû íà âõîäå è âûõîäå èç âàëêîâ; ñ îêðóæíàÿ ñêîðîñòü âàëêîâ. Èç óñëîâèÿ ïîñòîÿíñòâà îáúåìà ìåòàëëà íà âõîäå è âûõîäå èìååì b0 h0 c0 = b1h1c1. Ïðè b0 = b1 , ÷òî õàðàêòåðíî äëÿ íèçêèõ î÷àãîâ äåôîðìàöèè; 62
c0 = c1h1 / h0 = c1 / λ .
Ìîæíî çàïèñàòü 1 − S îò =
ñ0 ñ 1+S = 1 = λ ñ ñλ
è îêîí÷àòåëüíî S îò = 1 −
1+S . ë
Îïåðåæåíèå è îòñòàâàíèå ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé ÷åðåç âûòÿæêó, ïîýòîìó ìîæíî èçó÷àòü òîëüêî îïåðåæåíèå; è ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî ÷åì áîëüøå îïåðåæåíèå, òåì ìåíüøå îòñòàâàíèå. Çàïèøåì óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà îáúåìà äëÿ âûõîäíîãî è íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèé (â íåéòðàëüíîì ñå÷åíèè ãîðèçîíòàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ñêîðîñòè cγ = c cos γ ): hγ c cos γ = h1c1 .
Îòñþäà hã ⋅ cos ã ñ1 = S +1 = . ñ h1
Âûñîòà ïîëîñû â íåéòðàëüíîì ñå÷åíèè
hγ = h1 + ∆hγ = h1 + D (1 − cos γ). Îïåðåæåíèå S =
[h1 + D (1 − cos ã )] ⋅ cos ã h1
D − 1 = (1 − cos ã ) cos ã − 1 . h1
Ìû ïîëó÷èëè ôîðìóëó Ôèíêà, êîòîðóþ íå ïðèìåíÿþò â òàêîì âèäå, à ïðåäâàðèòåëüíî óïðîùàþò. Åñëè ïðèíÿòü 1 − cos γ = γ 2 /2 , òî ïîëó÷èì
S =
ã2 2
D h1
2 1 − ã − 1 2 .
Ïðåíåáðåãàÿ γ 4 êàê âåëè÷èíîé ìàëîé, ïîëó÷èì ôîðìóëó Ýêåëóíäà: S =
ã2 2
D − 1 . h1
Ïðè ëèñòîâîé ïðîêàòêå, äëÿ êîòîðîé ÷àùå âñåãî òðåáóåòñÿ ðàññ÷èòûâàòü îïåðåæåíèå, îòíîøåíèå D/h1 âñåãäà íà äâà-òðè ïîðÿäêà áîëüøå åäèíèöû, ïîýòîìó ïðèõîäèì ê ôîðìóëå ÃîëîâèíàÄðåçäåíà, êîòîðàÿ øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ: S =
D 2 ã . 2h1
(3.2)
63
Îïåðåæåíèå ÷àùå âñåãî îöåíèâàþò â ïðîöåíòàõ (S·100 %), è äëÿ îáû÷íûõ ïðîöåññîâ ïðîêàòêè òîíêèõ ëèñòîâ è ëåíò îíî ñîñòàâëÿåò 35 %. Ôîðìóëà (3.2) ñîâìåñòíî ñ (3.1) äàåò âîçìîæíîñòü âû÷èñëÿòü è àíàëèçèðîâàòü âåëè÷èíó îïåðåæåíèÿ. Åñòåñòâåííî, îíà äàåò õîðîøèå ðåçóëüòàòû ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ïîëîñ, äëÿ êîòîðûõ âûâåäåíà. ×åì òîëùå ïîëîñà, òåì áîëüøå ðàñõîæäåíèÿ ìåæäó ðàñ÷åòíûìè è ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè. Èç ôîðìóëû (3.2) ñëåäóåò, ÷òî îïåðåæåíèå óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì íåéòðàëüíîãî óãëà, äèàìåòðà âàëêîâ è óìåíüøåíèåì òîëùèíû ïîëîñû. Ïî ôîðìóëå (3.1) îïåðåæåíèå óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ µ, à ñ ðîñòîì óãëà çàõâàòà α è ñâÿçàííîãî ñ íèì îáæàòèÿ èçìåíÿåòñÿ íåîäíîçíà÷íî. Íà ðèñ. 3.10 ïîñòðîåíû êðèâûå ïî óðàâíåíèþ È.Ì. Ïàâëîâà, èç êîòîðûõ âèäíî, ÷òî ïðè ìàëûõ îáæàòèÿõ è ìàëûõ óãëàõ çàõâàòà ñ âîçðàñòàíèåì ýòèõ ïàðàìåòðîâ îïåðåæåíèå ðàñòåò, à ïðè áîëüøèõ íàîáîðîò ïàäàåò. Îïûòû òàêæå ïîäòâåðæäàþò, ÷òî ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ïîëîñ íàáëþäàåòñÿ ìàêñèìàëüíîå îïåðåæåíèå ïðè îáæàòèÿõ 710 %. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî îïåðåæåíèå, êàê Ðèñ. 3.10. Çàâèñèìîñòü îïåðåæåíèÿ S è îòñòàâàíèå, ïåðåìåííî ïî äëèíå äóãè çàîò óãëà çàõâàòà α è êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ µ (ïî ôîðìóëå Ïàâëîâà) õâàòà.  íåéòðàëüíîì ñå÷åíèè îïåðåæåíèå ðàâíî íóëþ, à ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ ê ñå÷åíèþ âûõîäà îíî âîçðàñòàåò. Ïðèâåäåííûå âûøå çíà÷åíèÿ îòíîñÿòñÿ ê ñå÷åíèþ âûõîäà, ïîñêîëüêó ïðàêòè÷åñêèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò êîíå÷íûå çíà÷åíèÿ îïåðåæåíèÿ. Îòñòàâàíèå ñîîòâåòñòâåííî óâåëè÷èâàåòñÿ ê ñå÷åíèþ âõîäà. Ïðè íåïðåðûâíîé ïðîêàòêå, êîãäà ïðîêàòûâàåìàÿ ïîëîñà íàõîäèòñÿ îäíîâðåìåííî â íåñêîëüêèõ ïàðàõ âàëêîâ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 3.11, ïîëîñà ìîæåò èñïûòûâàòü ïåðåäíåå è çàäíåå íàòÿæåíèÿ ñî ñòîðîíû ñîñåäíèõ âàëêîâ. Ñèëû çàäíåãî è ïåðåäíåãî íàòÿæåíèÿ Ò0 è Ò1 âîçíèêàþò òàêæå ïðè íàìàòûâàíèè ëèñòà íà ìîòàëêè. Ïðè íàëè÷èè ïåðåäíåãî íàòÿæåíèÿ Ò1, êîãäà ïîëîñà ïðèíóäèòåëüíî âûòÿãèâàåòñÿ èç âàëêîâ, ðàâíîâåñèå î÷àãà äåôîðìàöèè äîñòèãàåòñÿ òîãäà, êîãäà íåéòðàëüíîå ñå÷åíèå ñìåùàåòñÿ â ñòîðîíó, ïðîòèâîïîëîæíóþ íàïðàâëåíèþ ïðîêàòêè, ïðè ýòîì çîíà îïåðåæåíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ, îïåðåæåíèå ðàñòåò è îòñòàâàíèå óìåíüøàåòñÿ.  ïðåäåëüíûõ ñëó÷àÿõ çîíà îòñòàâàíèÿ ìîæåò
Ðèñ. 3.11. Ñõåìà íåïðåðûâíîé ïðîêàòêè 64
ïîëíîñòüþ èñ÷åçíóòü, âåñü î÷àã äåôîðìàöèè áóäåò çàíÿò òîëüêî çîíîé îïåðåæåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ðàâíîâåñèå î÷àãà äåôîðìàöèè äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò òîãî, ÷òî ïðîåêöèè ñèë íîðìàëüíîãî äàâëåíèÿ è êîíòàêòíîãî òðåíèÿ ïîëíîñòüþ óðàâíîâåøèâàþòñÿ òÿíóùåé ñèëîé Ò1. Äëÿ âðàùåíèÿ âàëêîâ íå òðåáóåòñÿ ïðèâîäà, îíè áóäóò âðàùàòüñÿ çà ñ÷åò òÿíóùåé ñèëû. Ïîëó÷àåì ïðîöåññ âîëî÷åíèÿ ÷åðåç âàëêè. Ðîëèêîâûå èëè âàëêîâûå âîëîêè øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ ïðè âîëî÷åíèè ïðîâîëîêè, ëèñòîâ è ïðîôèëåé â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè. Êàðòèíà áóäåò îáðàòíîé, åñëè ïðèìåíèòü çàäíåå íàòÿæåíèå ïîëîñû ñ ïîìîùüþ ñèëû Ò0. Ïðè çàäíåì íàòÿæåíèè îïåðåæåíèå óìåíüøàåòñÿ, à îòñòàâàíèå ðàñòåò. Î÷åâèäíî, ïðè îäíîâðåìåííîì âîçäåéñòâèè ïåðåäíåãî è çàäíåãî íàòÿæåíèé ïîëîæåíèå íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ è ïðîòÿæåííîñòü çîíû îïåðåæåíèÿ îïðåäåëÿþòñÿ ðàçíîñòüþ ñèë Ò1 Ò0. Ïðèâåäåííûå ôîðìóëû âûâåäåíû â ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà ïëîñêàÿ, êîãäà ïðîêàòûâàåìàÿ ïîëîñà èìååò øèðèíó, êîòîðàÿ â 56 è áîëåå ðàç ïðåâûøàåò åå òîëùèíó. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî îïåðåæåíèå îò øèðèíû ïîëîñû çàâèñèò òàê, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 3.12. Íà Ðèñ. 3.12. Çàâèñèìîñòü î÷åíü óçêèõ ïîëîñêàõ óñëîâèÿ äåôîðìàöèè ïðèáëèîïåðåæåíèÿ S è óøèðåíèÿ æàþòñÿ ê ïëîñêîìó íàïðÿæåííîìó ñîñòîÿíèþ, äåôîð∆b îò øèðèíû ïîëîñû b0 ìàöèÿ ïðè ýòîì â íàïðàâëåíèè øèðèíû äîñòàòî÷íî ðàçâèòà, ÷àñòü ñìåùåííîãî âûñîòíîãî îáúåìà óñòðåìëÿåòñÿ â øèðèíó. Ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ (íàïðèìåð, ∆b ) ñóùåñòâåíåí, è îïåðåæåíèå ïðè ýòîì ñíèæàåòñÿ. Ñ ðîñòîì øèðèíû äåôîðìàöèÿ â ñðåäíèõ ïî øèðèíå ó÷àñòêàõ ïðèáëèæàåòñÿ ê ïëîñêîé. Óøèðåíèå ïîëîñû óìåíüøàåòñÿ è íà áîëüøèõ øèðèíàõ ïîëîñû ïðèáëèæàåòñÿ ê íóëþ. Îïåðåæåíèå ïðè ýòîì äîëæíî âîçðàñòàòü äî êàêîãî-òî çíà÷åíèÿ, à çàòåì íå çàâèñåòü îò øèðèíû. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî ïî øèðèíå ïîëîñû îïåðåæåíèå íåïîñòîÿííî. Íà ðèñ. 3.13 ïîêàçàíû ïîëîæåíèå íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå è íàïðàâëåíèå ñèë òðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå øèðîêîé ïîëîñû. Âèäíî, ÷òî íà êðîìêàõ îïåðåæåíèå áîëüøå, ÷åì â ñåðåäèíå, òàê êàê êðîìêè èìåþò âîçìîæíîñòü óøèðÿòüñÿ. Âñëåäñòâèå ýòîãî ñðåäíÿÿ ÷àñòü ïîëîñû ïðèíóäèòåëüíî ðàñòÿãèâàåò êðîìêè, ñîçäàâàÿ â íèõ äîïîëíèòåëüíûå ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ, êàê è ïðè ïåðåäíåì íàòÿæåíèè. Ñ óìåíüøåíèåì øèðèíû ïîëîÐèñ. 3.13. Ïîëîæåíèå ñû ñîêðàùàåòñÿ ñðåäíÿÿ ÷àñòü, è íåéòðàëüíîå ñå÷åíåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ â î÷àãå äåôîðìàöèè íèå ìîæåò áûòü èñêðèâëåíî ïî âñåé øèðèíå ïîëî(âèä ñâåðõó) ñû, ñ âûïóêëîñòüþ â ñòîðîíó ñå÷åíèÿ âûõîäà. 65
3.6. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå Íà íèçêèõ è ñðåäíèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè ïðàêòè÷åñêè âñå äåôîðìàöèîííûå è ñèëîâûå ïàðàìåòðû ïðîêàòêè îïðåäåëÿþòñÿ êîýôôèöèåíòîì òðåíèÿ µ . Îáùèå ñâåäåíèÿ î êîýôôèöèåíòå òðåíèÿ óæå áûëè èçëîæåíû ïðè ðàññìîòðåíèè ïðîöåññà îñàäêè. Äëÿ ïðîêàòêè ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åíî çíà÷èòåëüíî áîëüøå äàííûõ. Ïîäðîáíî òðåíèå ïðè ïðîêàòêå èçó÷åíî À.Ï. Ãðóäåâûì [4]. Åñëè çà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïî-ïðåæíåìó ïðèíèìàòü îòíîøåíèå êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé ê íîðìàëüíûì, òî ïðèõîäèòñÿ ïðèçíàòü, ÷òî îí íåïîñòîÿíåí ïî äëèíå äóãè çàõâàòà. Çà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ îáû÷íî ïðèíèìàþò íåêîòîðîå ñðåäíåå åãî çíà÷åíèå, õîòÿ ýòî ïðèíöèïèàëüíî íåïðàâèëüíî. Òîëüêî ïðè òðåíèè, ïîä÷èíÿþùåìñÿ çàêîíó Êóëîíà τ = µσ , ò. å. â çîíàõ îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ, êîýôôèöèåíò òðåíèÿ µ âûñòóïàåò êàê ïîñòîÿííàÿ âåëè÷èíà è â ýòîì ñìûñëå ñëóæèò ôèçè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêîé òðåíèÿ. Ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè íà ñðåäíèõ è âûñîêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè, êîãäà çàêîí Êóëîíà â çîíàõ ïðèëèïàíèÿ íå âûïîëíÿåòñÿ, ìîæíî ãîâîðèòü òîëüêî î êàæóùåìñÿ èëè óñëîâíîì êîýôôèöèåíòå òðåíèÿ.  òàêèõ óñëîâèÿõ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ñëåäóåò ðàññìàòðèâàòü òîëüêî êàê óñðåäíåííîå îòíîøåíèå íàïðÿæåíèé êîíòàêòíîãî òðåíèÿ ê íîðìàëüíûì íàïðÿæåíèÿì.  ñâÿçè ñ ýòèì îí äîëæåí çàâèñåòü êàê îò ìåòîäà, òàê è îò ìåñòà îïðåäåëåíèÿ òåõ è äðóãèõ íàïðÿæåíèé.  çàâèñèìîñòè îò ìåòîäà îïðåäåëåíèÿ ïðè ïðîêàòêå ðàçëè÷àþò òðè ðàçíîâèäíîñòè êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ, êîòîðûå ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ ïðè îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ êîíòàêòèðîâàíèÿ è ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà è âàëêîâ: ïðè çàõâàòå; ïðè áóêñîâàíèè ïî êîíòàêòíîé ïîâåðõíîñòè; ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè çàõâàòå îïðåäåëÿåòñÿ ìåòîäîì ïðåäåëüíîãî çàõâàòà. Ê âàëêàì, ðàññòîÿíèå ìåæäó êîòîðûìè íàñòîëüêî ìàëî, ÷òî çàâåäîìî ÿñíî, ÷òî çàõâàòà ïîëîñû íå ïðîèçîéäåò, ïîäâîäèòñÿ ïðÿìîóãîëüíûé îáðàçåö. Çàòåì âàëêîâûé çàçîð ìåäëåííî óâåëè÷èâàåòñÿ äî ìîìåíòà çàõâàòà îáðàçöà.  ýòîò ìîìåíò èìååì ðàâåíñòâî µ = α . Óãîë çàõâàòà âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå α = arccos (1 − ∆h / D ) . Ïîëó÷åííûé êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ýòî íå òîò êîýôôèöèåíò òðåíèÿ, êîòîðûé ôîðìèðóåòñÿ ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè çàõâàòå îòðàæàåò âçàèìîäåéñòâèå ñèë, ôîðìèðóþùèõñÿ íà ïëîùàäêå ñìÿòèÿ, êîòîðàÿ îáðàçóåòñÿ â ìîìåíò çàõâàòà. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè çàõâàòå õîðîøî èçó÷åí è èñïîëüçóåòñÿ äëÿ èññëåäîâàíèÿ âîïðîñîâ çàõâàòà. Âïåðâûå Ñ. Ýêåëóíä ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷èë ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ òàêîãî êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ. Øèðîêî èçâåñòíà ôîðìóëà Ýêåëóíäà: µ çàõ = k1k2 k3 (1, 05 − 0, 0005t ),
ãäå t òåìïåðàòóðà ìåòàëëà, °Ñ. Êîýôôèöèåíò k1 çàâèñèò îò ìàòåðèàëà âàëêîâ: k1 = 1 äëÿ ñòàëüíûõ âàëêîâ è k1 = 0,8 äëÿ ÷óãóííûõ âàëêîâ. Êîýôôèöèåíò k2 ó÷èòûâàåò âëèÿíèå ñêîðîñòè ïðîêàòêè íà óñëîâèÿ òðåíèÿ. Ðàíåå óêàçûâàëîñü, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ñíèæàåòñÿ (ñì. ðèñ. 1.19,á). Êîýôôèöèåíò k3 ó÷èòûâàåò âëè66
ÿíèå õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñòàëè. Äëÿ óãëåðîäèñòûõ ñòàëåé k3 = 1, äëÿ ïåðëèòíîìàðòåíñèòíûõ (ØÕ15) k3 = 1,3, äëÿ ñòàëåé àóñòåíèòíîãî êëàññà òèïà 12Õ18Í9Ò k3 = 1,4 1,47, äëÿ ôåððèòíûõ (1Õ17Þ5) k3 = 1,55. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïî Ýêåëóíäó îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî äëÿ ïðîöåññîâ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè (t > 700 °C). Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ìîæíî âû÷èñëèòü ìåòîäîì ïðîáóêñîâûâàíèÿ ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ìåòîäîâ ñîçäàíèÿ óñëîâèé ïðîáóêñîâêè. Íàïðèìåð, ìîæíî êëåùàìè óäåðæèâàòü ïîëîñó â î÷àãå äåôîðìàöèè ïðè âðàùàþùèõñÿ âàëêàõ, èçìåðèâ óñèëèå, ïðè êîòîðîì ïðîêàòêà ïîëîñû ïðåêðàùàåòñÿ. ×àùå èñïîëüçóþò äðóãîé ïðèåì: â ìîìåíò ïðîêàòêè áûñòðî ñáëèæàþò âàëêè äî ïðîáóêñîâûâàíèÿ ïîëîñû â âàëêàõ.  ýòîò ìîìåíò ãîðèçîíòàëüíûå ñîñòàâëÿþùèå ñèë òðåíèÿ Tx è íîðìàëüíîãî äàâëåíèÿ Ðx (ñì. ðèñ. 3.6) ðàâíû, âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå µ = γ. Íåéòðàëüíûé óãîë γ ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå È.Ì. Ïàâëîâà (3.1). Òàêîé êîýôôèöèåíò òðåíèÿ îòðàæàåò îòíîøåíèå êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé ê íîðìàëüíûì â óñëîâèÿõ ñêîëüæåíèÿ ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî âàëêîâ â ýêñòðåìàëüíîì ñëó÷àå óñòàíîâèâøåéñÿ ïðîêàòêè. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ µáóêñ âñåãäà íèæå, ÷åì ïðè çàõâàòå (äëÿ óãëåðîäèñòûõ ñòàëåé â 1,252,0 ðàçà). Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî, êàê è ïðè îñàäêå, îòíîøåíèå êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé ê íîðìàëüíûì ñíèæàåòñÿ ñ ðîñòîì íîðìàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ïîñëåäíåå, åñòåñòâåííî, áîëüøå â óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå, ÷åì ïðè çàõâàòå. Ïî òîé æå ïðè÷èíå êîýôôèöèåíò òðåíèÿ òâåðäûõ ñòàëåé áóäåò íèæå, ÷åì ìÿãêèõ. Ñìàçêà ñèëüíî âëèÿåò íà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå, íî ìåíüøå èçìåíÿåò êîýôôèöèåíò òðåíèÿ çàõâàòà. Äëÿ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè (ïðè t > 700 °C) êëåùåâûì ìåòîäîì Í.Í. Ãåòîì ïîëó÷åíà ôîðìóëà: µáóêñ = 0,55 0,00024t.
Íàïðèìåð, ïðè 1000 °Ñ, k1 = k2 = k3 =1 ïî ôîðìóëå Ýêåëóíäà µ = 0,55 , à ïî ôîðìóëå Ãåòà µ = 0,3 . Ýòî ðàçíûå êîýôôèöèåíòû òðåíèÿ, ïîñêîëüêó ïîëó÷åíû ðàçíûìè ìåòîäàìè. Ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ óñòàíîâèâøåãîñÿ ïðîöåññà ïðîêàòêè êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ìîæíî îïðåäåëèòü ìåòîäîì îïåðåæåíèÿ. Åñëè íà âàëêàõ íàíåñòè äâà êåðíà íà ðàññòîÿíèè Lâ, òî ïîñëå ïðîêàòêè ðàññòîÿíèå ìåæäó îòïå÷àòêàìè êåðíîâ óâåëè÷èòñÿ äî Lï, è îïåðåæåíèå áóäåò ðàâíî S =
Lï − Lâ . Èçìåðåííîå òàLâ
êèì ñïîñîáîì îïåðåæåíèå ìîæíî ïîäñòàâèòü â ôîðìóëó ÃîëîâèíàÄðåçäåíà è íàéòè íåéòðàëüíûé óãîë γ , à çàòåì èç ôîðìóëû Ïàâëîâà îïðåäåëèòü êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Ïîëó÷èì çíà÷åíèå, áëèçêîå ê ðàññ÷èòàííîìó ïî ôîðìóëå Ãåòà. Ïîìèìî îïèñàííûõ ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ìåòîäîâ, â êîòîðûõ íåïîñðåäñòâåííî â ïðîöåññå ïðîêàòêè èçìåðÿþòñÿ êàñàòåëüíûå è íîðìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ, à êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ÿâëÿåòñÿ èõ îòíîøåíèåì. Ìîæíî óñðåäíèòü åãî çíà÷åíèå ïî äóãå çàõâàòà. Åñòåñòâåííî, êîýôôèöèåíò òðåíèÿ â ýòèõ ñëó÷àÿõ áóäåò îòëè÷àòüñÿ îò ïîëó÷åííûõ ïðè çàõâàòå, ïðîáóêñîâêå è îïåðåæåíèè. Êàæäûé íîâûé ìåòîä îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ âíîñèò äîïîëíèòåëüíûå ñâåäåíèÿ î åãî ñâîéñòâàõ. Ñ ïîìîùüþ ìåòîäîâ íåïîñðåäñòâåííîãî çàìåðà íàïðÿæåíèé, íàïðèìåð, áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå (ò. å. óñðåäíåííûé, êàæóùèéñÿ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ) çàâèñèò îò 67
âûñîòû î÷àãà äåôîðìàöèè, êîòîðàÿ, êàê áûëî ñêàçàíî, õàðàêòåðèçóåòñÿ îòíîøåíèåì l/hcp. ×åì áîëüøå ýòî îòíîøåíèå, ò. å. ÷åì íèæå î÷àã äåôîðìàöèè (èëè ÷åì òîíüøå ïîëîñà), òåì ìåíüøå êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå íå âñåãäà ÿâëÿåòñÿ ôèçè÷åñêîé êîíñòàíòîé, îí øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â òåîðèè ÎÌÄ. Ñ åãî ïîìîùüþ ìîæíî äîñòàòî÷íî ïîëíî õàðàêòåðèçîâàòü óñëîâèÿ êîíòàêòíîãî òðåíèÿ. Èññëåäîâàíèå âëèÿíèÿ íà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ðàçëè÷íûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïîçâîëÿåò ïðàâèëüíî âûáðàòü îïòèìàëüíûå çíà÷åíèÿ ýòèõ ïàðàìåòðîâ è ïðàâèëüíî îòðàçèòü îáùèå çàêîíîìåðíîñòè èçìåíåíèÿ ñðåäíèõ óñëîâèé òðåíèÿ íà êîíòàêòå ïðè èçìåíåíèè òåõíîëîãè÷åñêèõ óñëîâèé ïðîêàòêè. Íàïðèìåð, ïî çíà÷åíèþ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ, íåçàâèñèìî îò ñïîñîáà åãî îïðåäåëåíèÿ, èç ìíîãèõ ñìàçîê ëåãêî âûáðàòü òó, êîòîðàÿ íàèëó÷øèì îáðàçîì ñíèæàåò ñèëû òðåíèÿ íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå. Èëè äðóãîé ïðèìåð. Ïîíÿòèå êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðè àíàëèçå ïîïåðå÷íîé è ïðîäîëüíîé äåôîðìàöèè ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå. Ðàíåå ãîâîðèëîñü, ÷òî ïîïåðå÷íóþ äåôîðìàöèþ ìîæíî îöåíèòü ïîêàçàòåëåì À, à ïðîäîëüíóþ ñîîòâåòñòâåííî 1 À. Ñîïðîòèâëåíèå èñòå÷åíèþ â ïðîäîëüíîì è ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèÿõ îïðåäåëÿåòñÿ ñèëàìè òðåíèÿ. Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî íà óçêèõ ïîëîñàõ ñ óâåëè÷åíèåì êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ óøèðåíèå ðàñòåò, ñîîòâåòñòâåííî óìåíüøàåòñÿ âûòÿæêà. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ñ ðîñòîì êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ ïðîäîëüíûå ïîäïèðàþùèå ñèëû òðåíèÿ âîçðàñòàþò áîëåå èíòåíñèâíî, ÷åì ïîïåðå÷íûå. Ñ óâåëè÷åíèåì øåðîõîâàòîñòè âàëêîâ óøèðåíèå áóäåò ðàñòè, à ïðè ïðèìåíåíèè ñìàçêè óìåíüøàòüñÿ, ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè ïðîêàòêè òàêæå óìåíüøàòüñÿ è ò. ä.
Ãëàâà 4 ÕÀÐÀÊÒÅÐ ÄÅÔÎÐÌÀÖÈÈ ÏÐÈ ÏÐÎÄÎËÜÍÎÉ ÏÐÎÊÀÒÊÅ 4.1. Ñðåäíèå î÷àãè äåôîðìàöèè Ñðåäíèå î÷àãè ðåàëèçóþòñÿ ïðèìåðíî â èíòåðâàëå 1 < l/hcp < 4. Îíè õàðàêòåðèçóþòñÿ òåì, ÷òî íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà äîñòàòî÷íî ðàçâèòû è çîíû ñêîëüæåíèÿ, è çîíû ïðèëèïàíèÿ. Ýïþðû êîíòàêòíîãî òðåíèÿ è íîðìàëüíîãî äàâëåíèÿ èìåþò âèä, àíàëîãè÷íûé ðàññìîòðåííûì ïðè îñàäêå (ðèñ. 4.1). Âèäíî, ÷òî íà ó÷àñòêå À ðåàëèçóåòñÿ çîíà îòñòàâàíèÿ, íà ó÷àñòêå ÑD çîíà îïåðåæåíèÿ, à ñðåäíÿÿ ÷àñòü äóãè çàõâàòà çàíÿòà çîíîé ïðèëèïàíèÿ. Ìíîãî÷èñëåííûå íåïîñðåäñòâåííûå èçìåðåíèÿ äåôîðìàöèè ìåòàëëà íà êîíòàêòíûõ ïîâåðõíîñòÿõ è â ãëóáèííûõ ñëîÿõ î÷àãà äåôîðìàöèè, ïðîâåäåííûå ðàçíûìè èññëåäîâàòåëÿìè, ïîêàçàëè, ÷òî õàðàêòåð èçìåíåíèÿ äåôîðìàöèé è ñêîðîñòåé òå÷åíèÿ ìåòàëëà ñîîòâåòñòâóåò êðèâûì, ïðèâåäåííûì íà ðèñ. 4.2. Íà êîíòàêòíîé ïîâåðõíîñòè íàáëþäàåòñÿ ïîñòîÿííûé ó÷àñòîê, äîêàçûâàþùèé ñóùåñòâîâàíèå çîíû ïðèëèïàíèÿ. Òàêèå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà íà÷èíàåòñÿ çàäîëãî äî ïëîñêîñòè âõîäà è çàêàí÷èâàåòñÿ äàëüøå ïëîñêîñòè âûõîäà. Ïî ìåðå ïðîäâèæåíèÿ îò ïîâåðõíîñòåé êîíòàêòà â ñåðåäèíó ñå÷åíèÿ ïðî68
òÿæåííîñòü çîíû ïðèëèïàíèÿ ÂÑÅ áûñòðî óìåíüøàåòñÿ (ñì. ðèñ. 4.1). Ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîêàçàíî òàêæå, ÷òî çîíà ïðèëèïàíèÿ ìîæåò ñìåùàòüñÿ ïî äóãå çàõâàòà ïîä äåéñòâèåì ðàçëè÷íûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ. Íàïðèìåð, ñ óâåëè÷åíèåì îáæàòèÿ è ñêîðîñòè ïðîêàòêè, à òàêæå ïðè èñïîëüçîâàíèè ñìàçêè çîíà ïðèëèïàíèÿ ñìåùàåòñÿ ê ñå÷åíèþ âûõîäà. Åñëè ðåøèòü ïëîñêóþ çàäà÷ó â íàïðÿæåíèÿõ ïî àíàëîãèè ñ ïðèâåäåííîé âûøå çàäà÷åé îá îñàäêå, ïîëó÷èì, ÷òî íà ó÷àñòêàõ ñêîëüæåíèÿ äàâëåíèå p èçìåíÿåòñÿ ïî ýêñïîíåíòå, â çîíå òîðìîæåíèÿ ïðÿìîÐèñ. 4.1. Ýïþðû êàñàòåëüíûõ ëèíåéíî, à â çîíå çàñòîÿ ïî ïàðàáîëå, è íîðìàëüíûõ êîíòàêòíûõ êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 4.1. íàïðÿæåíèé íà ñðåäíåì î÷àãå  çîíå ïðèëèïàíèÿ, îáúåäèíÿþùåé äåôîðìàöèè çîíû òîðìîæåíèÿ è çàñòîÿ, êàê è ïðè îñàäêå, íå ïðîèñõîäèò ôèçè÷åñêîå ñõâàòûâàíèå ÷àñòèö ìåòàëëà è âàëêîâ, ïðèëèïàíèå îïðåäåëÿåòñÿ êèíåìàòè÷åñêèìè óñëîâèÿìè òå÷åíèÿ ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî âàëêîâ. Òå÷åíèå â ôîðìå ñêîëüæåíèÿ çäåñü îòñóòñòâóåò.
Ðèñ. 4.2. Êðèâûå íàðàñòàþùèõ ëîãàðèôìè÷åñêèõ êîýôôèöèåíòîâ îòíîñèòåëüíîãî îáæàòèÿ (ìåäíûå è àëþìèíèåâûå ïîëîñû ñå÷åíèåì 20½80 ìì, îáæàòèå 21,5 %): 1 â ñåðåäèíå øèðèíû êîíòàêòíîãî ñëîÿ; 2 ó áîêîâîé êðîìêè ýòîãî ñëîÿ; 3 â ñåðåäèíå øèðèíû ñðåäíåãî ïî âûñîòå ïîëîñû ñëîÿ; 4 ó áîêîâîé ïîâåðõíîñòè ýòîãî ñëîÿ
69
Ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëåíî, ÷òî â çîíå ïðèëèïàíèÿ âñå-òàêè ïðîèñõîäèò íåêîòîðîå ñìåùåíèå ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî âàëêîâ, îäíàêî ôðèêöèîííûå ñâÿçè â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îáíàðóæèâàþò óïðóãèå ñâîéñòâà.  ëèòåðàòóðå òàêîå ñìåùåíèå ïîäðîáíî îïèñàíî è ïîëó÷èëî íàçâàíèå ïðåäâàðèòåëüíîå ñìåùåíèå. Ñïåöèàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ïðåäâàðèòåëüíîå ñìåùåíèå ëåæèò â ïðåäåëàõ îò òûñÿ÷íûõ Ðèñ. 4.3. Ìåõàíèçì äîëåé äî íåñêîëüêèõ ìèêðîìåòðîâ. Ñ óâåëè÷åíèåì íîððàçâèòèÿ ñèë òðåíèÿ ìàëüíîãî äàâëåíèÿ ýòî ñìåùåíèå óâåëè÷èâàåòñÿ. Çíà÷åíèå ïðåäâàðèòåëüíîãî ñìåùåíèÿ îïðåäåëÿåò ñèëû òðåíèÿ â çîíå ïðèëèïàíèÿ. Äëÿ îáúÿñíåíèÿ ïðèðîäû ñèë òðåíèÿ â çîíå ïðèëèïàíèÿ îáðàòèìñÿ ê èçâåñòíîìó â ìåõàíèêå ïîíÿòèþ î ñòàòè÷åñêèõ ñèëàõ òðåíèÿ. Ïóñòü òåëî À, ïðèæàòîå ê íåïîäâèæíîìó òåëó íîðìàëüíîé ñèëîé N, èñïûòûâàåò äåéñòâèå ñäâèãàþùåé ñèëû Q (ðèñ. 4.3). Ïîêà ñèëà Q ìàëà, òî÷íåå, ïîêà ñîáëþäàåòñÿ íåðàâåíñòâî Q < µN , ñêîëüæåíèå òåëà À îòñóòñòâóåò.  ýòîì ñëó÷àå òåëî À èñïûòûâàåò òîëüêî ñòðåìëåíèå ê ñäâèãó. Ñî ñòîðîíû íåïîäâèæíîãî òåëà íà òåëî À äåéñòâóåò ñòàòè÷åñêàÿ ñèëà òðåíèÿ Ò, êîòîðàÿ óðàâíîâåøèâàåò ñèëó Q: T = Q. Ñêîëüæåíèå íà÷íåòñÿ òîãäà, êîãäà ñèëà Q äîñòèãíåò çíà÷åíèÿ µN ; è ïðè äàëüíåéøåì ñêîëüæåíèè âûïîëíÿåòñÿ ðàâåíñòâî Q = µN . Âñå èçëîæåííîå ñïðàâåäëèâî è äëÿ î÷àãà äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå.  çîíàõ ñêîëüæåíèÿ (îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ) êàñàòåëüíûå êîíòàêòíûå íàïðÿæåíèÿ τ = µσ y , à â çîíå ïðèëèïàíèÿ τ < µσ y , çäåñü âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå τ = K /2 .  ýòîì ñìûñëå íàïðÿæåíèÿ òðåíèÿ â çîíå ïðèëèïàíèÿ íå ìîãóò áûòü áîëüøå òåõ, êîòîðûå ðåàëèçîâàëèñü áû, åñëè áû áûëî ñêîëüæåíèå. Ñèëû òðåíèÿ â çîíå ïðèëèïàíèÿ ýòî ñòàòè÷åñêèå ñèëû òðåíèÿ. Îíè õàðàêòåðèçóþò ñòðåìëåíèå ìåòàëëà ê ñäâèãó, íî íå ÿâëÿþòñÿ ñëåäñòâèåì ñäâèãîâ. Êðîìå òîãî, íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü âåêòîðíûé õàðàêòåð ñèë òðåíèÿ. Ðàññìîòðèì íàïðàâëåíèÿ äåéñòâèÿ ñèë òðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå (ñì. ðèñ. 3.8,á). Îíè íàïðàâëåíû ïðîòèâ äâèæåíèÿ ÷àñòèö ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî âàëêîâ. Ýòî îòíîñèòñÿ òàêæå ê çîíå ïðèëèïàíèÿ, ãäå ñêîëüæåíèÿ íåò, íî èìåþòñÿ ìàëûå ñìåùåíèÿ.  ëþáîé òî÷êå êîíòàêòíîé ïëîùàäêè âåêòîð ñèë òðåíèÿ t èìååò äâå ñîñòàâëÿþùèå tx è ty, ñâÿçàííûå çàâèñèìîñòüþ t 2 = t x2 + t y2 .  íåéòðàëüíîì ñå÷åíèè ïðîäîëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ðàâíà íóëþ (ñì. ðèñ. 3.8,à), ñòðåìëåíèå ê ñäâèãó â ýòîì íàïðàâëåíèè îòñóòñòâóåò. Ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ ñòðåìëåíèå ê ïðîäîëüíîìó ñäâèãó óâåëè÷èâàåòñÿ, ðàñòóò óäåëüíûå ñèëû òðåíèÿ.  ïðåäåëå îíè äîñòèãàþò çíà÷åíèÿ τ = K /2 è áîëüøå óâåëè÷èâàòüñÿ íå ìîãóò, çîíà çàñòîÿ çàêàí÷èâàåòñÿ, è íà÷èíàåòñÿ çîíà òîðìîæåíèÿ.  çîíàõ çàñòîÿ è òîðìîæåíèÿ, êîòîðûå âìåñòå îáðàçóþò çîíó ïðèëèïàíèÿ, ðåàëèçóþòñÿ ñòàòè÷åñêèå ñèëû òðåíèÿ, à â çîíàõ ñêîëüæåíèÿ çîíàõ îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ äèíàìè÷åñêèå ñèëû òðåíèÿ. È òîëüêî â çîíàõ ñêîëüæåíèÿ ôèçè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêîé òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé ñëóæèò êîýôôèöèåíò òðåíèÿ µ .  ëèòåðàòóðå âñòðå÷àþòñÿ íåòî÷íûå ñóæäåíèÿ î ñèëàõ òðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå. Ïðèâåäåííàÿ ýïþðà êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé (ñì. ðèñ. 4.1) äàëà îñíîâàíèÿ íåêîòîðûì àâòîðàì óòâåðæäàòü, ÷òî ñèëû òðåíèÿ â çîíå ïðèëèïàíèÿ áîëüøå, ÷åì 70
â çîíå ñêîëüæåíèÿ, èëè ÷òî â çîíå ïðèëèïàíèÿ äåéñòâèòåëüíî ìåòàëë ïðèëèïàåò ê âàëêàì, ïðîèñõîäèò íåêîòîðîå ñõâàòûâàíèå òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé. Îäíàêî ìû óæå îòìåòèëè, ÷òî â çîíå ïðèëèïàíèÿ ïðîèñõîäèò íå ñõâàòûâàíèå èëè ïðèâàðèâàíèå ïîâåðõíîñòåé, à çàòîðìîæåííîå ñêîëüæåíèå. Óêàçûâàëîñü òàêæå, ÷òî ñèëû òðåíèÿ íå ìàêñèìàëüíû â çîíå ïðèëèïàíèÿ â òîì ñìûñëå, ÷òî áûëè áû áîëüøå, åñëè áû ïðîäîëæàëîñü ñêîëüæåíèå. Ïðèëèïàíèå îòñóòñòâîâàëî áû, åñëè áû ìåòàëëó áûëî ýíåðãåòè÷åñêè âûãîäíî ñêîëüçèòü ïî ïîâåðõíîñòè âàëêîâ. Ïðàâèëüíåå ñ÷èòàòü, ÷òî â çîíàõ ïðèëèïàíèÿ íàïðÿæåíèÿ òðåíèÿ ïðåäåëüíûå, à íå ìàêñèìàëüíûå. Ìåòàëëó íåâûãîäíî ðåàëèçîâàòü ìàêñèìàëüíûå ñèëû òðåíèÿ â çîíå ïðèëèïàíèÿ, òàê êàê äëÿ ýòîãî ïîòðåáîâàëèñü áû ñèëû òðåíèÿ µσ > K /2 . Íà äåôîðìàöèþ â öåëîì çàòðà÷èâàåòñÿ ìåíüøå ýíåðãèè, åñëè ðåàëèçóþòñÿ ïðåäåëüíûå, íî ìåíüøèå, ÷åì ïðè ñêîëüæåíèè, íàïðÿæåíèÿ òðåíèÿ, è äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà îñóùåñòâëÿåòñÿ íå çà ñ÷åò ñêîëüæåíèÿ ïî ïîâåðõíîñòè, à çà ñ÷åò èíîãî ìåõàíèçìà äåôîðìàöèè äåôîðìàöèè âíóòðåííèõ ñëîåâ ìåòàëëà. Ïåðåìåùåíèå ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ëèáî ïóòåì ñêîëüæåíèÿ ïî ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà, ëèáî, êîãäà êîíòàêòíîå ñêîëüæåíèå çàòðóäíåíî, â ðåçóëüòàòå äîïîëíèòåëüíûõ ñäâèãîâ â ñëîÿõ, íåñêîëüêî óäàëåííûõ îò êîíòàêòíûõ ïîâåðõíîñòåé. Äåéñòâèòåëüíàÿ êàðòèíà òå÷åíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ çàêîíîì ìèíèìàëüíîãî ðàñõîäà ýíåðãèè, è åñëè ðàáîòà ñèë òðåíèÿ ñêîëüæåíèÿ îêàçûâàåòñÿ áîëüøå ðàáîòû äîïîëíèòåëüíûõ âíóòðåííèõ ñäâèãîâ, òî òå÷åíèå ðåàëèçóåòñÿ çà ñ÷åò äîïîëíèòåëüíûõ ñäâèãîâ âíóòðè ìåòàëëà.  ýòîì ñëó÷àå íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà ïîÿâëÿåòñÿ çîíà ïðèëèïàíèÿ. Ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè íà ñðåäíèõ î÷àãàõ ìåòàëëó ýíåðãåòè÷åñêè âûãîäíî îáðàçîâàòü çîíó ïðèëèïàíèÿ íà êîíòàêòå, îñòàâèâ ëèøü ÷àñòü î÷àãà äåôîðìàöèè ïîä çîíû ñêîëüæåíèÿ. Âíóòðåííèå ñëîè, èíòåíñèâíî äåôîðìèðóÿñü, óâëåêàþò çà ñîáîé ïðèêîíòàêòíûå ñëîè è âûíóæäàþò îáðàçîâûâàòü íà êîíòàêòå íåêîòîðûå ïëîùàäêè ñêîëüæåíèÿ. Çà ñ÷åò òàêîãî âîçäåéñòâèÿ âíóòðåííèõ ñëîåâ â ïðèêîíòàêòíûõ ñëîÿõ îáðàçóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ïðîäîëüíûå ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå ìîãóò ïðèâåñòè ê âîçíèêíîâåíèþ òðåùèí. Ïðàêòè÷åñêè âñåãäà ìåëêèå ïîâåðõíîñòíûå òðåùèíû, îáðàçîâàâøèåñÿ íà ìåòàëëå ïðè ðàçëèâêå, â äàëüíåéøåì ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå íå çàëå÷èâàþòñÿ, à íàîáîðîò, çà ñ÷åò ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé òîëüêî óâåëè÷èâàþòñÿ è ðàñêðûâàþòñÿ â âèäå êðóïíûõ òðåùèí. Íåîáõîäèìî óæå íà ñëèòêàõ èëè, â êðàéíåì ñëó÷àå, íà ðàííèõ ñòàäèÿõ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè óäàëÿòü ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû. Íà ñðåäíèõ î÷àãàõ âñå ôàêòîðû, çàòðóäíÿþùèå ïîâåðõíîñòíîå ñêîëüæåíèå, îáëåã÷àþò âíóòðåííèå ñäâèãè è ñïîñîáñòâóþò óâåëè÷åíèþ çîíû ïðèëèïàíèÿ. Èç-çà ðàçíîé ïðèðîäû ñèë òðåíèÿ â çîíàõ ïðèëèïàíèÿ è ñêîëüæåíèÿ ïîðàçíîìó áóäóò çàâèñåòü ñèëû òðåíèÿ îò òåõíîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ ïðîêàòêè. Òàê, â çîíå ïðèëèïàíèÿ ñèëû òðåíèÿ íå çàâèñÿò îò øåðîõîâàòîñòè ïîâåðõíîñòè, îò óñëîâèé ñìàçêè, îò ñêîðîñòè ìåòàëëà, à â çîíàõ ñêîëüæåíèÿ ýòè ôàêòîðû ñóùåñòâåííûì îáðàçîì âëèÿþò íà ñèëû òðåíèÿ. Óâåëè÷åíèå êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ è ïîâûøåíèå âûñîòû ïîëîñû óâåëè÷èâàþò ðàáîòó ñèë òðåíèÿ ñêîëüæåíèÿ, ñëåäîâàòåëüíî, îáëåã÷àþò âíóòðåííþþ äåôîðìàöèþ è óâåëè÷èâàþò çîíó ïðèëèïàíèÿ. Íà ïðîòÿæåííîñòü çîíû ïðèëèïàíèÿ îêàçûâàþò âëèÿíèå âíåøíèå çîíû ïîëîñû æåñòêèå êîíöû. Âíåøíèå çîíû âûðàâíèâàþò ðàñïðåäåëåíèå âûòÿæåê ïî âûñîòå ïîëîñû, çàòðóäíÿþò âíóòðåííèå ïåðåìåùåíèÿ, ïîýòîìó îíè ñïîñîáñòâóþò óìåíüøåíèþ çîíû ïðèëèïàíèÿ. Ïðè îñàäêå íå áûëî æåñòêèõ 71
êîíöîâ, ïîýòîìó ïðè îñàäêå ïðè îäèíàêîâûõ ãðàíèöàõ ãåîìåòðè÷åñêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè çîíà ïðèëèïàíèÿ áîëüøå, ÷åì ïðè ïðîêàòêå. Ìîæíî óòâåðæäàòü òàêæå, ÷òî íàòÿæåíèå ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå ïåðåäíåå è çàäíåå óìåíüøàåò ïðîòÿæåííîñòü çîíû ïðèëèïàíèÿ. Ïî âûñîòå ïîëîñû çîíà ïðèëèïàíèÿ ðåçêî ñîêðàùàåòñÿ (ñì. ðèñ. 4.1). (Êàê îòìå÷àëîñü, åå ñëåäóåò íàçûâàòü çîíîé çàòðóäíåííîé äåôîðìàöèè, ÷òîáû íå ïóòàòü ñ èñòèííîé çîíîé ïðèëèïàíèÿ, íàõîäÿùåéñÿ íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå.) Íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå ïðîòÿæåííîñòü åå ðàâíà ÂÑ, à íà íåêîòîðîé ãëóáèíå (â òî÷êå Å) îíà ïîëíîñòüþ èñ÷åçàåò, è î÷àã äåôîðìàöèè çàíèìàþò òîëüêî çîíû îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ. Ïîýòîìó èíîãäà äàæå ïðè ðàçâèòîé çîíå ïðèëèïàíèÿ íà ñðåäíèõ î÷àãàõ â êà÷åñòâå íåêîòîðîãî óïðîùåíèÿ, êîòîðîå îïðàâäàíî ïðè ðåøåíèè ìíîãèõ çàäà÷ î íàïðÿæåíèÿõ è ñèëàõ (íî íå î äåôîðìàöèÿõ!), ïîëàãàþò, ÷òî î÷àã äåôîðìàöèè ñîñòîèò èç çîí îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ ñ ãðàíèöåé ïî íåéòðàëüíîìó ñå÷åíèþ NN. Ïðè ýòîì íåéòðàëüíîå ñå÷åíèå íå îáÿçàòåëüíî ÿâëÿåòñÿ ïëîñêèì. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî îíî ïðàêòè÷åñêè âñåãäà èñêðèâëåíî ïî âûñîòå îáðàçöà êóïîëîì â ñòîðîíó ïëîñêîñòè âõîäà. Îïåðåæåíèå âíóòðåííèõ ñëîåâ ìåòàëëà áîëüøå, ÷åì ïîâåðõíîñòíûõ. Êðàòêî ïðîàíàëèçèðóåì ìåòîäû ðàñ÷åòà ïðîòÿæåííîñòè çîíû ïðèëèïàíèÿ íà ïëîùàäêå êîíòàêòà ñðåäíèõ î÷àãîâ äåôîðìàöèè.  ëèòåðàòóðå ñîäåðæàòñÿ ðåêîìåíäàöèè ïî ðàñ÷åòó çîíû ïðèëèïàíèÿ. Íàèáîëåå ïðîñòûå ïðèêèäî÷íûå ôîðìóëû ïðåäëîæèë À.È. Öåëèêîâ: äëÿ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè lï = (0,52,0)hcp; äëÿ õîëîäíîé ïðîêàòêè lï = (0,31,0)hcp. Ýòè ôîðìóëû äàþò øèðîêèå ïðåäåëû èçìåíåíèÿ çîíû ïðèëèïàíèÿ è íå ó÷èòûâàþò ôàêòîðîâ, âëèÿþùèõ íà åå ïðîòÿæåííîñòü. Áîëåå ïîëíóþ ôîðìóëó ïîëó÷èë À.À. Êîðîëåâ, ó÷òÿ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ è ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû ïðîêàòêè:
lï
ãäå å =
l = å
1 1 1 − á ä 2ì − á ä 1 − á − (1 − å) 2ì + á ,
Äh 2ìl è ä= . h0 Äh
Ïðèâåäåì åùå ôîðìóëó Äèííèêà, ïîëó÷åííóþ èç óñëîâèÿ, ÷òî íà ãðàíèöå çîí ñêîëüæåíèÿ è ïðèëèïàíèÿ ðàáîòà ñèë ñêîëüæåíèÿ ðàâíà ðàáîòå äîïîëíèòåëüíûõ âíóòðåííèõ ñäâèãîâ: 2ìpcp lï =
K h 2 γ , ìpcp 0, 75 − K
ãäå Ê ïðåäåë òåêó÷åñòè ïðè ïðîêàòêå; hγ âûñîòà íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ, êîòîðóþ ìîæíî íàéòè èç óðàâíåíèÿ 72
hγ = h1 + γ 2 R , åñëè íåéòðàëüíûé óãîë γ âû÷èñëèòü ïî ôîðìóëå È.Ì. Ïàâëîâà. Ýêñïåðèìåíòàëüíîìó èññëåäîâàíèþ ïðîòÿæåííîñòè çîíû ïðèëèïàíèÿ ïîñâÿùåíî ìíîãî ðàáîò. Ðàçðàáîòàíî íåñêîëüêî îðèãèíàëüíûõ ìåòîäèê, â îñíîâó êîòîðûõ ïîëîæåíû íåïîñðåäñòâåííûå èçìåðåíèÿ íîðìàëüíûõ è êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé â î÷àãå äåôîðìàöèè. Ñðåäè íèõ ñëåäóåò îòìåòèòü ìåòîä òî÷å÷íûõ ìåñäîç, êîãäà â òåëî âàëêà ïîä ðàçíûìè óãëàìè ê ïîâåðõíîñòè ââèí÷èâàþòñÿ ìåñäîçû òîíêèå ñòåðæíè ñ íàêëååííûìè íà íèõ äàò÷èêàìè, âîñïðèíèìàþùèå íîðìàëüíóþ è êàñàòåëüíóþ íàãðóçêè ñ ïîïðàâêîé íà óãîë ðàçìåùåíèÿ ìåñäîçû. Ðàñøèôðîâàâ çàïèñü óñèëèé íà ýòè ìåñäîçû, ìîæíî ïðîñëåäèòü õàðàêòåð èçìåíåíèÿ îòäåëüíî íîðìàëüíûõ è êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé ïî äëèíå î÷àãà. Êàñàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ ìîæíî èçìåðèòü òàêæå ñ ïîìîùüþ ðàçðåçíîãî âàëêà, ñîäåðæàùåãî ïîäâèæíûé ñåêòîð, îïèðàþùèéñÿ íà óñòàíîâëåííóþ âíóòðü âàëêà ìåñäîçó. Êàñàòåëüíûå ñèëû, äåéñòâóÿ íà âûäåëåííûé ñåêòîð âàëêà, âîçäåéñòâóþò íà ìåñäîçó, è ïî çàïèñè ýòîãî óñèëèÿ ðàñøèôðîâûâàþòñÿ ñàìè íàïðÿæåíèÿ. Åñëè â òàêîé ñåêòîð ïîìåñòèòü åùå îäíó ìåñäîçó, óñòàíîâëåííóþ ïî ðàäèóñó âàëêà, òî ìîæíî èçìåðèòü òàêæå íîðìàëüíîå óñèëèå. Òàêîé ðàçðåçíîé âàëîê ñ ïàðîé ìåñäîç ñòàíîâèòñÿ ïðèáîðîì äëÿ èçìåðåíèÿ íîðìàëüíûõ è êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé, êîòîðûé íàçûâàåòñÿ òîðñèîìåòðîì (ðàçðàáîòêà ÌÈÑèÑ). Çíà÷èòåëüíûå ðåçóëüòàòû â îïèñàíèè òðåíèÿ íà êîíòàêòå áûëè ïîëó÷åíû ïîëÿðèçàöèîííî-îïòè÷åñêèì ìåòîäîì. Âàëêè, èçãîòîâëåííûå èç îïòè÷åñêè àêòèâíûõ ìàòåðèàëîâ, â ïîëÿðèçàöèîííîì ñâåòå äàþò âèçóàëüíóþ êàðòèíó ðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåíèé ïî âñåìó ñå÷åíèþ âàëêîâ, â òîì ÷èñëå â çîíå êîíòàêòà. Ñôîòîãðàôèðîâàâ ýòó êàðòèíó è ðàñøèôðîâàâ ïî ñîîòâåòñòâóþùåé ìåòîäèêå, ïîëó÷àþò íîðìàëüíûå è êàñàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ íà êîíòàêòå. Âñå ïðèâåäåííûå ìåòîäû ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ èìåþò îïðåäåëåííûå íåäîñòàòêè, ïîýòîìó âñåãäà ýêñïåðèìåíòû äîïîëíÿþòñÿ òåîðåòè÷åñêèìè ðàñ÷åòàìè, îñíîâàííûìè íà ìåòîäàõ òåîðèè óïðóãîñòè è ïëàñòè÷íîñòè. 4.2. Âûñîêèå î÷àãè äåôîðìàöèè Ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè âûñîòû î÷àãà äåôîðìàöèè (ïðèìåðíî ïðè l/hcp < 1) çîíû ñêîëüæåíèÿ ïðàêòè÷åñêè âûðîæäàþòñÿ, âåñü î÷àã äåôîðìàöèè ïî êîíòàêòó çàíèìàåò çîíà ïðèëèïàíèÿ. Î÷àã äåôîðìàöèè ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì. Êîíòàêòíûå ñèëû òðåíèÿ è íîðìàëüíîãî äàâëåíèÿ èìåþò ýïþðó, ïîêàçàííóþ íà ðèñ. 4.4. Ðåàëèçàöèÿ ïîäîáíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåíèé íà ïëîùàäêå êîíòàêòà íà âûñîêèõ î÷àãàõ ïîäòâåðæäàåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî. Ìåòàëëó ýíåðãåòè÷åñêè âûãîäíåå, ðåàëèçîâàâ ïðåäåëüíûå ñèëû òðåíèÿ íà êîíòàêòå, çàòîðìîçèòü òå÷åíèå ïî âñåé äëèíå äóãè çàõâàòà, à ïëàñòè÷åñêóþ äåôîðìàöèþ îñóùåñòâëÿòü â ñëîÿõ, ðàñïîëîæåííûõ ãëóáæå. Íà íåêîòîðîì ðàññòîÿíèè îò ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà ðàñïîëàãàþòñÿ ñëîè ñ èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèåé. Ïðè ýòîì ïðîòÿæåííîñòü çîíû çàòðóäíåííîé äåôîðìàöèè áûñòðî óìåíüøàåòñÿ ïî âûñîòå î÷àãà. 73
Êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 4.5, õàðàêòåð äåôîðìàöèè íà ñðåäíåì è âûñîêîì î÷àãàõ ïðèíöèïèàëüíî ðàçëè÷àåòñÿ. Íà ñðåäíåì î÷àãå (ñì. ðèñ. 4.5, à) çîíû èíòåíñèâíîé äåôîðìàöèè ñî ñòîðîíû âåðõíåãî è íèæíåãî âàëêîâ âñòðå÷àþòñÿ â ñåðåäèíå ñå÷åíèÿ. Êàê è ïðè îñàäêå ñðåäíåãî îáðàçöà, Ðèñ. 4.4. Âîçìîæíûå (òåîðåòè÷åñêèå) çîíà èíòåíñèâíîé äåôîðìàöèè èìååò ôîðýïþðû êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé íà ìó êðåñòà (ðèñ. 4.6, à), îòêóäà ìåòàëë èíâûñîêîì î÷àãå äåôîðìàöèè òåíñèâíî òå÷åò íå òîëüêî â äëèíó, íî è â øèðèíó. Îáðàçóåòñÿ ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ñ ôîðìîé â âèäå îäèíàðíîé áî÷êè. Òàêèì îáðàçîì, íà ñðåäíåì î÷àãå äåôîðìàöèè àêòèâíàÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà ïðîíèêàåò íà âñþ òîëùèíó îáðàçöà, äîñòèãàÿ ìàêñèìàëüíîé èíòåíñèâíîñòè íà ñðåäíåé ëèíèè. Íà âûñîêîì î÷àãå çîíû àêòèâíîé äåôîðìàöèè íå ïðîíèêàþò íà âñþ ãëóáèíó ñå÷åíèÿ (ñì. ðèñ. 4.5, á).  ñåðåäèíå ñå÷åíèÿ ñóùåñòâóþò çîíû 2, â êîòîðûå àêòèâíûå ïëàñòè÷åñêèå äåôîðìàöèè îò äåéñòâèÿ âàëêîâ íå ïðîíèêàþò. Ñëåäóåò ïîä÷åðêíóòü, ÷òî ãðàíèöû ìåæäó çîíàìè íå ñòîëü ðåçêèå, êàê èçîáðàæåíî íà ðèñóíêàõ (ýòèõ è âñåõ ïîñëåäóþùèõ), ïîýòîìó êàêèå-òî êîëè÷åñòâåííûå õàðàêòåðèñòèêè ïî íèì ïîëó÷èòü òðóäíî. Ïî èçìåíåíèþ êîîðäèíàòíîé ñåòêè ýêñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâèëè, ÷òî â ïðèêîíòàêòíîé ïîëîñêå â çîíå ïðèëèïàíèÿ äåôîðìàöèÿ íåçíà÷èòåëüíà, çàòåì ÷àñòü ñå÷åíèÿ çàíèìàåò çîíà èíòåíñèâíîé äåôîðìàöèè, à â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ òîæå ìàëà è äàæå â îòäåëüíûõ îáúåìàõ ìîãóò áûòü òîëüêî óïðóãèå äåôîðìàöèè (ñì. ðèñ. 4.6, á). Îáðàçåö ïîñëå äåôîðìàöèè èìååò ôîðìó äâîéíîé áî÷êè. Ñîçäàåòñÿ î÷åíü íåðàâíîìåðíàÿ äåôîðìàöèÿ ïî âûñîòå ïîëîñû, êîòîðàÿ â áîëüøåé ìåðå, ÷åì ñèëû òðåíèÿ íà êîíòàêòå, îïðåäåëÿåò òå÷åíèå ìåòàëëà â î÷àãå äåôîðìàöèè â öåëîì.  çîíå ïðèëèïàíèÿ â ïðèêîíòàêòíûõ ñëîÿõ ëþáûå óñëîâèÿ òðåíèÿ îêàçûâàþò ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâîå âëèÿíèå íà îñíîâíóþ ÷àñòü î÷àãà äåôîðà)
á)
á) à)
Ðèñ. 4.5. Õàðàêòåð ðàñïðîñòðàíåíèÿ çîí èíòåíñèâíîé äåôîðìàöèè íà ñðåäíåì (à) è âûñîêîì (á) î÷àãàõ (â ïðîäîëüíîì ñå÷åíèè) 74
á) ìàöèè, ãäå âñå îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî íåðàâíîìåðíîñòüþ äåà) ôîðìàöèè ïî âûñîòå. Ïî øèðèíå ïðîêàòûâàåìîé òîëñòîé ïîëîñû äåôîðìàöèÿ òàêæå íåðàâíîìåðíà. Çîíû 1 (ñì. ðèñ. 4.5) èìåþò íàèáîëüøóþ ãëóáèíó â ñðåäíèõ ïî øèðèíå ñëîÿõ. Ãëóáèíà çîíû àêòèâíîé äåôîðìàöèè ñîêðàùàåòñÿ ê êðîìêàì çà ñ÷åò Ðèñ. 4.6. Çîíû èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè íà ñðåäíåì (à) è âûñîêîì (á) î÷àãàõ òîãî, ÷òî ìåòàëëó ýíåðãåòè÷åñäåôîðìàöèè (â ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè) êè âûãîäíåå òå÷ü â øèðèíó, ÷åì â ãëóáèíó ñå÷åíèÿ. Åñëè ïðèëîæèòü áîêîâîå óñèëèå, ñäåðæèâàþùåå óøèðåíèå ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ, íàïðèìåð, ïðîêàòêîé â êàëèáðå, òî ãëóáèíà ïðîíèêíîâåíèÿ àêòèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè óâåëè÷èâàåòñÿ êàê íà êðîìêàõ, òàê è â ñðåäíèõ ïî øèðèíå ñëîÿõ. Ïðè÷åì äåôîðìàöèÿ ïî øèðèíå ïîëîñû âûðàâíèâàåòñÿ. Çîíû àêòèâíîé äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå â êàëèáðàõ ñìûêàþòñÿ ïðè ìåíüøèõ îòíîøåíèÿõ l/hcp, ÷åì ïðè ïðîêàòêå íà ãëàäêîé áî÷êå. Ðàññìîòðåííàÿ êàðòèíà äåôîðìàöèè çíà÷èòåëüíî îñëîæíÿåò èññëåäîâàíèå ÿâëåíèÿ îïåðåæåíèÿ ïðè ïðîêàòêå âûñîêèõ ïîëîñ. Ïî âñåé êîíòàêòíîé ïëîùàäêå ðàñïîëàãàåòñÿ çîíà ïðèëèïàíèÿ, ïîýòîìó ñêîðîñòè âàëêîâ è ïîëîñû ñîâïàäàþò, ïî îïðåäåëåíèþ îïåðåæåíèå íà êîíòàêòå áëèçêî ê íóëþ, íî íå ðàâíî òî÷íî íóëþ, ïîñêîëüêó â çîíå ïðèëèïàíèÿ ñóùåñòâóåò ìèêðîñêîïè÷åñêîå ïåðåìåùåíèå ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî âàëêîâ. Óñëîâíî ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ÷àñòèöû ìåòàëëà, ðàñïîëîæåííûå íà ïëîùàäêå êîíòàêòà îò òî÷êè âîäîðàçäåëà äî ñå÷åíèÿ âûõîäà, íàõîäÿòñÿ â çîíå îïåðåæåíèÿ, à äî ñå÷åíèÿ âõîäà â çîíå îòñòàâàíèÿ. Òàêèå çîíû îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ áóäóò óñëîâíûìè. Ïî âûñîòå ïîëîñû çîíà ïðèëèïàíèÿ áûñòðî ñîêðàùàåòñÿ, è óæå íà íåêîòîðîì óäàëåíèè îò êîíòàêòíûõ ïëîùàäîê âãëóáü ñå÷åíèÿ, èíîãäà íà çíà÷èòåëüíîé ÷àñòè ïî âûñîòå ïîëîñû, ïðèñóòñòâóþò ðåàëüíûå, à íå óñëîâíûå çîíû îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ, ðàçäåëåííûå íåéòðàëüíûì ñå÷åíèåì. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî ïî âñåé âûñîòå ïîëîñû íåéòðàëüíîå ñå÷åíèå ñóùåñòâóåò è ñèëüíî èñêðèâëÿÐèñ. 4.7. Ïîëîæåíèå åòñÿ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 4.7, â ñòîðîíó âõîäíåéòðàëüíîé ëèíèè ïî âûñîòå íîãî ñå÷åíèÿ, è ïðè l /hcp < 0,2 ìîæåò âûõîäèòü ïîëîñû íà âûñîêîì î÷àãå çà ïðåäåëû ãåîìåòðè÷åñêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè. äåôîðìàöèè: γê íåéòðàëüíûé Ïðàêòè÷åñêè âåñü ìåòàëë, çà èñêëþ÷åíèåì íåóãîë íà êîíòàêòíîé ïîâåðõíîñòè; γñð ñðåäíåå åãî áîëüøèõ îáúåìîâ, ðàñïîëîæåííûõ ó ïîâåðõíîñçíà÷åíèå òåé êîíòàêòà, íàõîäèòñÿ â çîíå îïåðåæåíèÿ. 75
Ñðåäíåå ïî î÷àãó äåôîðìàöèè îïåðåæåíèå íà âûñîêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè ìîæåò äîñòèãàòü áîëüøèõ çíà÷åíèé. Íà ðèñ. 4.8 ïðèâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ïî îïåðåæåíèþ ïðè ïðîêàòêå íà ïðîìûøëåííîì ñëÿáèíãå. Âèäíî, ÷òî ïðè îòíîøåíèè l /hcp = 0, 4 − 0,5 ïëàñòè÷åñêàÿ çîíà ïðîñòèðàåòñÿ íà âñå ñå÷åíèå ñëÿáà, çîíû ñìûêàþòñÿ è î÷àã äåôîðìàöèè ïåðåõîäèò îò âûñîêîãî ê ñðåäíåìó. Ñ óìåíüøåíèåì âûñîòû ïîëîñû, à òàêæå ñ ðîñòîì îáæàòèÿ è äèàìåòðà âàëêîâ (ñ ðîñòîì l /hcp ) íà âûÐèñ. 4.8. Îïåðåæåíèå ïðè ñîêèõ î÷àãàõ îïåðåæåíèå ïàäàåò, à íà ñðåäíèõ ïðîêàòêå íà ñëÿáèíãå: íà ðàñòåò. íèæíåì âàëêå (ñïëîøíàÿ ëèíèÿ) è íà âåðõíåì âàëêå Âèäíî (ñì. ðèñ. 4.8), ÷òî ïðè ðàçíûõ äèàìåò(ïóíêòèðíàÿ ëèíèÿ) ðàõ âåðõíåãî è íèæíåãî âàëêîâ ñëÿáèíãà îïåðåæåíèå íà ìåíüøåì âåðõíåì âàëêå ìåíüøå è ìîæåò áûòü äàæå îòðèöàòåëüíûì, ò. å. ìåòàëë áóäåò îòñòàâàòü îò âàëêà çà ñ÷åò âîçäåéñòâèÿ ñî ñòîðîíû áîëüøåãî âàëêà. Îòðèöàòåëüíîå îïåðåæåíèå ýòî âðåäíîå ÿâëåíèå ïðè ïðîêàòêå, ïîñêîëüêó ÷àñòü ñèë òðåíèÿ, íåîáõîäèìûõ äëÿ íîðìàëüíîãî çàõâàòà è ñòàöèîíàðíîé ïðîêàòêè, âûâîäèòñÿ èç ïðîöåññà. Óõóäøàåòñÿ çàõâàò ïîëîñû, ïîÿâëÿåòñÿ íåñòàáèëüíîñòü óñòàíîâèâøåéñÿ ïðîêàòêè. Êðîìå òîãî, ïðè ðàçíûõ îêðóæíûõ ñêîðîñòÿõ âàëêîâ ìîìåíò ïðîêàòêè íà áîëüøåì âàëêå ìîæåò çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàòü ìîìåíò íà ìåíüøåì âàëêå (â 23 ðàçà), ïîýòîìó ïîíÿòíî ñòðåìëåíèå íå äîïóñêàòü ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé âàëêîâ áîëåå 0,2 ðàä/ñ. Ìåæäó çîíàìè 1 è 2 (ñì. ðèñ. 4.5, á) ñóùåñòâóåò âçàèìîäåéñòâèå, ïîýòîìó îñåâûå (ïàññèâíûå) çîíû 2 òàêæå íàõîäÿòñÿ â ñîñòîÿíèè ïëàñòè÷åñêîãî òå÷åíèÿ. Åñëè áû îáå çîíû íå áûëè ñâÿçàíû ñïëîøíîñòüþ ìåòàëëà, òî â çîíàõ 2 äåôîðìàöèè îñòàâàëèñü áû óïðóãèìè, à ìåòàëë àêòèâíûõ çîí áåç ïîìåõ åñòåñòâåííûì îáðàçîì ðàñòåêàëñÿ áû â íàïðàâëåíèè äëèíû è øèðèíû îáðàçöà. Ïàññèâíûå îñåâûå çîíû, âîçäåéñòâóÿ íà àêòèâíûå, ïðåïÿòñòâóþò òå÷åíèþ ìåòàëëà â äëèíó, è ÷åì ìàññèâíåå îñåâûå çîíû, òåì â ïðèêîíòàêòíûõ çîíàõ ìåíüøå âûòÿæêà, à ñëåäîâàòåëüíî, áîëüøå óøèðåíèå ìåòàëëà, è òåì áîëüøå ðàçíèöà ìåæäó ôàêòè÷åñêîé âûòÿæêîé è òîé åñòåñòâåííîé, êîòîðàÿ áûëà áû ïðè îòñóòñòâèè ñâÿçè ìåæäó çîíàìè. Íà ëþáîé ýëåìåíòàðíûé îáúåì ìåòàëëà, âûäåëåííûé â àêòèâíîé çîíå, äåéñòâóþò äîïîëíèòåëüíûå ïðîäîëüíûå íàïðÿæåíèÿ ñæàòèÿ ñî ñòîðîíû ïàññèâíûõ çîí. Ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ À = å3 / å1 â àêòèâíûõ çîíàõ âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷åíèåì îáúåìà ïàññèâíîé çîíû. ×åì âûøå î÷àã äåôîðìàöèè (ìåíüøå l /hcp ), òåì áîëüøå óøèðåíèå â àêòèâíûõ çîíàõ. Íà ðèñ. 4.9 (êðèâàÿ 1) ïîêàçàí Ðèñ. 4.9. Èçìåíåíèå óøèðåíèÿ â ïðèìåðíûé õàðàêòåð èçìåíåíèÿ ïîêàçàòåëÿ ïðèêîíòàêòíûõ 1 è îñåâûõ 2 çîíàõ ïî ìåðå ñíèæåíèÿ âûñîòû î÷àãà óøèðåíèÿ â ïðèêîíòàêòíûõ ñëîÿõ ïî ìåðå èçäåôîðìàöèè ìåíåíèÿ ïàðàìåòðà l /hcp . Íà î÷åíü âûñîêèõ s, %
76
á) î÷àãàõ îí áëèçîê ê åäèíèöå, à ïî ìåðå ñíè- à) / 0,5 1 l h = − æåíèÿ âûñîòû î÷àãà (äî ) ïîcp ñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ. Ïðè ïåðåõîäå ê ñðåäíèì î÷àãàì ( l /hcp > 1 ) âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó çîíàìè èñ÷åçàåò, íî çà ñ÷åò ñèë òðåíèÿ, ñòåïåíü ðàçâèòèÿ êîòîðûõ âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷åíèåì l /hcp , óøèðåíèå íà÷èíàåò óâåëè÷èâàòüñÿ. Ðèñ. 4.10. Ñõåìà îñíîâíûõ Ðàññìîòðèì õàðàêòåð äåôîðìàöèè ìåè äîïîëíèòåëüíûõ íàïðÿæåíèé òàëëà â ïàññèâíûõ çîíàõ. Ïðè îòñóòñòâèè â àêòèâíîé (à) è ïàññèâíîé (á) âçàèìîäåéñòâèÿ ñ àêòèâíûìè çîíàìè ïîçîíàõ êàçàòåëè óäëèíåíèÿ è óøèðåíèÿ áûëè áû ðàâíû íóëþ, íî ïîä âîçäåéñòâèåì àêòèâíûõ çîí èìååò ìåñòî è óäëèíåíèå, è óøèðåíèå (àêòèâíûå çîíû ïðèíóäèòåëüíî òÿíóò ìåòàëë â îáîèõ íàïðàâëåíèÿõ), ò. å. ìåòàëë â ïàññèâíûõ çîíàõ íàõîäèòñÿ â ïëàñòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè. Åñòåñòâåííî, ÷åì âûøå î÷àã äåôîðìàöèè, òåì áîëüøå îáúåì ïàññèâíûõ çîí è âàæíåå èõ ðîëü â îáùåì âçàìîäåéñòâèè çîí. Ñ ðîñòîì ïàðàìåòðà l /hcp óøèðåíèå áóäåò âîçðàñòàòü (ñì. ðèñ. 4.9, êðèâàÿ 2). Èìåþòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå, ïîêàçûâàþùèå, ÷òî íà î÷åíü âûñîêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè âîçìîæíî îòðèöàòåëüíîå óøèðåíèå, ò. å. óòÿæêà öåíòðàëüíîãî ñëîÿ ìåòàëëà. Àêòèâíûå çîíû, óñòðåìëÿÿñü â äëèíó, âîçäåéñòâóþò íà öåíòðàëüíûå ñëîè ñëèòêà òàê, ÷òî â íàïðàâëåíèè øèðèíû ðàçìåðû åãî ìîãóò óìåíüøàòüñÿ. Êîãäà î÷àã äåôîðìàöèè ñòàíîâèòñÿ ñðåäíèì, óøèðåíèå öåíòðàëüíûõ ñëîåâ ìåòàëëà ïî-ïðåæíåìó ðàñòåò, íî óæå çà ñ÷åò ñèë òðåíèÿ. Ïðè ýòîì, êàê èçâåñòíî, ñèëû òðåíèÿ ñäåðæèâàþò óøèðåíèå ïðèêîíòàêòíûõ ñëîåâ, à öåíòðàëüíûå ñëîè óøèðÿþòñÿ áîëåå ñâîáîäíî, êðèâàÿ 2 ïðîéäåò âûøå êðèâîé 1. Ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè çíà÷åíèÿ l /hcp î÷àã äåôîðìàöèè ïåðåõîäèò â ðàçðÿä íèçêèõ, êðèâûå óøèðåíèÿ êîíòàêòíûõ è ñðåäíèõ ñëîåâ ñëèâàþòñÿ, è ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ è ëåíò óøèðåíèå ïàäàåò äî íóëÿ. Ðàññìîòðèì ñèëîâóþ êàðòèíó äåôîðìàöèè íà âûñîêèõ î÷àãàõ. Âûäåëèì ýëåìåíòàðíûé îáúåì â àêòèâíîé çîíå 1 (ðèñ. 4.10, à). Ïî âñåì òðåì íàïðàâëåíèÿì äåéñòâóþò ñæèìàþùèå ãëàâíûå íàïðÿæåíèÿ: ïî âûñîòå σ1 , ïî äëèíå σ3 è â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè σ2 . Íàèáîëüøåå èç íèõ σ1 , íàèìåíüøåå σ3 (ñ ó÷åòîì çíàêà), ïîýòîìó óñëîâèå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè âûäåëåííîãî îáúåìà â ôîðìå Òðåñêà çàïèøåòñÿ â âèäå
σ1 − σ3 = νK ,
ãäå Ê ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå; ν êîýôôèöèåíò Ëîäý. Ïðèìåì ν = 1 è çàïèøåì óñëîâèå ïëàñòè÷íîñòè ñëåäóþùèì îáðàçîì: σ1 σ =1+ 3 . Ê Ê
Íàïðÿæåíèå σ1 îïðåäåëÿåò ñðåäíåå äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè ðñð è â íåêîòîðîì ïðèáëèæåíèè ìîæåò áûòü åìó ïðèðàâíåíî. Åñëè áû íå áûëî ïàññèâíûõ çîí, ìåòàëë âûäåëåííîãî îáúåìà èñïûòûâàë áû ïðàêòè÷åñêè ñëàáîå ñîïðîòèâëåíèå òå÷åíèþ â íàïðàâëåíèè äëèíû.  ýòîì ñëó÷àå òðåíèå íà êîíòàêòå ñëàáî âëè77
ÿåò íà õàðàêòåð äåôîðìàöèè âûäåëåííîãî îáúåìà, ïîýòîìó σ3 áëèçêî ê íóëþ è ð ñð áëèçêî ê åäèíèöå. Åãî çíà÷åíèå íàçûâàþò áàçèñíûì èëè áàçîâûì îòíîøåíèå Ê ð ñð è îáîçíà÷àþò Ê
. Íî ïàññèâíûå çîíû ñîçäàþò äîïîëíèòåëüíûé ïîäïîð áàç
òå÷åíèþ ìåòàëëà â àêòèâíîé çîíå, ïðåïÿòñòâóÿ óäëèíåíèþ. Äîïîëíèòåëüíîå ñæèìàþùåå íàïðÿæåíèå σ3′ ñóììèðóåòñÿ ñ îñíîâíûì íàïðÿæåíèåì σ3 . ×òîáû ìåòàëë äåôîðìèðîâàëñÿ ïëàñòè÷åñêè (âûïîëíÿëîñü óñëîâèå Òðåñêà), íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü íàïðÿæåíèå σ1 , ò. å. äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè ðñð. ×åì âûøå î÷àã äåôîðìàöèè, òåì áîëüøå σ3 è äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè ðñð. Îòíîøåíèå ð ñð Ê = nç ð ñð Ê áàç
õàðàêòåðèçóåò âëèÿíèå äîïîëíèòåëüíîãî ïîäïîðà àêòèâíûõ çîí íà óâåëè÷åíèå äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè (êàê ñëåäñòâèÿ íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè). Ýòî îòíîøåíèå íàçûâàåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ïîäïîðà. Íà ðèñ. 4.11 (ëåâàÿ âåòâü) ïîêàçàíî èçìåíåíèå nç íà âûñîêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè. Íà ñðåäíèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè ïðè ñíèæåíèè âûñîòû î÷àãà äåôîðìàöèè äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè òàêæå óâåëè÷èâàåòñÿ, íî ïðè÷èíîé ýòîãî ÿâëÿþòñÿ óæå ñèëû òðåíèÿ íà êîíòàêòíûõ ïîâåðõíîñòÿõ. Íà ñðåäíèõ î÷àãàõ îòíîøåíèå ð ñð Ê = nó ð ñð Ê áàç
õàðàêòåðèçóåò âëèÿíèå ñèë òðåíèÿ íà äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè. Ïðàâàÿ âåòâü êðèâîé (ñì. ðèñ. 4.11) äåìîíñòðèðóåò çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà nσ îò âûñîòû ñðåäíåãî î÷àãà äåôîðìàöèè. Ïîñêîëüêó îáà êîýôôèöèåíòà ( nσ è nç ) çàâèñÿò òîëüêî îò îòíîøåíèÿ l /hcp , òî ìîæíî ðàññìàòðèâàòü èõ ïðîèçâåäåíèå nσ nç êàê åäèíûé êîýôôèöèåíò, ïðè÷åì íà âûñîêèõ î÷àãàõ nσ = 1 è nç > 1 , à íà ñðåäíèõ, íàîáîðîò, nσ > 1 è nç = 1 . Êîýôôèöèåíò nç ìîæíî âû÷èñëèòü ïî ôîðìóëå Â.Ñ. Ñìèðíîâà: Ðèñ. 4.11. Èçìåíåíèå êîýôôèöèåíòîâ ïîäïîðà nç è âëèÿíèÿ òðåíèÿ nσ íà âûñîêèõ è ñðåäíèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè
78
nç = 2 − l /hcp .
Äëÿ âû÷èñëåíèÿ nσ íà ñðåäíèõ è íèçêèõ î÷àãàõ ïðåäëàãàþòñÿ, íàïðèìåð, ôîðìóëû Áðîâìàíà:
nó = 0, 75 + 0, 25l /hcp , åñëè 4 ≥ l /hcp > 2 ; nó = 0,5 (l /hcp + hcp /l ) , åñëè 1 ≤ l /hcp ≤ 2 . Íà íèçêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè, õàðàêòåðíûõ äëÿ ëèñòîâûõ ñòàíîâ, äàâëåíèå íà âàëêè ñëåäóåò âû÷èñëÿòü ïî ìåòîäèêå À.È. Öåëèêîâà [1]. Ãëàâíûì ïàðàìåò2ìl 2ì = , îòðàæàþùèé ñîîòíîøåíèå êîýôôèöèÄh á åíòà òðåíèÿ µ è ïîëîâèíû óãëà çàõâàòà α , ÷òî ëåãêî òðàíñôîðìèðîâàòü â ñîîòíîøåíèå ñèëû òðåíèÿ Ò è íîðìàëüíîãî óñèëèÿ Ð ïðè óñòàíîâèâøåéñÿ ïðîêàòêå. Êîýôôèöèåíò nσ îïðåäåëÿåòñÿ ïî íîìîãðàììå Öåëèêîâà (ñì. ðàçä. 4.3, ðèñ. 4.15). Ïðè íèçêèõ î÷àãàõ äëÿ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè ( l /hcp > 4 ) ðåêîìåíäóåòñÿ ôîðìóëà
ðîì çäåñü ÿâëÿåòñÿ êðèòåðèé
nó = 1 +
l , 4hcp
à äëÿ õîëîäíîé ïðîêàòêè ïðè l /hcp > 6 − 8 ïðèìåíèìà ôîðìóëà, ïîëó÷åííàÿ äëÿ îñàäêè òîíêèõ ïîëîñ ïîä ïàðàëëåëüíûìè áîéêàìè: nó =
em − 1 l , ãäå m = µ . m +1 hñð
Âèäíî (ñì. ðèñ. 4.11), ÷òî îòíîøåíèå l /hcp = 1 ÿâëÿåòñÿ ãðàíèöåé âûñîêèõ è ñðåäíèõ î÷àãîâ äåôîðìàöèè. Ðàíåå óæå îòìå÷àëîñü, ÷òî ýòà ãðàíèöà ìîæåò ñìåùàòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé äåôîðìàöèè. Êîãäà àêòèâíûå çîíû ñìûêàþòñÿ íà îñè, îáà êîýôôèöèåíòà ðàâíû åäèíèöå: nç = nó = 1, äàâëåíèå íà âàëêè ðàâíî áàçèñíîìó è ðàâíî ïðåäåëó òåêó÷åñòè ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå Ê. Èçâåñòíî, ÷òî ôàêòè÷åñêèé ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå îòëè÷àåòñÿ îò ïîëó÷åííîãî ïðè ðàñòÿæåíèè ñòàíäàðòíîãî îáðàçöà. Îíè áûëè áû ðàâíûìè, åñëè áû ïðè ïðîêàòêå îòñóòñòâîâàëî òðåíèå íà êîíòàêòå. Ïîýòîìó ýêñïåðèìåíòàëüíî ïðåäåë òåêó÷åñòè ïðè ïðîêàòêå íåîáõîäèìî îïðåäåëÿòü ïóòåì ïðîêàòêè îáðàçöîâ.  áàçèñíûõ óñëîâèÿõ (ïðè l /hcp = 1) ìîæíî èçìåðèòü óñèëèå ïðîêàòêè Ð, çàòåì, ðàçäåëèâ åãî íà ïëîùàäü êîíòàêòà F = lbñð , âû÷èñëèòü ñðåäíåå äàâëåíèå ðñð, êîòîðîå áóäåò ðàâíî ïðåäåëó òåêó÷åñòè ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå Ê. Ïîëó÷èëàñü ìåòîäèêà èçìåðåíèÿ ïðåäåëà òåêó÷åñòè Ê ïðè ïðîêàòêå â áàçèñíûõ óñëîâèÿõ. Àêòèâíûå çîíû ìåòàëëà (ñì. ðèñ. 4.10), áëàãîäàðÿ äîïîëíèòåëüíîìó ïîäïîðó, íàõîäÿòñÿ â ñîñòîÿíèè òðåõñòîðîííåãî ñæàòèÿ, ÷òî áëàãîïðèÿòíî ñêàçûâàåòñÿ íà ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà (ñïîñîáíîñòè äåôîðìèðîâàòüñÿ áåç ðàçðóøåíèÿ). Íàîáîðîò, äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ â ïàññèâíûõ çîíàõ (ñì. ðèñ. 4.10, á) ÿâëÿþòñÿ ðàñòÿãèâàþùèìè êàê â ïðîäîëüíîì, òàê è ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèÿõ. Ýòî ñíèæàåò ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà, ïîýòîìó â öåíòðàëüíûõ ïî âûñîòå ñëîÿõ âîçìîæíû òðåùèíû, îïàñíûå òåì, ÷òî îíè ñêðûòû âíóòðè. Íà ðèñ. 4.12 ïðèâåäåíî ðàñïî- Ðèñ. 4.12. Õàðàêòåð òðåùèíîîáðàçîâàíèÿ ëîæåíèå òàêèõ òðåùèí. ïðè ïðîêàòêå íà áëþìèíãå 79
Òàêèì îáðàçîì, ïðè ïðîêàòêå íà áëþìèíãå è ñëÿáèíãå, êîãäà ïðåîáëàäàþò âûñîêèå î÷àãè äåôîðìàöèè, ñî âñåõ ïîçèöèé âðåäíû ìàëûå îáæàòèÿ, îáåñïå÷èâàþùèå âûñîêèå î÷àãè äåôîðìàöèè. Âî-ïåðâûõ, îáðàçóåòñÿ ëèøíåå òå÷åíèå ìåòàëëà â øèðèíó â ïðèêîíòàêòíûõ çîíàõ, ñëåäîâàòåëüíî, ìåíüøå âûòÿæêà, è äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîíå÷íîãî ïðîôèëÿ (áëþìà èëè ñëÿáà) òðåáóþòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ýíåðãèÿ è âðåìÿ. Âî-âòîðûõ, îáðàçóþòñÿ íàïëûâû, èñêàæàþùèå ôîðìó ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ðàñêàòà. Â-òðåòüèõ, äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè ïîâûøàåòñÿ. È, íàêîíåö, ïëàñòè÷íîñòü öåíòðàëüíûõ ñëîåâ ñëèòêà ïîíèæàåòñÿ. Íà áëþìèíãàõ è ñëÿáèíãàõ ïðè äåôîðìàöèè êðóïíûõ ñëèòêîâ, îñîáåííî â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ, êîãäà âûñîòà ïðîêàòà âåëèêà, íåîáõîäèìî äåôîðìèðîâàòü ìåòàëë ñ ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûìè îáæàòèÿìè, óâåëè÷èâàÿ çíà÷åíèÿ ôàêòîðà l /hcp . Äëÿ ýòîãî òàêæå ïîëåçíî óâåëè÷èâàòü äèàìåòð âàëêîâ ñòàíà. Ïåðâûå áëþìèíãè èìåëè äèàìåòð âàëêîâ 9001000 ìì, ïî ìåðå ðîñòà ìàññû ñëèòêîâ äèàìåòðû óâåëè÷èâàëèñü äî 11001250 ìì. Áîëüøèíñòâî ñîâðåìåííûõ áëþìèíãîâ èìååò äèàìåòð âàëêîâ 1300 ìì, à â ñîñòàâå áàëî÷íîãî ñòàíà íà Íèæíåòàãèëüñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì êîìáèíàòå èìååòñÿ áëþìèíã ñ âàëêàìè äèàìåòðîì 1500 ìì. Çà ðóáåæîì ñïðîåêòèðîâàí áëþìèíã 1800 ìì. 4.3. Íèçêèå î÷àãè äåôîðìàöèè Íèçêèé î÷àã äåôîðìàöèè õàðàêòåðèçóåòñÿ ïðåíåáðåæèìî ìàëûìè çîíàìè ïðèëèïàíèÿ.  î÷àãå äåôîðìàöèè îò ñå÷åíèÿ âõîäà äî íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ ñóùåñòâóåò çîíà îòñòàâàíèÿ è ïîñëå íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ çîíà îïåðåæåíèÿ. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ µ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ôèçè÷åñêóþ õàðàêòåðèñòèêó òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé, à òðåíèå íà êîíòàêòå îïèñûâàåòñÿ çàêîíîì Êóëîíà: τ = µσ . Ýïþðû êîíòàêòíûõ êàñàòåëüíûõ è íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé èìåþò âèä, ïðåäñòàâëåííûé íà ðèñ. 4.13. Îáû÷íî ñ÷èòàþò, ÷òî íèçêèå î÷àãè ðåàëèçóþòñÿ ïðè l /hcp ≥ 4 5. Ïðè òàêèõ çíà÷åíèÿõ l /hcp ïðèìåíèìà ãèïîòåçà ïëîñêèõ ñå÷åíèé. Êîíå÷íî, ãèïîòåçà ïëîñêèõ ñå÷åíèé âûïîëíÿåòñÿ ñòðîãî òîëüêî ïðè îòñóòñòâèè òðåíèÿ íà êîíòàêòå. À ïîñêîëüêó äàæå ïðè ñàìûõ ëó÷øèõ ñìàçêàõ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ íå ðàâåí íóëþ, òî íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè ïî âûñîòå èìååò ìåñòî âñåãäà, äàæå ïðè î÷åíü íèçêèõ î÷àãàõ. Ê òîìó æå, êàê èçâåñòíî, ïðè íóëåâîì òðåíèè íà êîíòàêòå ïðîêàòêà ïðèíöèïèàëüíî íåâîçìîæíà. Äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ñèëîâîé êàðòèíû äåôîðìàöèè ìåòàëëà íà íèçêèõ î÷àãàõ ïðèíÿòèå ãèïîòåçû ïëîñêèõ ñå÷åíèé âïîëíå êîððåêòíî, è äëÿ ïëîñêîé äåôîðìàöèè çàäà÷à Ðèñ. 4.13. Ýïþðû êîíòàêòíûõ ðàçðåøèìà â êîíå÷íîì âèäå. Ïëîñêàÿ íàïðÿæåíèé òðåíèÿ è äàâëåíèÿ äåôîðìàöèÿ èìååò ìåñòî ïðè ïðîêàòíà íèçêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè êå øèðîêîé ïîëîñû, êîãäà äåôîðìà80
öèÿ ìåòàëëà â íàïðàâëåíèè øèðèíû îòñóòñòâóåò, è âåñü ñìåùåííûé îáúåì ìåòàëëà óñòðåìëÿåòñÿ â äëèíó. Òàêèì îáðàçîì, äîñòàòî÷íî ïðàâäîïîäîáíà ñëåäóþùàÿ óïðîùåííàÿ ìîäåëü äåôîðìàöèè ìåòàëëà: â ëþáîì ñå÷åíèè î÷àãà äåôîðìàöèè íàïðÿæåíèÿ è äåôîðìàöèè ïîñòîÿííû ïî âûñîòå è øèðèíå îáðàçöà è èçìåíÿþòñÿ òîëüêî îò ñå÷åíèÿ ê ñå÷åíèþ. Ïëîñêîå ñå÷åíèå, ïðîõîäÿ ÷åðåç î÷àã äåôîðìàöèè, îñòàåòñÿ ïëîñêèì, à ëþáîé ïðÿìîóãîëüíèê, âûäåëåííûé â ñå÷åíèè, îñòàåòñÿ ïðÿìîóãîëüíûì. Âûäåëèì â íèçêîì è øèðîêîì î÷àãàõ äåôîðìàöèè (íàïðèìåð, â çîíå îòñòàâàíèÿ) íà ðàññòîÿíèè õ îò ñå÷åíèÿ âûõîäà ýëåìåíò abcd äëèíîé dx (ðèñ. 4.14). Åìó ñîîòâåòñòâóåò öåíòðàëüíûé óãîë ϕx . Ñïðàâà íà âûäåëåííûé ýëåìåíò äåéñòâóåò ñèëà σ x hx b , ãäå σ x íàïðÿæåíèå ñæàòèÿ, äåéñòâóþùåå ïðîòèâîïîëîæíî íàïðàâëåíèþ îñè õ. Àíàëîãè÷íî, íà ëåâóþ ïëîùàäêó âûñîòîé h x+dh x äåéñòâóåò ñèëà ( σ x + d σ x )(hx+dhx)b, íàïðàâëåííàÿ ïî îñè õ. Ïî ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà âûäåëåííîãî ýëåìåíòà äåéñòâóþò ñèëû íîðìàëüíîãî äàâëåíèÿ ð è Ðèñ. 4.14. Ñõåìà ðàâíîâåñèÿ ñèë òðåíèÿ τ , ïðè÷åì τ â çîíå îòñòàâàíèÿ äåéíà íèçêîì î÷àãå äåôîðìàöèè ñòâóåò ïî õîäó ïðîêàòêè (â ïîëîæèòåëüíîì íàïðàâëåíèè ïî îñè õ), à â çîíå îïåðåæåíèÿ â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè. Äëÿ âûäåëåííîãî ýëåìåíòà ñóììà ïðîåêöèé âñåõ ñèë íà îñü x ðàâíà íóëþ: (σ x + d σ x )(hx + dhx )b − σ x hx b − 2 p sin ϕ x bdx + 2τ cos ϕ x bdx = 0 .
Ðàçäåëèì íà cos ϕx è, ïðåíåáðåãàÿ áåñêîíå÷íî ìàëûìè âåëè÷èíàìè âûñøåãî ïîðÿäêà, ïîëó÷èì 1 (σ x dhx + hx d σ x ) − 2 p tg ϕ x dx + 2τdx = 0. ños ϕ x
Ïðèìåì ñosϕ x = 1 ââèäó ìàëîñòè óãëà è ïîäñòàâèì â óðàâíåíèå dx = dhx / 2tgϕ x : d óx − ( p − óx )
dhx ô dhx + = 0. hx tgϕ x hx
Ïîñëåäíåå ñëàãàåìîå äëÿ ýëåìåíòà, âûäåëåííîãî â çîíå îïåðåæåíèÿ, áóäåò èìåòü çíàê ìèíóñ, à â çîíå îòñòàâàíèÿ ïëþñ, ïîýòîìó åãî â îáùåì ñëó÷àå çàïèñûâàþò ñî çíàêîì ±. Ïðè ìàëîì óãëå ϕx ìîæíî ñ÷èòàòü íîðìàëüíîå íàïðÿæåíèå σ y è äàâëåíèå ð ðàâíûìè. Òîãäà óñëîâèå ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà çàïèøåì â âèäå p − σ x = νK .
Êîýôôèöèåíò Ëîäý ν íà óçêèõ îáðàçöàõ (ïðè ïëîñêîì íàïðÿæåííîì ñîñòîÿíèè) ðàâåí 1,0, à íà øèðîêèõ îáðàçöàõ (ïðè ïëîñêîé äåôîðìàöèè) ðàâåí 1,155. Ïðîäèôôåðåíöèðîâàâ ýòî ðàâåíñòâî, áóäåì èìåòü: dp = d σ x . 81
Ïîäñòàâëÿÿ â óðàâíåíèå ðàâíîâåñèÿ óñëîâèå ïëàñòè÷íîñòè, à òàêæå çàêîí òðåíèÿ Êóëîíà τ = µp, ïîëó÷èì èçâåñòíîå óðàâíåíèå ïðîêàòêè, èëè óðàâíåíèå Êàðìàíà: ìp dp = íK ± tgϕ x
dh x . hx
(Äëÿ çîíû îïåðåæåíèÿ áóäåò çíàê ïëþñ). Äëÿ ðåøåíèÿ ýòîãî óðàâíåíèÿ òðåáóåòñÿ âûðàçèòü tgϕ x ÷åðåç ëèíåéíûå ïàðàìåòðû î÷àãà äåôîðìàöèè. Ñàìîå ïðîñòîå âûðàæåíèå ïîëó÷èòñÿ, êîãäà äóãà çàõâàòà (äóãà îêðóæíîñòè) çàìåíÿåòñÿ õîðäîé. Òîãäà ñðåäíåå çíà÷åíèå tgϕx â çîíàõ îòñòàâàíèÿ è îïåðåæåíèÿ áóäåò ðàâíî, ñîîòâåòñòâåííî, (tgϕx )ñð = tg(α + γ) / 2 è (tgϕx )ñð = tg γ / 2 .
Ââåäåì îáîçíà÷åíèÿ: δ0 = 2µ / tg(α + γ) è δ1 = 2µ / tg γ .
Òîãäà äëÿ çîíû îòñòàâàíèÿ è îïåðåæåíèÿ ïîëó÷èì: dp = ( íK − ä0 p )
dhx hx ;
dp = ( íK + ä1 p )
dhx . hx
Ïîñëå ðàçäåëåíèÿ ïåðåìåííûõ è èíòåãðèðîâàíèÿ ïîëó÷èì äëÿ çîíû îòñòàâàíèÿ
p = C 0 hx −
ä0
+ íK / ä 0 ;
äëÿ çîíû îïåðåæåíèÿ
p = C 1 hx
ä1
− νK / ä1 .
Êîíñòàíòû èíòåãðèðîâàíèÿ Ñ0 è Ñ1 íàéäåì èç ãðàíè÷íûõ óñëîâèé íà âõîäå è âûõîäå èç î÷àãà äåôîðìàöèè. Åñëè íåò íàòÿæåíèÿ ïîëîñû, òî ïðè hx = h0 è hx = h1 σ x = 0 è ïî óñëîâèþ ïëàñòè÷íîñòè p = νK . À.È. Öåëèêîâ ðàññìîòðåë áîëåå îáùèé ñëó÷àé, êîãäà èìåþòñÿ íàïðÿæåíèÿ çàäíåãî σ0 è ïåðåäíåãî σ1 íàòÿæåíèé, êîòîðûì ñëåäóåò ïðèðàâíÿòü íàïðÿæåíèÿ σ x íà âõîäå è âûõîäå èç î÷àãà äåôîðìàöèè. Óñëîâèå ïëàñòè÷íîñòè ïðè hx = = h0 áóäåò èìåòü âèä: p = νK − σ0 .
Åñëè îáîçíà÷èòü ξ0 = 1 − σ0 / νK , òî p = ξ0 νK . Àíàëîãè÷íî äëÿ çîíû îïåðåæåíèÿ ïðè hx = h1 ξ1 = 1 − σ1 /νK è p = ξ1 νK . Êîýôôèöèåíòû ξ0 è ξ1 íàçûâàþò êîýôôèöèåíòàìè íàòÿæåíèÿ. Ïðè òàêèõ ãðàíè÷íûõ óñëîâèÿõ ïîñòîÿííûå èíòåãðèðîâàíèÿ áóäóò ñëåäóþùèìè: 82
C0 = íK (î0 − 1/ä0 )h0 0 ; ä
−ä
C1 = íK (î1 + 1 / δ1 )h1 1 .
Ïîäñòàâëÿÿ èõ â èñõîäíîå óðàâíåíèå, ïîëó÷àåì èçâåñòíûå â òåîðèè ÎÌÄ ôîðìóëû Öåëèêîâà äëÿ ðàñ÷åòà íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé íà íèçêîì î÷àãå äåôîðìàöèè: äëÿ çîíû îòñòàâàíèÿ p =
h íK (î 0 ä 0 − 1) 0 ä0 hx
ä0
+ 1 ;
h íK (î1 ä1 + 1) x ä1 h1
ä1
− 1 .
äëÿ çîíû îïåðåæåíèÿ p =
Âûñîòà hx ñâÿçàíà ñ êîîðäèíàòîé õ (ðàññòîÿíèåì äî òî÷êè õ = 0) ñîîòíîøåíèåì, êîòîðîå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé óðàâíåíèå îêðóæíîñòè âàëêà:
x 2 + (a − hx / 2) 2 = R 2 , ãäå à = R + h1 ðàññòîÿíèå ìåæäó öåíòðîì âàëêà è îñüþ îáðàçöà y = 0. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ïðèâåäåííîå ðåøåíèå çàäà÷è ñòàëî âîçìîæíûì ïðè óñëîâèè, ÷òî ïðåäåë òåêó÷åñòè Ê ïîñòîÿííûé ïî äëèíå äóãè çàõâàòà. Îäíàêî ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå ïðîèñõîäèò íàêëåï ìåòàëëà, è çíà÷åíèå Ê îò ñå÷åíèÿ ê ñå÷åíèþ èçìåíÿåòñÿ. Â.Ñ. Ñìèðíîâ ïîïûòàëñÿ ðåøèòü ýòó çàäà÷ó, çàäàâ ñòåïåííîé çàêîí èçìåíåíèÿ Ê â âèäå K x = K 0 (h0 / hx )n ,
ãäå n êîýôôèöèåíò íàêëåïà, çàâèñÿùèé òîëüêî îò ìàðêè ìåòàëëà. Íî ðåøåíèå ïîëó÷èëîñü î÷åíü ñëîæíûì, è Ñìèðíîâ ïðèøåë ê âûâîäó, ÷òî ðåçóëüòàò ìàëî èñêàæàåòñÿ, åñëè ïðåäåë òåêó÷åñòè óñðåäíèòü ïî äëèíå äóãè çàõâàòà è ñ÷èòàòü åãî ïîñòîÿííûì è ðàâíûì Êñð: K cp =
K 0 + K1 , 2
ãäå Ê0 è Ê1 ïðåäåëû òåêó÷åñòè ìåòàëëà äî è ïîñëå ïðîêàòêè, êîòîðûå ëåãêî îïðåäåëÿþòñÿ ïî ñïðàâî÷íèêàì. Ïðèâåäåííûå ýïþðû (ñì. ðèñ. 4.13) ðàñïðåäåëåíèÿ íîðìàëüíîãî äàâëåíèÿ p = σ ïî äëèíå äóãè çàõâàòà ïðè ξ0 = ξ1 = 1 (îòñóòñòâèå íàòÿæåíèÿ) áûëè ïîñòðîåíû ïî ðåøåíèþ Öåëèêîâà. Âèäíî, ÷òî ê íåéòðàëüíîìó ñå÷åíèþ î÷àãà äàâëåíèå ð áûñòðî íàðàñòàåò (ïî ñòåïåííîìó çàêîíó) è ìîæåò äîñòèãàòü î÷åíü áîëüøèõ çíà÷åíèé. Ìíîãî÷èñëåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî õàðàêòåð èçìåíåíèÿ êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé ïîëíîñòüþ ñîâïàäàåò ñ òåîðåòè÷åñêèì. Ìàêñèìóì ýïþðû äàâëåíèÿ ñîâïàäàåò ñ íåéòðàëüíûì ñå÷åíèåì â î÷àãå äåôîðìàöèè. Ìàêñèìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ â öåíòðå î÷àãà äåôîðìàöèè ÿâëÿþòñÿ îñíîâíîé ïðè÷èíîé âûêðîøèâàíèÿ ïîâåðõíîñòè âàëêîâ ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ. Ïèê 83
íàïðÿæåíèé ñèëüíî çàâèñèò îò êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ µ . Ïðè µ = 0 íà ïðîòÿæåíèè âñåé äóãè çàõâàòà äàâëåíèå ïîñòîÿííî è p = k. Ñ ðîñòîì êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ êóïîëîîáðàçíîñòü ýïþðû äàâëåíèÿ ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ. Ïëîùàäü ôèãóðû ïîä êóïîëîì (åñëè ïðîèíòåãðèðîâàòü ýïþðó) îïðåäåëÿåò ñèëó ïðîêàòêè: P = ∫ pdx,
à ñðåäíåå äàâëåíèå ðñð = Ð/l, ãäå l äëèíà äóãè çàõâàòà. Êîýôôèöèåíò ïîäïîðà nσ = pñð /K
õàðàêòåðèçóåò ïðåâûøåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè ðñð íàä ïðåäåëîì òåêó÷åñòè Ê çà ñ÷åò âëèÿíèÿ ñèë òðåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà. Äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ ðñð À.È. Öåëèêîâ ïîñòðîèë íîìîãðàììó, ïðèâåäåííóþ íà ðèñ. 4.15, ïî êîòîðîé îïðåäåëÿåòñÿ çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà ïîäïîðà nσ â çàâèñèìîñòè îò îáæàòèÿ ε = ∆h/h0 è îòíîøåíèÿ δ = 2µ/α, ãäå α óãîë çàõâàòà â ðàäèàíàõ: α = ∆h/R .
Ïîëåçíî ïðîàíàëèçèðîâàòü âëèÿíèå äðóãèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ íà ýïþðó äàâëåíèÿ. Óæå îòìå÷åíî, ÷òî ñ ïîâûøåíèåì êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ µ ïëîùàäü êóïîëà ýïþðû äàâëåíèÿ íà âàëêè âîçðàñòàåò, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 4.16, à. Ñ óâåëè÷åíèåì äëèíû äóãè çàõâàòà l = 0,5∆h ⋅ D ïëîùàäü ýïþðû òîæå ðàñòåò, ñëåäîâà-
Ðèñ. 4.15. Íîìîãðàììà äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñðåäíåãî äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè íà íèçêîì î÷àãå äåôîðìàöèè 84
à)
á)
â)
Ðèñ. 4.16. Èçìåíåíèå ýïþðû äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè ïðè óâåëè÷åíèè êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ (à), äëèíû äóãè çàõâàòà çà ñ÷åò îáæàòèÿ (á) è çà ñ÷åò äèàìåòðà âàëêîâ (â)
òåëüíî, ñðåäíåå äàâëåíèå è ñèëà ïðîêàòêè óâåëè÷èâàþòñÿ ñ ðîñòîì îáæàòèÿ (ðèñ. 4.16, á) è äèàìåòðà âàëêîâ (ðèñ. 4.16, â). Äëÿ ñíèæåíèÿ óñèëèÿ ïðîêàòêè íàäî óìåíüøàòü äèàìåòð ðàáî÷èõ âàëêîâ. Ïðè íàëè÷èè ïåðåäíåãî íàòÿæåíèÿ íàïðÿæåíèåì σ1 = ξ1 νK ÷àñòü ýïþðû, ñîîòâåòñòâóþùàÿ çîíå îïåðåæåíèÿ, ñðåçàåòñÿ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 4.17, à (ïðè ξ1 = 0,5 è ξ1 = 0, 2 ). Íà âûõîäå èç î÷àãà äåôîðìàöèè âìåñòî äàâëåíèÿ p = σ0 = K ïîëó÷èì p = (1 − ξ1 )K . Àíàëîãè÷íî â çîíå îòñòàâàíèÿ áóäåò ñðåçàòüñÿ ïðàâàÿ âåòâü ýïþðû, åñëè ïðèêëàäûâàåòñÿ çàäíåå íàòÿæåíèå σ0 = ξ0 K , è íà âõîäå â âàëêè äàâëåíèå ð óïàäåò äî çíà÷åíèÿ p = (1 − ξ0 )K . Ïðè íàëè÷èè ïåðåäíåãî è çàäíåãî íàòÿæåíèé îäíîâðåìåííî ñðåçàþòñÿ îáå âåòâè, äàâëåíèå íà âàëêè ðåçêî ñíèæàà)
á)
Ðèñ. 4.17. Èçìåíåíèå ýïþðû äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè ïðè íàëè÷èè ïåðåäíåãî íàòÿæåíèÿ (à) è ñîâìåñòíîãî ïåðåäíåãî è çàäíåãî íàòÿæåíèé (á) 85
åòñÿ, ðåçêî óìåíüøàåòñÿ òàêæå ïèêîâîå çíà÷åíèå äàâëåíèÿ (ñì. ðèñ. 4.17, á). Ïðè îäèíàêîâûõ çíà÷åíèÿõ êîýôôèöèåíòîâ íàòÿæåíèÿ ξ0 = ξ1 çàäíåå íàòÿæåíèå áîëåå ýôôåêòèâíî ñíèæàåò äàâëåíèå, ÷åì ïåðåäíåå. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ïðè ïðîêàòêå áåç íàòÿæåíèÿ çîíà îòñòàâàíèÿ áîëüøå çîíû îïåðåæåíèÿ, ïîýòîìó ñðåçàåìàÿ ÷àñòü ëåâîé âåòâè ýïþðû äàâëåíèÿ, îòíîñÿùàÿñÿ ê çîíå îòñòàâàíèÿ, ïî ïëîùàäè áîëüøå ïðàâîé. Äëÿ ó÷åòà âëèÿíèÿ íàòÿæåíèÿ ïîëîñû íà äàâëåíèå ð ââîäèòñÿ êîýôôèöèåíò íàòÿæåíèÿ níàò, êîòîðûé ðàâåí åäèíèöå ïðè îòñóòñòâèè íàòÿæåíèÿ è ìåíüøå åäèíèöû ïðè íàòÿæåíèè. Êîýôôèöèåíò níàò ïðèáëèæåííî îöåíèâàþò ôîðìóëîé níàò = 1 −
ó 0 + ó1 . 2Ê
Ýòî âûðàæåíèå ïðåäïîëàãàåò, ÷òî ïåðåäíåå è çàäíåå íàòÿæåíèÿ σ0 è σ1 îäèíàêîâî âîçäåéñòâóþò íà äàâëåíèå íà âàëêè, íî ýòî íå òàê, ïîýòîìó ïðè áîëüøèõ íàòÿæåíèÿõ, ðàâíûõ (0,3 0,5)Ê è áîëüøå, â ïðèâåäåííóþ ôîðìóëó ñëåäóåò ââåñòè ïåðåä σ1 êîýôôèöèåíò k, áîëüøèé åäèíèöû, ó÷èòûâàþùèé ýòî ðàçëè÷èå. À.À. Êîðîëåâ ïîäðîáíî çàíèìàëñÿ ýòèì âîïðîñîì è ïðåäëîæèë íåñêîëüêî áîëåå òî÷íûõ òåîðåòè÷åñêèõ ôîðìóë. Íàïðèìåð, äëÿ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè ëèñòà íà ñîâðåìåííûõ íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ ïðèìåíèìà ôîðìóëà
ó ó 1 níàò = 1 − 1 (1 − å) + 1 − 0 , K K 2 − å ãäå ε = ∆h/h0 . Ñëåäóåò îòìåòèòü òàêæå, ÷òî ñ óìåíüøåíèåì äàâëåíèÿ óìåíüøàåòñÿ óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, ñïîñîáñòâóåò ñíèæåíèþ óñèëèÿ ïðîêàòêè. Ïðè ïðîèçâîäñòâå õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà ïðàêòè÷åñêè âñåãäà ïðîêàòêó âåäóò ïðè çíà÷èòåëüíîì ïåðåäíåì è çàäíåì íàòÿæåíèÿõ, ÷òîáû ñíèçèòü óñèëèå ïðîêàòêè, ïèêîâîå äàâëåíèå íà âàëêè è óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ. Îáîáùèì ñêàçàííîå. Ïðè l /hcp < 1 î÷àã äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå âûñîêèé. Ñèëû òðåíèÿ íå âëèÿþò íà õàðàêòåð äåôîðìàöèè ìåòàëëà, êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ýòî íå ôèçè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðîöåññà, à òîëüêî îòíîøåíèå êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé ê íîðìàëüíûì; ïî âñåé êîíòàêòíîé ïëîùàäêå äåéñòâóåò çîíà ïðèëèïàíèÿ, õîòÿ â îáúåìå î÷àãà äåôîðìàöèè ñóùåñòâóþò îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ. Âñå äåôîðìàöèîííûå è ñèëîâûå õàðàêòåðèñòèêè ïðîêàòêè îïðåäåëÿþòñÿ íåðàâíîìåðíîñòüþ äåôîðìàöèè ïî âûñîòå. Íà ñðåäíèõ î÷àãàõ ïðè 1 < l /hcp < 4 íà êîíòàêòå, íàðÿäó ñ çîíàìè ïðèëèïàíèÿ, ñóùåñòâóþò ðàçâèòûå çîíû ñêîëüæåíèÿ. Ñòåïåíü èõ ðàçâèòèÿ îïðåäåëÿåòñÿ êîýôôèöèåíòîì òðåíèÿ, êîòîðûé äëÿ ýòèõ çîí èìååò âïîëíå îïðåäåëåííûé ôèçè÷åñêèé ñìûñë.  çîíå ïðèëèïàíèÿ ïî-ïðåæíåìó êîýôôèöèåíò òðåíèÿ íå ÿâëÿåòñÿ ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíîé. Íåðàâíîìåðíûé õàðàêòåð äåôîðìàöèè â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îïðåäåëÿåòñÿ ðàñïðåäåëåíèåì ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòå, îíè æå îïðåäåëÿþò ýïþðó íîðìàëüíûõ äàâëåíèé ìåòàëëà ïî äëèíå î÷àãà äåôîðìàöèè. Íîðìàëüíûå äàâëåíèÿ ðåç÷å, ÷åì íà âûñîêèõ î÷àãàõ, âîçðàñòàþò ê íåéòðàëüíîìó ñå÷åíèþ. Íà íèçêèõ î÷àãàõ ïðè l /hcp > 4 íà êîíòàêòå ïîëíîñòüþ ãîñïîäñòâóþò çîíû ñêîëüæåíèÿ, äåôîðìàöèþ ïî âûñîòå ìîæíî ñ÷èòàòü ðàâíîìåðíîé (õîòÿ äëÿ îöåíêè òîíêèõ ýôôåêòîâ ïðèõîäèòñÿ ïðèçíàòü, ÷òî îíà íåðàâíîìåðíà). Êîýôôèöèåíò 86
òðåíèÿ âàæíàÿ ôèçè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðîöåññà. Ýïþðà íîðìàëüíûõ äàâëåíèé åùå ðåç÷å (ïî ýêñïîíåíòå) âîçðàñòàåò ê íåéòðàëüíîìó ñå÷åíèþ, ñîçäàâàÿ âáëèçè íåãî êîëîññàëüíûå äàâëåíèÿ. Ïðè õîëîäíîé ëèñòîâîé è ëåíòî÷íîé ïðîêàòêå â ýòîé òî÷êå äàâëåíèå äîñòèãàåò 20002500 Í/ìì2 (èëè ÌÏà), òîãäà êàê ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà âàëêîâ íå ïðåâûøàåò 1500 ÌÏà. Ïðè òðåõñòîðîííåì ñæàòèè â íåéòðàëüíîì ñå÷åíèè íå ïðîèñõîäèò ðàçðóøåíèÿ âàëêîâ, îäíàêî âûñîêèå äàâëåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ïðè÷èíîé âûêðîøèâàíèÿ ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ âàëêîâ. Ñëåäóåò åùå ðàç îòìåòèòü, ÷òî ïðåäñòàâëåííûå ïðåäåëû ðàçäåëåíèÿ î÷àãîâ äåôîðìàöèè âåñüìà óñëîâíû è çàâèñÿò îò ìíîãèõ ôàêòîðîâ; è â îñíîâå ðàçäåëåíèÿ î÷àãîâ íà âûñîêèå, ñðåäíèå è íèçêèå ëåæàò íå èõ ãåîìåòðè÷åñêèå ñîîòíîøåíèÿ, à ðàñïðåäåëåíèå ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòå. 4.4. Íåñèììåòðè÷íàÿ ïðîêàòêà Âî ìíîãèõ èññëåäîâàíèÿõ îòìå÷àåòñÿ, ÷òî ðàññìîòðåííûå î÷àãè äåôîðìàöèè â âàëêàõ ðàâíîãî äèàìåòðà, êîòîðûå íàçûâàþò ñèììåòðè÷íûìè, íà ïðàêòèêå âñòðå÷àþòñÿ ðåäêî. ×àùå âåäóò ïðîêàòêó â íåñèììåòðè÷íûõ î÷àãàõ, êîãäà óñëîâèÿ äåôîðìàöèè íà îäíîì âàëêå îòëè÷àþòñÿ îò óñëîâèé íà äðóãîì. Ìîæíî ðàññìàòðèâàòü ñèììåòðè÷íóþ ïðîêàòêó êàê ÷àñòíûé ñëó÷àé íåñèììåòðè÷íîé. Ïðè íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêå îêðóæíàÿ ñêîðîñòü íà îäíîì âàëêå âûøå, ÷åì íà äðóãîì. Ýòî âîçìîæíî ëèáî íà âàëêàõ ðàçíîãî äèàìåòðà ïðè èõ îäèíàêîâîé óãëîâîé ñêîðîñòè, ëèáî íà îäèíàêîâûõ âàëêàõ ïðè ðàññîãëàñîâàíèè èõ óãëîâûõ ñêîðîñòåé. Ê íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêå îòíîñÿò òàêæå ñëó÷àè, êîãäà ôèçè÷åñêèå óñëîâèÿ íà êîíòàêòå ñ îäíèì âàëêîì îòëè÷íû îò óñëîâèé ñ äðóãèì. Íåñèììåòðè÷íàÿ ïðîêàòêà âîçíèêàåò íà âàëêàõ ñ ðàçëè÷íûìè óñëîâèÿìè òðåíèÿ, ïðè ðàçíîé ñòåïåíè èõ ðàçîãðåâà, ïðè íåîäèíàêîâîì ñîñòîÿíèè êîíòàêòíûõ ïîâåðõíîñòåé è ò. ä. Íàèáîëüøèé èíòåðåñ äëÿ òåîðèè è òåõíîëîãèè ïðîêàòêè ïðåäñòàâëÿåò íåñèììåòðè÷íàÿ ïðîêàòêà ïðè ðàññîãëàñîâàíèè îêðóæíûõ ñêîðîñòåé âàëêîâ. Ýòîò ïðèåì ýôôåêòèâíî èñïîëüçóåòñÿ ïðè ïðîêàòêå ëèñòà, ò. å. íà íèçêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè. Íà ðèñ. 4.18 ïðèâåäåíà ñõåìà íèçêîãî íåñèììåòðè÷íîãî î÷àãà äåôîðìàöèè, êîãäà îêðóæíàÿ ñêîðîñòü íà âåðõíåì âàëêå áîëüøå, ÷åì íà íèæíåì: Vâ > Ví.  ýòîì ñëó÷àå íà âåðõíåé êîíòàêòíîé ïëîùàäêå çîíà îïåðåæåíèÿ óìåíüøàåòñÿ è íåéòðàëüíàÿ ëèíèÿ, ðàçäåëÿþùàÿ çîíû îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ, ñìåùàåòñÿ èç òî÷êè Ñ â òî÷êó  â ñòîðîíó ñå÷åíèÿ âûõîäà. Íà íèæíåé ïëîùàäêå êàðòèíà îáðàòíàÿ, è çîíà îïåðåæåíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ, íåéòðàëüíàÿ ëèíèÿ ñìåùàåòñÿ â ïðîòèâîïîëîæíóþ ñòîðîíó èç òî÷êè Ñ â òî÷êó À.  ñåðåäèíå î÷àãà äåôîðìàöèè ïîÿâëÿåòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ çîíà ÀDÂÅ, êîòîðàÿ ïî âåðõíåìó âàëêó íàõîäèòñÿ â çîíå îòñòàâàíèÿ, à ïî íèæíåìó â çîíå îïåðåæåíèÿ. Ñèëû òðåíèÿ â çîíå îòñòàâàíèÿ íàïðàâëåíû ïî õîäó ïðîêàòêè, à â çîíå îïåðåæåíèÿ â ïðîòèâîïîëîæíóþ ñòîðîíó. Åñëè ïðèíÿòü ãèïîòåçó ïëîñêèõ ñå÷åíèé, êîòîðàÿ òåì ïðàâîìåðíåé, ÷åì íèæå î÷àã äåôîðìàöèè, òî ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ýòè ñèëû â çîíå ÀDBE óðàâíîâåøèâàþò äðóã äðóãà. Ýòî ðåçêî ìåíÿåò õàðàêòåð íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ ìåòàëëà. Íà ñèììåòðè÷íîì î÷àãå äåôîðìàöèè (ñì. ðèñ. 4.13) ïîäîáíûé îáúåì ìåòàëëà íàõîäèëñÿ ïîä äåéñòâèåì ïîäïèðàþùèõ êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé, çà ñ÷åò ýòîãî íîðìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ íà êîíòàêòå âûíóæäåíû óâåëè÷è87
Ðèñ. 4.18. Î÷àã äåôîðìàöèè ïðè íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêå
âàòüñÿ ïî ñòåïåííîìó çàêîíó, äîñòèãàÿ íàèáîëüøèõ çíà÷åíèé âáëèçè íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ CC. Ïðè ýòîì ñèëà ïðîêàòêè, ðàâíàÿ ïëîùàäè ýïþðû êîíòàêòíîãî äàâëåíèÿ, áûëà âåëèêà. Íà íåñèììåòðè÷íîì î÷àãå äåôîðìàöèè â ðàññìàòðèâàåìîé çîíå ïîäïèðàþùèå íàïðÿæåíèÿ îòñóòñòâóþò.  óðàâíåíèè Êàðìàíà îòñóòñòâóåò ñëàãàåìîå, çàâèñÿùåå îò ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòå. Ïèê íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé ñðåçàåòñÿ, è ñèëà ïðîêàòêè óìåíüøàåòñÿ. Òàêîé ïðèåì øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ ïðè ïðîêàòêå òîëñòûõ è òîíêèõ ëèñòîâ, îñîáåííî ýôôåêòèâåí îí ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ, êîãäà äàâëåíèå íà âàëêè íà ñèììåòðè÷íûõ î÷àãàõ îñîáåííî âåëèêî. Âèäíî (ñì. ðèñ. 4.18), ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé âàëêîâ ýôôåêò ñíèæåíèÿ äàâëåíèÿ íà âàëêè âîçðàñòàåò, à ñðåäíÿÿ çîíà óâåëè÷èâàåòñÿ. Êðèâûå äàâëåíèÿ ïåðåìåùàþòñÿ îò ïîëîæåíèÿ 1 äî ïîëîæåíèÿ 4 (÷åðåç 2, 3). Êðèâàÿ 4 ñîîòâåòñòâóåò ñëó÷àþ, êîãäà íà âåðõíåì âàëêå âåñü î÷àã äåôîðìàöèè íàõîäèòñÿ â çîíå îòñòàâàíèÿ, è äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå ðàññîãëàñîâàíèÿ ïðèâîäèò ê ïðîáóêñîâêå âåðõíåãî âàëêà. Ïðè ïðîáóêñîâêå ñèëà ïðîêàòêè áóäåò èçìåíÿòüñÿ ìàëî, íî êîëè÷åñòâî ýíåðãèè, ïîäâîäèìîé â î÷àã äåôîðìàöèè, âîçðàñòàåò çíà÷èòåëüíî. Ëèøíÿÿ ýíåðãèÿ ðàñõîäóåòñÿ âïóñòóþ íà êîíòàêòíîå òðåíèå. Ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ ìîìåíò ïðîêàòêè íà âåðõíåì âàëêå, à íà íèæíåì îí ñíèæàåòñÿ. Ìîìåíòû íà âàëêàõ ìîãóò îòëè÷àòüñÿ â 25 ðàç. Êðèâàÿ 4 ÿâëÿåòñÿ ïðå88
äåëüíûì ñëó÷àåì, êîãäà ïî âåðõíåìó âàëêó âñÿ êîíòàêòíàÿ ïëîùàäêà îêàçûâàåòñÿ â çîíå îòñòàâàíèÿ. Îíà ñîîòâåòñòâóåò ðàññîãëàñîâàíèþ îêðóæíûõ ñêîðîñòåé âàëêîâ íà 612 %. Ñèëà ïðîêàòêè ïðè ýòîì ñíèæàåòñÿ íà 5070 % ïî ñðàâíåíèþ ñ ñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêîé. Ïðè áîëüøåì ðàññîãëàñîâàíèè âåðõíèé âàëîê íà÷èíàåò áóêñîâàòü. Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ñíèæåíèå äàâëåíèÿ íà âàëêè ïðè íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêå ïðîèñõîäèò íå òîëüêî çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ñõåìû íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ ìåòàëëà, íî è çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòíûõ ïëîùàäêàõ. Ïîýòîìó ýôôåêò ñíèæåíèÿ äàâëåíèÿ ðàçëè÷åí ïðè íèçêèõ è âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ ïðîêàòêè. Êàê èçâåñòíî, êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè íèçêèõ ñêîðîñòÿõ ïðîêàòêè âûñîê, ïðè óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè îí ñíà÷àëà áûñòðî ñíèæàåòñÿ è ïðè âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ ïðàêòè÷åñêè ïåðåñòàåò çàâèñåòü îò ñêîðîñòè, äîñòèãàÿ ìèíèìàëüíûõ çíà÷åíèé. Ïîýòîìó ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé âàëêîâ ýôôåêòèâíî óìåíüøàåò ñèëó ïðîêàòêè ïðè íèçêèõ ñêîðîñòÿõ (0,25 ì/ñ), ïðèìåíÿåìûõ ïðè ïðîèçâîäñòâå ëèñòîâ è ëåíò èç ñïåöèàëüíûõ ìàðîê ñòàëè. Íà âûñîêîñêîðîñòíûõ ñòàíàõ ýòîò ýôôåêò ñíèæàåòñÿ. Ñëåäóåò íàïîìíèòü, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè ïðîêàòêè ñìàçêà ëó÷øå íàãíåòàåòñÿ â î÷àã äåôîðìàöèè, ïîýòîìó ñèëà ïðîêàòêè ñíèæàåòñÿ íåçàâèñèìî îò ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé. Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì âëèÿåò íà äàâëåíèå êà÷åñòâî ñìàçêè, ïðèìåíÿåìîé ïðè ïðîêàòêå. Ëó÷øèå ñìàçêè îáåñïå÷èâàþò íèçêèé êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Ýòî äîëæíî ñïîñîáñòâîâàòü ñíèæåíèþ ñèëû ïðîêàòêè, íî ýôôåêòèâíîñòü ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé ïðè ýòîì ñíèæàåòñÿ. Áîëüøîå âëèÿíèå íà ïðîòÿæåííîñòü ñðåäíåé çîíû ïðè ðàññîãëàñîâàíèè ñêîðîñòåé îêàçûâàåò ïåðåäíåå è çàäíåå íàòÿæåíèÿ ïîëîñû. Êàê èçâåñòíî, ïðè ñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêå ïðèìåíåíèå íàòÿæåíèÿ ñíèæàåò îáùåå äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè, ïðè÷åì íàèáîëüøèé ýôôåêò äîñòèãàåòñÿ ïðè çàäíåì íàòÿæåíèè ïîëîñû. Ïðè íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêå çàäíåå íàòÿæåíèå ñîêðàùàåò ïðîòÿæåííîñòü ñðåäíåé çîíû, ÷òî ñíèæàåò ýôôåêò, ïîëó÷àåìûé îò ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé. Íàîáîðîò, ïåðåäíåå íàòÿæåíèå ðàñøèðÿåò ñðåäíþþ çîíó, ïîýòîìó ýôôåêò îò ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé âîçðàñòàåò. Ñëåäîâàòåëüíî, íà íåïðåðûâíîì ñòàíå äëÿ ïðîêàòêè ëèñòà âûãîäíî ïðèìåíÿòü ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé âàëêîâ â ïåðâîé êëåòè, êîãäà çàäíåå íàòÿæåíèå îòñóòñòâóåò. Âûñîêîå ïåðåäíåå íàòÿæåíèå ïðè ýòîì ïîëåçíî. Íî äëÿ âòîðîé êëåòè ýòî æå íàòÿæåíèå ñòàíîâèòñÿ çàäíèì, ïîýòîìó ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé âàëêîâ âî âòîðîé êëåòè ñòàíîâèòñÿ íåâûãîäíûì. Çàäíåå íàòÿæåíèå ýôôåêòèâíåå, ÷åì ïåðåäíåå, ñíèæàåò îáùåå äàâëåíèå ïðè ïðîêàòêå áåç ðàññîãëàñîâàíèÿ, ïîýòîìó äëÿ âòîðîé êëåòè ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé äåëàòü íå ñëåäóåò. ×åðåäóÿ êëåòè ñ ðàññîãëàñîâàíèåì è áåç ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé è ðåãóëèðóÿ ïåðåäíåå è çàäíåå íàòÿæåíèÿ, ìîæíî äîáèòüñÿ íàèëó÷øåãî ñóììàðíîãî ñíèæåíèÿ äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè. Îäíîé èç ðàçíîâèäíîñòåé íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêè ÿâëÿåòñÿ ïðîöåññ ïðîêàòêàâîëî÷åíèå (èëè ÏÂ-ïðîöåññ), ðàçðàáîòàííûé è èçó÷åííûé â ×åëÿáèíñêîì ïîëèòåõíè÷åñêîì óíèâåðñèòåòå. Íà ðèñ. 4.19 ïðèâåäåíà ñõåìà ýòîãî ïðîöåññà. Ïîëîñà îõâàòûâàåò äâà âàëêà îäèíàêîâîãî äèàìåòðà, íî âðàùàþùèõñÿ ñ ðàçíîé ñêîðîñòüþ, ïðè÷åì ñîîòíîøåíèå ñêîðîñòåé ïîä÷èíÿåòñÿ óñëîâèþ V1 /V 0 = λ ,
ãäå λ âûòÿæêà ïîëîñû. Ïðè ýòîì âàëîê ñî ñêîðîñòüþ V1 ÿâëÿåòñÿ âåäóùèì, à âòîðîé âàëîê âåäîìûì. Ïðè òàêîì óñëîâèè âî âñåõ òî÷êàõ íà äóãàõ îõâàòà 89
ñêîðîñòè ìåòàëëà è âàëêîâ ñîâïàäàþò.  ñàìîì æå î÷àãå äåôîðìàöèè (çàøòðèõîâàííîì) ýòè ñêîðîñòè íå ñîâïàäàþò. Íà âåäóùåì âàëêå âî âñåõ òî÷êàõ êîíòàêòà ñêîðîñòü ìåòàëëà ìåíüøå, à íà âåäîìîì áîëüøå ñêîðîñòè âàëêîâ. Òàêèì îáðàçîì, íà âåäóùåì âàëêå ìåòàëë íàõîäèòñÿ ïîëíîñòüþ â çîíå îòñòàâàíèÿ, à íà âåäîìîì ïîëíîñòüþ â çîíå îïåðåæåíèÿ. Íàïðÿæåíèÿ êîíòàêòíîãî òðåíèÿ τ íàïðàâëåíû â ðàçíûå ñòîðîíû (ñì. ðèñ. 4.19). Ïðîöåññ âîçìîæåí, åñëè ê êîíöàì ïîëîñû ïðèêëàäûâàþòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèå ñèëû íàòÿæåíèÿ Ò0 è Ò1. Ñèëîâàÿ êàðòèíà â î÷àãå äåôîðìàöèè áóäåò Ðèñ. 4.19. Ñõåìà ÏÂ-ïðîöåññà òàêîé æå, êàê è ïðè íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêå. Ñèëû òðåíèÿ τ íà âåðõíåé è íèæíåé ïëîùàäêàõ âçàèìíî óðàâíîâåøèâàþòñÿ, ïîýòîìó î÷àã äåôîðìàöèè íå èñïûòûâàåò ïðîäîëüíûõ ïîäïèðàþùèõ íàïðÿæåíèé. Íîðìàëüíûå êîíòàêòíûå íàïðÿæåíèÿ è ñèëà ïðîêàòêè íåâûñîêè. ×åì ìåíüøå òîëùèíà ïîëîñû, òåì ýôôåêò ñíèæåíèÿ ýòèõ ïàðàìåòðîâ âûøå, ïîýòîìó ÏÂïðîöåññ ÷àùå âñåãî èñïîëüçóþò ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ è ëåíò.  ÏÂ-ïðîöåññå ñèëà ïðîêàòêè â 1,53,0 ðàçà ìåíüøå, ÷åì ïðè îáû÷íîé ïðîêàòêå. Òàê êàê ïîäïèðàþùèå íàïðÿæåíèÿ îòñóòñòâóþò, òî ïðîöåññ ñòàíîâèòñÿ íå÷óâñòâèòåëüíûì ê êîëåáàíèþ ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòå. Îí íå ðåàãèðóåò íà êîëåáàíèÿ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ â î÷àãå. Òîëùèíà ïîëîñû ïî äëèíå îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé ïðè èçìåíåíèè óñëîâèé òðåíèÿ â î÷àãå äåôîðìàöèè, íàïðèìåð, ïðè èçìåíåíèè ñâîéñòâ ñìàçêè èëè óñëîâèé åå ïîäà÷è. ÏÂ-ïðîöåññ ìîæåò àâòîìàòè÷åñêè ðåãóëèðîâàòüñÿ. Åñëè ïî êàêèì-òî ïðè÷èíàì óñëîâèå V1 /V 0 = λ íå âûïîëíÿåòñÿ, òî íà äóãàõ îõâàòà èìååòñÿ äîñòàòî÷íûé ðåçåðâ ñèë òðåíèÿ, ÷òîáû ïðîöåññ âåðíóòü â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå. Åñëè, íàïðèìåð, óâåëè÷èòñÿ ñèëà íàòÿæåíèÿ Ò1 (â íåáîëüøèõ ïðåäåëàõ), òî ïîÿâèòñÿ òåíäåíöèÿ ê ïðîñêàëüçûâàíèþ íà âåäóùåì âàëêå. Íî ñêîëüæåíèå íå ïðîèçîéäåò, òàê êàê çà ñ÷åò ðåçåðâíûõ ñèë òðåíèÿ, îáðàçóþùèõñÿ íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà ïîëîñû ñ âåðõíèì âàëêîì, ýòà òåíäåíöèÿ ïîãàñèòñÿ. Íà î÷àã äåôîðìàöèè áóäåò äåéñòâîâàòü ïðåæíåå ðàñòÿãèâàþùåå íàïðÿæåíèå, è âûòÿæêà âîçâðàòèòñÿ ê ïðåæíåìó çíà÷åíèþ. Îäíà è òà æå âûòÿæêà äîñòèãàåòñÿ ïðè äîñòàòî÷íî øèðîêîì èçìåíåíèè íàòÿæåíèé Ò1 è Ò0. Íåò íåîáõîäèìîñòè â î÷åíü òî÷íîé íàñòðîéêå ñòàíà. Ïðîöåññ ïî òîé æå ïðè÷èíå íå÷óâñòâèòåëåí ê êîëåáàíèÿì èñõîäíîé òîëùèíû ïîëîñû. Åñëè îíè èìåþòñÿ, òî ïðè ïðîêàòêå óòîëùåííîãî ó÷àñòêà îáæàòèå óâåëè÷èòñÿ. Ýòî âûçîâåò òåíäåíöèþ ê óâåëè÷åíèþ âûòÿæêè λ , íî îíà íå óâåëè÷èòñÿ, òàê êàê ýòîãî íå äîïóñòÿò ðåçåðâíûå ñèëû òðåíèÿ íà ó÷àñòêàõ îõâàòà âàëêîâ. Ïîñëå ïðîêàòêè ïîëîñà ñòàíîâèòñÿ áîëåå ðîâíîé, ÷åì äî ïðîêàòêè. Ýòî ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ âûðàâíèâàíèÿ òîëùèíû ëèñòà ïðè ïðîêàòêå. Ñïîñîáíîñòü ê ñàìîðåãóëèðîâàíèþ âîçðàñòàåò ñ óìåíüøåíèåì æåñòêîñòè êëåòè. Æåñêîñòüþ êëåòè íàçûâàåòñÿ îòíîøåíèå èçìåíåíèÿ ñèëû dP ê âûçâàííîìó èì èçìåíåíèþ ðàññòîÿíèÿ ìåæäó âàëêàìè dh çà ñ÷åò óïðóãèõ äåôîðìàöèé äåòàëåé êëåòè: dP . Mê = dh 90
Íà æåñòêèõ êëåòÿõ ðàçíîòîëùèííîñòü dh âåäåò ê áîëüøåìó èçìåíåíèþ ñèëû dP, ÷åì íà ìÿãêèõ. Ïîýòîìó áûñòðåå ìîæåò áûòü ïðåâûøåí ðåçåðâ ñèë òðåíèÿ íà äóãàõ îõâàòà, çà ñ÷åò êîòîðûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñàìîðåãóëèðîâàíèå ïðîöåññà. ÏÂ-ïðîöåññ èìååò ðÿä íåäîñòàòêîâ. Âûòÿæêà λ îãðàíè÷åíà ïðåäåëüíî äîïóñòèìûì ïåðåäíèì òÿíóùèì óñèëèåì Ò1, ïðè êîòîðîì íàïðÿæåíèå σ1 = T1 / F1 íå ìîæåò ïðèáëèæàòüñÿ ê ïðåäåëó òåêó÷åñòè ìåòàëëà σ s1 âî èçáåæàíèå ðàçðûâà ïîëîñû. (Çäåñü F1 ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïîëîñû íà âûõîäå.) Ïîâûøåííîå êîíòàêòíîå ñêîëüæåíèå â î÷àãå äåôîðìàöèè òàêæå íåæåëàòåëüíî, òàê êàê âåäåò ê ðàçëè÷íûì äåôåêòàì ïîëîñû, âàëêè èíòåíñèâíî èçíàøèâàþòñÿ, ðàçîãðåâàþòñÿ. Íåñìîòðÿ íà ñíèæåíèå ñèëû ïðîêàòêè, ïðè ÏÂ-ïðîöåññå òðåáóåòñÿ áîëüøå ýíåðãèè íà îäèíàêîâóþ äåôîðìàöèþ, ÷åì ïðè îáû÷íîé ïðîêàòêå, ê âåäóùåìó âàëêó ïîäâîäèòñÿ ãîðàçäî áîëüøå ýíåðãèè, ÷åì ê âåäîìîìó. Âñå ýòè íåäîñòàòêè íå ïîçâîëÿþò øèðîêî âíåäðèòü ÏÂ-ïðîöåññ äëÿ ïðîèçâîäñòâà òîíêèõ ëèñòà è ëåíòû. 4.5. Óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ Íà íèçêèõ î÷àãàõ íà îïèñàííóþ êàðòèíó íàïðÿæåíèé è äåôîðìàöèé íàêëàäûâàåòñÿ åùå îäèí ïðîöåññ óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ. Íà âûñîêèõ è ñðåäíèõ î÷àãàõ ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå óïðóãîå ñïëþùèâàíèå ïðåíåáðåæèìî ìàëî, íî ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå ëèñòîâ òîíüøå 2 ìì è âñåãäà ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå îíî ñòàíîâèòñÿ ñóùåñòâåííûì, à ïðè äðåññèðîâêå ëèñòà è õîëîäíîé ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ è ëåíò îïðåäåëÿþùèì ïðîöåññîì. Íà ðèñ. 4.20 ïðèâåäåí ñïëþùåííûé âàëîê ïðè ïðîêàòêå (ïóíêòèðîì ïîêàçàíà öèëèíäðè÷åñêàÿ ïîâåðõíîñòü âàëêà áåç ñïëþùèâàíèÿ). Âèäíî, ÷òî â ðåçóëüòàòå ñïëþùèâàíèÿ äëèíà äóãè êîíòàêòà óâåëè÷èâàåòñÿ íà õ. Ñ ó÷åòîì ñïëþùèâàíèÿ äëèíó äóãè çàõâàòà ðàññ÷èòûâàþò ïî ôîðìóëå: lñ = x + R ⋅ ∆h + x 2 ,
êîòîðàÿ ïðè õ = 0 ïðåâðàùàåòñÿ â èçâåñòíóþ ôîðìóëó: l = R ⋅ ∆h . Ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì À.À. Êîðîëåâà ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ïîëîñ l −l è ëåíò ïðèðàùåíèå äóãè çàõâàòà çà ñ÷åò ñïëþùèâàíèÿ c 100% äîñòèãàåò l 3060 %, à Å.Ñ. Ðîêîòÿí óñòàíîâèë, ÷òî îíî ìîæåò äîñòèãàòü äàæå 100 %. Äëÿ âû÷èñëåíèÿ çíà÷åíèÿ õ ïîëüçóþòñÿ ôîðìóëîé Õè÷êîêà: x =
8(1 − m 2 ) Rpcp , πE
ãäå Å ìîäóëü óïðóãîñòè âàëêîâ; m êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà ìàòåðèàëà âàëêîâ. Íà ñòàëüíûõ âàëêàõ Å = 2,2·105 Í/ìì2 è m = 0,3, ïîýòîìó
x=
pcp R 95 000
(ðñð èìååò ðàçìåðíîñòü Í/ìì2).
Ïî ôîðìóëå Õè÷êîêà äëÿ âû÷èñëåíèÿ lc íåîáõîäèìî çíàòü ðñð, êîòîðîå ìîæíî îïðåäåëèòü òîëüêî ïîñëå âû÷èñëåíèÿ lc. Èñïîëüçóþò èòåðàöèîííóþ ñõåìó ðàñ91
Ðèñ. 4.20. Ñïëþùèâàíèå âàëêà ïðè ïðîêàòêå
÷åòà lc: ñíà÷àëà âû÷èñëÿþò l áåç ó÷åòà ñïëþùèâàíèÿ, ïî íåìó ðàññ÷èòûâàþò ðñð, çàòåì õ è lc ñ ó÷åòîì ñïëþùèâàíèÿ. Ïîëó÷åííîå çíà÷åíèå lc èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïåðåñ÷åòà ðñð è óòî÷íåíèÿ çíà÷åíèÿ lc. Öèêë ðàñ÷åòà ìîæíî ïîâòîðÿòü äî òåõ ïîð, ïîêà ñòàðîå çíà÷åíèå lc íå ñîâïàäåò ñ ïîëó÷åííûì. Îáû÷íî ïîñëå äâóõ-òðåõ èòåðàöèé äîñòèãàåòñÿ ñîâïàäåíèå ñ ïðèåìëåìîé òî÷íîñòüþ, ïîýòîìó òàêîé ðàñ÷åò ëåãêî îñóùåñòâèòü äàæå âðó÷íóþ, õîòÿ, êîíå÷íî, ëó÷øå íàïèñàòü ïðîãðàììó äëÿ ðàñ÷åòà lc íà ÝÂÌ. Íî áûâàþò ñëó÷àè, êîãäà èòåðàöèîííûé ïðîöåññ ðàñõîäèòñÿ, çíà÷èò, ôîðìóëîé Õè÷êîêà ïîëüçîâàòüñÿ íåëüçÿ, ñëåäóåò ïðèìåíÿòü èíóþ ìåòîäèêó. Âåðîÿòíî, ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî î÷àã äåôîðìàöèè ÿâëÿåòñÿ ñâåðõíèçêèì, â íåì çàêîíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè èíûå, ÷åì íà íèçêîì î÷àãå. Ðîñò äëèíû äóãè çàõâàòà óâåëè÷èâàåò ñèëó, äåéñòâóþùóþ ñî ñòîðîíû ìåòàëëà íà âàëêè, òàê êàê â âûðàæåíèè äëÿ ñèëû ïðîêàòêè P = pcpblc óâåëè÷èâàåòñÿ íå òîëüêî l, íî è ðñð. ×òîáû óìåíüøèòü óïðóãîå ñïëþùèâàíèå, íåîáõîäèìî óìåíüøàòü äèàìåòð ðàáî÷åãî âàëêà 2R, ñíèæàòü äàâëåíèå íà âàëêè ðñð çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ ëó÷øåé ñìàçêè, ïîëèðîâêè âàëêîâ, ïðèìåíåíèÿ âàëêîâ áîëüøåé òâåðäîñòè (íàïðèìåð, èç êàðáèäîâ âîëüôðàìà). Ïðè óìåíüøåíèè äèìåòðà âàëêîâ óìåíüøàåòñÿ íå òîëüêî äëèíà äóãè çàõâàòà lc, íî è ñðåäíåå äàâëåíèå ðñð. Ïðè ñïëþùèâàíèè âàëêîâ âûñîòà ïîëîñû h1 ïîñëå ïðîêàòêè áóäåò áîëüøå âûñîòû h1′ áåç ó÷åòà ñïëþùèâàíèÿ íà âåëè÷èíó u: h1 = h1′ + u . Äëÿ îïðåäåëåíèÿ çíà÷åíèÿ u ìíîãèå èññëåäîâàòåëè ðåøàëè äîâîëüíî ñëîæíóþ çàäà÷ó óïðóãîé äåôîðìàöèè âàëêîâ, íî êàêîé-ëèáî ïðèåìëåìîé ôîðìóëû äëÿ ïðîñòîãî ðàñ÷åòà íå ïîëó÷åíî. Ñóùåñòâóþò íåñêîëüêî ìåòîäèê ðàñ÷åòà u íà ÝÂÌ. Îäíàêî áîëåå âàæíû ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû, ïîëó÷åííûå ïðè òàêèõ ðàñ÷åòàõ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî çíà÷åíèå u îïðåäåëÿåòñÿ òâåðäîñòüþ ìàòåðèàëà ïîëîñû è âàëêîâ, âåëè÷èíîé îáæàòèÿ, êîýôôèöèåíòîì òðåíèÿ è ðÿäîì äðóãèõ ôàêòîðîâ. Ãëàâíûì èç ôàêòîðîâ ÿâëÿåòñÿ îòíîøåíèå äèàìåòðà âàëêîâ ê òîëùèíå ïîëîñû 2R/h. ×åì áîëüøå îòíîøåíèå 2R/h, ò. å. ÷åì òîíüøå ïîëîñà è áîëüøå äèàìåòð âàëêîâ, òåì 92
â)
à) á)
Ðèñ. 4.21. Òèïû ñòàíîâ, ïðèìåíÿåìûõ äëÿ ïðîêàòêè òîíêèõ ïîëîñ: à ÷åòûðåõâàëêîâûé (êâàðòî); á øåñòèâàëêîâûé; â äâåíàäöàòèâàëêîâûé
áîëüøå óïðóãîå ñïëþùèâàíèå u. Ïðè íåêîòîðîì îòíîøåíèè 2R/h óïðóãîå ñïëþùèâàíèå u ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì èñõîäíîé òîëùèíå ïîëîñû h0, è ïðîêàòêà ïîëîñû áóäåò íåâîçìîæíîé. Íà ñòàëüíûõ âàëêàõ òàêèå óñëîâèÿ íàñòóïàþò ïðèìåðíî ïðè îòíîøåíèè 2R/h =1000 2000. Íàïðèìåð, íà ñòàíå ñ âàëêàìè äèàìåòðîì 20 50 ìì íåâîçìîæíî ïðîêàòàòü ëåíòó òîëùèíîé ìåíåå 20 ìêì. ×òîáû ïðîêàòûâàòü áîëåå òîíêèå ëåíòû, íåîáõîäèìî óìåíüøàòü äèìåòð âàëêîâ. Òàê, äëÿ ïðîêàòêè ìèêðîííûõ ëåíò (35 ìêì è ìåíüøå) òðåáóþòñÿ âàëêè äèàìåòðîì 35 ìì. Ïðî÷íîñòü è æåñòêîñòü ìàëûõ ïî äèàìåòðó âàëêîâ îáåñïå÷èâàåòñÿ ñèñòåìîé îïîðíûõ âàëêîâ, âîñïðèíèìàþùèõ ïðîãèá ðàáî÷èõ âàëêîâ. Äëÿ ïðîèçâîäñòâà òîíêèõ ëèñòîâ è ëåíò íàèáîëåå ïðèìåíèìû 4-âàëêîâûå ñòàíû ñ îäíîé ïàðîé îïîðíûõ âàëêîâ (ðèñ. 4.21, à). Äëÿ áîëüøåé æåñòêîñòè âàëêîâîé ñèñòåìû ïðèìåíÿþò 6-âàëêîâûå ñòàíû, íà êîòîðûõ êàæäûé ðàáî÷èé âàëîê ïîäïèðàåòñÿ äâóìÿ îïîðíûìè âàëêàìè (ðèñ. 4.21, á). Åñëè íàä ýòèìè îïîðíûìè ïîìåñòèòü ïî òðè áîëåå êðóïíûõ îïîðíûõ âàëêà, òî ïîëó÷èì áîëåå æåñòêèé 12-âàëêîâûé ñòàí (ðèñ. 4.21, â). Áîëåå ðàñïðîñòðàíåíû 20-âàëêîâûå ñòàíû, êîòîðûå èìåþò åùå âåðõíèé è íèæíèé ðÿäû èç ÷åòûðåõ îïîðíûõ âàëêîâ. Ñóùåñòâóåò 36-âàëêîâûé ëàáîðàòîðíûé ñòàí, èìåþùèé ðàáî÷èå âàëêè äèàìåòðîì 1,5 ìì, íà êîòîðîì ìîæíî ïðîêàòûâàòü ëåíòó òîëùèíîé áîëüøå 0,5 ìêì. 4.6. Ñâåðõíèçêèå î÷àãè äåôîðìàöèè Ñâåðõíèçêèé î÷àã äåôîðìàöèè ýòî ñàìîñòîÿòåëüíûé âèä î÷àãà äåôîðìàöèè íàðÿäó ñ âûñîêèì, ñðåäíèì è íèçêèì. Îí òàêæå èìååò ñâîè, òîëüêî åìó ïðèñóùèå îñîáåííîñòè. Õàðàêòåð åãî ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ óïðóãèì ñïëþùèâàíèåì âàëêîâ. Òàêîé î÷àã äåôîðìàöèè ðåàëèçóåòñÿ ïðè ïðîêàòêå î÷åíü òîíêèõ ïîëîñ, ÷àùå âñåãî â âàëêàõ, ïîäæàòûõ äðóã ê äðóãó äî ïðîêàòêè ñ óñèëèåì, ïðåâûøàþùèì îæèäàåìîå óñèëèå ïðîêàòêè. Îí èñïîëüçóåòñÿ ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå ôîëüã, ïîýòîìó òàêîé î÷àã äåôîðìàöèè íàçûâàþò òàêæå ôîëüãîâûì. ×òîáû ïîíÿòü îñîáåííîñòü ñâåðõíèçêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè, âñïîìíèì çàäà÷ó Ãåðöà îá óïðóãîì ñæàòèè äâóõ öèëèíäðîâ, êîòîðàÿ ðàññìàòðèâàëàñü â êóð93
à)
á)
Ðèñ. 4.22. Çàäà÷à Ãåðöà îá óïðóãîì ñæàòèè äâóõ öèëèíäðîâ
Ðèñ. 4.23. Íàïðÿæåíèÿ íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå Ðèñ. 4.24. Ñâåðõíèçêèé î÷àã äåôîðìàöèè (à) è ýïþðà äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè â ñâåðõíèçêîì î÷àãå (á)
ñå Òåîðèÿ óïðóãîñòè è ïëàñòè÷íîñòè. Íà ðèñ. 4.22 ïðèâåäåíà çàäà÷à Ãåðöà.  ðåçóëüòàòå ñæàòèÿ öèëèíäðîâ îáðàçóåòñÿ êîíòàêòíàÿ ïëîùàäêà ñìÿòèÿ øèðèíîé b. Âî âðàùàþùèõñÿ öèëèíäðàõ ýòà ïëîùàäêà íå áóäåò ñèììåòðè÷íîé îòíîñèòåëüíî âåðòèêàëè, ïðîõîäÿùåé ÷åðåç öåíòðû âàëêîâ; íà âûõîäå èç âàëêîâ ïðîòÿæåííîñòü ïëîùàäêè ñìÿòèÿ ìåíüøå, ÷åì íà âõîäå, íî ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå â çàäà÷å Ãåðöà, ïðèíöèïèàëüíî ïðèìåíèìû è ê âðàùàþùèìñÿ âàëêàì. Âîñïîëüçóåìñÿ åå ðåøåíèåì äëÿ îïðåäåëåíèÿ íîðìàëüíûõ σ y è òàíãåíöèàëüíûõ íàïðÿæåíèé σ x íà ïëîùàäêå ñìÿòèÿ. Íà ðèñ. 4.23 ïðèâåäåíû ýïþðû ýòèõ íàïðÿæåíèé. Âèäíî, ÷òî íîðìàëüíûå è òàíãåíöèàëüíûå íàïðÿæåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ñæèìàþùèìè è ïî ïàðàáîëå âîçðàñòàþò ê ñðåäíåé òî÷êå ïëîùàäêè. Ðàçíîñòü ýòèõ íàïðÿæåíèé σ y − σ x íå äîñòèãàåò ïðåäåëà òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà âàëêà νσ s ïî óñëîâèþ Òðåñêà, ïîýòîìó âàëêè íàõîäÿòñÿ â óïðóãîì ñîñòîÿíèè, õîòÿ ñàìè íàïðÿæåíèÿ σ y è σ x äîñòèãàþò îãðîìíûõ çíà÷åíèé. Áóäåì ðàññìàòðèâàòü çàäà÷ó Ãåðöà íà ïîäæàòûõ âðàùàþùèõñÿ âàëêàõ êàê ïðåäåëüíûé ñëó÷àé ïðîêàòêè ïîëîñû, òîëùèíà êîòîðîé áëèçêà ê íóëþ. Ïðè ýòîì íàïðÿæåíèÿ σ y è σ x ÿâëÿþòñÿ êîíòàêòíûìè íàïðÿæåíèÿìè. Íà÷íåì óâåëè÷èâàòü òîëùèíó ïîëîñû. Î÷àã äåôîðìàöèè â îáùåì ñëó÷àå áóäåò ñîñòîÿòü èç òðåõ ó÷àñòêîâ (ðèñ. 4.24, à). Äâà êðàéíèõ ïî-ïðåæíåìó áóäóò ïîä äåéñòâèåì óïðóãèõ íàïðÿæåíèé (çàøòðèõîâàíû), íî íà ñðåäíåì ó÷àñòêå ìîæåò âûïîëíÿòüñÿ óñëîâèå òåêó÷åñòè Òðåñêà äëÿ ìåòàëëà:
σ y − σ x = νK , ãäå Ê ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà. Íà ñðåäíåì ó÷àñòêå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ. (Äëÿ ìåòàëëà âàëêîâ óñëîâèå òåêó÷åñòè ïî-ïðåæíåìó íå âûïîëíÿåòñÿ.) Ïðè î÷åíü ìàëûõ òîëùèíàõ ïîëîñû è âûñîêèõ çíà÷åíèÿõ ïîäæàòèÿ âàëêîâ âåñü î÷àã äåôîðìàöèè çàíÿò óïðóãèìè çîíàìè, ïîëîñà ïðè ïðîêàòêå íå èçìåíÿåò ñâîèõ ðàçìåðîâ. Ñ óâåëè÷åíèåì òîëùèíû ïîëîñû èëè îñëàáëåíèåì ïîäæàòèÿ ïîÿâëÿåòñÿ ïëàñòè÷åñêàÿ çîíà, òîëùèíà ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå íåìíîãî óìåíüøàåòñÿ, õîòÿ âûñîòíàÿ äåôîðìàöèÿ çà îäèí ïðîõîä ìàëà. Èíîãäà äëÿ îùóòèìîãî èçìåíåíèÿ òîëùèíû òðåáóåòñÿ 100 è áîëåå ïðîïóñêîâ. Ïðè äàëü94
íåéøåì óâåëè÷åíèè òîëùèíû ïîëîñû èëè ñíèæåíèè ïðåäâàðèòåëüíîãî ïîäæàòèÿ âàëêîâ ïëàñòè÷åñêàÿ çîíà óâåëè÷èâàåòñÿ, îòíîøåíèå åå äëèíû ê ïðîòÿæåííîñòè óïðóãèõ ó÷àñòêîâ òàêæå âîçðàñòàåò. È êîãäà óïðóãèå çîíû èñ÷åçíóò èëè áóäóò ïðåíåáðåæèìî ìàëû ïî ñðàâíåíèþ ñ ïëàñòè÷åñêîé çîíîé, î÷àã äåôîðìàöèè ïåðåñòàíåò áûòü ñâåðõíèçêèì è ïåðåéäåò â ðàçðÿä íèçêèõ. Âèäèìî, âàðüèðóÿ òîëùèíó ïîëîñû è óñèëèå ïîäæàòèÿ âàëêîâ, ìîæíî èçìåíÿòü ãðàíèöó ïåðåõîäà ñâåðõíèçêèõ î÷àãîâ â íèçêèå. Âîçìîæåí ñâåðõíèçêèé î÷àã íà î÷åíü òîíêèõ ïîëîñàõ äàæå ïðè îòñóòñòâèè ïðåäâàðèòåëüíîãî ïîäæàòèÿ âàëêîâ. Ó÷àñòîê ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè â ñâåðõíèçêîì î÷àãå ðàñïîëîæåí â ñåðåäèíå î÷àãà è íàõîäèòñÿ â ñîñòîÿíèè òðåõñòîðîííåãî ñæàòèÿ çà ñ÷åò íàïðÿæåíèé σ y è σ x , ðàçâèâàþùèõñÿ â óïðóãèõ çîíàõ (òðåòüå íàïðÿæåíèå σz òàêæå ñæèìàþùåå). Ýòî î÷åíü áîëüøèå ïî çíà÷åíèÿì íàïðÿæåíèÿ, ÷òî ñïîñîáñòâóåò ïîâûøåíèþ ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà.  ñîñòîÿíèè òðåõñòîðîííåãî ñæàòèÿ äàæå òðàäèöèîííî õðóïêèå ìàòåðèàëû ñòàíîâÿòñÿ ïëàñòè÷íûìè. Íàïðèìåð, òîëüêî íà ñâåðõíèçêîì î÷àãå äåôîðìàöèè óäàåòñÿ ïðîêàòûâàòü â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè áåðèëëèåâóþ ôîëüãó. Ïðè ïðîêàòêå â íåïîäæàòûõ âàëêàõ (â óñëîâèÿõ íèçêèõ î÷àãîâ) ìåòàëë ðàçðóøàåòñÿ ñðàçó æå, ïðè íóëåâîé ñòåïåíè äåôîðìàöèè. Íà ñâåðõíèçêîì î÷àãå çà áîëüøîå ÷èñëî ïðîïóñêîâ ìîæíî äîñòè÷ü çíà÷èòåëüíîé ñóììàðíîé äåôîðìàöèè áåç ðàçðóøåíèÿ. ×òîáû óâåëè÷èòü îáæàòèå çà îäèí ïðîõîä íà ñâåðõíèçêîì î÷àãå äåôîðìàöèè, íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü ïðîòÿæåííîñòü êàê ïëàñòè÷åñêîé, òàê è óïðóãèõ çîí, ò. å. óâåëè÷èâàòü äèàìåòð âàëêîâ. Ýòîìó òàêæå ñïîñîáñòâóþò íåâûñîêèå çíà÷åíèÿ òâåðäîñòè âàëêîâ. Íà íèçêèõ î÷àãàõ, íàîáîðîò, ìû ñòðåìèëèñü óìåíüøàòü äèàìåòð ðàáî÷èõ âàëêîâ è ïîâûøàòü èõ òâåðäîñòü, ÷òîáû ñíèçèòü óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ. Ýòî åùå îäíî îòëè÷èå óñëîâèé ïðîêàòêè íèçêèõ ïîëîñ îò ñâåðõíèçêèõ. Ìåòàëë, íàõîäÿùèéñÿ â ïëàñòè÷åñêîé çîíå, äåôîðìèðóåòñÿ íà ñâåðõíèçêîì î÷àãå ïî-èíîìó, ÷åì íà íèçêîì. Íà íèçêîì î÷àãå ïðè ïðîêàòêå øèðîêèõ ïîëîñ ìåòàëë èñïûòûâàåò ñèëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ïîïåðå÷íîìó òå÷åíèþ çà ñ÷åò ðàçâèòûõ ñèë òðåíèÿ â ýòîì íàïðàâëåíèè. Ñîïðîòèâëåíèå òå÷åíèþ â äëèíó ãîðàçäî ìåíüøå, òàê êàê äëèíà äóãè êîíòàêòà ìàëà è ñèëû òðåíèÿ â íàïðàâëåíèè äëèíû íå ñòîëü âåëèêè. Âåñü ñìåùåííûé ïî âûñîòå ìåòàëë óñòðåìëÿåòñÿ â äëèíó, óøèðåíèå ïðàêòè÷åñêè ðàâíî íóëþ. Òîëüêî óçêèå ó÷àñòêè ïî êðîìêàì øèðîêîé ïîëîñû èìåþò òåíäåíöèþ ê óøèðåíèþ, íî çà ñ÷åò ñâÿçè ñ îñòàëüíîé ÷àñòüþ ïîëîñû è ýòà ÷àñòü ìåòàëëà ïîëíîñòüþ óâëåêàåòñÿ â íàïðàâëåíèè äëèíû. Ïîÿâëÿþùèåñÿ ïðè ýòîì ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ íà êðîìêàõ ñëóæàò ïðè÷èíîé ðàçðóøåíèÿ ïî êðîìêàì, íàáëþäàåìîãî ïðè ïðîêàòêå ëèñòîâ è ëåíò èç íåêîòîðûõ ìàðîê ñòàëè. Íà ñâåðõíèçêèõ ïîëîñàõ ñîïðîòèâëåíèå òå÷åíèþ â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè, ñîçäàâàåìîå íàïðÿæåíèåì σz , ñîèçìåðèìî ñ ñîïðîòèâëåíèåì, ñîçäàâàåìûì íàïðÿæåíèåì ïî äëèíå σ x .  òàêèõ óñëîâèÿõ çíà÷èòåëüíàÿ äîëÿ ñìåùåííîãî âûñîòíîãî îáúåìà óñòðåìèòñÿ â øèðèíó, óøèðåíèå ìåòàëëà áóäåò íå ðàâíî íóëþ, à ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ À ìîæåò äîñòèãàòü áîëüøèõ çíà÷åíèé. Íàáëþäàëèñü ñëó÷àè, êîãäà σz < σ x , è äîëÿ ñìåùåííîãî âûñîòíîãî îáúåìà ìåòàëëà, óñòðåìëÿþùàÿñÿ â øèðèíó, ñòàíîâèëàñü áîëüøå äîëè, èäóùåé íà ïðèðàùåíèå äëèíû: A > 1 A, ò. å. ïðè ïðîêàòêå â ïîäæàòûõ âàëêàõ èíîãäà ïîëîñà ìîæåò 95
íàðàùèâàòü øèðèíó áûñòðåå, ÷åì äëèíó. Íè íà îäíîì èç ðàññìîòðåííûõ ðàíåå î÷àãîâ äåôîðìàöèè òàêîå ÿâëåíèå íåâîçìîæíî. Ðàññìîòðèì ýïþðó íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé (äàâëåíèÿ íà âàëêè) â ñâåðõíèçêîì î÷àãå (ñì. ðèñ. 4.24, á). Íà óïðóãèõ ó÷àñòêàõ íîðìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ äîëæíû âîçðàñòàòü ïî ïàðàáîëå, êàê â ðåøåíèè çàäà÷è Ãåðöà. Ìû çíàåì, ÷òî â ïëàñòè÷åñêîé çîíå íàèáîëåå ðåçêîå âîçðàñòàíèå íàïðÿæåíèé ïî ñòåïåííîìó çàêîíó íàáëþäàåòñÿ â çîíàõ ñêîëüæåíèÿ ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî ïîâåðõíîñòè âàëêîâ (ðåøåíèå Öåëèêîâà).  ïëàñòè÷åñêîé çîíå ñâåðõíèçêîãî î÷àãà ñêîëüæåíèå ïîëíîñòüþ îòñóòñòâóåò. Ýòî î÷åðåäíîå îòëè÷èå åãî îò íèçêîãî î÷àãà. Íà ñâåðõíèçêîì î÷àãå â ïëàñòè÷åñêîé îáëàñòè ñòîëü ðåçêîãî âîçðàñòàíèÿ äàâëåíèÿ, êàê ïðè ñêîëüæåíèè, îæèäàòü íå ñëåäóåò. Íî äàæå åñëè áû ýïþðà íàïðÿæåíèé çäåñü èìåëà âèä êóïîëà, êàê íà íèçêîì î÷àãå (ïîêàçàíî ïóíêòèðàìè), òî îí ðàñïîëàãàëñÿ áû íà óçêîì ó÷àñòêå êàê äîáàâêà ê áîëüøèì íàïðÿæåíèÿì, ñôîðìèðîâàâøèìñÿ â óïðóãèõ çîíàõ. Äîáàâëåííûé êóïîë â ñåðåäèíå î÷àãà ìàëî ìåíÿåò ïëîùàäü ýïþðû íàïðÿæåíèé â öåëîì. Åñëè óñðåäíèòü äàâëåíèå íà âàëêè, òî ðñð ìàëî çàâèñèò îò òîãî, âåäåòñÿ ïðîêàòêà â âàëêàõ èëè íåò. Ïîëíîå óñèëèå Ð òàêæå íå èçìåíèòñÿ, ïîñêîëüêó îáùàÿ äëèíà î÷àãà äåôîðìàöèè, âêëþ÷àÿ óïðóãèå ó÷àñòêè, îñòàíåòñÿ ïðåæíåé. Åñëè ïîä íàæèìíûå âèíòû ñòàíà óñòàíîâèòü ìåñäîçû, òî ïîêàçàíèÿ èõ íå áóäóò èçìåíÿòüñÿ ïðè ïðîêàòêå ïîëîñû è â ïàóçàõ ìåæäó ïðîïóñêàìè. Ñèëà ïðîêàòêè âñåãäà ïîñòîÿííà è ðàâíà óñèëèþ ïðåäâàðèòåëüíîãî ïîäæàòèÿ âàëêîâ. Òàêîé ýôôåêò èñïîëüçóþò ïðè ïðîêàòêå, íàïðèìåð, òîíêèõ è î÷åíü øèðîêèõ àëþìèíèåâûõ ëèñòîâ è ôîëüã, äëÿ áîðüáû ñ ïðîäîëüíîé è ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ ëèñòà. Åãî èñïîëüçóþò òàêæå ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå ñòàëüíûõ ëèñòîâ íà çàêëþ÷èòåëüíîé îïåðàöèè, êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ äðåññèðîâêîé. Ïðè äðåññèðîâêå (ïðîêàòêå ñ ìàëûìè îáæàòèÿìè íà ïðåäâàðèòåëüíî ïîäæàòûõ âàëêàõ) óäàåòñÿ âûðàâíÿòü òîëùèíó ïîëîñû ïî äëèíå çà ñ÷åò òîãî, ÷òî ïðîäîëüíûå êîëåáàíèÿ òîëùèíû èñõîäíîé ïîëîñû íå îòðàæàþòñÿ íà óñèëèè äðåññèðîâêè. Âûõîäÿùàÿ èç âàëêîâ ïîëîñà ïî âñåé äëèíå áóäåò èìåòü ïîñòîÿííóþ òîëùèíó, òàê êàê îíà ïðîêàòûâàåòñÿ ïðè íåèçìåííîì óñèëèè ïðîêàòêè. 4.7. Óøèðåíèå ïðè ïðîêàòêå Íàèáîëåå ïîëíîå èññëåäîâàíèå ìåõàíèçìà óøèðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå âûïîëíåíî À.È. Ãðèøêîâûì, êîòîðûé ïðîàíàëèçèðîâàë ñóùåñòâóþùèå òåîðåòè÷åñêèå è ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå è ìåòîäû ðàñ÷åòà óøèðåíèÿ. Íàèáîëüøèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò óøèðåíèå íà ñðåäíèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè ïðèìåíèòåëüíî ê òåõíîëîãè÷åñêèì ïðîöåññàì ïðîêàòêè íà ñîðòîâûõ ñòàíàõ. Íà íèçêèõ î÷àãàõ, ðåàëèçóåìûõ íà òîíêîëèñòîâûõ ñòàíàõ, óøèðåíèå ïðàêòè÷åñêè ðàâíî íóëþ è íå ðàññ÷èòûâàåòñÿ. Íà âûñîêèõ î÷àãàõ, â ñâÿçè ñ îáðàçîâàíèåì äâîéíîé áî÷êè, óøèðåíèå ïðèêîíòàêòíûõ è ñðåäíèõ ïî âûñîòå ñëîåâ ñëåäóåò èçó÷àòü îòäåëüíî, íî íà áëþìèíãàõ è ñëÿáèíãàõ óøèðåíèå ìîæíî ðàññ÷èòûâàòü íå ñòîëü òî÷íî, êàê íà ñîðòîâûõ ñòàíàõ. Óøèðåíèå íà ñâåðõíèçêîì î÷àãå ïðîöåññ ñëîæíûé, òðåáóþùèé îòäåëüíîãî èññëåäîâàíèÿ.  òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ, ðåàëèçóþùèõ ñðåäíèå èëè âûñîêèå î÷àãè äåôîðìàöèè, êàê ïðàâèëî, óøèðåíèå íåæåëàòåëüíî. Íåîáõîäèìî êàê ìîæíî áîëüøå 96
ìåòàëëà íàïðàâèòü â âûòÿæêó, èíòåíñèôèöèðóÿ ïðîöåññ, ïûòàÿñü çà ìåíüøåå ÷èñëî ïðîïóñêîâ ïîëó÷èòü êîíå÷íóþ ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ãîòîâîãî ïðîêàòà. Íà ìåòàëë, èçðàñõîäîâàííûé íà óøèðåíèå, íåîáõîäèìî äîïîëíèòåëüíî çàòðà÷èâàòü ýíåðãèþ ïðè ïðîêàòêå.  íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ, îäíàêî, óøèðåíèå ñòàíîâèòñÿ ïîëåçíûì. Ï.È. Ïîëóõèíûì óñòàíîâëåíî, ÷òî â ñîçäàíèè óøèðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå íà ñðåäíèõ î÷àãàõ äåéñòâóþò äâà ìåõàíèçìà. Ñ îäíîé ñòîðîíû, ìåòàëë ïðè ïðîêàòêå ñêîëüçèò îòíîñèòåëüíî âàëêîâ â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè, ñ äðóãîé ìåòàëë âûõîäèò íà áîêîâóþ ïîâåðõíîñòü èç öåíòðàëüíûõ ñëîåâ. ×åì ìåíüøå êîýôôèöèåíò òðåíèÿ, òåì áîëüøå ìåòàëëà ïåðåìåùàåòñÿ â øèðèíó çà ñ÷åò ïåðâîãî ìåõàíèçìà. Êàê è â ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèè, ñêîëüæåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ íå ïî âñåé øèðèíå êîíòàêòà, à â ïðèêðîìî÷íûõ îáëàñòÿõ. Ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè â ñðåäíåé ÷àñòè ïî øèðèíå íàõîäèòñÿ çîíà ïðèëèïàíèÿ, êîòîðàÿ ìîæåò çàíèìàòü ïî÷òè âñþ çîíó î÷àãà äåôîðìàöèè. Íà ðèñ. 4.25 ïðèâåäåí î÷àã äåôîðìàöèè ñ òåìíîé çîíîé ïðèëèïàíèÿ. Íà ñàìîé êîíòàêòíîé ïîâåðõíîñòè óøèðåíèå çà ñ÷åò ñêîëüæåíèÿ çàíèìàåò íåçíà÷èòåëüíóþ äîëþ (äî 10 %). Îñíîâíîå óøèðåíèå, îñîáåííî ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå, îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè çàòîðìîæåííîì ïîïåðå÷íîì ñêîëüæåíèè íà êîíòàêòå ïî âòîðîìó ìåõàíèçìó óøèðåíèÿ çà ñ÷åò âûõîäà áîêîâîé ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà íà êîíòàêòíóþ ïîâåðõíîñòü. Íà ðèñ. 4.26 ïîêàçàíà ïîýòàïíàÿ êàðòèíà ôîðìèðîâàíèÿ óøèðåíèÿ ïî ìåðå çàïîëíåíèÿ î÷àãà äåôîðìàöèè. Âèäíî, ÷òî çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü óøèðåíèÿ ðåàëèçóåòñÿ çà ñ÷åò âòîðîãî ìåõàíèçìà. Åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî âñå óøèðåíèå ôîðìèðóåòñÿ òîëüêî çà ñ÷åò âûõîäà áîêîâîé ïîâåðõíîñòè íà êîíòàêòíóþ ïëîùàäêó, òî ìîæíî ïîêàçàòü òåîðåòè÷åñêè, ÷òî øèðèíà b îáðàçöà ïî äëèíå î÷àãà äåôîðìàöèè áóäåò íàðàñòàòü ïî ýêñïîíåíòå (ñì. ðèñ. 4.25). Å.Ô. Øàðàïèí ýêñïåðèìåíòàëüíî íàáëþäàë ýêñïîíåíöèàëüíûé çàêîí óâåëè÷åíèÿ øèðèíû íà ñðåäíèõ î÷àãàõ, êîòîðûé îí îïèñàë çàâèñèìîñòüþ
b = b0 eC ö( hx ) , ãäå C =
h − hx ln â ; ö(h x ) = h1 0 ; hõ òåêóùåå çíà÷åíèå âûñîòû î÷àãà äåôîðìàöèè. h0 h x 1−ç
Âèäíî, ÷òî óøèðåíèå èíòåíñèâíî íàðàñòàåò â íà÷àëå î÷àãà äåôîðìàöèè, à â çîíå îïåðåæåíèÿ, êîãäà âûñîòà hx óæå èçìåíÿåòñÿ ìàëî, èì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Òî, ÷òî èçìåíåíèå óøèðåíèÿ ïî äëèíå äóãè çàõâàòà ýêñïåðèìåíòàëüíî îïèñûâàåòñÿ ýêñïîíåíòîé, ìîæåò ñëóæèòü êîñâåííûì äîêàçàòåëüñòâîì óòâåðæäåíèÿ, ÷òî îñíîâíóþ äîëþ â ôîðìèðîâàíèè óøèðåíèÿ çàíèìàåò âòîðîé ìåõàíèçì. Âûäåëèì â î÷àãå äåôîðìàöèè óçêóþ ïîëîñêó ìåòàëëà øèðèíîé dx (ñì. ðèñ. 4.25) íà ðàññòîÿíèè õ îò ñå÷åíèÿ âûõîäà è ïðîñëåäèì åå óøèðåíèå ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç î÷àã äåôîðìàöèè. Îöåíêîé óøèðåíèÿ ñëóæèò ïîêàçàòåëü Àõ îòíîøåíèå ñìåùåííûõ îáúåìîâ ïî øèðèíå è âûñîòå: db x b Àõ = x . dhx hx 97
Ðèñ. 4.25. Î÷àã äåôîðìàöèè (âèä ñâåðõó)
Ðèñ. 4.26. Ôîðìèðîâàíèå øèðèíû çà ñ÷åò âûõîäà áîêîâûõ îáúåìîâ ìåòàëëà íà ïîâåðõíîñòü êîíòàêòà (âèä ñ òîðöà)
Åñëè ïðèíÿòü, ÷òî ïîêàçàòåëü Àõ íåèçìåíåí ïî äëèíå äóãè çàõâàòà, ò. å. À = const, òî, èíòåãðèðóÿ îò âõîäíîãî ñå÷åíèÿ äî íåêîòîðîãî ïðîìåæóòî÷íîãî ñå÷åíèÿ ñ êîîðäèíàòîé õ, ïîëó÷èì l
∫ db /b x
x
Èëè ln
x
l
= A ∫ dhx /hx . x
bx h h = A ln 0 . Åñëè çàêîíîìåðíîñòü èçìåíåíèÿ ïî î÷àãó ôóíêöèè ln 0 b0 hx hx
îáîçíà÷èòü ϕφ(hx ) , òî ïîëó÷èì
bx = b0e Aϕ( hx ) . Ïîëó÷åíà òà æå ýêñïîíåíöèàëüíàÿ çàêîíîìåðíîñòü èçìåíåíèÿ óøèðåíèÿ, êîòîðàÿ íàáëþäàëàñü â ýêñïåðèìåíòàõ Å.Ô. Øàðàïèíà. Ýòî ñëóæèò äîêàçàòåëüñòâîì òîãî, ÷òî ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ À äåéñòâèòåëüíî ïîñòîÿíåí ïî äëèíå äóãè çàõâàòà.  ìíîãî÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòàõ, ïðîâåäåííûõ ïðåæäå âñåãî ó÷åíûìè Óðàëüñêîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî èíñòèòóòà ïîä ðóêîâîäñòâîì È.ß. Òàðíîâñêîãî, áûëî ïîêàçàíî, ÷òî íà ñðåäíèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè â øèðîêîì èíòåðâàëå èçìåíåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðîêàòêè ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ À îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì ïî äëèíå äóãè çàõâàòà. Ýòîò ðåçóëüòàò äàë ìîùíûé òîë÷îê äëÿ òåîðåòè÷åñêîãî èçó÷åíèÿ ïîêàçàòåëÿ À â çàâèñèìîñòè îò òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðîêàòêè. Êàê ïðàâèëî, ýòè èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü âàðèàöèîííûìè ìåòîäàìè, â îñíîâå êîòîðûõ ëåæèò çàêîí ìèíèìóìà ýíåðãèè, çàòðà÷èâàåìîé íà äåôîðìàöèþ: èñòèííîå çíà÷åíèå ïîêàçàòåëÿ À óñòàíàâëèâàåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ ìèíèìóìîì ýíåðãèè âíóòðåííèõ è âíåøíèõ ñèë (íàïðÿæåíèé), äåéñòâóþùèõ íà î÷àã äåôîðìàöèè â öåëîì. Îäíàêî ïîäñ÷åò ýíåðãèè ýòèõ ñèë îêàçûâàåòñÿ ñëîæíûì è î÷åíü ïðèáëèæåííûì. Êðîìå òîãî, ÷èñòî ìàòåìàòè÷åñêèå òðóäíîñòè ðåøåíèÿ âàðèàöèîííîé çàäà÷è, ïðåîäîëåâàåìûå çà ñ÷åò óïðîùåíèÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, çà ñ÷åò èñêàæåíèÿ 98
çàäà÷è, äåëàþò ðåøåíèÿ ñëîæíûìè è â ðÿäå ñëó÷àåâ íåíàäåæíûìè. Âàðèàöèîííûå ìåòîäû äàëè áîëüøîå ÷èñëî ôîðìóë äëÿ ðàñ÷åòà óøèðåíèÿ ïðè ïðîêàòêå, íî îíè âñåãäà ãðîìîçäêè è îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ òîëüêî â âèäå íîìîãðàìì. Äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ öåëåé âïîëíå ïðèãîäíîé îêàçàëàñü ñõåìà ðàçäåëåíèÿ î÷àãà äåôîðìàöèè íà çîíû (êàê ýòî äåëàëîñü ïðè îñàäêå) ëèíèÿìè, èñõîäÿùèìè èç óãëîâûõ òî÷åê À è  ïîä óãëîì 45° ê ïåðèìåòðó (ðèñ. 4.27). Åñëè î÷àã äåôîðìàöèè øèðîêèé (bcp>l), òî ìîæíî ïðèíÿòü, ÷òî îáúåì ìåòàëëà, ñìåùàåìûé â øèðèíó, áóäåò ïðîïîðöèîíàëåí ïëîùàäè òðåóãîëüíèêà ÀÂD, à ñìåùàåìûé â äëèíó ïëîùàäè òðàïåöèè ADDA (ñì. ðèñ. 4.27, à, çîíû I è II, ñîîòâåòñòâåííî). Íà óçêîì î÷àãå äåôîðìàöèè (bcp 1, ñì. ðèñ 4.27, à), òî çîíà II áîëüøå çîíû I, ïîýòîìó ñ ðîñòîì îáæàòèÿ ∆h ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ À áóäåò ñíèæàòüñÿ. Íà óçêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè ïðè bñð/l < 1 (ðèñ. 4.27, á) ñ ðîñòîì îáæàòèÿ ïîêàçàòåëü À âîçðàñòàåò. Äëÿ îöåíêè èçìåíåíèÿ àáñîëþòíîãî óøèðåíèÿ ∆b îò îáæàòèÿ ∆h íåîáõîäèìî âîñïîëüçîâàòüñÿ ïðèáëèæåííûì ðàâåíñòâîì A =
h1 ∆b , b0 ∆h
îòêóäà ìîãóò ïîëó÷èòüñÿ âñåâîçìîæíûå çàâèñèìîñòè ∆b = f (∆h ) . 101
Âûâîä (4.2) îñóùåñòâëåí áåç ó÷åòà âëèÿíèÿ íà óøèðåíèå âíåøíèõ çîí è çàäíåãî íàòÿæåíèÿ (åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî ïåðåäíåå íàòÿæåíèå íå âëèÿåò íà óøèðåíèå). Ïîýòîìó îêîí÷àòåëüíàÿ ôîðìóëà óøèðåíèÿ äîëæíà èìåòü âèä: Äh Ä h , Äb = Ñ bC í R ⋅ Äh − f 2ì h0
ãäå äâà ââåäåííûõ êîýôôèöèåíòà áóäóò ó÷èòûâàòü âëèÿíèå íà óøèðåíèå óïîìÿíóòûõ ôàêòîðîâ. Äëÿ ïðèáëèæåííîãî ó÷åòà âëèÿíèÿ çàäíåãî íàòÿæåíèÿ äîñòàòî÷íî òî÷íà ôîðìóëà Êàëèíèíà: Ñí = 1 −
2ó 0 . Ê
Êîýôôèöèåíò âëèÿíèÿ âíåøíèõ çîí Ñb ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì çàâèñèò êàê îò øèðèíû î÷àãà äåôîðìàöèè (ôàêòîðà b0/l), òàê è îò âåëè÷èíû îáæàòèÿ ε = ∆h/h0 , êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 4.30, à. Íà óçêèõ î÷àãàõ (b0/l 1) ïàäàåò. Äëÿ åãî ðàñ÷åòà Ãðèøêîâûì ïðåäëîæåíà ôîðìóëà Ñb = 4(1 − å)(b0 / l − 0,15)e1,5(0,15 −b0 / l ) + å .
Íà îñíîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ Þ.Ì. ×èæèêîâà, Ï.È. Ïîëóõèíà è äðóãèõ, ïðèâåäåííûõ íà ðèñ. 4.30, á, Â.Ñ. Ñìèðíîâ óñòàíîâèë, ÷òî âëèÿíèå øèðèíû ïîëîñû íà óøèðåíèå ìîæåò áûòü ó÷òåíî ïðîùå. Êîýôôèöèåíò Cb ìîæíî âû÷èñëÿòü ïî ôîðìóëå í
b Ñ b = 0 , h0
ãäå ïîêàçàòåëü ñòåïåíè ν çàâèñèò îò øèðèíû ïîëîñû. Ïðè b0/h0 < 1 óøèðåíèå ïî÷òè ïðÿìîëèíåéíî âîçðàñòàåò ñ ðîñòîì îòíîøåíèÿ b0/h0, ïîýòîìó ν = 1, à ïðè b0/h0 > 1 óøèðåíèå ïðàêòè÷åñêè ïåðåñòàåò çàâèñåòü îò øèðèíû ïîëîñû âî âñåì äèàïàçîíå ñðåäíèõ î÷àãîâ äåôîðìàöèè, ïîýòîìó ν = 0 . Áàõòèíîâ òàêæå ñ÷èòàåò, à)
á)
Ðèñ. 4.30. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå î âëèÿíèè øèðèíû ïîëîñû íà óøèðåíèå ïðè ïðîêàòêå: à â çàâèñèìîñòè îò ôàêòîðà b0 /l; á â çàâèñèìîñòè îò ïàðàìåòðà ∆h/h0
102
÷òî ïðè ðàñ÷åòå óøèðåíèÿ ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå ïðîñòûõ ïðîôèëåé íà ñîðòîâûõ ñòàíàõ, êîãäà øèðèíà íåçíà÷èòåëüíî îòëè÷àåòñÿ îò âûñîòû ïîëîñû, ìîæíî ïðèíÿòü Ñb = 1 (ò. å. y = 0). Áîëåå òî÷íûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ôàêòîðîì, ó÷èòûâàþùèì âëèÿíèå øèðèíû ïîëîñû íà óøèðåíèå, ñëåäóåò ñ÷èòàòü íå îòíîøåíèå b0/h0, à îòíîøåíèå b0/l, ãäå l äëèíà äóãè çàõâàòà, ïîýòîìó ïîïðàâêà Â.Ñ. Ñìèðíîâà ÿâëÿåòñÿ ïðèáëèæåííîé, õîòÿ ïðàêòè÷åñêè âïîëíå ïðèåìëåìîé è óäîáíîé.
Ãëàâà 5 ÑÈËÎÂÛÅ ÏÀÐÀÌÅÒÐÛ ÏÐÎÊÀÒÊÈ 5.1. Ðàñïðåäåëåíèå êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé ïî øèðèíå ïîëîñû Ïðè ïðîêàòêå óçêèõ è ñðåäíèõ ïî øèðèíå ïîëîñ íàïðÿæåíèÿ íåïîñòîÿííû ïî øèðèíå è îòëè÷íû îò ñðåäíèõ òàêæå íà êðîìêàõ øèðîêèõ ïîëîñ. Íà ìåòàëë, íàõîäÿùèéñÿ â ðàìêàõ ãåîìåòðè÷åñêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè, îêàçûâàþò âëèÿíèå âíåøíèå çîíû, ðàñïîëîæåííûå çà åãî ïðåäåëàìè. Ñòðîãî ãîâîðÿ, äëÿ òîãî ÷òîáû îïðåäåëèòü õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ äåôîðìàöèé è íàïðÿæåíèé ïî øèðèíå ïîëîñû, íåîáõîäèìî ðåøèòü òðåõìåðíóþ çàäà÷ó î ïðîêàòêå. Îáû÷íî ðåøàþò òàêóþ çàäà÷ó äëÿ ïðîêàòêè íèçêîé ïîëîñû, êîãäà çîíà ñêîëüæåíèÿ çàíèìàåò âñþ êîíòàêòíóþ ïëîùàäêó, à íàïðÿæåíèÿ ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëÿþòñÿ ïî âûñîòå ïîëîñû (ãèïîòåçà ïëîñêèõ ñå÷åíèé). Ïðè ýòîì âåêòîð êàñàòåëüíîãî êîíòàêòíîãî íàïðÿæåíèÿ τ èìååò ïðîåêöèè íà îñè x è z, ïðîïîðöèîíàëüíûå ñîñòàâëÿþùèì vx è vz âåêòîðà ñêîðîñòè v ïåðåìåùåíèÿ ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî ïîâåðõíîñòè âàëêà: ôx = ô
vx 2
vx + vz
2
; ôz = ô
vz 2
vx + vz
2
.
Çàäà÷à ðåøàåòñÿ îáû÷íî âàðèàöèîííûìè ìåòîäàìè ñî ìíîãèìè äîïóùåíèÿìè, íàñòîëüêî ñóùåñòâåííûìè, ÷òî äîâåðèå ê ðåçóëüòàòàì ñíèæàåòñÿ, è êà÷åñòâî ïîëó÷àåìîãî ðåøåíèÿ ìîæåò áûòü îöåíåíî òîëüêî ïóòåì ìíîãîñòîðîííåãî ñðàâíåíèÿ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè.  ñâÿçè ñ ýòèì ïðåäïî÷èòàþò íàêàïëèâàòü ýêñïåðèìåíòàëüíûé ìàòåðèàë è íà îñíîâàíèè ýòèõ äàííûõ äåëàòü âûâîäû. Îáñóäèì èìåþùèåñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå. Ðàíåå ãîâîðèëîñü, ÷òî âíåøíèå çîíû âûðàâíèâàþò äåôîðìàöèþ ïîëîñû ïî åå øèðèíå. Ïðè÷èíîé ýòîãî ÿâëÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå âîçíèêàþò â î÷àãå äåôîðìàöèè â ðåçóëüòàòå åãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñ âíåøíèìè çîíàìè. Ðàññìîòðèì ñíà÷àëà ñêîðîñòè òå÷åíèÿ ìåòàëëà âíóòðè î÷àãà äåôîðìàöèè. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî íàïðàâëåíèå ñèë òðåíèÿ âáëèçè êðîìîê èíîå, ÷åì íà ñðåäíèõ ïî øèðèíå ó÷àñòêàõ, ÷òî ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé ñî ñòîðîíû âíåøíèõ çîí. Íà êðîìêàõ ñ óáûâàþùåé èíòåíñèâíîñòüþ ïî äëèíå äóãè çàõâàòà ïðîèñõîäèò òå÷åíèå ìåòàë103
ëà â øèðèíó (óøèðåíèå). Ïðîäîëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ñêîðîñòè ìåòàëëà ïî î÷àãó äåôîðìàöèè âñåãäà íàðàñòàåò, âïëîòü äî ñå÷åíèÿ âûõîäà, íî ïîä äåéñòâèåì óøèðåíèÿ íà êðîìêàõ íàðàñòàíèå çàìåäëÿåòñÿ, ïðè÷åì çàìåäëåíèå â íà÷àëå î÷àãà áîëüøå, ÷åì íà âûõîäå. Ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò êðîìîê ê ñåðåäèíå ïðîäîëüíàÿ á) ñêîðîñòü âîçðàñòàåò áûñòðåå, òàê êàê êîëè÷åñòâî ìåòàëëà íà óøèðåíèå ñîêðàùàåòñÿ (ðèñ. 5.1). Íà óçêèõ ïîëîñàõ ïîâûøåíèå ïðîäîëüíîé ñêîðîñòè ïðîèñõîäèò äî ñåðåäèíû øèðèíû ïîëîñû (ñì. ðèñ. 5.1, á, äëÿ ñå÷åíèÿ âûõîäà). Íà øèðîêèõ ïîëîñàõ íàðàñòàíèå ñêîðîñòè ïðîèñõîäèò òîëüÐèñ. 5.1. Ýïþðû ðàñïðåäåëåíèÿ ïî êî â íåêîòîðûõ çîíàõ, ïðèëåãàþùèõ ê øèðèíå ïîëîñû ñêîðîñòåé òå÷åíèÿ ìåòàëëà íà øèðîêîì (à) è óçêîì (á) êðîìêàì. Ïî øèðèíå èìåþòñÿ çîíû, êîìïåíñèðóþùèå ñêîðîñòè òå÷åíèÿ â ïðåäûî÷àãàõ äåôîðìàöèè äóùèõ çîíàõ. Çäåñü ïðîäîëüíûå ñêîðîñòè òå÷åíèÿ ìåòàëëà íåñêîëüêî ñíèæàþòñÿ è ïðè äàëüíåéøåì äâèæåíèè ê ñåðåäèíå ïîëîñû îñòàþòñÿ ïîñòîÿííûìè (ñì. ðèñ. 5.1, à).  ñå÷åíèè âõîäà ñêîðîñòè äîëæíû èçìåíÿòüñÿ ïî îáðàòíîìó çàêîíó, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ðàñõîä ìåòàëëà âíóòðè î÷àãà äåôîðìàöèè. Íà óçêèõ ïîëîñàõ âîçðàñòàíèå ñêîðîñòè âíóòðè î÷àãà è ñíèæåíèå åå â ñå÷åíèè âõîäà ïðîèñõîäèò äî ñàìîé ñåðåäèíû (ñì. ðèñ. 5.1, á). Íà øèðîêèõ ïîëîñàõ ñðåäíÿÿ ÷àñòü ïîëîñû íå ïîäâåðãàåòñÿ âîçäåéñòâèþ âíåøíèõ çîí, çäåñü ñêîðîñòè ïî øèðèíå ïîñòîÿííû.  ñâÿçè ñ ýòèì ðàçâèòî âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó îáúåìàìè ìåòàëëà íà êðîìêàõ è ïðèêðîìî÷íûìè îáëàñòÿìè. Âîçðàñòàíèå ñêîðîñòè íà êðîìêàõ êîìïåíñèðóåòñÿ ñíèæåíèåì åå â ïðèêðîìî÷íûõ îáëàñòÿõ (ñì. ðèñ. 5.1, à). Íà íåêîòîðîì ðàññòîÿíèè îò ãåîìåòðè÷åñêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè ñëåâà è ñïðàâà ïîä äåéñòâèåì âíåøíèõ çîí âî âñåõ ñëó÷àÿõ ïðîäîëüíûå ñêîðîñòè v0 è v1 ïî øèðèíå âûðàâíèâàþòñÿ.  ñîîòâåòñòâèè ñ îïèñàííîé êàðòèíîé, àíàëîãè÷íûì îáðàçîì èçìåíÿþòñÿ ïðîäîëüíûå íàïðÿæåíèÿ σ x ïî øèðèíå ïîëîñû. Íà ðèñ 5.2, à, á ïîêàçàíî, ÷òî íà óçêîì î÷àãå íà êðîìêàõ ïîëîñû â ñå÷åíèè âõîäà âîçíèêàþò ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ, è, ñîîòâåòñòâåííî, èõ äîëæíû óðàâíîâåøèâàòü ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ â ñåðåäèíå ïîëîñû. Àíàëîãè÷íî âûðàâíèâàíèå ñêîðîñòè ïîñëå ñå÷åíèÿ âûõîäà âûçîâåò ðàñòÿãèâàþùèå ïðîäîëüíûå íàïðÿæåíèÿ íà êðîìêàõ è ñæèìàþùèå â ñðåäíèõ îáúåìàõ ïî øèðèíå. Âíóòðè î÷àãà äåôîðìàöèè ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ íà êðîìêàõ óìåíüøàþòñÿ è ÷àñòî ïåðåõîäÿò â ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ.  ñðåäíåé ÷àñòè ïî øèðèíå îíè âñåãäà ñæèìàþùèå. Íà øèðîêèõ ïîëîñàõ (ðèñ. 5.2, â) â ñå÷åíèÿõ âõîäà è âûõîäà â ñðåäíåé ÷àñòè ïîëîñû íàïðÿæåíèÿ äîëæíû îòñóòñòâîâàòü, ïîñêîëüêó âëèÿíèå âíåøíèõ çîí íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà ýòè îáëàñòè. Ïîýòîìó ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ íà êðîìêàõ óðàâíîâåøèâàþòñÿ ñæèìàþùèìè íàïðÿæåíèÿìè â ïðèêðîìî÷íûõ îáëàñòÿõ. à)
104
à)
á)
â)
Ðèñ. 5.2. Ýïþðû ðàñïðåäåëåíèÿ ïðîäîëüíûõ íàïðÿæåíèé σõ ïî øèðèíå ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû íà âõîäå, ïîñåðåäèíå è íà âûõîäå èç î÷àãà äåôîðìàöèè ïðè ðàçëè÷íûõ îòíîøåíèÿõ bcp/l (çíàê ïëþñ íàïðÿæåíèÿ ñæàòèÿ; çíàê ìèíóñ íàïðÿæåíèÿ ðàñòÿæåíèÿ)
Íà îñíîâàíèè ýòèõ çàêîíîìåðíîñòåé ìîæíî ïðåäñòàâèòü òàêæå ðàñïðåäåëåíèå ïî øèðèíå íîðìàëüíûõ êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé σó, èëè, ÷òî òî æå ñàìîå, äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè ð. Ýòè íàïðÿæåíèÿ âû÷èñëÿþòñÿ èç óñëîâèÿ òåêó÷åñòè p − σ x = νK , ïîýòîìó èõ ýïþðû, ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñ. 5.3, ñëåäóþò èç ýïþð ïðîäîëüíûõ íàïðÿæåíèé σ x . Ýòè íàïðÿæåíèÿ âñåãäà ñæèìàþùèå. Íî â ñå÷åíèè âõîäà (íèæíèå êðèâûå) íàïðÿæåíèÿ íà êðîìêàõ áóäóò ìåíüøå, à â ñåðåäèíå ïî øèðèíå áîëüøå ïðåäåëà òåêó÷åñòè νK . Âíóòðè î÷àãà äåôîðìàöèè è íà âûõîäå èç íåãî íàïðÿæåíèÿ σ y íà ñàìèõ êðîìêàõ ðàâíû ïðåäåëó òåêó÷åñòè Ê, à â ñðåäíèõ îáúåìàõ ïðåâûøàþò åãî (âåðõíèå êðèâûå). Íà øèðîêèõ ïîëîñàõ â ñðåäíåé ÷àñòè ïî øèðèíå íîðìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ ïîñòîÿííû è òåîðåòè÷åñêè ðàâíû çíà÷åíèþ 1,155Ê, õàðàêòåðíîìó äëÿ ïëîñêîé äåôîðìàöèè.  ïðèêðîìî÷íûõ îáëàñòÿõ íåèçáåæíî ïîâûøåíèå äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè êàê êîìïåíñàöèÿ åãî ñíèæåíèÿ íà ñàìèõ êðîìêàõ. Ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì ïðèêðîìî÷íàÿ îáëàñòü ïðîñòèðàåòñÿ íà øèðèíó (1,52,0)l. Ïðîêàòêà ïîëîñ ðàçíîé øèðèíû ïîäòâåðæäàåò îïèñàííóþ êàðòèíó ðàñïðåäåëåíèÿ äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè (ðèñ. 5.4). Íåðàâíîìåðíîñòü äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè îòðèöàòåëüíî âëèÿåò íà êà÷åñòâî ïîëîñ, îñîáåííî ïðè ïðîêàòêå øèðîêèõ è òîíêèõ ëèñòîâ. Ýòî âåäåò ê èõ ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîë105
à)
á)
â)
Ðèñ. 5.3. Ýïþðû ðàñïðåäåëåíèÿ êîíòàêòíîãî äàâëåíèÿ ïî øèðèíå ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû â ïëîñêîñòè âõîäà (íèæíèå êðèâûå) è ïîñåðåäèíå äóãè çàõâàòà (âåðõíèå êðèâûå) ïðè ðàçíûõ îòíîøåíèÿõ B0/l: à ïðè B0/l < 1; á ïðè B0/l = 14; â ïðè B0/l > 4 2
Ðèñ. 5.4. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ýïþðû ðàñïðåäåëåíèÿ ïî øèðèíå äàâëåíèÿ íà âàëêè íà ïîëîñàõ ðàçíîé øèðèíû
ùèííîñòè è íåðàâíîìåðíîìó èçíîñó ïîâåðõíîñòè âàëêîâ, êîòîðûé òàêæå óâåëè÷èâàåò ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ïðè ïðîêàòêå. Îò ýïþðû ðàñïðåäåëåíèÿ äàâëåíèÿ ïî øèðèíå çàâèñèò òàêæå óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ, êîòîðîå áóäåò ïîëíîñòüþ ïîâòîðÿòü ýïþðó äàâëåíèÿ. Íà òîíêèõ ïîëîñàõ ýòî òàêæå âåäåò ê äîïîëíèòåëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè è âîëíèñòîñòè ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå. Ðàñòÿãèâàþùèå ïðîäîëüíûå íàïðÿæåíèÿ íà êðîìêàõ ïîëîñû ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê ïðîöåññà ïðîêàòêè â öåëîì. Îíè, êàê èçâåñòíî, ñïîñîáñòâóþò ñíèæåíèþ ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà, è ïðè ïðîêàòêå ìàëîïëàñòè÷íûõ ëåãèðîâàííûõ ñïëàâîâ íà êðîìêàõ ïîëîñû âîçìîæíû òðåùèíû. ×òîáû óñòðàíèòü ýòîò íåäîñòàòîê, ïðèìåíÿþò ïðîêàòêó â êàëèáðàõ.  êàëèáðàõ ñîçäàåòñÿ äîïîëíèòåëüíûé 106
ïîäïîð ìåòàëëà â íàïðàâëåíèè øèðèíû âáëèçè êðîìîê. Ïîëåçíî òàêæå ïåðåäíåå è çàäíåå íàòÿæåíèÿ ìåòàëëà âî âðåìÿ ïðîêàòêè. Íàïðÿæåíèÿ íàòÿæåíèÿ ñêëàäûâàþòñÿ ñ äåéñòâóþùèìè ïðîäîëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè, è ñóììàðíûå íàïðÿæåíèÿ ïî øèðèíå áóäóò áîëåå ðàâíîìåðíûìè, õîòÿ çíà÷åíèå ýòèõ íàïðÿæåíèé íà êðîìêàõ, âîçìîæíî, âîçðàñòåò. Íàòÿæåíèå áîëüøå âëèÿåò íà ðàñòÿæåíèå ïîëîñû ïî êðîìêàì, ÷åì â ñåðåäèíå. Çà ñ÷åò ýòîãî, ñ îäíîé ñòîðîíû, ñêëîííîñòü ê ðàçðóøåíèþ ìåòàëëà íà êðîìêàõ áóäåò âûøå. Íî, ñ äðóãîé ñòîðîíû, íåáîëüøîå íàòÿæåíèå äàåò ïîëåçíûé ýôôåêò âûðàâíèâàíèÿ âûòÿæåê ïîëîñû ïî åå øèðèíå. Ïðè ýòîì ñêëîííîñòü ê îáðàçîâàíèþ òðåùèí ïî êðîìêàì ñíèæàåòñÿ çà ñ÷åò âûðàâíèâàíèÿ è ñíèæåíèÿ ïî øèðèíå ïðîäîëüíûõ íàïðÿæåíèé σ x . Òàêæå âûðàâíèâàþòñÿ è ñíèæàþòñÿ äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè σ y è óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ. Âñå ýòî óñòðàíÿåò òàêèå äåôåêòû, êàê ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû ïî øèðèíå è âîëíèñòîñòü. Êîíå÷íî, çíà÷èòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ íàòÿæåíèÿ âðåäíû, òàê êàê âìåñòî ýôôåêòà âûðàâíèâàíèÿ íàïðÿæåíèé ïîÿâèòñÿ ýôôåêò ñíèæåíèÿ ïëàñòè÷íîñòè îò äîïîëíèòåëüíûõ ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé. Ïðåäñòàâëåííûé õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ ïðîäîëüíûõ íàïðÿæåíèé â î÷àãå äåôîðìàöèè îòðàæàåòñÿ íà äåôîðìàöèè ïîëîñû è â ñàìèõ âíåøíèõ çîíàõ. Ýêñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâëåíî, ÷òî ïëàñòè÷åñêèå äåôîðìàöèè ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ çà ïðåäåëû ãåîìåòðè÷åñêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè, è äî åãî íà÷àëà âûñîòà ïîëîñû íà êðîìêàõ h0 óìåíüøàåòñÿ, à â ñåðåäèíå ïî øèðèíå óâåëè÷èâàåòñÿ.  ñâÿçè ñ ýòèì äëèíà äóãè çàõâàòà ïî êðîìêàì ìåíüøå, à â ñðåäíåé ÷àñòè áîëüøå òåîðåòè÷åñêîé R∆h .  ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ ýòî îáû÷íî íå ó÷èòûâàåòñÿ. Íàòÿæåíèå ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå íåïîñðåäñòâåííî âëèÿåò íà åå ðàçìåðû. Çäåñü óìåñòíî ðàçîáðàòü ìåõàíèçì óìåíüøåíèÿ øèðèíû, êîòîðûé ñëåäóåò èç õàðàêòåðà ðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåíèé ïî øèðèíå ïîëîñû. Ðàññìîòðèì ñõåìó íàïðÿæåíèé ïðè äåéñòâèè çàäíåãî íàòÿæåíèÿ, òàê êàê ïåðåäíåå íàòÿæåíèå, êàê îòìå÷àëîñü, ìàëî âëèÿåò íà øèðèíó ïîëîñû. Íà ïðîäîëüíûå íàïðÿæåíèÿ σ x (ñì. ðèñ. 5.2) íàêëàäûâàþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ ðàñòÿæåíèÿ σ x í . Ïðè÷åì ïðè ðàâíîìåðíîì ïðèëîæåíèè íàãðóçêè ñî ñòîðîíû óñòðîéñòâà, îñóùåñòâëÿþùåãî çàäíåå íàòÿæåíèå, íàïðÿæåíèÿ σ x í îêàçûâàþòñÿ íåðàâíîìåðíûìè ïî øèðèíå è ìàêñèìàëüíûìè íà êðîìêàõ, ãäå ñêîðîñòè ïåðåìåùåíèÿ ïðîäîëüíîãî ñå÷åíèÿ íèæå, ÷åì â ñåðåäèíå. Íà êðîìêàõ ñóììàðíûå íàïðÿæåíèÿ áóäóò ðàñòÿãèâàþùèìè, çà ñ÷åò ýòîãî óâåëè÷èâàåòñÿ äîëÿ ìåòàëëà, ñìåùàåìîãî â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè, è óøèðåíèå óìåíüøàåòñÿ.  ñåðåäèíå ïî øèðèíå íàïðÿæåíèÿ ìîãóò áûòü êàê ðàñòÿãèâàþùèìè, òàê è ñæèìàþùèìè. Äàæå ïðè íåáîëüøîì íàòÿæåíèè óøèðåíèå ìîæåò áûòü íóëåâûì èëè îòðèöàòåëüíûì, ò. å. ïðîèçîéäåò óòÿæêà ïîëîñû. 5.2. Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà ñèëû ïðîêàòêè Íà îñíîâàíèè âûøåèçëîæåííîãî ñôîðìóëèðóåì ìåòîäèêó ðàñ÷åòà ñðåäíåãî äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè ðñð è ñèëû ïðîêàòêè Ðïð íà âûñîêîì, ñðåäíåì è íèçêîì î÷àãàõ äåôîðìàöèè. Ñèëà ïðîêàòêè Ðïð = ðñðbcpl, 107
ãäå ïëîùàäü êîíòàêòíîé ïëîùàäêè Fê = bcpl âû÷èñëÿåòñÿ êàê ïðîèçâåäåíèå ñðåäíåé øèðèíû î÷àãà bcp = 0,5(b0 + b1) è äëèíû äóãè çàõâàòà l = R ∆h . Íà íèçêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè äëèíà äóãè çàõâàòà ðàññ÷èòûâàåòñÿ ñ ó÷åòîì óïðóãîãî ñïëþùèâàíèÿ ïî èòåðàöèîííîé ìåòîäèêå, îïèñàííîé âûøå: l ñ = x + R ⋅ Äh + x 2 , x =
pcp R 95 000
.
Ñðåäíåå äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè pñð = nç nσ nb níàò K , Í/ìì2.
Êîýôôèöèåíòû nç è nσ îïðåäåëÿþòñÿ ãåîìåòðè÷åñêèì êðèòåðèåì l/hcp (ðàíåå áûëè ïðèâåäåíû ôîðìóëû äëÿ èõ âû÷èñëåíèÿ). Êîýôôèöèåíò íàòÿæåíèÿ níàò òàêæå ïîäðîáíî ðàññìîòðåí. Êîýôôèöèåíò nb ó÷èòûâàåò âëèÿíèå íà äàâëåíèå øèðèíû ïîëîñû. Èç òåîðèè ïëàñòè÷íîñòè èçâåñòíî, ÷òî íà î÷åíü óçêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè ñðåäíÿÿ ÷àñòü î÷àãà äåôîðìàöèè íàõîäèòñÿ â óñëîâèÿõ, áëèçêèõ ê ïëîñêîìó íàïðÿæåííîìó ñîñòîÿíèþ, ïîñêîëüêó íà ñàìîé áîêîâîé ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà â î÷àãå ïîïåðå÷íîå íàïðÿæåíèå σz ðàâíî íóëþ. Êîýôôèöèåíò Ëîäý ðàâåí åäèíèöå. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ øèðèíû ïîëîñû â ñðåäíåé ÷àñòè ïîëîñû â î÷àãå äåôîðìàöèè σz âîçðàñòàåò. Íà øèðîêèõ î÷àãàõ ñåðåäèíà ïðîêàòà íàõîäèòñÿ â óñëîâèÿõ ïëîñêîé äåôîðìàöèè, êîãäà ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ìåòàëëà ε z = 0 .  ýòèõ óñëîâèÿõ σz = 0,5(σ x + σ y ) , êîýôôèöèåíò Ëîäý âîçðàñòàåò äî 1,155. Êîýôôèöèåíò nb ýòî òåõíîëîãè÷åñêàÿ èíòåðïðåòàöèÿ êîýôôèöèåíòà Ëîäý. Íà îñíîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ Â.Ñ. Ñìèðíîâ óñòàíîâèë, ÷òî íà óçêèõ ïîëîñàõ nb èçìåíÿåòñÿ ïðèìåðíî ëèíåéíî è çàâèñèò îò êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ: nb = 1 +
µ b0 . 3 h0
Ýòî óðàâíåíèå ïðÿìîé, è åñëè ïî óðàâíåíèþ çíà÷åíèå nb ïîëó÷èòñÿ áîëüøå 1,155, òî î÷àã äåôîðìàöèè îòíîñèòñÿ ê ðàçðÿäó øèðîêèõ è ñëåäóåò ïðèíÿòü nb = = 1,155. Ïðåäåë òåêó÷åñòè ïðè ïðîêàòêå Ê â îáùåì ñëó÷àå îïðåäåëÿåòñÿ òåìïåðàòóðîé, ñòåïåíüþ è ñêîðîñòüþ äåôîðìàöèè. Ïðè ðàâåíñòâå ýòèõ ïàðàìåòðîâ ïðåäåëû òåêó÷åñòè ïðè ðàñòÿæåíèè σ s è ïðîêàòêå Ê äîëæíû áûòü ðàâíûìè. Ýòî èñïîëüçóþò â òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ, õîòÿ èçâåñòíî, ÷òî ñõåìà íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ âëèÿåò íà çíà÷åíèå ïðåäåëà òåêó÷åñòè. 5.3. Ñèëû è êðóòÿùèå ìîìåíòû íà âàëêàõ Ïðè ïðîñòîé ïðîêàòêå, êîãäà íà äâóõ îäèíàêîâûõ ïî äèàìåòðó ãëàäêèõ âàëêàõ ïðîêàòûâàåòñÿ ïðÿìîóãîëüíàÿ ïîëîñà áåç âíåøíèõ âîçäåéñòâèé íà íåå (ðèñ. 5.5), íà ïîëîñó ñî ñòîðîíû âàëêà äåéñòâóþò íîðìàëüíàÿ ñèëà Q è äâå ñèëû òðåíèÿ T1 è T2. Ïåðâàÿ èç íèõ äåéñòâóåò â çîíå îòñòàâàíèÿ, à âòîðàÿ â çîíå îïåðåæåíèÿ. 108
à)
á)
Ðèñ. 5.5. Ñèëû Q, T1 è T2, äåéñòâóþùèå íà ïîëîñó â î÷àãå äåôîðìàöèè (à), è èõ ðàâíîäåéñòâóþùàÿ Ðïð (á)
Åñëè ïðîêàòêà ïðîòåêàåò ðàâíîìåðíî, òî ðàâíîäåéñòâóþùàÿ ýòèõ ñèë ñèëà ïðîêàòêè Ðïð, äåéñòâóþùàÿ ñî ñòîðîíû âàëêà íà ìåòàëë (ñì. ðèñ. 5.5, á, ïóíêòèðíàÿ ëèíèÿ), äîëæíà óðàâíîâåøèâàòüñÿ òàêîé æå ðàâíîäåéñòâóþùåé Ðïð ñî ñòîðîíû ïîëîñû íà âàëîê (ñì. ðèñ. 5.5, á, ñïëîøíàÿ ëèíèÿ). Òàê êàê îáà âàëêà íàõîäÿòñÿ â ðàâíîâåñèè, òî ñèëà Ðïð, äåéñòâóþùàÿ íà âåðõíèé âàëîê, äîëæíà óðàâíîâåøèâàòüñÿ òàêîé æå ñèëîé, ïðèëîæåííîé ê íèæíåìó âàëêó. Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ðàâíîäåéñòâóþùèå íà îáîèõ âàëêàõ äîëæíû áûòü íàïðàâëåíû âåðòèêàëüíî íàâñòðå÷ó äðóã äðóãó. Íåîáõîäèìî ïðàâèëüíî îðèåíòèðîâàòüñÿ â òîì, êàêàÿ èç ñèë ó÷àñòâóåò â àíàëèçå. Åñëè ðå÷ü èäåò î ðàâíîâåñèè ïîëîñû, òî èñïîëüçóåòñÿ ðàâíîäåéñòâóþùàÿ, ïðèëîæåííàÿ ê ïîëîñå. Ïðè àíàëèçå ñèë, äåéñòâóþùèõ íà âàëîê, ñëåäóåò ïðèìåíÿòü ðàâíîäåéñòâóþùóþ, ïðèëîæåííóþ ê âàëêó. Ðàññìîòðèì ìîìåíò Ìïð ñèëû Ðïð, äåéñòâóþùåé ñî ñòîðîíû ìåòàëëà íà âàëîê. Îòìåòèì, ÷òî òî÷êà ïðèëîæåíèÿ åå â îáùåì ñëó÷àå íå ñîâïàäàåò ñ íåéòðàëüíûì ñå÷åíèåì NN è òî÷êîé ìàêñèìóìà ýïþðû äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè, õîòÿ ðàñõîæäåíèå íåâåëèêî. Ìîìåíò ïðîêàòêè, íåîáõîäèìûé äëÿ âðàùåíèÿ îäíîãî âàëêà ïðè ïðîêàòêå: M ïð = Pïða = Pïð ψl ,
ãäå à ïëå÷î ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé. Êîýôôèöèåíò ïëå÷à ðàâíîäåéñòâóþùåé ψ = a/l çàâèñèò îò ìíîãèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ: êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ, íàëè÷èÿ íàòÿæåíèÿ è ò. ä. Ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ ïðîêàòêè ñòàëüíîé ïîëîñû â ñòàëüíûõ âàëêàõ áåç íàòÿæåíèÿ êîýôôèöèåíò ψ îïðåäåëÿåòñÿ ãëàâíûì îáðàçîì ïàðàìåòðîì l/hcp. Èç ðèñ. 5.6 ñëåäóåò, ÷òî íà âûñîêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè ψ íàõîäèòñÿ íà óðîâíå 0,500,57, à íà íèçêèõ óìåíüøàåòñÿ äî 0,280,30. À.Ï. ×åêìàðåâ àïïðîêñèìèðóåò êðèâóþ ôîðìóëîé ψ = 0, 79 − 0,887l /hñð + 0, 444(l /hñð )2 .
Ðèñ. 5.6. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé îò ãåîìåòðèè î÷àãà äåôîðìàöèè 109
Ñèëà Ðïð ñîçäàåò ñèëó òðåíèÿ â ïîäøèïíèêàõ âàëêà T = µ òð Pïð è ìîìåíò òðåíèÿ â ïîäøèïíèêàõ
M òð = µ òð Pïðd ø /2, P
ãäå dø äèàìåòð øåéêè âàëêà; µ òð êîýôôèöèåíò òðåíèÿ â ïîäøèïíèêàõ, çàâèñÿùèé îò òèïà ïîäøèïíèêîâ (ðèñ. 5.7). Ñóììàðíûé ìîìåíò íà îäíîì âàëêå M = M ïð + M òð = Pïð (ψl + µ òðd ø /2) = Pïð (ψl + ρ),
Ðèñ. 5.7. Ìîìåíò òðåíèÿ Ìòð ñèëû Ð â ïîäøèïíèêàõ
ãäå ρ = µ òðd ø /2 ðàäèóñ íåêîòîðîé îêðóæíîñòè, êîòîðûé íàçûâàåòñÿ ðàäèóñîì òðåíèÿ (ñì. ðèñ. 5.5). Ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ñóììàðíûé ìîìåíò Ì îáðàçóåòñÿ ñèëîé Ðïð, èìåþùèé ïëå÷î ψl + ρ . Ìîìåíò Ì óðàâíîâåøèâàåòñÿ ïîäâîäèìûì ê âàëêó ìîìåíòîì ïðèâîäà. Ôàêòè÷åñêè ïðèâîä äîëæåí îáåñïå÷èâàòü áîëüøèé ìîìåíò, òàê êàê âàëêè è äðóãèå äåòàëè ïðîêàòíîãî ñòàíà íåîáõîäèìî âðàùàòü åùå è íà õîëîñòîì õîäó. Íî ìîìåíò õîëîñòîãî õîäà ïðèâîäà êàê ïîñòîÿííóþ è íåçíà÷èòåëüíóþ âåëè÷èíó ïîêà ðàññìàòðèâàòü íå áóäåì. Óãîë òðåíèÿ θ, ñîîòâåòñòâóþùèé ðàäèóñó òðåíèÿ, îïðåäåëèì ñëåäóþùèì îáðàçîì: sinθ = 2ρ/D = µ òðd ø /D . Ïðè íàëè÷èè çàäíåãî íàòÿæåíèÿ ñèëîé R0 ðàâíîâåñèå ñèë áóäåò äîñòèãàòüñÿ â òîì ñëó÷àå, êîãäà ðàâíîäåéñòâóþùàÿ Ð ñî ñòîðîíû âàëêîâ íà ìåòàëë áóäåò íàêëîíåíà ê âåðòèêàëè â ñòîðîíó âûõîäà ìåòàëëà èç âàëêîâ è åå ãîðèçîíòàëüíàÿ ïðîåêöèÿ Ðõ áóäåò óðàâíîâåøèâàòü ñèëó íàòÿæåíèÿ (ðèñ. 5.8, à). Âåðòèêàëüíàÿ ïðîåêöèÿ ñèëû Ð ðàâíà ñèëå ïðîêàòêè: Ðy = Ðïð. Êàê âèäíî, ïðè çàäíåì íàòÿæåíèè ïëå÷î ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé à ðàñòåò, ïîýòîìó óâåëè÷èâàåòñÿ ìîìåíò ïðîêàòêè. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðè íàëè÷èè ïåðåäíåãî íàòÿæåíèÿ ñèëîé R1 ðàâíîäåéñòâóþùàÿ Ð (ïóíêòèðíàÿ ëèíèÿ) íàêëîíåíà ê âõîäíîìó ñå÷åíèþ, ïëå÷î à óìåíüøàåòñÿ, à)
á)
â)
Ðèñ. 5.8. Ñìåùåíèå ðàâíîäåéñòâóþùåé ïðè íàòÿæåíèè: à çàäíåì; á ïåðåäíåì áåç ó÷åòà òðåíèÿ â ïîäøèïíèêå; â ïåðåäíåì ñ ó÷åòîì ýòîãî òðåíèÿ
110
ìîìåíò ïðîêàòêè ïàäàåò. Ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè îò ïðèâîäà âàëêîâ ñîêðàùàåòñÿ, íî íåäîñòàþùàÿ äëÿ äåôîðìàöèè ìåòàëëà ýíåðãèÿ ïîäâîäèòñÿ çà ñ÷åò ñèëû R1. Âîçìîæåí ñëó÷àé, êîãäà ðàâíîäåéñòâóþùàÿ Ð ïðîéäåò ÷åðåç öåíòð îêðóæíîñòè âàëêà, ïëå÷î à áóäåò ðàâíî íóëþ (ðèñ. 5.8, á) è ìîìåíò ïðîêàòêè áóäåò ðàâåí íóëþ. Ñóììàðíûé ìîìåíò Ì = Ìïð + Ìòð ñòàíåò ðàâíûì íóëþ òîãäà, êîãäà ðàâíîäåéñòâóþùàÿ ïðîéäåò ïî êàñàòåëüíîé ê îêðóæíîñòè òðåíèÿ ïðàâåå öåíòðà âàëêà (ðèñ. 5.8, â). Ïîëó÷èì ïðîöåññ ïðîòÿãèâàíèÿ (âîëî÷åíèÿ) ïîëîñû ÷åðåç íåïðèâîäíûå âàëêè, êîãäà âñÿ ýíåðãèÿ, íåîáõîäèìàÿ äëÿ äåôîðìàöèè, ïîäâîäèòñÿ òîëüêî çà ñ÷åò òÿíóùåãî óñèëèÿ R1. Òàêîé òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîöåññ òàêæå ïðèìåíÿåòñÿ â îáðàáîòêå äàâëåíèåì. Ïîíÿòíî, ÷òî ïðè íàëè÷èè îäíîâðåìåííî ïåðåäíåãî è çàäíåãî íàòÿæåíèé ðàâíîäåéñòâóþùàÿ Ð áóäåò îòêëîíÿòüñÿ îò âåðòèêàëè â çàâèñèìîñòè îò ñîîòíîøåíèÿ ñèë R0 è R1. Åñëè R1 > R0, òî ðàâíîäåéñòâóþùàÿ Ð, ïðèëîæåííàÿ ê âàëêó, áóäåò íàêëîíåíà ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè, â ïðîòèâíîì ñëó÷àå, íàîáîðîò, ïî õîäó ïðîêàòêè. Ãîðèçîíòàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé Õ = Ðõ = (R0 R1). Ýòà ñèëà ñîçäàåò äîïîëíèòåëüíîå äàâëåíèå íà ïîäøèïíèê, ò. å. äîïîëíèòåëüíûé ìîìåíò òðåíèÿ â ïîäøèïíèêå, êîòîðûé ïî àíàëîãèè ñ Ìòð âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:
Mä = X ρ. Òàêèì îáðàçîì, ñ ó÷åòîì íàòÿæåíèÿ ïîëîñû ñóììàðíûé ìîìåíò íà âàëêå áóäåò ñëåäóþùèì: M = Pïð (a + ρ) + X ρ .
Çàìåòèì, ÷òî ïðè óâåëè÷åíèè íàòÿæåíèÿ ïîëîñû (ïåðåäíåãî è îñîáåííî çàäíåãî) óñèëèå Ðïð ñíèæàåòñÿ. Ðàññìîòðèì ïðîêàòêó ìåòàëëà íà ñòàíå ñ îäíèì (íèæíèì) ïðèâîäíûì âàëêîì (ðèñ. 5.9).  ýòîì ñëó÷àå ðàâíîäåéñòâóþùàÿ Ð ñî ñòîðîíû ïîëîñû íà âåðõíèé õîëîñòîé âàëîê áåç ó÷åòà ñèë òðåíèÿ äîëæíà ïðîõîäèòü ÷åðåç îñåâóþ òî÷êó âåðõíåãî âàëêà, à ðàâíîäåéñòâóþùàÿ Ð íà íèæíåì âàëêå äîëæíà ðàñïîëàãàòüñÿ íà òîé æå ëèíèè è óðàâíîâåøèâàòü ïåðâóþ. Ïëå÷î ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé íà íèæíåì âàëêå óâåëè÷èòñÿ ïðèìåðíî â äâà ðàçà. Ïðè ó÷åòå ñèë òðåíèÿ âåðõíÿÿ ðàâíîäåéñòâóþùàÿ д ïðîéäåò ïî êàñàòåëüíîé ê îêðóæíîñòè òðåíèÿ, à íèæíÿÿ ïî òîé æå ïðÿìîé â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè. Âèäíî, ÷òî ïðè ýòîì òî÷êà ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé ê íèæíåìó âàëêó ñìåñòèòñÿ âëåâî ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðîêàòêîé â äâóõ ïðèâîäíûõ âàëêàõ, à ïëå÷î ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé áóäåò áîëüøå à. Íèæíèé âàëîê ïîäâîäèò ê î÷àãó äåôîðìàöèè âñþ ýíåðãèþ, íåîáõîäèìóþ äëÿ äåôîðìàöèè. Ðèñ. 5.9. Ñõåìà ñèë, Ñîîòâåòñòâåííî, ìîìåíò ïðîêàòêè íà íèæíåì âàëêå áóäåò äåéñòâóþùèõ íà ðàâåí ñóììå ìîìåíòîâ, êîòîðûå èìåþò ìåñòî ïðè îáû÷âàëîê, ïðè îäíîì íîé ïðîêàòêå íà îáîèõ âàëêàõ. Òàêèì îáðàçîì, ïðèâîäíîì âàëêå 111
Ìâ = 0; M í = P (a + ρ) + X ρ . Ïðèáëèæåííî Ð = Ðïð è a = 2a ′ , åñëè a ′ = ψl , ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïðîêàòêå íà äâóõ ïðèâîäíûõ âàëêàõ. Ïðàêòè÷åñêèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò ñèëû ïðè ïðîêàòêå íà âàëêàõ ðàçíîãî äèàìåòðà. Íà áëþìèíãå îáû÷íî íèæíèé âàëîê áîëüøå âåðõíåãî íà 10 ìì, à íà ñîðòîâûõ ñòàíàõ, íàîáîðîò, âåðõíèé âàëîê áîëüøå íèæíåãî íà 13 ìì. Åñòü ñòàíû, ó êîòîðûõ ðàçíèöà â äèàìåòðàõ âàëêîâ áîëüøå. Íà ëèñòîâûõ ñòàíàõ ìîæíî ñîçäàòü óñëîâèÿ íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêè òàêæå çà ñ÷åò ðàçíîñòè äèàìåòðîâ âàëêîâ. Âî âñåõ ñëó÷àÿõ îêðóæíûå ñêîðîñòè ìåòàëëà ïî âåðõíåé è íèæíåé ïîâåðõíîñòÿì ïîëîñû ðàçëè÷íû, ïîëîñà âûõîäèò èç âàëêîâ èñêðèâëåííîé â ñòîðîíó ìåíüøåãî âàëêà. Íà áëþìèíãå ïîëîñà èçãèáàåòñÿ ââåðõ è íå Ðèñ. 5.10. Ñõåìà ñèë è ìîìåíòîâ ïðè óäàðÿåò â ðîëèêè ðîëüãàíãà. Íà ñîðòîïðîêàòêå â âàëêàõ ðàçíîãî äèàìåòðà âîì ñòàíå ïîëîñà îòãèáàåòñÿ êíèçó è, ïðèæèìàÿñü ê ïðîâîäêå, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ 5.10, âûïðàâëÿåòñÿ. Èçãèáàþùèé ìîìåíò, íåîáõîäèìûé äëÿ âûïðàâêè ïîëîñû, ìîæåò áûòü îöåíåí âûðàæåíèåì M èçã = σsW , ãäå σ s ïðåäåë òåêó÷åñòè; W ìîìåíò ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû. Èçãèáàþùèé ìîìåíò óðàâíîâåøèâàåòñÿ ìîìåíòîì, îáðàçóþùèìñÿ ïðè ñìåùåíèè è íàêëîíå ðàâíîäåéñòâóþùèõ, êîòîðûå äåéñòâóþò íà ïîëîñó ñî ñòîðîíû âåðõíåãî è íèæíåãî âàëêîâ íà ïëå÷å å. Îòñþäà Pe = σ sW . ×åì áîëüøå σ s è W ïîëîñû, à òàêæå ðàçíîñòü äèàìåòðîâ âàëêîâ, òåì áîëüøå ïëå÷î å è íàêëîí ðàâíîäåéñòâóþùèõ ê âåðòèêàëè. Åñëè ñèëû Ð, äåéñòâóþùèå íà îáà âàëêà, ðàçëîæèòü íà âåðòèêàëüíóþ Ðïð è ãîðèçîíòàëüíóþ Õ ñîñòàâëÿþùèå, òî ïîëó÷èì ìîìåíò íà âåðõíåì âàëêå Mâ = = Ðïð(aâ + ρâ ) + X ρâ , êîòîðûé áîëüøå, ÷åì ìîìåíò M í = Ðïð (aí + ρí ) + X ρí íà íèæíåì âàëêå. Ñîîòíîøåíèå ìîìåíòîâ Ìâ/Ìí î÷åíü áûñòðî óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì ðàçíèöû â äèàìåòðàõ âàëêîâ, è íà ðåàëüíûõ ñîðòîâûõ ñòàíàõ, êîãäà, êàçàëîñü áû, ðàçíèöà â äèàìåòðàõ âàëêîâ íå ñòîëü óæ âåëèêà, äîñòèãàåò 2, à ïðè ïðîêàòêå ñëîæíûõ ïðîôèëåé äàæå 5. Ïðèìåðíî òàêàÿ æå êàðòèíà ðàñïðåäåëåíèÿ ñèë, êîãäà ïîëîñà èìååò íåîäèíàêîâûå ñâîéñòâà ïî âåðõíåé è íèæíåé ïîâåðõíîñòÿì. Ïðè íåðàâíîìåðíîì ïî âûñîòå íàãðåâå èëè ïðè ïðîêàòêå áèìåòàëëè÷åñêîé ïîëîñû ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè âåðõíåãî è íèæíåãî ñëîåâ ìåòàëëà ðàçëè÷íî. Íà ðèñ. 5.11 ïîêàçàíî ðàñïðåäåëåíèå ñèë ïðè ïðîêàòêå áèìåòàëëà, êîãäà ïðåäåë òåêó÷åñòè âåðõíåãî ñëîÿ ìåòàëëà σ s â ìåíüøå, ÷åì íèæíåãî σ s í .  ýòîì ñëó÷àå âåðõíèé âàëîê îñóùåñòâëÿåò áîëüøåå âûñîòíîå îáæàòèå, ÷åì íèæíèé. 112
Âûòÿæêà âåðõíåãî ñëîÿ â åñòåñòâåííûõ óñëîâèÿõ âûøå, ÷åì íèæíåãî, è ïîëîñà íà âûõîäå èç âàëêîâ èçãèáàåòñÿ âíèç. Ñèëû, äåéñòâóþùèå ñî ñòîðîíû âàëêîâ íà ïîëîñó, óðàâíîâåøåíû:
ð bl Ð1 σ = ñð.â â = sâ Ð2 ðñð.í blí σsí
∆hâ ⋅ R ∆hí ⋅ R
= 1.
Îòñþäà Ähâ ó2 = s2í , Ähí ós â
(5.1)
îáæàòèÿ âåðõíåãî è íèæíåãî ñëîåâ ðàñïðåäåëÿþòñÿ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî êâàäðàòàì ñîïðîòèâëåíèé äåôîðìàöèè ñëîåâ. Îáùåå îáÐèñ. 5.11. Ñèëû, äåéñòâóþùèå íà âàëêè, ïðè ïðîêàòêå áèìåòàëëà æàòèå ∆h = ∆hí + ∆hâ . Ïîäñòàâèâ óðàâíåíèå (5.1), âû÷èñëÿåì îáæàòèÿ êàæäûì èç âàëêîâ ∆hí è ∆hâ . Äëèíû äóãè çàõâàòà ïî îáîèì âàëêàì lâ =
∆hâ ⋅ Dâ , l í =
∆hí ⋅ Dí
íå ðàâíû, è òî÷êè ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùèõ íå ìîãóò íàõîäèòüñÿ íà îäíîé âåðòèêàëè.  òî æå âðåìÿ ïðè îòñóòñòâèè êðóòÿùèõ ìîìåíòîâ, ïðèêëàäûâàåìûõ ê ïîëîñå èçâíå (ïîìèìî âàëêîâ), ýòè ñèëû äîëæíû íàõîäèòüñÿ íà îäíîé ïðÿìîé ëèíèè, ïîýòîìó îíè íàêëîíåíû ê âåðòèêàëè. Ïîÿâëÿåòñÿ ãîðèçîíòàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ñèë Õ, îêàçûâàþùàÿ äîïîëíèòåëüíîå äàâëåíèå íà ïîäøèïíèêè ñòàíà. Ìîìåíò ïðîêàòêè íà âåðõíåì âàëêå ìîæåò áûòü çíà÷èòåëüíî áîëüøå, ÷åì íà íèæíåì. Åñëè ïðèíÿòü, ÷òî òî÷êè ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùèõ íàõîäÿòñÿ ïîñåðåäèíå äëèí äóã çàõâàòà, ÷òî äîïóñòèìî ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå òîëñòûõ áèìåòàëëè÷åñêèõ ëèñòîâ, òî âñå ñèëû è ïëå÷è íàõîäÿò ãåîìåòðè÷åñêè. Ïî-ïðåæíåìó âåðòèêàëüíàÿ ïðîåêöèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé Ð ðàâíà ñèëå ïðîêàòêè Ðïð è ìîæåò áûòü âû÷èñëåíà ïî îáû÷íîé ìåòîäèêå. 5.4. Ñèëû è ìîìåíòû ïðè ïðîêàòêå íà ñòàíå êâàðòî Íà áîëüøèíñòâå ëèñòîâûõ ñòàíîâ èñïîëüçóþò 4-âàëêîâûå êëåòè. Ðàáî÷èå âàëêè èìåþò ìåíüøèé äèàìåòð, ÷åì îïîðíûå. Ïðèâîä îñóùåñòâëÿåòñÿ ëèáî çà îïîðíûå, ëèáî çà ðàáî÷èå âàëêè.  îáîèõ ñëó÷àÿõ âðàùåíèå íåïðèâîäíûõ âàëêîâ ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòå ñ ïðèâîäíûìè âàëêàìè. Ïðè ïðèâîäíûõ ðàáî÷èõ âàëêàõ ñèëà ïðîêàòêè Ðïð ïåðåäàåòñÿ íà îïîðíûé âàëîê êàê ñèëà Ðîï, êîòîðàÿ äîëæíà ïðîéòè ïî êàñàòåëüíîé ê îêðóæíîñòè òðåíèÿ ðàäèóñîì ρ îïîðíîãî âàëêà, ïîñêîëüêó îïîðíûå âàëêè íåïðèâîäíûå. Âòîðîé òî÷êîé, ÷åðåç êîòîðóþ ïðîõîäèò ñèëà Ðîï, äîëæíà áûòü òî÷êà êàñàíèÿ ðàáî÷åãî è îïîðíîãî âàëêîâ (ðèñ. 5.12). 113
Âèäíî, ÷òî ñèëà Ðîï ëåãêî âû÷èñëÿåòñÿ ãåîìåòðè÷åñêè: Pîï = Pïð /cos θ,
ãäå θ óãîë òðåíèÿ, îïðåäåëåííûé ðàíåå (ìåæäó íàïðàâëåíèÿìè ñèë Ðïð è Ðîï). Òàêèì îáðàçîì, íà îïîðíîì âàëêå ìîìåíò M îï = Pîï ρîï .
Òàê êàê ïðèâîäíûì ÿâëÿåòñÿ ðàáî÷èé âàëîê, òî ìîìåíò íà ðàáî÷åì âàëêå, íåîáõîäèìûé äëÿ ïðåîäîëåíèÿ òðåíèÿ â ïîäøèïíèêàõ îïîðíîãî âàëêà, òàêîâ: M 1 = M îï Dðàá /Dîï , Ðèñ. 5.12. Ñèëû, äåéñòâóþùèå íà ðàáî÷èé è îïîðíûé âàëêè ñòàíà êâàðòî (ïðè îòñóòñòâèè ñèë íàòÿæåíèÿ)
Íà ðàáî÷åì âàëêå ñèëà Ðïð íà ïëå÷å à îáðàçóåò ìîìåíò
M ïð = Pïða .
Êðîìå òîãî, ãîðèçîíòàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ñèëû Ðîï, ðàâíàÿ X îï = Pïð tg θ, ñî ñòîðîíû îïîðíîãî âàëêà âîçäåéñòâóåò íà ïîäøèïíèêè ðàáî÷åãî âàëêà è ñîçäàåò â ðàáî÷åì âàëêå äîïîëíèòåëüíûé ìîìåíò òðåíèÿ M ä . ðàá = X îï ρðàá .
Òàêèì îáðàçîì, ê ðàáî÷åìó âàëêó ïîäâîäèòñÿ ìîìåíò Ì = Ìïð + Ìä. ðàá + Ì1. Ñèëà Ðîï, äåéñòâóþùàÿ íà îïîðíûé âàëîê, íå áóäåò çàâèñåòü îò ïåðåäíåãî R1 èëè çàäíåãî R0 íàòÿæåíèÿ, êîòîðûå äåéñòâóþò íà ðàáî÷èé âàëîê. Ýòè ñèëû îòðàæàþòñÿ òîëüêî íà ìîìåíòå íà ðàáî÷åì âàëêå. Ñèëà Ðïð îòêëîíèòñÿ îò âåðòèêàëè, åå âåðòèêàëüíàÿ ïðîåêöèÿ îñòàíåòñÿ ðàâíîé ñèëå ïðîêàòêè Ðïð. Ãîðèçîíòàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ Õ = R0 R 1 ñîçäàåò íà ðàáî÷åì âàëêå äîïîëíèòåëüíûé ìîìåíò òðåíèÿ M ä = X ρðàá ,
êîòîðûé íåîáõîäèìî ïðèáàâèòü ê ìîìåíòó Ì. Ôàêòè÷åñêàÿ êàðòèíà ñëîæíåå. Ïîä äåéñòâèåì ñèëû Ðîï ïðîèñõîäèò óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ è îáðàçóåòñÿ ïëîùàäêà ñìÿòèÿ, ïðîòÿæåííîñòü êîòîðîé ìîæíî îöåíèòü ïî ðåøåíèþ çàäà÷è Ãåðöà îá óïðóãîì ñæàòèè äâóõ öèëèíäðîâ. Îòëè÷èå ñîñòîèò â òîì, ÷òî çàäà÷à Ãåðöà ðåøåíà ïðè îòñóòñòâèè âðàùåíèÿ âàëêîâ, à íà âðàùàþùèõñÿ âàëêàõ ïëîùàäêà ñìÿòèÿ íåñèììåòðè÷íà; òà åå ÷àñòü, êîòîðàÿ ðàñïîëàãàåòñÿ íà âûõîäå âðàùàþùèõñÿ âàëêîâ, ñóùåñòâåííî ìåíüøå, ÷åì íà âõîäå.  ñâÿçè ñ ýòèì òî÷êà ïðèëîæåíèÿ ñèëû Ðîï ñìåùàåòñÿ îò ëèíèè öåíòðîâ âàëêîâ íà âåëè÷èíó ïëå÷à m â ñòîðîíó, ïðîòèâîïîëîæíóþ âðàùåíèþ 114
âàëêîâ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 5.13. Ïëå÷î ìîæåò áûòü îïðåäåëåíî ïî ôîðìóëå m = (0,02 0,1)b, ãäå b ïîëîâèíà øèðèíû ïëîùàäêè ñìÿòèÿ, êîòîðàÿ èç ðåøåíèÿ çàäà÷è Ãåðöà äëÿ ñòàëüíûõ âàëêîâ b = 1,52
PR1R2 , E (R1 + R2 )
Çäåñü R1, R2 ðàäèóñû âàëêîâ; Å ìîäóëü óïðóãîñòè ìàòåðèàëà âàëêîâ. ×åì ìÿã÷å âàëîê è ìåíüøå ñêîðîñòü åãî âðàùåíèÿ, òåì âûøå êîýôôèöèåíò ïðè b ïðè âû÷èñëåíèè m. Òàêèì îáðàçîì, ìîìåíò íà íåïðèâîäíîì îïîðíîì âàëêå îò ñèëû Ðîï M îï = Pîï (ρîï + m).
Ðèñ. 5.13. Ñìåùåíèå òî÷êè ïðèëîæåíèÿ ñèëû Ðîï íà ïëîùàäêå ñìÿòèÿ
Ãîðèçîíòàëüíàÿ ïðîåêöèÿ ñèëû Ðîï (ñèëà Xîï) òàêæå íåìíîãî èçìåíèòñÿ, ÷òî îòðàçèòñÿ íà âû÷èñëåíèè ìîìåíòà Ìä.ðàá. Ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïëå÷ó m ñîîòâåòñòâóåò öåíòðàëüíûé óãîë ν = arcsin(m/Rîï ) . Òîãäà ìîæíî çàïèñàòü M îï = Pîï sin(θ + ν).
Îñòàëüíûå ñîñòàâëÿþùèå ïîëíîãî ìîìåíòà Ì îñòàíóòñÿ ïðåæíèìè. Íà ëèñòîâûõ ñòàíàõ âåðòèêàëüíóþ îñü ðàáî÷èõ âàëêîâ ñìåùàþò âïåðåä ïî îòíîøåíèþ ê îñÿì îïîðíûõ âàëêîâ íà âåëè÷èíó ñ = 510 ìì (ðèñ. 5.14). Ýòî íåîáõîäèìî äëÿ óìåíüøåíèÿ ðàçíîòîëùèííîñòè ïðîêàòûâàåìîãî ëèñòà è óñòðàíåíèÿ âèáðàöèè âàëêîâ ïðè ïðîêàòå. Ïðè ýòîì ïëîùàäêà ñìÿòèÿ ñìåùàåòñÿ ïî íàïðàâëåíèþ ïðîêàòêè è òî÷êà ïðèëîæåíèÿ ñèëû Ðîï ðàñïîëàãàåòñÿ íà ðàññòîÿíèè m ′ = AB + m. Èç ïîäîáèÿ òðåóãîëüíèêîâ ÎÀ è ÎÀÅ âèäíî, ÷òî À = ñ
Rîï . Rîï + Rðàá
Ñîîòâåòñòâåííî, M îï = Pîï (ρîï + m ′). Ñèëà Ðîï äî ñìåùåíèÿ äåéñòâîâàëà ïîä óãëîì òðåíèÿ θ ê âåðòèêàëüíîé îñè, à ïîñëå ñìåùåíèÿ óãîë âîçðàñòåò äî íåêîòîðîãî çíà÷åíèÿ θ + α , è ãîðèçîíòàëüíàÿ ïðîåêöèÿ ýòîé ñèëû X îï = Pîï sin(θ + α), ÷òî òàêæå íåîáõîäèìî ó÷åñòü ïðè âû÷èñëåíèè äîïîëíèÐèñ. 5.14. Ðàñïîëîæåíèå ñèëû òåëüíîãî ìîìåíòà: M ä . ðàá = X îï ρ ðàá .
Âñå óãëû ìîæíî âû÷èñëèòü ãåîìåòðè÷åñêè.
Ðîï ïðè ñìåùåíèè ðàáî÷èõ âàëêîâ âïåðåä îòíîñèòåëüíî îñè îïîðíûõ âàëêîâ
115
Ïðè íàëè÷èè ïåðåäíåãî è çàäíåãî íàòÿæåíèé R0 è R1 îò ðàçíîñòè ýòèõ ñèë âîçíèêàåò äîïîëíèòåëüíûé ìîìåíò â ïîäøèïíèêàõ M ä = X ρðàá . Ñóììàðíûé ìîìåíò, äåéñòâóþùèé íà îäèí ðàáî÷èé âàëîê, Ì = Ìïð + Ìä.ðàá + Ì1 + Ìä . Åñëè ïðèâîäíûìè áóäóò îïîðíûå âàëêè, òî ÷åðåç îïîðíûé âàëîê äîëæåí ïåðåäàâàòüñÿ ñóììàðíûé ìîìåíò, ñêëàäûâàþùèéñÿ èç ìîìåíòîâ íà îïîðíîì è ðàáî÷åì âàëêàõ. Ñèëà Ðîï äîëæíà áûòü íàïðàâëåíà òàê, ÷òîáû ìîìåíò âñåõ ñèë (Ð, Ðîï è Õ) íà ðàáî÷åì âàëêå (ðèñ. 5.15) ñòàë ðàâåí íóëþ: Ìðàá = ÌÐ + Ì
Ðîï
+ ÌÕ = 0.
Ñèëà Õ, ñîçäàþùàÿ äîïîëíèòåëüíûé ìîìåíò òðåíèÿ íà ðàáî÷åì âàëêå, ïðîõîäèò ïàðàëëåëüíî îñè õ ïî êàñàòåëüíîé ê îêðóæíîñòè òðåíèÿ. Íàïðàâëåíèå ñèëû Ð òàêæå èçâåñòíî: åñëè íåò ñèë íàòÿæåíèÿ R0 è R1, òî îíà íàïðàâëåíà âåðòèêàëüíî è ðàâíà ñèëå ïðîêàòêè Ðïð; ïðè Ðèñ. 5.15. Ñèëû, äåéñòâóþùèå íà èõ íàëè÷èè îòêëîíÿåòñÿ îò âåðòèêàëè. ðàáî÷èé âàëîê ñòàíà êâàðòî ïðè Ìîìåíò ýòèõ äâóõ ñèë óðàâíîâåøèâàåòñÿ ïðèâîäíîì îïîðíîì âàëêå ìîìåíòîì ñèëû òðåíèÿ â ïîäøèïíèêå ðàáî÷åãî âàëêà M òð = Pîï ρðàá , ïîýòîìó âñå òðè ñèëû äîëæíû ïåðåñåêàòüñÿ â îäíîé òî÷êå. Ýòà òî÷êà îïðåäåëÿåò íàïðàâëåíèå ñèëû Ðîï, âòîðîé òî÷êîé äîëæíà áûòü òî÷êà ïëîùàäêè ñìÿòèÿ (ñ ïëå÷îì m) íà ðàáî÷åì âàëêå. Ìîäóëü ýòîé ñèëû
Pîï = Pïð /cos α, ãäå α óãîë ìåæäó âåðòèêàëüíîé îñüþ è íàïðàâëåíèåì ñèëû Ðîï. Óãîë α ìîæíî íàéòè ãåîìåòðè÷åñêè (ñì. ðèñ. 5.15). Ñóììàðíûé ìîìåíò íà ïðèâîäíîì îïîðíîì âàëêå M = Pîï (aîï + ρîï ). Ïëå÷î aîï = m + Rîï sin α . 5.5. Ñèëû, äåéñòâóþùèå íà âàëêè 12-âàëêîâîãî ñòàíà Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì ìîãóò áûòü ïðîàíàëèçèðîâàíû ñèëû, äåéñòâóþùèå íà âàëêè ìíîãîâàëêîâîãî ñòàíà. Ðàññìîòðèì 12-âàëêîâûé ñòàí, ïðåäñòàâëåííûé íà ðèñ. 5.16. Âàëêè ïðîíóìåðîâàíû: 1, 2, 3, 4, 5 è 6. Ïðèâîäíûìè ÿâëÿþòñÿ 116
F F
À
Ðèñ. 5.16. Ñèëû, äåéñòâóþùèå íà îñíîâíûå îïîðíûå âàëêè 12-âàëêîâîãî ñòàíà
ïðîìåæóòî÷íûå îïîðíûå âàëêè 2 è 3. Îáîçíà÷èì òî÷êè êàñàíèÿ âàëêîâ áóêâàìè À, B, C, D, E, F, à ñèëû â ýòèõ òî÷êàõ, ñîîòâåòñòâåííî, PA , PB , PC , PD , PE è PF . Ñèëû, äåéñòâóþùèå íà îñíîâíûå îïîðíûå âàëêè 4, 5 è 6 äîëæíû ïðîõîäèòü ïî êàñàòåëüíîé ê îêðóæíîñòè òðåíèÿ ÷åðåç ñåðåäèíó ïëîùàäêè ñìÿòèÿ íà ðàññòîÿíèè mi (i èíäåêñ òî÷êè êàñàíèÿ âàëêîâ) îò ëèíèè, ñîåäèíÿþùåé öåíòðû îñíîâíîãî è ïðîìåæóòî÷íîãî îïîðíûõ âàëêîâ. Ýòè ñèëû äàþò ìîìåíòû òðåíèÿ â îïîðàõ ýòèõ âàëêîâ: M 4 = PC (ρ4 + mC ); M 6 = PF (ρ6 + mF ); M 5 = PD (ρ5 + mD ) + PE (ρ5 + mE ).
Íà ðàáî÷èé âàëîê 1 (ðèñ. 5.17) äåéñòâóþò: ñèëà Ð, êîòîðàÿ ïðè íàëè÷èè ïåðåäíåãî èëè çàäíåãî íàòÿæåíèÿ ìîæåò îòêëîíÿòüñÿ îò âåðòèêàëè, íî âåðòèêàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ åå ðàâíà ñèëå ïðîêàòêè Ðïð; ñèëû ñî ñòîðîíû ïðîìåæóòî÷íûõ îïîðíûõ âàëêîâ PA è PB; ñèëà Õ òðåíèÿ â ïîäøèïíèêå ðàáî÷åãî âàëêà; òàê êàê âàëêè 2 è 3 ñèììåò-
Ðèñ. 5.17. Ñèëû, äåéñòâóþùèå íà ðàáî÷èé âàëîê 12-âàëêîâîãî ñòàíà 117
ðè÷íû îòíîñèòåëüíî âåðòèêàëè, òî ñèëû, äåéñòâóþùèå îò íèõ íà ðàáî÷èé âàëîê, óðàâíîâåøèâàþò äðóã äðóãà; ïîýòîìó ñèëó Õ ìîæíî ïðèíÿòü ðàâíîé íóëþ, åñëè îòñóòñòâóþò ñèëû íàòÿæåíèÿ, è ðàâíîé Õ = R0 R1 ïðè èõ íàëè÷èè. Ñóììàðíûé ìîìåíò ñèë, äåéñòâóþùèõ íà ðàáî÷èé âàëîê êàê íà íåïðèâîäíîé, ðàâåí íóëþ, ñëåäîâàòåëüíî, ñèëû Ð, PA è PB ïåðåñåêàþòñÿ â îäíîé òî÷êå. Ìîäóëè ñèë PA è PB íàõîäÿòñÿ èç ðàâåíñòâà íóëþ ñóììû ïðîåêöèé íà îñè x è y ñèë, äåéñòâóþùèõ íà ðàáî÷èé âàëîê (ò. å. èç óñëîâèÿ ðàâíîâåñèÿ ðàáî÷èõ âàëêîâ). Åñëè óãëû íàïðàâëåíèÿ ýòèõ ñèë ê âåðòèêàëè îáîçíà÷èòü ϕi , òî ïîëó÷èì −Pïð cos ϕ + PA cos ϕ A + PB cos ϕB = 0 ; PA sin ϕ A + PB sin ϕB + X = 0 .
Òàê æå ïî èçâåñòíîé âåëè÷èíå ñèëû ÐÀ íàõîäÿò ìîäóëè ñèë PC è PD, äåéñòâóþùèõ íà îñíîâíîé îïîðíûé âàëîê, òàê êàê íàïðàâëåíèå âñåõ ýòèõ ñèë óæå îïðåäåëåíî. Íà ïðèâîäíîé îïîðíûé âàëîê (ðèñ. 5.18) äåéñòâóþò ñèëû ÐD è PÑ ñî ñòîðîíû îñíîâíûõ îïîðíûõ âàëêîâ è ñèëà ÐÀ ñî ñòîðîíû ðàáî÷åãî âàëêà. Íàïðàâëåíèÿ ýòèõ ñèë è èõ ìîäóëè îïðåäåëåíû, ñëåäîâàòåëüíî, ìîæíî ñîñòàâèòü óðàâíåíèå ìîìåíòà Ì2 îòíîñèòåëüíî öåíòðà âàëêà 2, êîòîðûé íåîáõîäèìî ïîäâåñòè ê ýòîìó ïðîìåæóòî÷íîìó îïîðíîìó âàëêó: Ì2 = PC aC + PD aD + PA aA. Òàê æå îïðåäåëÿåòñÿ ìîìåíò íà âòîðîì ïðèâîäíîì âàëêå Ì3. Îò ðàáî÷åãî âàëêà íà ïðèâîäíîé îïîðíûé ïåðåõîäÿò äîïîëíèòåëüíûå ìîìåíòû òðåíèÿ â ïîäøèïíèêàõ, à òàêæå ìîìåíòû ñìåùåíèÿ ñèë ÐÀ è ÐB, óìíîæåííûå íà îòíîøåíèå äèàìåòðîâ D2/D1:
Ðèñ. 5.18. Ñèëû, äåéñòâóþùèå íà ïðèâîäíûå îïîðíûå âàëêè 12-âàëêîâîãî ñòàíà 118
Ìðàá = (PA mA +PB mB + X ρðàá ) D2 / D1. Ñóììàðíûé ìîìåíò íà îáà ïðèâîäíûõ âàëêà Ì = Ì2 + Ì3 + (Ì4 + Ì5 +Ì6) D2 / D4 + Ìðàá. 5.6. Ñîïðîòèâëåíèå ìåòàëëà äåôîðìàöèè Ñîïðîòèâëåíèå ìåòàëëà äåôîðìàöèè â îáùåì âèäå ðàññìîòðåíî â ãëàâå 1. Ïðèìåíèòåëüíî ê ïðîöåññó ïðîêàòêè íåîáõîäèìî êîíêðåòèçèðîâàòü îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ. Îñíîâíûìè ôàêòîðàìè, âëèÿþùèìè íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè, ÿâëÿþòñÿ òåìïåðàòóðà, ñòåïåíü è ñêîðîñòü äåôîðìàöèè ìåòàëëà. Íî ïîìèìî íèõ ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå îêàçûâàåò ðÿä äðóãèõ ôàêòîðîâ: ôèçèêî-õèìè÷åñêàÿ ïðèðîäà è ñòðóêòóðà äåôîðìèðóåìîãî ìåòàëëà; ðàçëè÷íûå âèäû îáðàáîòêè, êîòîðûå ïðåäøåñòâîâàëè äåôîðìàöèè (ïðåäøåñòâóþùàÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ, òåðìè÷åñêàÿ èëè èíàÿ îáðàáîòêà); âèä èñïûòàíèÿ îáðàçöîâ; ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå è õèìè÷åñêèå èçìåíåíèÿ â ïðîöåññå äåôîðìèðîâàíèÿ. Ôèçèêî-õèìè÷åñêàÿ ïðèðîäà äåôîðìèðóåìîãî ìåòàëëà îïðåäåëÿåò ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè íà îñíîâå ãëóáèííûõ ñâÿçåé ìåæäó àòîìàìè, âõîäÿùèìè â êðèñòàëëè÷åñêóþ ðåøåòêó ìåòàëëà.  ãë. 1 ðàññìîòðåíû îñîáåííîñòè äåôîðìèðîâàíèÿ ìåòàëëîâ, èìåþùèõ ðàçíóþ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêóþ ðåøåòêó. Íà çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè âëèÿåò òàêæå íàëè÷èå ïðèìåñåé. Ó ñïëàâîâ îíî âñåãäà âûøå, ÷åì ó ÷èñòûõ ìåòàëëîâ. Áîëüøîå âëèÿíèå îêàçûâàþò ñòðóêòóðà ìåòàëëà è âåëè÷èíà çåðíà. Îáû÷íî âåëè÷èíà çåðíà ïîëèêðèñòàëëà ðàâíà 0,01 1,0 ìì, õîòÿ ìîæåò áûòü çíà÷èòåëüíî ìåíüøå. Ñ óìåíüøåíèåì âåëè÷èíû çåðíà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè ìîæåò âîçðàñòè â äåñÿòü è áîëåå ðàç. Ñ.È. Ãóáêèí îáúÿñíÿåò ýòî óâåëè÷åíèåì îòíîøåíèÿ ïîâåðõíîñòè çåðåí ê èõ îáúåìó è âîçðàñòàíèåì ðîëè ïîâåðõíîñòíûõ ñèë íàòÿæåíèÿ è àäãåçèè. Íà çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè âëèÿþò òàêæå õèìè÷åñêèé ñîñòàâ, ñòðóêòóðà è ôàçîâîå ñîñòîÿíèå ìåæçåðåííîãî âåùåñòâà. Ïðåäøåñòâóþùèå äåôîðìàöèè âèäû îáðàáîòêè ìåòàëëà îêàçûâàþò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè. Óñëîâèÿ ëèòüÿ (òåìïåðàòóðà, ñêîðîñòü è ïð.), ïàðàìåòðû êðèñòàëëèçàöèè ïðè ðàçëèâêå, óñëîâèÿ ìîäèôèêàöèè è äðóãèå îêàçûâàþò âëèÿíèå íà ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà ìåòàëëà. Ïîñëåäóþùèå ãîðÿ÷àÿ è õîëîäíàÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèè ñóùåñòâåííûì îáðàçîì èçìåíÿþò êàê ñòðóêòóðó, òàê è ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè ìåòàëëà, îäíàêî íàñëåäñòâåííûå ñâîéñòâà ëèòîãî ìåòàëëà ñîõðàíÿþò ñâîå âëèÿíèå íå òîëüêî â ïðîöåññå äåôîðìàöèè, íî è â ãîòîâîì èçäåëèè. Áîëüøîå âëèÿíèå íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè îêàçûâàåò òåðìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ìåòàëëà. Íàïðèìåð, ïîñëå îòæèãà ìåòàëë âíîâü ïðèîáðåòàåò ñâîéñòâà ïîâûøåííîé ïëàñòè÷íîñòè ïðè íèçêîì ñîïðîòèâëåíèè äåôîðìàöèè. Ìåòàëë íà âñåõ ñòàäèÿõ çàïîìèíàåò èñòîðèþ ñâîåé îáðàáîòêè, è âñå ñòàäèè îáðàáîòêè âíîñÿò ñâîé âêëàä â ôîðìèðîâàíèå êîíå÷íîãî çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè. Íà âåëè÷èíó ïîêàçàòåëåé ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè áîëüøîå âëèÿíèå îêàçûâàåò âèä äåôîðìèðîâàíèÿ. Ïðè÷åì âèä äåôîðìàöèè, à òî÷íåå, ñõåìà íà119
ïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ ïðè äåôîðìàöèè, âëèÿåò íå òîëüêî íà ñâîéñòâà ìåòàëëà â ïðîöåññå äåôîðìèðîâàíèÿ, íî è íà êîíå÷íûå ñâîéñòâà ïîñëå äåôîðìàöèè. Òàê, ïðè îäíîé è òîé æå ñòåïåíè äåôîðìàöèè ïîñëå îñàäêè ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè âûøå, ÷åì ïîñëå ðàñòÿæåíèÿ, åùå âûøå îíî ïîñëå ïðîêàòêè, îñîáåííî â êàëèáðàõ, â ñâîþ î÷åðåäü ïîñëå ïðåññîâàíèÿ îíî âûøå, ÷åì ïîñëå ïðîêàòêè.  îáùåì ñëó÷àå ÷åì áîëüøå ñæèìàþùèõ íàïðÿæåíèé â ñõåìå íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ ìåòàëëà, òåì âûøå ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìèðîâàíèþ ìåòàëëà ãîòîâîãî èçäåëèÿ, êðîìå òîãî, ÷åì áîëüøå ïðèáëèæàåòñÿ îíà ê ñõåìå ðàâíîìåðíîãî ñæàòèÿ, òåì ñîïðîòèâëåíèå âûøå. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ýôôåêò âëèÿíèÿ ñõåìû äåôîðìàöèè íà êîíå÷íûå ñâîéñòâà ìåòàëëà íå î÷åíü çíà÷èòåëåí.  òåîðèè ïëàñòè÷íîñòè èì ïðèíöèïèàëüíî ïðåíåáðåãàþò, â ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ òàêæå íå âñåãäà ïðèíèìàþò âî âíèìàíèå. Ãîðàçäî áîëüøå ýòîò ýôôåêò çàìåòåí â ïðîöåññå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè.  çàâèñèìîñòè îò ñõåìû íàïðÿæåíèé ðàçëè÷èÿ â ñîïðîòèâëåíèè äåôîðìèðîâàíèþ áóäåò çíà÷èòåëüíî áîëåå îùóòèìûìè. Íàïðèìåð, ïðè îñàäêå ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè ïðèìåðíî íà 10 % âûøå, ÷åì ïðè ðàñòÿæåíèè, ïðè ïðîêàòêå îíî åùå âûøå. Íî ïðè ïðîêàòêå îíî íèæå, ÷åì ïðè ïðåññîâàíèè, òàê êàê â ïîñëåäíåì ñëó÷àå ñõåìà íàïðÿæåíèé ïðèáëèæàåòñÿ ê òðåõñòîðîííåìó ñæàòèþ. Ñ ýòèõ ïîçèöèé äëÿ ñíèæåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ìåòàëëà äåôîðìèðîâàíèþ ïîëåçíî ââîäèòü â ñõåìó íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ. Íàïðèìåð, ïðè ïðîêàòêå èëè âîëî÷åíèè ìîæíî ââåñòè äîïîëíèòåëüíîå çàäíåå íàòÿæåíèå (ïðè ïðîêàòêå òàêæå ïåðåäíåå), ÷òî ñíèæàåò íàãðóçêè íà èíñòðóìåíò êàê çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ýïþðû íîðìàëüíûõ êîíòàêòíûõ íàïðÿæåíèé, òàê è çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ìåòàëëà äåôîðìèðîâàíèþ. Íî ïðè íàëè÷èè ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé ñíèæàåòñÿ ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà, ïîýòîìó äàííàÿ ðåêîìåíäàöèÿ ñïðàâåäëèâà äëÿ âûñîêîïëàñòè÷íûõ ìåòàëëîâ, è ïîëüçîâàòüñÿ åþ ñëåäóåò îñòîðîæíî. Ïî ýòîé æå ïðè÷èíå ñîïðîòèâëåíèå ìåòàëëà äåôîðìàöèè çàâèñèò îò âèäà èñïûòàíèÿ îáðàçöà. Ïðè ðàñòÿæåíèè ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè èìååò ìåíüøåå çíà÷åíèå, ÷åì ïðè èñïûòàíèÿõ íà îñàäêó. Ïðè êðó÷åíèè îáðàçöà íàïðÿæåíèÿ ñæàòèÿ èëè ðàñòÿæåíèÿ îòñóòñòâóþò, îáðàçåö äåôîðìèðóåòñÿ ïîä äåéñòâèåì êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé, ïîýòîìó ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè áóäåò ñðåäíèì ìåæäó ðàñòÿæåíèåì è ñæàòèåì. Ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè ïðè êðó÷åíèè ñîîòâåòñòâóåò íóëåâîé ñõåìå íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ, ïîýòîìó ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ êàê ñòàíäàðòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ýòîé âåëè÷èíû. Òåìïåðàòóðà ìåòàëëà ñóùåñòâåííûì îáðàçîì âëèÿåò íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè. Äëÿ âñåõ ìåòàëëîâ (êàê îáùàÿ çàêîíîìåðíîñòü) ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè ñíèæàåòñÿ, à ïëàñòè÷íîñòü ïîâûøàåòñÿ ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû äî ïðåäåëüíûõ çíà÷åíèé, áëèçêèõ ê òåìïåðàòóðàì íà÷àëà ïëàâëåíèÿ ãðàíèö çåðåí. Ñ.È. Ãóáêèí ïðåäëîæèë ñëåäóþùóþ ôîðìóëó, îïèñûâàþùóþ ñíèæåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè ñ óâåëè÷åíèåì òåìïåðàòóðû â èíòåðâàëå îò t1 äî t2: σt2 = σt1 e −α (t2 −t1 ) .
Åñëè ïðîëîãàðèôìèðîâàòü ýòó çàâèñèìîñòü, òî ïîëó÷èì óðàâíåíèå ïðÿìîé ëèíèè: ln σt2 = ln σt1 − α(t2 − t1 ). 120
Îäíàêî ïðàêòè÷åñêè ïðÿìàÿ ëèíèÿ â ïîëóëîãàðèôìè÷åñêèõ êîîðäèíàòàõ (ðèñ. 5.19, à) íàáëþäàåòñÿ ëèøü äëÿ îäíîðîäíûõ ìåòàëëîâ, êîãäà â ðàññìàòðèâàåìîì òåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå íå ïðîèñõîäèò íèêàêèõ ôàçîâûõ è ñòðóêòóðíûõ èçìåíåíèé â ìåòàëëå. Êàê ïðàâèëî, â øèðîêîì òåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå ñïëàâû âñåãäà ïðåòåðïåâàþò òàêèå èçìåíåíèÿ, ïîýòîìó çàâèñèìîñòü â ïîëóëîãàðèôìè÷åñêèõ êîîðäèíàòàõ ñîñòîèò èç íåñêîëüêèõ ïðÿìîëèíåéíûõ îòðåçêîâ, êàê ýòî âèäíî íà ïðèìåðå ñ ìåäüþ è ëàòóíüþ ñ ñîäåðæàíèåì 30 è 40 % öèíêà (ðèñ. 5.19,á). ×àñòî íà êðèâûõ ïðÿìîëèíåéíûå ó÷àñòêè ïðåäñòàâëÿþò â âèäå åäèíîé ïëàâíîé êðèâîé. Ñõîäñòâî êðèâûõ ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû äëÿ ìíîãèõ ñòàëåé è ñïëàâîâ ïðèâåëî ê ìûñëè íàéòè îáùóþ çàêîíîìåðíîñòü äëÿ ýòèõ ñïëàâîâ è ñâåñòè ìíîæåñòâî êðèâûõ ê îäíîé. Äëÿ ýòîãî â êà÷åñòâå òåìïåðàòóðû âûáðàíà ñîîòâåòñòâåííàÿ òåìïåðàòóðà Ò/Òïë, ãäå Òïë òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ ñïëàâà. Îäíàêî áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè îäíîé è òîé æå ñîîòâåòñòâåííîé òåìïåðàòóðå ðàçíûå ñïëàâû íàõîäÿòñÿ â ðàçíîì ôèçèêî-õèìè÷åñêîì ñîñòîÿíèè, ïîýòîìó åäèíàÿ êðèâàÿ íå ïîëó÷àåòñÿ. Íî óæå ïðè Ò/Òïë > 0,5 êðèâûå ñáëèæàþòñÿ, à ïðè Ò/Òïë = 0,95 ïðàêòè÷åñêè ñëèâàþòñÿ. Ïî äàííûì Ãóáêèíà ïðè Ò/Òïë = 0,95 è ñêîðîñòè ðàñòÿæåíèÿ 4050 ìì/ìèí îäíîêîìïîíåíòíûå ñïëàâû èìåþò ïðåäåë ïðî÷íîñòè σ â = 4 − 5 ÌÍ/ìì2, äâóõôàçíûå è ìíîãîôàçíûå ñïëàâû 4,55,5 ÌÍ/ìì2, à òâåðäûå ðàñòâîðû â çàâèñèìîñòè îò êîíöåíòðàöèè 46 ÌÍ/ìì2. Çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè îò ñêîðîñòè äåôîðìàöèè u îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì ïðîöåññîâ óïðî÷íåíèÿ è ðàçóïðî÷íåíèÿ ìåòàëëà. Ñ ýòèõ ïîçèöèé ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè äåôîðìèðîâàíèÿ ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè âîçðàñòàåò, òàê êàê ìåíüøå âðåìåíè äàåòñÿ íà ïðîòåêàíèå ïðîöåññîâ ðàçóïðî÷íåíèÿ. Îäíàêî õàðàêòåð ðîñòà ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè íå âñåãäà îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî ýòèìè ïðîöåññàìè. Ñ ïîçèöèé ðàçóïðî÷íåíèÿóïðî÷íåíèÿ ñêîðîñòü äåôîðìàöèè íå äîëæíà âëèÿòü íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè ïðè õîëîäíîé äåôîðìàöèè, òàê êàê â ýòîì ñëó÷àå ïîëíîñòüþ äîìèíèðóþò ïðîöåññû à)
á)
Ðèñ. 5.19. Èçìåíåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè îò òåìïåðàòóðû äëÿ ÷èñòûõ ìåòàëëîâ (à) è íåêîòîðûõ ñïëàâîâ (á) 121
íàêëåïà ìåòàëëà, à âîçâðàò ïðîòåêàåò ñ íåçíà÷èòåëüíîé ñêîðîñòüþ, ðåêðèñòàëëèçàöèÿ îòñóòñòâóåò. Ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè ïðîòåêàþò ïðîöåññû ðàçóïðî÷íåíèÿ ìåòàëëà, ïîýòîìó ñëåäóåò îæèäàòü, ÷òî â áîëüøîì äèàïàçîíå ñêîðîñòåé äåôîðìàöèè, êîãäà íàêëåï ïîëíîñòüþ ñíèìàåòñÿ, ñêîðîñòü äåôîðìàöèè íå áóäåò âëèÿòü íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè (ïîñëåäíÿÿ áóäåò èìåòü ïîñòîÿííîå çíà÷åíèå ïðè âñåõ ñêîðîñòÿõ ýòîãî äèàïàçîíà). È òîëüêî ïðè âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ, êîãäà ðàçóïðî÷íåíèå íå óñïåâàåò ïðîòåêàòü ïîëíîñòüþ, ïîÿâèòñÿ çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè îò ñêîðîñòè äåôîðìàöèè. Ñòåïåíü äåôîðìàöèè, îïðåäåëÿþùàÿ íàêëåï, òàêæå íå äîëæíà âëèÿòü íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè, êîãäà íàêëåï ïîëíîñòüþ ñíèìàåòñÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, â êàêîì-òî øèðîêîì äèàïàçîíå ñêîðîñòåé ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè äîëæíî çàâèñåòü òîëüêî îò îäíîé òåìïåðàòóðû ìåòàëëà. Íî ýêñïåðèìåíòû îïðîâåðãàþò ýòè ðàññóæäåíèÿ. Ïîâûøåíèå ñêîðîñòè äåôîðìàöèè ïðàêòè÷åñêè âñåãäà óâåëè÷èâàåò ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè. Äåëî â òîì, ÷òî ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ìåòàëë ïðîÿâëÿåò âÿçêèå ñâîéñòâà. Äëÿ âÿçêèõ ìàòåðèàëîâ çàâèñèìîñòü ìåæäó ñîïðîòèâëåíèåì äåôîðìàöèè è ñêîðîñòüþ äåôîðìàöèè â îáùåì ñëó÷àå âûãëÿäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì: σ = σ0 + ηu,
(5.2)
ãäå η êîýôôèöèåíò âÿçêîñòè, çàâèñÿùèé îò òåìïåðàòóðû. Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû äîëÿ âÿçêîé ñîñòàâëÿþùåé â îáùåé êàðòèíå äåôîðìàöèè óâåëè÷èâàåòñÿ, ïîýòîìó ïðè áîëüøèõ òåìïåðàòóðàõ ðîñò ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè îò ñêîðîñòè áóäåò áîëåå èíòåíñèâíûì, ÷åì ïðè íèçêèõ. Íà ðèñ. 5.20 ïðèìåíèòåëüíî ê ñòàëè 12X18H9T ïîêàçàí èìåííî òàêîé ýôôåêò: ïðîèçâîäíàÿ îò êðèâîé ïðè 1200 °Ñ áîëüøå, ÷åì ïðè 900 °Ñ, äîëÿ âÿçêîé ñîñòàâëÿþùåé â ôîðìè-
kε
Ðèñ. 5.20. Ïðåäåë òåêó÷åñòè ñòàëè 12Õ18Í9Ò ïðè òåìïåðàòóðàõ, °C: 3 800; 4 900; 5 1000; 6 1100; 7 1200 122
Ðèñ. 5.21. Ïðåäåë òåêó÷åñòè Ñò3ñï ïðè òåìïåðàòóðàõ, °Ñ: 1 600; 2 700; 3 800; 4 900; 5 1000; 6 1100; 7 1200
ðîâàíèè ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè âåëèêà. Îäíàêî êëàññè÷åñêèå ýêñïåðèìåíòàëüíûå êðèâûå, ïîëó÷åííûå äëÿ ìåäè è ìíîãèõ ñòàëåé, íàïðèìåð Ñò3ñï, èìåþò âèä, ïðåäñòàâëåííûé íà ðèñ. 5.21. Ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè èçìåíÿåòñÿ ìåäëåííî ïðè âûñîêèõ è áûñòðåå ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ. Äîëÿ âÿçêîé ñîñòàâëÿþùåé çäåñü íå òàê âåëèêà. Ñ ïîçèöèé óïðî÷íåíèÿðàçóïðî÷íåíèÿ òàê è äîëæíî áûòü, ïîòîìó ÷òî ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ðàçóïðî÷íåíèå ïðîõîäèò èíòåíñèâíåå, ÷åì ïðè íèçêèõ. Çàìåòèì, ÷òî ñêîðîñòü äåôîðìàöèè íà îáîèõ ãðàôèêàõ èçîáðàæàþò â ëîãàðèôìè÷åñêèõ êîîðäèíàòàõ, ïîòîìó ÷òî çíà÷èòåëüíîå èçìåíåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè íàáëþäàåòñÿ òîëüêî ïðè óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè äåôîðìàöèè íà ïîðÿäîê.  ðåàëüíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ ñêîðîñòè äåôîðìàöèè ðàçëè÷àþòñÿ íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ. Ïðè ëàáîðàòîðíîì ñòàòè÷åñêîì èñïûòàíèè îáðàçöîâ ñêîðîñòè äåôîðìàöèè èçìåíÿþòñÿ â èíòåðâàëå 102100, íà áëþìèíãàõ è êðóïíûõ ñîðòîâûõ è ëèñòîâûõ ñòàíàõ 110, íà ñêîðîñòíûõ ñîðòîâûõ è ëèñòîâûõ ñòàíàõ âîçðàñòàþò äî 102 , íà ïðîâîëî÷íûõ äî 103, ïðè âûñîêîñêîðîñòíîé øòàìïîâêå äî 104 1/ñ.  ñâÿçè ñ ýòèì âåñü äèàïàçîí ñêîðîñòåé îò 102 äî 104 1/ñ ÿâëÿåòñÿ ðàáî÷èì. Ïðèâåäåííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå òàêæå ïîêàçûâàþò, ÷òî ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè âîçðàñòàåò ñî ñêîðîñòüþ íå ïî ïðÿìîé ëèíèè, êàê ñëåäóåò èç ôîðìóëû (5.2), à ìåäëåííåå. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî, íàðÿäó ñ âÿçêîé ñîñòàâëÿþùåé, â îáùåé äåôîðìàöèè áîëüøóþ ðîëü èãðàåò ðåëàêñàöèîííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ. Ðåëàêñàöèÿ ýòî ñàìîïðîèçâîëüíîå ñíèæåíèå íàïðÿæåíèé âî âðåìåíè. Êàê ïðàâèëî, îíà ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîëçó÷åñòüþ, ò. å. äîïîëíèòåëüíîé ñàìîïðîèçâîëüíîé äåôîðìàöèåé íàãðóæåííîãî îáðàçöà. Ðåëàêñàöèîííàÿ ìîäåëü 123
Ìàêñâåëëà óñòàíàâëèâàåò çàâèñèìîñòü ìåæäó ñêîðîñòüþ äåôîðìàöèè è ñîïðîòèâëåíèåì äåôîðìàöèè â âèäå ñòåïåííîãî óðàâíåíèÿ
σ = σ0 + Bu n , ãäå B è n êîýôôèöèåíòû, çàâèñÿùèå îò ìàòåðèàëà, ïðè÷åì âñåãäà n < 1, à äëÿ ñòàëè ýòîò êîýôôèöèåíò íå ïðåâûøàåò 0,3. Ðåëàêñàöèÿ çàìåòíà ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ è íèçêèõ ñêîðîñòÿõ äåôîðìàöèè. Ðàçóïðî÷íåíèå ïðîòåêàåò ïðîïîðöèîíàëüíî ñêîðîñòè äåôîðìàöèè, à ðåëàêñàöèîííûå ïðîöåññû ïðîïîðöèîíàëüíî óðîâíþ íàïðÿæåíèé, ïîëó÷àåìûõ â ðåçóëüòàòå íàêëåïà, êîòîðûé çàâèñèò îò ñòåïåíè äåôîðìàöèè. Òàêèì îáðàçîì, ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå ïðèðàùåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè äîëæíî ñîäåðæàòü äâà ñëàãàåìûõ: d σu = Du − A(σu − σ0 ) , dt
ãäå A, D è σ0 êîíñòàíòû, êîòîðûå íåîáõîäèìî íàéòè èç îïûòà. Ïåðâûé ÷ëåí çàâèñèò îò ñêîðîñòè äåôîðìàöèè, à âòîðîé îò óðîâíÿ íàïðÿæåíèé σu . Ïîñëå íåêîòîðûõ óòî÷íåíèé è èíòåãðèðîâàíèÿ ýòîãî óðàâíåíèÿ Ï. Êóêîì ïîëó÷åíî óðàâíåíèå äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè â çàâèñèìîñòè îò ñêîðîñòè è ñòåïåíè äåôîðìàöèè ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå, êîòîðîå õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè: ó u = ó 0 + D åe
−
A å u
.
Ïîìèìî ïðîöåññîâ óïðî÷íåíèÿ, ðàçóïðî÷íåíèÿ, ðåëàêñàöèè è âÿçêîñòè ìåòàëëà íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè âëèÿþò è äðóãèå ôàêòîðû. Ñóùåñòâåííûì ÿâëÿåòñÿ ïðîòåêàíèå ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ïî ãðàíèöàì çåðåí, çíà÷èìîñòü êîòîðûõ îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé çåðíà. ×åì âûøå òåìïåðàòóðà, òåì êðóïíåå çåðíî, òåì áûñòðåå ïðîòåêàþò ìåæçåðåííûå ðåàêöèè, çà ñ÷åò ÷åãî ïðîèñõîäèò íåêîòîðîå íàðóøåíèå öåëîñòíîñòè ìåòàëëà. Ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ è ïðè ïîâûøåííûõ ñêîðîñòÿõ èíòåíñèâíîñòü íàðàñòàíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè óìåíüøàåòñÿ. Ï.Ã. Êèðèëëîâ íà ìåäè ïðè 600 °Ñ íàáëþäàë ñíèæåíèå èíòåíñèâíîñòè íàðàñòàíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè ñ ðîñòîì ñêîðîñòè (ðèñ. 5.22). Âîçìîæíî äàæå ñíèæåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè. Òàêîå æå ñíèæåíèå õàðàêòåðíî ïðè óäàðíûõ íàãðóçêàõ, êîãäà ñêîðîñòü äåôîðìàöèè 103 1/ñ è âûøå. Ïðè ýòîì ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè îêàçûâàåò âûäåëÿåìîå ïðè äåôîðìàöèè òåïëî. Ñëåäîâàòåëüíî, â çàâèñèìîñòè îò ðîëè âñåõ ðàññìîòðåííûõ âûøå ïðîöåññîâ óïðî÷íåíèÿ, ðàçóïðî÷íåíèÿ, âÿçÐèñ. 5.22. Çàâèñèìîñòü ïðåäåëà êîñòè è ðåëàêñàöèè, ìåæçåðåííûõ ïðîïðî÷íîñòè ìåäè ïðè 600 °Ñ îò öåññîâ ìîãóò áûòü ðàçíûå âèäû êðèâûõ ñêîðîñòè äåôîðìàöèè ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè. (ïî Ï.Ã. Êèðèëëîâó) 124
Âëèÿíèå ñòåïåíè äåôîðìàöèè íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè òàêæå íåîäíîçíà÷íî. Ñ ïîçèöèé óïðî÷íåíèÿðàçóïðî÷íåíèÿ ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè îíà íå äîëæíà âëèÿòü íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè. Îäíàêî îïûòû À.À. Äèííèêà, òàêæå ñòàâøèå êëàññè÷åñêèìè, ïðîâåäåííûå íà ñòàëÿõ 15 ìàðîê, à çàòåì ýêñïåðèìåíòû Ï.Ì. Êóêà ïî îñàäêå îáðàçöîâ ïîêàçàëè, ÷òî ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè ñòåïåíü äåôîðìàöèè òàêæå ñóùåñòâåííî âëèÿåò íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè (ðèñ. 5.23). Èíòåíñèâíîñòü ðîñòà ïðåäåëà òåêó÷åñòè ñòàëè ïðè óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè äåôîðìàöèè â çíà÷èòåëüíîé ìåðå çàâèñèò îò ñòåïåíè äåôîðìàöèè, ïðè÷åì ÷åì âûøå ñòåïåíü äåôîðìàöèè, òåì ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè âîçðîñòàåò áûñòðåå. Âñå ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ÷èñòî òåîðåòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå çàâèñèìîñòè ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè îò òåìïåðàòóðû, ñòåïåíè è Ðèñ. 5.23. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå êðèâûå ñêîðîñòè äåôîðìàöèè î÷åíü çàòðóäíåíî. çàâèñèìîñòè ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè îò ñòåïåíè è ñêîðîñòè Îíî íå äàåò äîñòîâåðíîé êàðòèíû, õîòÿ â ëèòåðàòóðå òàêèå ïîïûòêè íåîäíîêðàò- äåôîðìàöèè ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ íî ïðåäïðèíèìàëèñü. Áîëåå íàäåæíûì îêàçàëñÿ ïóòü íàêîïëåíèÿ è îáîáùåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ.  áîëüøèíñòâå èç íèõ ðàññìàòðèâàþòñÿ òîëüêî òðè îñíîâíûõ ïàðàìåòðà ïðîöåññà òåìïåðàòóðà, ñòåïåíü è ñêîðîñòü äåôîðìàöèè. Ïðàêòè÷åñêè äëÿ âñåõ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ ìàðîê ñïëàâîâ íà îñíîâå æåëåçà, ìåäè, àëþìèíèÿ è äðóãèõ ïðîâåäåíû ëàáîðàòîðíûå èññëåäîâàíèÿ èõ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ âî âñåì òåõíîëîãè÷åñêîì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ óêàçàííûõ ïàðàìåòðîâ. Îñòàëüíûå ðàññìîòðåííûå ïàðàìåòðû ïðîöåññà, ïðè ýòîì íå ó÷èòûâàþòñÿ, õîòÿ íåëüçÿ ñ÷èòàòü èõ íåñóùåñòâåííûìè. Òàêèì îáðàçîì, ïðèâåäåííûå ñâåäåíèÿ òîëüêî â îáùèõ ÷åðòàõ îïèñûâàþò çàâèñèìîñòè ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè îò îñíîâíûõ ïðîöåññîâ. Ïðè õîëîäíîé äåôîðìàöèè ñ÷èòàåì, ÷òî ïîëíîñòüþ ãîñïîäñòâóþò ïðîöåññû íàêëåïà (ñì. ðèñ. 1.8, â). Ìàòåìàòè÷åñêè ýòî îïèñûâàåòñÿ çàâèñèìîñòüþ
ó s = ó s 0 + Aå a , ãäå ó s 0 íà÷àëüíûé ïðåäåë òåêó÷åñòè îòîææåííîãî íåäåôîðìèðîâàííîãî ìåòàëëà (ïðè ε = 0 ); à ïîêàçàòåëü ñòåïåíè, ðàçëè÷íûé äëÿ ðàçíûõ ñïëàâîâ, õàðàêòåðèçóþùèé ñòåïåíü óïðî÷íåíèÿ ìàòåðèàëà ïðè íàêëåïå; À êîýôôèöèåíò, çàâèñÿùèé îò ìàðêè ñïëàâà.  ïðåäñòàâëåííûõ â ñïðàâî÷íèêàõ ôîðìóëàõ ñòåïåíü äåôîðìàöèè îáû÷íî âûðàæåíà â ïðîöåíòàõ. Íàïðèìåð, äëÿ íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà îò 0,1 äî 0,45 % 125
ó s = ó s 0 + 1,4å 0,6 . Íà÷àëüíûé ïðåäåë òåêó÷åñòè äëÿ íèçêîóãëåðîäèñòîé ñòàëè 08êï ó s 0 = 240 Í/ìì2, äëÿ ñòàëè 20ñï ó s 0 = 380 Í/ìì2 è ò. ä. Äëÿ ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè (âêëþ÷àÿ íåïîëíóþ ãîðÿ÷óþ), êàê óêàçûâàëîñü, âàæíóþ ðîëü èãðàåò ñêîðîñòü äåôîðìàöèè. Ïðè ïðîêàòêå îíà ïåðåìåííà ïî äëèíå î÷àãà äåôîðìàöèè, ïîýòîìó ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå, ïîëó÷åííûå ïðè ðàñòÿæåíèè îáðàçöîâ ïðè ïîñòîÿííîé ñêîðîñòè, íåïðèãîäíû äëÿ ïðîêàòêè. ×òîáû èìèòèðîâàòü ñêîðîñòíûå óñëîâèÿ ïðîöåññà ïðîêàòêè, èñïûòàíèÿ ïðîâîäÿò íà ïëàñòîìåòðå ðàñòÿæíîé ìàøèíå, íà êîòîðîé ìîæíî ïîääåðæèâàòü ïîñòîÿííóþ òåìïåðàòóðó è ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîãî êóëà÷êà èçìåíÿòü ñêîðîñòü äåôîðìàöèè âî âðåìåíè ïî çàêîíó, õàðàêòåðíîìó äëÿ ïðîêàòêè. Òàêèì ñïîñîáîì ïîëó÷åíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå êðèâûå äëÿ áîëüøîãî ÷èñëà ñïëàâîâ [5], îäíà èç êîòîðûõ ïðèâåäåíà íà ðèñ. 5.24. Êðèâûå îòðàæàþò çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè îò ëîãàðèôìà ñêîðîñòè ïðè ðàçíûõ òåìïåðàòóðàõ. Ñòåïåíü äåôîðìàöèè ïðè ýòîì ïðèíèìàåòñÿ ïîñòîÿííîé. Ñîãëàñíî îïûòàì À.À. Äèííèêà äàæå ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå ñòåïåíü äåôîðìàöèè âëèÿåò íà ïðåäåë òåêó÷åñòè, ïîýòîìó íå ó÷èòûâàòü åå íåëüçÿ. Ïðè âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ äåôîðìèðîâàíèÿ, â óñëîâèÿõ íåïîëíîé ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè, âëèÿíèå ñòåïåíè äåôîðìàöèè ñòàíîâèòñÿ âåñüìà ñóùåñòâåííûì.
Ðèñ. 5.24. Ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè Ñò 45: 1 ε = 10 %; 2 ε = 10 %; 3 ε = 40 %
126
Äëÿ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ óãëåðîäèñòûõ ñòàëåé â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð ïîëíîé è íåïîëíîé ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè ïðåäëîæåíà àïïðîêñèìàöèÿ êðèâûõ çàâèñèìîñòüþ ós =
Aåau b , e ct
ãäå À êîýôôèöèåíò, èìåþùèé ðàçìåðíîñòü Í/ìì2; à, b è ñ áåçðàçìåðíûå êîýôôèöèåíòû; t òåìïåðàòóðà ìåòàëëà, °Ñ; å = 2,73. Íàïðèìåð, äëÿ Ñò45 ïðè òåìïåðàòóðå 10001200 °Ñ ós =
1330å 0,252u 0,142 , Í/ìì2. e 0,0025t
 òåîðèè ÎÌÄ ñóùåñòâóåò òàêæå äðóãîé ïîäõîä ê îïèñàíèþ óêàçàííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çàâèñèìîñòåé òàê íàçûâàåìûé ìåòîä òåðìîìåõàíè÷åñêèõ êîýôôèöèåíòîâ. Ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå σ s = kε ku kt σáàç ,
ãäå σáàç ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà, ïîëó÷åííûé â íåêîòîðûõ áàçîâûõ óñëîâèÿõ, ò. å. ïðè çàäàííûõ òåìïåðàòóðå, ñòåïåíè è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè. Äëÿ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè èëè ðàñòÿæåíèÿ ñòàëè ÷àñòî â êà÷åñòâå áàçîâûõ âûáèðàþò ε = = 10 %, u = 102 1/ñ, t = 1100 °C. Òåðìîìåõàíè÷åñêèå êîýôôèöèåíòû kε , ku, kt ïðè áàçîâûõ óñëîâèÿõ ðàâíû åäèíèöå, îíè ó÷èòûâàþò âëèÿíèå íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè êàæäîãî èç ôàêòîðîâ ïðè îòêëîíåíèè îò áàçîâûõ çíà÷åíèé. Òåðìîìåõàíè÷åñêèå êîýôôèöèåíòû ïðåäñòàâëÿþò ëèáî â âèäå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ãðàôèêîâ (ñì. ðèñ. 5.20 è 5.21), ëèáî çàïèñûâàþòñÿ â âèäå óðàâíåíèé:
kt = A1e − m1T , kε = A2 εm2 , ku = A3u m3 , ãäå A1, A2, A3, m1, m2, m3 êîíñòàíòû, çàâèñÿùèå îò ìàðêè ñïëàâà è îïðåäåëÿåìûå èç òåõ æå ýêñïåðèìåíòîâ. Íåñìîòðÿ íà áîëüøîé íàêîïëåííûé ýêñïåðèìåíòàëüíûé ìàòåðèàë è ïðîñòóþ ìåòîäèêó åãî èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ, íåëüçÿ ñ÷èòàòü ïðîáëåìó îïðåäåëåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè äëÿ ïðîêàòêè ðåøåííîé äî êîíöà. Ïåðâûé íåäîñòàòîê, êàê óæå óòâåðæäàëîñü, ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïðè ïðîêàòêå óñëîâèÿ äåôîðìàöèè è õàðàêòåð íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ îòëè÷íû îò ðàñòÿæåíèÿ è ñæàòèÿ. Ýòî âëèÿåò íà ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ ïðî÷íîñòíûõ õàðàêòåðèñòèê. Ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè íåïîñðåäñòâåííî ïðè ïðîêàòêå â áàçèñíûõ óñëîâèÿõ (ïðè l/hcp = 1) íå ïîëó÷èë ñòîëü øèðîêîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ, êàê èñïûòàíèÿ íà ïëàñòîìåòðå, òàê êàê ýòîò ìåòîä ñëîæåí è íå ïîçâîëÿåò èññëåäîâàòü ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè â øèðîêîì äèàïàçîíå òåðìîìåõàíè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ. Òàêèõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ïîëó÷åíî ïîêà î÷åíü ìàëî. Ïðè ïðåññîâàíèè, êîâêå, ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå è äðóãèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ çàêîíîìåðíîñòè èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû, ñòåïåíè è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè áóäóò èíûìè, ÷åì ïðè ðàñòÿæåíèè è ïðîêàòêå, ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ íèõ òàêæå íåîáõîäèìî ñîçäàâàòü ñâîè áàçèñíûå óñëîâèÿ. Ïîëüçîâàòüñÿ èìåþùèìèñÿ êðèâûìè, ïðèâåäåííûìè, íàïðèìåð, â [7], äëÿ ýòèõ ïðîöåññîâ ìîæíî ñ îïðåäåëåííîé äîëåé óñëîâíîñòè. 127
Âòîðîé íåäîñòàòîê ñîñòîèò â òîì, ÷òî ñàì ïðîöåññ ïðîêàòêè, êàê ïðàâèëî, ïðîòåêàåò ðåàëüíî â íåñêîëüêî ïðîïóñêîâ, ïàóçà ìåæäó êîòîðûìè èíîãäà áûâàåò íåçíà÷èòåëüíîé, ÷òîáû ñìîãëè ïðîõîäèòü ïîëíîñòüþ ïðîöåññû ðàçóïðî÷íåíèÿ, âÿçêèå è ðåëàêñàöèîííûå ïðîöåññû. Âñå îíè ïðîòåêàþò ÷àñòè÷íî. Ýòî ïðèìåíèìî òîëüêî äëÿ ìåäëåííûõ ïðîöåññîâ, ñ áîëüøèìè ïàóçàìè ìåæäó ïðîõîäàìè. Íà ñîâðåìåííûõ æå âûñîêîñêîðîñòíûõ íåïðåðûâíûõ ëèñòîâûõ è ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ ìíîãèå èç ïðîöåññîâ íàñòîëüêî çàòîðìîæåíû, ÷òî íàêëåï íå ñíèìàåòñÿ è íàêàïëèâàåòñÿ ïî ïðîïóñêàì. Èñïîëüçîâàíèå ïëàñòîìåòðè÷åñêèõ êðèâûõ ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííûì îøèáêàì. Ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå ñëåäóåò ó÷èòûâàòü âñþ èñòîðèþ óïðî÷íåíèÿ è ðàçóïðî÷íåíèÿ ìåòàëëà îò íà÷àëà äî êîíöà ïðîöåññà. Ýêñïåðèìåíòàëüíî ýòî ñäåëàòü âðÿä ëè óäàñòñÿ, õîòÿ èìåþòñÿ ïîïûòêè íà ÝÂÌ ñêëåèòü, ñìîäåëèðîâàòü ïîëíóþ êàðòèíó óïðî÷íåíèÿ è ðàçóïðî÷íåíèÿ íà îñíîâå ïîýòàïíûõ êàðòèíîê ñ èñïîëüçîâàíèåì èçëîæåííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ èíòåíñèâíî âåäóòñÿ êîìïüþòåðíûå èññëåäîâàíèÿ, êîòîðûå ïîçâîëÿþò áîëåå ïðàâèëüíî ó÷åñòü âçàèìîäåéñòâèå âñåõ ôàêòîðîâ, âëèÿþùèõ íà ñîïðîòèâëåíèå äåôîðìàöèè, ïðèìåíèòåëüíî ê ìíîãîñòóïåí÷àòûì âûñîêîñêîðîñòíûì íåïðåðûâíûì ïðîöåññàì ïðîêàòêè. Ðàçðàáàòûâàþòñÿ ñëîæíûå êîìïüþòåðíûå ïðîãðàììû, ìîäåëèðóþùèå âåñü ïðîöåññ ïðîêàòêè îò íàãðåâà ìåòàëëà â ïå÷è äî åãî ïîëíîãî îõëàæäåíèÿ ïîñëå ïðîêàòêè.
Ãëàâà 6 ÏÐÎÊÀÒÊÀ  ÊÀËÈÁÐÀÕ 6.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ Ïðè ïðîêàòêå ñîðòîâûõ ïðîôèëåé íà âàëêàõ íàðåçàþò ðó÷üè, êàê ýòî ïîêàçàíî íà ðèñ. 6.1. Ðó÷üè âñåõ âàëêîâ, îäíîâðåìåííî ó÷àñòâóþùèõ â ôîðìèðîâàíèè ïðîôèëÿ, îáðàçóþò êàëèáð. Íà ðèñ. 6.2 ïðèâåäåíî íåñêîëüêî ðàçíûõ ïî ôîðìå êàëèáðîâ. Äâóõâàëêîâûå êàëèáðû (ñì. ðèñ. 6.2, à, á) íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû íà ñîâðåìåííûõ ïðîêàòíûõ ñòàíàõ, ðåæå ïðèìåíÿþòñÿ 3- è 4-âàëêîâûå êàëèáðû.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ïðèâåäåí êðóãëûé êàëèáð, îáðàçîâàííûé äâóìÿ, òðåìÿ è ÷åòûðüìÿ âàëêàìè (ñì. ðèñ. 6.2, â). Äâóõâàëêîâûé êàëèáð (ñì. ðèñ. 6.3, à) íàçûâàåòñÿ ÿùè÷íûì, íà åãî ïðèìåðå ïðèâåäåíû îñíîâíûå òåðìèíû, ïðèìåíÿåìûå äëÿ îáîçíà÷åíèÿ ýëåìåíòîâ êàëèáðà. Äíî êàëèáðà ñîîòâåòñòâóåò íàèìåíüøåìó äèàìåòðó âàëêà è äëÿ ìíîãèõ êàëèáðîâ ìîæåò ñîñòîÿòü èç îäíîé òî÷êè (ñì. ðèñ. 6.2). Ïî áóðòó âàëêà, ðàçäåëÿþùåìó îäèí êàëèáð îò äðóãîãî, äèàìåòð âàëêà ìàêñèìàëåí. Ïðîñòðàíñòâî ìåæäó äâóìÿ âàëêàìè ïî áóðòó íàçûâàþò ðàçúåìîì âàëêîâ, à ðàññòîÿíèå ìåæäó âàëêàìè ïî áóðòó â ìèëëèìåòðàõ çàçîðîì S, èçìåíÿÿ êîòîðûé, ìîæíî ðåãóëèðîâàòü âûñîòó êàëèáðà h è ðàçìåðû ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû. Âûñîòà êàëèáðà h = 2hp + S, ãäå hp ãëóáèíà âðåçà ðó÷üÿ â âàëîê (ïðè óñëîâèè, ÷òî âðåçû â îáà âàëêà îäèíàêîâû). Ñòåíêè êàëèáðà íàêëîíåíû ïîä óãëîì ψ ê âåðòèêàëè. Âåëè÷èíà tg ψ · 100 % íàçûâàåòñÿ âûïóñêîì êàëèáðà, âûïóñê èçìåðÿåòñÿ â ïðîöåíòàõ è íà ñîâðåìåííûõ ñòàíàõ 128
à)
á)
â)
Ðèñ. 6.1. Ðó÷åé è êàëèáð íà 2-âàëêîâîì ñòàíå
à)
Ðèñ. 6.2. Ôîðìû êàëèáðîâ
á)
Ðèñ. 6.3. Ýëåìåíòû êàëèáðà (à) è èçìåíåíèå äèàìåòðîâ âàëêà ïðè ïåðåòî÷êå (á)
èçìåíÿåòñÿ îò 1 äî 1012 %. Íà ìíîãèõ êàëèáðàõ (ñì. ðèñ. 6.2) íàêëîí ñòåíîê îïðåäåëÿåòñÿ êîíñòðóêöèåé êàëèáðà èëè âûïîëíÿåòñÿ íà íåáîëüøîì ó÷àñòêå ñòåíêè âáëèçè ðàçúåìà. Áåç âûïóñêà ïðîêàòêà â êàëèáðå ñòàíîâèòñÿ íåâîçìîæíîé, òàê êàê ïîëîñà ìîæåò íå âûéòè èç òàêîãî êàëèáðà è çàñòðÿíåò â íåì, îêîâûâàÿ âàëêè. Êðîìå òîãî, òîëüêî ïðè íàëè÷èè âûïóñêà âîçìîæíî âîññòàíîâëåíèå êàëèáðà ïîñëå åãî èçíîñà ïóòåì ïåðåòî÷êè âàëêà çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ äèàìåòðà ïî áóðòó è ïî äíó (ðèñ. 6.3, á). Âàëêè â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè èç-çà èçíîñà ïåðèîäè÷åñêè ïåðåòà÷èâàþòñÿ íà ìåíüøèé äèàìåòð. Äëÿ êàæäîãî ñòàíà îïðåäåëåíû ìàêñèìàëüíûé Dmax è ìèíèìàëüíûé Dmin äîïóñòèìûå äèàìåòðû âàëêà ïî áóðòó, îïðåäåëÿåìûå êîíñòðóêöèåé ñòàíà è ïðî÷íîñòüþ âàëêà. Èçíîøåííûé âàëîê ìèíèìàëüíîãî äèàìåòðà ëèáî îòïðàâëÿþò â øèõòó, ëèáî âîññòàíàâëèâàþò (íàïëàâëÿþò) äî ìàêñèìàëüíîãî äèàìåòðà. Êîýôôèöèåíòîì ïåðåòî÷êè íàçûâàåòñÿ îòíîøåíèå 129
k =
Dmaõ − Dmin . D0
Êîýôôèöèåíò ïåðåòî÷êè âàëêîâ äëÿ áîëüøèíñòâà ñòàíîâ íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ 0,080,12. Âõîäÿùèé â ýòî âûðàæåíèå ñðåäíèé äèàìåòð D0 íàçûâàåòñÿ íîìèíàëüíûì äèàìåòðîì âàëêà. Îí íå âñåãäà ðàâåí ïîëóñóììå óïîìÿíóòûõ äèàìåòðîâ; îí ñëóæèò âàæíåéøåé õàðàêòåðèñòèêîé ñîðòîâîãî ïðîêàòíîãî ñòàíà è âõîäèò â åãî íàçâàíèå (ñòàí 350, ñòàí 250, ñòàí 600). Ïî íàçâàíèþ ñîðòîâîãî ñòàíà ìîæíî ïðèìåðíî îöåíèòü åãî êîíñòðóêòèâíûå ïàðàìåòðû: ãàáàðèòíûå ðàçìåðû, ðàçìåðû âàëêîâ, ñòàíèí, øïèíäåëåé è äðóãèõ îñíîâíûõ äåòàëåé, ïðèìåðíóþ ìîùíîñòü ïðèâîäà è ò. ä. Êðîìå òîãî, íîìèíàëüíûé äèàìåòð îïðåäåëÿåò âîçìîæíîñòè ñòàíà ïî ñîðòàìåíòó ïðîèçâîäèìîé ïðîäóêöèè. Òàê, íà ñòàíàõ 150 250 ïðîêàòûâàþò ìåëêîñîðòíûé ïðîêàò è êàòàíêó ïðîêàò êðóãëîãî ñå÷åíèÿ äèàìåòðîì îò 6 äî 30 ìì è ðàâíîâåëèêèå ïî ïëîùàäè ñîðòîâûå ïðîôèëè äðóãèõ ôîðì ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ. Ñòàíû 300400 ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðîêàòêè ñðåäíåñîðòíîé ïðîäóêöèè êðóãîâ äèàìåòðîì 3050 ìì è ðàâíîâåëèêèõ ïî ïëîùàäè ñå÷åíèÿ íåêðóãëûõ ïðîôèëåé; êðóïíîñîðòíûå ñòàíû 500650 ïðîêàòûâàà) á)
â) ã)
Ðèñ. 6.4. Ïðîêàòêà ñ äâóìÿ îñÿìè ñèììåòðèè: à ïðîêàòêà ïðÿìîóãîëüíîé ïîëîñû íà áóðòå; á ïðîêàòêà ïðÿìîóãîëüíîé ïîëîñû â ùåëåâîì êàëèáðå (øòðèõîâêîé ïîêàçàí êîíòóð èñõîäíîé ïîëîñû); â, ã ïðîêàòêà ñòóïåí÷àòîé ïîëîñû íà ãëàäêèõ âàëêàõ (ñïëîøíûå ëèíèè êîíòóð ïîëîñû äî ïðîêàòêè)
130
þò áîëåå êðóïíûå ñîðòîâûå ïðîôèëè. Ñòàíû 700850 ïðîèçâîäÿò â îñíîâíîì çàãîòîâêó äëÿ áîëåå ìåëêèõ ñòàíîâ (çàãîòîâî÷íûå ñòàíû). Íàèáîëåå êðóïíûå îáæèìíûå ñòàíû áëþìèíãè è ñëÿáèíãè ïðîêàòûâàþò êðóïíûå ñëèòêè â êðóïíóþ çàãîòîâêó êâàäðàòíîãî (áëþì) èëè ïðÿìîóãîëüíîãî (ñëÿá) ñå÷åíèÿ. Ýòè ñòàíû èìåþò íîìèíàëüíûé äèàìåòð âàëêîâ îò 900 äî 1300 ìì è áîëüøå. Äâóõâàëêîâûå êàëèáðû óñëîâíî äåëÿò íà äâå ãðóïïû ïðîñòûå è ñëîæíûå, èëè ôàñîííûå. Ïðîñòûìè äâóõâàëêîâûìè êàëèáðàìè áóäåì íàçûâàòü òàêèå, êîòîðûå èìåþò äâå îñè ñèììåòðèè, ïðè÷åì çàäàâàåìàÿ â íèõ ïîëîñà òàêæå èìååò âåðòèêàëüíóþ è ãîðèçîíòàëüíóþ îñè ñèììåòðèè. Ýòî îïðåäåëåíèå óäîáíî, íî íå ñîâñåì òî÷íî. Ñóùåñòâóþò äðóãèå îïðåäåëåíèÿ ïðîñòûõ êàëèáðîâ. Ðàíåå áûëè ïðèâåäåíû íåêîòîðûå ïðîñòûå êàëèáðû (ñì. ðèñ. 6.2, à): ÿùè÷íûé, îâàëüíûé è ðîìáè÷åñêèé, ÷àñòíûì ñëó÷àåì êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ êâàäðàòíûé êàëèáð.  òàêèõ êàëèáðàõ ïðîêàòûâàþò ïîëîñó ñ èñõîäíûì ñå÷åíèåì â âèäå ïðÿìîóãîëüíèêà èëè êâàäðàòà. Íà ðèñ. 6.4, à, á ïðåäñòàâëåíû î÷åíü âàæíûå äëÿ òåîðèè îñîáûå ñëó÷àè ïðîêàòêè ñ äâóìÿ îñÿìè ñèììåòðèè ïðîêàòêà ïðÿìîóãîëüíîé ïîëîñû íà áóðòå èëè â ùåëåâîì êàëèáðå. Àíàëîãè÷íûå ñõåìû ðåàëèçóþòñÿ ïðè ïðîêàòêå ñòóïåí÷àòûõ ïîëîñ íà ãëàäêîé áî÷êå (ðèñ. 6.4, â, ã). Ïî íàøåìó îïðåäåëåíèþ ýòè êàëèáðû (è â îáùåì ñëó÷àå ñõåìû ïðîêàòêè) òàêæå ñëåäóåò îòíåñòè ê ðàçðÿäó ïðîñòûõ, õîòÿ äðóãèå àâòîðû ñ÷èòàþò èõ ñëîæíûìè. Êñòàòè, è òðàäèöèîííóþ ïðîêàòêó ïðÿìîóãîëüíîé ïîëîñû íà ãëàäêîé áî÷êå ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ÷àñòíûé ñëó÷àé ïðîêàòêè ñ äâóìÿ îñÿìè ñèììåòðèè. Âñå ðàññìîòðåííûå ïðîñòûå ñõåìû ïðîêàòêè èìåþò ìíîãî îáùåãî è èçó÷àþòñÿ òåîðåòè÷åñêè êàê îòäåëüíûé êëàññ çàäà÷ ïðîêàòêè â êàëèáðàõ. Òåîðèÿ ïðîêàòêè â ïðîñòûõ êàëèáðàõ ýòî ñàìîñòîÿòåëüíûé ðàçäåë ñîâðåìåííîé òåîðèè ÎÌÄ. Ïîäõîäû ê ðàñ÷åòó ôîðìîèçìåíåíèÿ â ýòèõ êàëèáðàõ ïîçâîëÿþò ïîíÿòü îñîáåííîñòè òå÷åíèÿ ìåòàëëà è â áîëåå ñëîæíûõ êàëèáðàõ è ïðèáëèçèòüñÿ ê ðàçðàáîòêå òåîðèè è ìåòîäîâ ðàñ÷åòà äåôîðìàöèè è ñèëîâûõ ïàðàìåòðîâ ïðè ïðîêàòêå â ñëîæíûõ êàëèáðàõ, êîãäà ñîõðàíÿåòñÿ òîëüêî îäíà îñü ñèììåòðèè èëè îñè ñèììåòðèè îòñóòñòâóþò. 6.2. Õàðàêòåðèñòèêè äåôîðìàöèè ìåòàëëà â êàëèáðàõ Ðàññìîòðèì ïîêàçàòåëè äåôîðìàöèè ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå â êàëèáðàõ. Î÷åâèäíî, äëÿ îöåíêè âûñîòíîé äåôîðìàöèè íåïðèãîäíû òàêèå ïîêàçàòåëè, êàê îáæàòèå ∆h/h0 èëè ln(h0 /h1), òàê êàê ïî øèðèíå ïîëîñû âûñîòà ïåðåìåííà. Îäíàêî îíè ïðèìåíÿþòñÿ íà ïðàêòèêå, ïîòîìó ÷òî ïðîñòûå.  ýòîì ñëó÷àå àáñîëþòíîå îáæàòèå ∆h è âûñîòà h0 èçìåðÿþòñÿ ïî ìàêñèìàëüíîìó ðàçìåðó. Àíàëîãè÷íî, ñ òîé æå äîëåé óñëîâíîñòè ïðèìåíÿþò íà ïðàêòèêå ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ ∆b/∆h . Ïî-ïðåæíåìó íàèáîëåå òåîðåòè÷åñêè îáîñíîâàííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè äåôîðìàöèè ÿâëÿþòñÿ ñìåùåííûå îáúåìû èëè èõ àíàëîãè ñìåùåííûå ïëîùàäè. Íà ðèñ. 6.5 ïðèâåäåíà ñõåìà ïðîêàòêè ðîìáè÷åñêîé ïîëîñû â êâàäðàòíîì (äèàãîíàëüíîì) êàëèáðå, íà êîòîðîì ïîêàçàíû ïðîöåññ çàïîëíåíèÿ î÷àãà äåôîðìàöèè îò ìîìåíòà çàõâàòà (ñå÷åíèå II) äî âûõîäà èç âàëêîâ (ñå÷åíèå IVIV) è ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ñìåùåííûõ îáúåìîâ. Òàêèì îáðàçîì, â ïðîöåññå çàïîëíåíèÿ î÷àãà äåôîðìàöèè ôîðìèðóþòñÿ ñìåùåííûå ïëîùàäè Fh è 131
Ðèñ. 6.5. Ïðîöåññ çàïîëíåíèÿ î÷àãà äåôîðìàöèè è ôîðìèðîâàíèå ñìåùåííûõ ïëîùàäåé Fh è Fb ïðè ïðîêàòêå ðîìáè÷åñêîé ïîëîñû â êâàäðàòíîì êàëèáðå
Fb, çàøòðèõîâàííûå íà ðèñ. 6.6 ïî-ðàçíîìó. Óìíîæèâ èõ íà äëèíó ïîëîñû l, ïîëó÷èì ñîîòâåòñòâóþùèå ñìåùåííûå îáúåìû Vh è Vb . Î÷åâèäíî, äëÿ ôàñîííûõ ïîëîñ òàêæå ñïðàâåäëèâî óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà îáúåìà, çàïèñàííîå â âèäå Vh = Vb + Vl. Ïîêàçàòåëè óøèðåíèÿ A = Vb /Vh = Fb /Fh è óäëèíåíèÿ 1 À íàèáîëåå ïîëíî õàðàêòåðèçóþò ñðåäíèå óøèðåíèå è óäëèíåíèå ïîëîñû, ïîñêîëüêó îòðàæàþò äîëþ ìåòàëëà, ñìåùàåìîãî â òîì è äðóãîì íàïðàâëåíèÿõ. Ìíîãèå àâòîðû ñ÷èòàþò, ÷òî äëÿ õàðàêòåðèñòèêè äåôîðìàöèè ìåòàëëà â êàëèáðàõ íåîáõîäèìî îïåðèðîâàòü òîëüêî ïîêàçàòåëÿìè, îñíîâàííûìè íà àíàëèçå ñìåùåííûõ îáúåìîâ èëè ñìåùåííûõ ïëîùàäåé. Ïðè ïðîêàòêå â êàëèáðàõ ÷àùå èñïîëüçóåòñÿ óäîáíûé ïîêàçàòåëü âûòÿæêè λ = F0 / F1 êàê îòíîøåíèå ïëîùàäåé ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïîëîñû äî è ïîñëå ïðîêàòêè.
Ðèñ. 6.6. Ñìåùåííûå ïëîùàäè Fb è Fh ïî øèðèíå è âûñîòå ïðè ïðîêàòêå ðîìáà â êâàäðàòå
6.3. Ðàñïîëîæåíèå êàëèáðîâ íà âàëêàõ Êàòàþùèì äèàìåòðîì âàëêîâ íàçûâàåòñÿ äèàìåòð âàëêà, ïî êîòîðîìó ïðîèñõîäèò ñîïðèêîñíîâåíèå êàëèáðà ñ ìåòàëëîì ïðè ïðîêàòêå. Ïî êîíòóðó êàëèáðà êàòàþùèå äèàìåòðû ïåðåìåííû, ïîýòîìó ïåðåìåííû îêðóæíàÿ ñêîðîñòü âàëêà v = πDê n / 60 , à òàêæå ñèëû òðåíèÿ, äåéñòâóþùèå íà ïîëîñó. Íî ïîëîñà èç âàëêà âûõîäèò ñ îäíîé ñêîðîñòüþ. Òà òî÷êà êàëèáðà, â êîòîðîé îêðóæíàÿ ñêîðîñòü âàëêà è ôàêòè÷åñêàÿ ñêîðîñòü ïîëîñû ñîâïàäàþò, ñîîòâåòñòâóåò ñðåäíåìó êàòàþùåìó äèàìåòðó âàëêîâ Dê. Âî âñåõ òî÷êàõ êîíòóðà êàëèáðà, êðîìå òî÷åê, ñîîòâåòñòâóþùèõ ñðåäíåìó êàòàþùåìó äèàìåòðó, ïðîèñõîäèò ñêîëüæåíèå ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî âàëêîâ. ×òîáû ïîëîñà íå èçãèáàëàñü ïðè ïðîêàòêå, ñðåäíèå êàòàþùèå äèàìåòðû âåðõíåãî è íèæíåãî âàëêîâ äîëæíû áûòü îäèíàêîâûìè.  ëèòåðàòóðå èíîãäà ïîëüçóþòñÿ òîëüêî îäíèì òåðìèíîì êàòàþùèé äèàìåòð, ïîäðàçóìåâàÿ ñðåäíèé êàòàþùèé äèàìåòð. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî êàòàþùèé äèàìåòð â íàøåì îïðåäåëåíèè (òî÷íåå îïðåäåëåíèè Á.Ï. Áàõòèíîâà) íå ñòîëü ÷àñòî ïðèìåíÿåòñÿ â ðàñ÷åòàõ, êàê ñðåäíèé êàòàþùèé äèàìåòð. Íàõîæäåíèå ñðåäíåãî êàòàþùåãî äèàìåòðà âàëêîâ ÿâëÿåòñÿ ñëîæíîé çàäà÷åé.  ÿùè÷íûõ êàëèáðàõ ñðåäíèé êàòàþùèé äèàìåòð ïðèíèìàþò ïðèìåðíî ðàâíûì äèàìåòðó âàëêà ïî äíó êàëèáðà.  äðóãèõ êàëèáðàõ ñðåäíèé êàòàþùèé äèàìåòð îïðåäåëÿþò ýìïèðè÷åñêèìè ôîðìóëàìè. Ñðåäíèì äèàìåòðîì âàëêîâ D0 2-âàëêîâîãî ñòàíà íàçûâàåòñÿ ðàññòîÿíèå ìåæäó îñÿìè âàëêîâ (ñì. ðèñ. 6.1). Ñîîòâåòñòâåííî, ñðåäíèé ðàäèóñ âàëêîâ Rc = = D0 /2. 133
Ãîðèçîíòàëü, ïðîâåäåííàÿ íà ðàññòîÿíèè Rc îò îñè âàëêà, íàçûâàåòñÿ ñðåäíåé ëèíèåé âàëêîâ. Åñëè êàòàþùèé äèàìåòð è ñðåäíèé ðàäèóñ âàëêîâ îòíîñÿòñÿ ê âàëêàì è ÿâëÿþòñÿ ýëåìåíòàìè âàëêà, òî íåéòðàëüíàÿ ëèíèÿ ÿâëÿåòñÿ ýëåìåíòîì êàëèáðà. Íåéòðàëüíîé ëèíèåé (í.ë.) êàëèáðà íàçûâàåòñÿ ãîðèçîíòàëüíàÿ ëèíèÿ, îòíîñèòåëüíî êîòîðîé ìîìåíòû ïðîäîëüíûõ êàñàòåëüíûõ ñèë, äåéñòâóþùèõ íà ïîëîñó ïðè ïðîêàòêå ñî ñòîðîíû âåðõíåãî è íèæíåãî âàëêîâ, ðàâíû. Î÷åâèäíî, â êàëèáðàõ ñ ãîðèçîíòàëüíîé îñüþ ñèììåòðèè, â òîì ÷èñëå âî âñåõ ïðîñòûõ êàëèáðàõ, íåéòðàëüíàÿ ëèíèÿ ïðîõîäèò ïî ýòîé îñè. Ïðè îòñóòñòâèè ãîðèçîíòàëüíîé ñèììåòðèè ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî ìåòîäîâ íàõîæäåíèÿ íåéòðàëüíîé ëèíèè. Ðàññìîòðèì äâà íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ. Íà ðèñ. 6.7 ïðèâåäåí êàëèáð äëÿ ïðîêàòêè øâåëëåðà, íà êîòîðîì íåéòðàëüíàÿ ëèíèÿ ïðîâåäåíà ÷åðåç öåíòð òÿæåñòè ñå÷åíèÿ. Äëÿ ýòîãî ïðîôèëü ðàçáèâàþò íà îòäåëüíûå ïðîñòûå ýëåìåíòû, íàïðèìåð, bb´c´c, amhg è mbdf (äëÿ ëåâîé ïîëîâèíû ïðîôèëÿ) ñ ïëîùàäÿìè, ñîîòâåòñòâåííî, F1, F2, F3 è êîîðäèíàòàìè öåíòðà òÿæåñòè y1, y2, y3 îòíîñèòåëüíî ïðîèçâîëüíî ïðîâåäåííîé ãîðèçîíòàëüíîé ëèíèè. Êîîðäèíàòà öåíòðà òÿæåñòè y=
F1 y1 + F2 y2 + F3 y3 . F1 + F2 + F 33
îïðåäåëÿåò íåéòðàëüíóþ ëèíèþ êàëèáðà. Ëèíèÿ, ïðîõîäÿùàÿ ÷åðåç öåíòð òÿæåñòè ñå÷åíèÿ ïðîôèëÿ, ñòðîãî ãîâîðÿ, íå èìååò íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê ïðîäîëüíûì êàñàòåëüíûì ñèëàì, äåéñòâóþùèì â î÷àãå äåôîðìàöèè. Ïî îïðåäåëåíèþ, íåéòðàëüíóþ ëèíèþ ñëåäóåò èñêàòü ñ èñïîëüçîâàíèåì ýòèõ ñèë. Ðàçîáüåì ïðîôèëü íà îòäåëüíûå ïîëîñêè øèðèíîé bi, ãäå i íîìåð ïîëîñêè (ðèñ. 6.8, à). Ïðîâåäåì ïðîèçâîëüíóþ ãîðèçîíòàëüíóþ îñü õ. Ðàññòîÿíèå îò îñè õ äî èñêîìîé íåéòðàëüíîé ëèíèè êîîðäèíàòó íåéòðàëüíîé ëèíèè îáîçíà÷èì yc. Êîîðäèíàòû êàæäîé èç ïîëîñîê ïî êîíòóðó âåðõíåãî è íèæíåãî âàëêîâ îáîçíà÷èì, ñîîòâåòñòâåííî, yiâ è yií. Àíàëîãè÷íî ðàäèóñû âåðõíå-
Ðèñ. 6.7. Íàõîæäåíèå íåéòðàëüíîé ëèíèè ïðîôèëÿ ïî öåíòðó òÿæåñòè ñå÷åíèÿ ïîëîñû 134
à)
á)
Ðèñ. 6.8. Íàõîæäåíèå íåéòðàëüíîé ëèíèè (í.ë.) ïî ìåòîäó Êó÷êî
ãî è íèæíåãî âàëêîâ ïî êîíòóðó ïîëîñîê ðàâíû Riâ è Rií. Íà íåéòðàëüíîé ëèíèè ðàäèóñû âåðõíåãî è íèæíåãî âàëêîâ äîëæíû áûòü îäèíàêîâûìè è ðàâíûìè Rc. Åñëè íà êàæäóþ èç ïîëîñîê äåéñòâóåò ïðîäîëüíîå êàñàòåëüíîå íàïðÿæåíèå τi , òî ðàâåíñòâî ñóìì ìîìåíòîâ ïî âåðõíåìó è íèæíåìó âàëêàì áóäåò èìåòü âèä:
∑R τ b l
=
i i i i
â
∑R τ bl . i i i i
í
Çàïèøåì:
∑ (R
c
+ y c − yi )τi bi li =
â
∑ (R
c
− y c + yi )τi bi li .
í
Ïðîñòûå ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðèâîäÿò ê ðàâåíñòâó: y c (∑ τi bi li + ∑ τi bi li ) = â
í
∑y τ bl + ∑y τ bl i i i i
i i i i
â
í
+ R c (∑ τi bi li − ∑ τi bi li ). â
í
Ïîñëåäíåå âûðàæåíèå â ñêîáêàõ ðàâíî íóëþ, òàê êàê êàæäîå èç ñëàãàåìûõ åñòü ñèëà, äåéñòâóþùàÿ íà âàëîê, è ïî óñëîâèþ ðàâíîâåñèÿ èõ ñóììà ðàâíà íóëþ. Ïîëó÷àåì âûðàæåíèå äëÿ âû÷èñëåíèÿ êîîðäèíàòû íåéòðàëüíîé ëèíèè:
∑ y τ bl = ∑τ bl
i i i i
yc
â+í
.
i i i
â+í
Ïðîèçâåäåíèå τi libi ýòî ñèëà òðåíèÿ, äåéñòâóþùàÿ íà i-þ ïîëîñêó. Åñëè ýòè ñèëû óñðåäíèòü è ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ïî âåðõíåìó è íèæíåìó âàëêàì ïðèðàâíÿòü, ÷òî íå âñåãäà ïðàâîìåðíî, òî îíè ñîêðàòÿòñÿ, è ïîëó÷èòñÿ î÷åíü óäîáíàÿ ôîðìóëà äëÿ ðàñ÷åòà êîîðäèíàòû íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ:
∑yb = ∑b
i i
yc
â+ í
i
=
Fâ + Fí , 2b
(6.1)
â+í
135
ãäå Fâ ïëîùàäü ôèãóðû, îáðàçîâàííîé êîíòóðîì âåðõíåãî âàëêà è îñüþ õ; Fí ïëîùàäü ôèãóðû ìåæäó êîíòóðîì íèæíåãî âàëêà è îñüþ õ. Íà ðèñ. 6.8, á ïëîùàäè Fâ è Fí çàøòðèõîâàíû ïî-ðàçíîìó. Ñëåäóåò åùå ðàç îáðàòèòü âíèìàíèå íà òî, êàê îïðåäåëåíû ïëîùàäè Fâ è Fí. Èòàê, äëÿ íàõîæäåíèÿ íåéòðàëüíîé ëèíèè (ïî ìåòîäó Êó÷êî) íåîáõîäèìî ïðîâåñòè ïðîèçâîëüíóþ îñü õ, äâå âåðòèêàëüíûå ëèíèè, îãðàíè÷èâàþùèå øèðèíó êàëèáðà, è êàêèì-òî ìåòîäîì (íàïðèìåð, ïëàíèìåòðîì èëè ïî êëåòî÷êàì íà ìèëëèìåòðîâêå) âû÷èñëèòü ïëîùàäè Fâ è Fí, ïîäñòàâèâ èõ çíà÷åíèÿ â (6.1). Åñëè íåéòðàëüíóþ ëèíèþ êàëèáðà ñîâìåñòèòü ñî ñðåäíåé ëèíèåé âàëêîâ, òî ïîëîñà áóäåò âûõîäèòü èç âàëêîâ ïðÿìîëèíåéíîé, òàê êàê íà ýòîé ëèíèè ìîìåíòû îáîèõ âàëêîâ îäèíàêîâû. Îäíàêî íà ïðàêòèêå èìåííî â ýòèõ óñëîâèÿõ ïîëîñà ÷àñòî èñêðèâëÿåòñÿ òî â îäíó, òî â äðóãóþ ñòîðîíó èç-çà ðàçëè÷íûõ îòêëîíåíèé ïðîöåññà îò øòàòíîé òåõíîëîãèè: íåðàâíîìåðíîñòè òåìïåðàòóðû ìåòàëëà ïî ñå÷åíèþ, ðàçíûõ óñëîâèé òðåíèÿ íà âåðõíåì è íèæíåì âàëêàõ, ðàçíîãî èçíîñà âàëêîâ è ò. ä. ×òîáû ïîëîñà âñåãäà çàãèáàëàñü âíèç è âûïðàâëÿëàñü çà ñ÷åò ïðèæàòèÿ ê íèæíåé ïðîâîäêå, íåéòðàëüíóþ ëèíèþ êàëèáðà íà ñîðòîâûõ ñòàíàõ ðàçìåùàþò íèæå ñðåäíåé ëèíèè âàëêîâ íà 13 ìì. 6.4. Äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà â ïðîñòûõ êàëèáðàõ Äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà â ïðîñòûõ êàëèáðàõ îòëè÷àåòñÿ îò ïðîêàòêè íà ãëàäêîé áî÷êå, òàê êàê ïî-ðàçíîìó äåéñòâóþò ñèëû íà ìåòàëë â î÷àãå äåôîðìàöèè. Îòëè÷èå ñîñòîèò, ïðåæäå âñåãî, â íàëè÷èè áîêîâûõ ñòåíîê êàëèáðà. Íà ðèñ. 6.9 ïîêàçàíà ñõåìà äåéñòâèÿ ñèë â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè (ïî îñè õ) íà ãëàäêîé áî÷êå è â ðîìáè÷åñêîì êàëèáðå ñ óãëîì θ íàêëîíà ñòåíêè êàëèáðà. Íà ãëàäêîé áî÷êå óøèðåíèþ ïðåïÿòñòâóåò ñèëà Ò, à â ðîìáè÷åñêîì êàëèáðå (êàê è â ëþáîì êàëèáðå ñ âûïóêëûì êîíòóðîì) â ýòîì íàïðàâëåíèè äåéñòâóþò ïðîåêöèè ñèëû òðåíèÿ Ò è íîðìàëüíîé ñèëû Ð ñîîòâåòñòâåííî, Òõ è Ðõ. Óøèðåíèå â òàêîì êàëèáðå áóäåò ìåíüøå, ÷åì íà ãëàäêîé áî÷êå. Ñëåäîâàòåëüíî, âûòÿæêà ïðè ðàâíûõ óñëîâèÿõ â êàëèáðàõ ñ âûïóêëûì êîíòóðîì áîëüøå, ÷åì íà ãëàäêîé áî÷êå. Ðàçíûå ïî êîíñòðóêöèè ïðîñòûå êàëèáðû ðàçëè÷àþòñÿ ïðåæäå âñåãî âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòüþ.  âûïóêëîì êàëèáðå âûòÿæíàÿ ñïîñîáíîñòü âûøå, ÷åì â)
à) á)
Ðèñ. 6.9. Ñõåìà äåéñòâèÿ ïîïåðå÷íûõ ñèë ïðè ïðîêàòêå íà ãëàäêîé áî÷êå (à), â âûïóêëîì (á) è âîãíóòîì (â) êàëèáðàõ 136
íà ãëàäêîé áî÷êå. Êðîìå òîãî, áîêîâîé ïîäïîð ìåòàëëà óâåëè÷èâàåò äîëþ ñæèìàþùèõ íàïðÿæåíèé, ïîýòîìó ðàñòåò ïëàñòè÷íîñòü è óìåíüøàåòñÿ ñêëîííîñòü ìåòàëëà ê òðåùèíîîáðàçîâàíèþ ïî êðîìêàì ïîëîñû. Ýòè ïðåèìóùåñòâà èñïîëüçóþòñÿ ïðè ïðîêàòêå â êàëèáðàõ.  êàëèáðå ñ âîãíóòîé ôîðìîé îáðàçóþùåé (ñì. ðèñ. 6.9, â) ïðè ðàçëîæåíèè íîðìàëüíîé ñèëû Ð åå ñîñòàâëÿþùàÿ Ðõ íàïðàâëåíà íàâñòðå÷ó ñîñòàâëÿþùåé ñèëå Òõ, è óøèðåíèå óâåëè÷èâàåòñÿ, à âûòÿæêà ñíèæàåòñÿ. Âûòÿæíàÿ ñïîñîáíîñòü òàêèõ êàëèáðîâ íèæå, ÷åì ïðè ïðîêàòêå íà ãëàäêîé áî÷êå. Ýòè êàëèáðû ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ áûñòðîãî íàðàùèâàíèÿ øèðèíû ïîëîñû, ïîýòîìó íàçûâàþòñÿ ðàçãîííûìè. Ñîîòíîøåíèå ñèë íà ãëàäêîé áî÷êå è â êàëèáðå ïðèìåðíî ìîæíî îöåíèòü, åñëè ñäåëàòü äîïóùåíèå î ðàâåíñòâå íîðìàëüíûõ ñèë Ð â îáåèõ ñõåìàõ. Ïóñòü çàêîí òðåíèÿ íà êîíòàêòå T = µP . Ïîñëåäíåå äîïóùåíèå, êàê ìû çíàåì, äëÿ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè íà ñðåäíèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè, ãðóáî, òåì íå ìåíåå äëÿ îöåíêè ñîîòíîøåíèÿ ñèë åãî ìîæíî ïðèíÿòü. Êîýôôèöèåíò T Pì ì = = k1 = T cos è ± P sinè P ìcosè ± P sinè ìcosè ± sinè õàðàêòåðèçóåò, íàñêîëüêî óøèðåíèå â âûïóêëîì êàëèáðå ìåíüøå, à â âîãíóòîì áîëüøå, ÷åì óøèðåíèå íà ãëàäêîé áî÷êå. Ìîæíî çàïèñàòü: Äb Äb Äh = k1 Äh . Ê Ã.Á
Êîýôôèöèåíò k1 íàçûâàåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ôîðìû êàëèáðà, è â êàëèáðå ñ âûïóêëîé ôîðìîé êîíòóðà îí ìåíüøå åäèíèöû, à ñ âîãíóòîé áîëüøå åäèíèöû. Äðóãàÿ îñîáåííîñòü äåôîðìàöèè â êàëèáðàõ ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïî øèðèíå ïîëîñû äåôîðìàöèÿ ïðîòåêàåò íåðàâíîìåðíî. Ðàññìîòðèì ïðîêàòêó ïîëîñû ïåðåìåííîé âûñîòû íà ãëàäêîé áî÷êå (ñì. ðèñ. 6.4, â). (Äðóãèå ñõåìû ïðîêàòêè, ïðèâåäåííûå íà ðèñ 6.4, àíàëîãè÷íû.) Ïðè äåôîðìàöèè ñðåäíåãî ó÷àñòêà ïëîùàäüþ ñå÷åíèÿ äî ïðîêàòêè Q2 âûòÿæêà åãî ìîãëà áû áûòü ðàâíîé λ 2 , åñëè áû íå áûëî ñâÿçè ñ íåäåôîðìèðóåìûìè êðàéíèìè ó÷àñòêàìè 1 ïëîùàäüþ Q1. Îäíàêî âûòÿæêà âñåõ òðåõ ó÷àñòêîâ óñòàíàâëèâàåòñÿ îäèíàêîâîé è ðàâíîé λ , êîòîðàÿ ìåíüøå çíà÷åíèÿ λ 2 è, åñòåñòâåííî, áîëüøå λ1 = 1 .  ðåçóëüòàòå ìåòàëë íà ó÷àñòêå 2, óìåíüøàÿ ñâîþ âûòÿæêó, âûíóæäåííî óøèðÿåòñÿ, åãî óøèðåíèå áóäåò áîëüøå, ÷åì íà ãëàäêîé áî÷êå.  öåëîì è óøèðåíèå âñåé ïîëîñû áóäåò áîëüøå, ÷åì íà ãëàäêîé áî÷êå. Ó÷àñòêè 1, óäëèíÿÿñü ñ âûòÿæêîé λ , äîëæíû èñïûòûâàòü óòÿæêó êàê ïî âûñîòå, òàê è ïî øèðèíå. Ïðè÷åì, êàê ïîêàçàëè îïûòû, óòÿæêà êðàéíèõ ó÷àñòêîâ ïðîèñõîäèò ïî âûñîòå ïðèìåðíî íà 10 % áîëüøå, ÷åì ïî øèðèíå: b11 =
1,1b10 ë
è
h11 =
h10 1,1 ë
.
Óâåëè÷åíèå óøèðåíèÿ â êàëèáðå ïî îòíîøåíèþ ê ãëàäêîé áî÷êå ìîæíî ó÷åñòü êîýôôèöèåíòîì k2, êîòîðûé â äàííîì ñëó÷àå áîëüøå åäèíèöû: Äb Äb Äh = k2 Äh . Ê Ã.Á 137
Âûíóæäåííîå óøèðåíèå øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ äëÿ áûñòðîãî íàðàùèâàíèÿ øèðèíû ïîëîñû èëè îòäåëüíûõ åå ýëåìåíòîâ. Íàïðèìåð, çà äâà ïðîïóñêà, ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 6.10, óäàåòñÿ çíà÷èòåëüíî íàðàñòèòü øèðèíó ïîëîñû.  ïåðâîì ïðîïóñêå ñîçäàåòñÿ íåðàâíîìåðíàÿ âûñîòà ïîëîñû, à âî âòîðîì âûíóæäåííîå óøèðåíèå êðàéíèõ åå ó÷àñòêîâ. Àíàëîãè÷íî ðåøàåòñÿ Ðèñ. 6.10. Ñõåìà áûñòðîãî íàðàùèâàíèÿ øèðèíû ïîëîñû çàäà÷à íàðàùèâàíèÿ øèðèíû ïîäîøâû ðåëüñà (ðèñ. 6.11), êîãäà ìàññèâíàÿ ìàëîäåôîðìèðóåìàÿ öåíòðàëüíàÿ ÷àñòü ïðîôèëÿ âûíóæäàåò òå÷ü ïðèíóäèòåëüíî ìåòàëë èç èíòåíñèâíî äåôîðìèðóåìûõ ÷àñòåé ∆F1 â ñòîðîíó ïîäîøâû. Ïîäîáíûé àíàëèç ïîçâîëÿåò ïðîñëåäèòü äåôîðìàöèþ ïðÿìîóãîëüíîé ïîëîñû â ùåëåâîì êàëèáðå (ñì. ðèñ. 6.4, á). Íà êðàéíèõ äåôîðìèðóåìûõ ó÷àñòêàõ ìåòàëë âûíóæäåííî óøèðÿåòñÿ, à íà ñðåäíåì íåäåôîðìèðóåìîì ïðîèçîéäåò óòÿæêà ïðîôèëÿ ïî âûñîòå. Åñëè äàæå ïî äíó âûñîòà ùåëåâîãî êàëèáðà áóäåò ìåíüøå, ÷åì âûñîòà èñõîäíîé çàãîòîâêè, íåò ãàðàíòèè òîãî, ÷òî ùåëü ïðè ïðîêàòêå áóäåò çàïîëíåíà ìåòàëëîì. Ìåòàëë âñåãäà î÷åíü íåîõîòíî çàïîëíÿåò ùåëåâûå ó÷àñòêè êàëèáðà, ïðàêòè÷åñêè èõ íå óäàåòñÿ çàïîëíèòü íà 100 %. Òðåáóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ìåðû, ÷òîáû çàïîëíåÐèñ. 6.11. Íàðàùèâàíèå øèðèíû ïîäîøâû íèå êàëèáðà ïðîèçîøëî ïîëíîñòüþ. Ýêðåëüñà ïðè íåðàâíîìåðíîé äåôîðìàöèè ñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâëåíî, ÷òî â ïðîöåññå äåôîðìàöèè êðåñòîîáðàçíîé ïîëîñû íà ãëàäêîé áî÷êå (ñì. ðèñ. 6.4, â) èëè ïðÿìîóãîëüíîé ïîëîñû â ùåëåâîì êàëèáðå (ñì. ðèñ. 6.4, á) îòñóòñòâóåò ïåðåòåêàíèå ìåòàëëà ìåæäó ó÷àñòêàìè. Íà îñíîâàíèè ýòîãî ìîæíî ñäåëàòü íåêîòîðûå îáîáùåíèÿ äëÿ ïðîêàòêè ëþáîé ïîëîñû ñ íåðàâíîìåðíûì îáæàòèåì ïî øèðèíå. Òàêóþ ïîëîñó ïî øèðèíå ìîæíî ðàçáèòü íà íåñêîëüêî ïîëîñîê (ñ íîìåðàìè i = 1, 2, ...
, n) øèðèíîé bi. Äëÿ êàæäîé ïîëîñêè ñóùåñòâóåò åñòåñòâåííàÿ âûòÿæêà λi , êîòîðàÿ ðåàëèçîâàëàñü áû ïðè îòñóòñòâèè ñâÿçè ñ äðóãèìè ïîëîñêàìè. Äîïóñòèì, ìû óìååì ðàññ÷èòûâàòü åñòåñòâåííûå âûòÿæêè λi . Ñóììàðíàÿ ðàáîòà ïî âûòÿæêå âñåõ n ïîëîñîê íà âåëè÷èíó λi ðàâíà ðàáîòå öåëîé ïîëîñû íà ôàêòè÷åñêîé âûòÿæêå λ. Îòñþäà ìîæíî âûðàçèòü îáùóþ âûòÿæêó ÷åðåç âûòÿæêè îòäåëüíûõ ó÷àñòêîâ: ln λ = (Q1 ln λ1 + Q2 ln λ 2 + ... + Qn ln λn ) / Q,
(6.2)
ãäå Q è Q1, Q2, ..., Qn ñîîòâåòñòâåííî, ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ âñåé ïîëîñû è êàæäîãî èç ó÷àñòêîâ äî ïðîêàòêè. Äëÿ ïðîêàòêè, ïîêàçàííîé ðàíåå (ñì. ðèñ. 6.4, â), áóäåì èìåòü: ln λ = (Q1 ln λ1 + Q2 ln λ 2 ) / Q .
Ôîðìóëà ïîçâîëÿåò âû÷èñëèòü âûòÿæêó ïîëîñû ïðè íåðàâíîìåðíîì îáæàòèè åå ïî øèðèíå, åñëè óäàåòñÿ îïðåäåëèòü (èëè ïðèáëèçèòåëüíî îöåíèòü) 138
åñòåñòâåííóþ âûòÿæêó λi êàæäîãî i-ãî ó÷àñòêà ïî øèðèíå ïðè óñëîâèè îòñóòñòâèÿ ñâÿçè ìåæäó ó÷àñòêàìè, íî ýòî ñäåëàòü íå âñåãäà ïðîñòî äàæå ïðè ïðîêàòêå íà ãëàäêîé áî÷êå. Èòàê, ïðè ïðîêàòêå â ïðîñòûõ êàëèáðàõ òîëüêî äâà äîïîëíèòåëüíûõ ôàêòîðà íàêëàäûâàþòñÿ íà òå ôàêòîðû, êîòîðûå îïðåäåëÿþò äåôîðìàöèþ ìåòàëëà íà ãëàäêîé áî÷êå: íàêëîí ñòåíîê êàëèáðà è íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè ïî øèðèíå. Óøèðåíèå â ïðîñòûõ êàëèáðàõ Äb Äb . = k1 k 2 Äh Ê Äh Ã.Á
Ñ ýòèõ ïîçèöèé ïðîàíàëèçèðóåì à) á) óøèðåíèå ïðè ïðîêàòêå êâàäðàòíîé ïîëîñû â îâàëüíîì êàëèáðå. Íà ðèñ. 6.12 ïîêàçàíà ïîëîñà â ïåðâûé ìîìåíò ïîñëå çàõâàòà. Äåôîðìàöèÿ íàïîìèíàåò ðàçîáðàííûå ðàíåå ñëó÷àè (ñì. ðèñ. 6.4, á, ã). Âèäíî, ÷òî çà ñ÷åò íàêëîíà ñòåíîê êàëèáðà êîýôôèöèåíò k1 < 1, íî çà ñ÷åò íåðàâíîÐèñ. 6.12. Çàõâàò ïðè ïðîêàòêå êâàäðàòíîé ìåðíîñòè äåôîðìàöèè êðàéíèå äåïîëîñû â îâàëüíîì êàëèáðå (à) ôîðìèðóåìûå ó÷àñòêè (ñì. ðèñ. 6.12) è ãðàôè÷åñêèé àíàëèç íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè â êàëèáðå (á) èñïûòûâàþò âûíóæäåííîå óøèðåíèå. Ðàçîáüåì ïî øèðèíå ïîëîñó äî äåôîðìàöèè (â íàøåì ñëó÷àå êâàäðàò) è ïîñëå äåôîðìàöèè (îâàë) íà îäèíàêîâîå êîëè÷åñòâî ïîëîñîê (ñì. ðèñ. 6.12, á). Åñëè äëÿ êàæäîé i-é ïîëîñêè îïðåäåëèòü îáæàòèÿ ∆h/hi , òî ïîëó÷èì ãðàôèê îáæàòèé. Âèäíî, ÷òî îáæàòèÿ êðàéíèõ ïîëîñîê çíà÷èòåëüíî áîëüøå, ÷åì öåíòðàëüíûõ.  ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ ñèëüíî- è ñëàáîäåôîðìèðóåìûõ ó÷àñòêîâ ïîÿâëÿåòñÿ âûíóæäåííîå óøèðåíèå êðàéíèõ ïîëîñîê è âñåé ïîëîñû, ïîýòîìó k2 > 1.  ñëàáîäåôîðìèðîâàííîé ÷àñòè ïîëîñû ïðîèçîéäåò óòÿæêà. Ñðåäíÿÿ ÷àñòü ïîëîñû áóäåò óòÿãèâàòüñÿ, óìåíüøàÿ ñâîþ ïåðâîíà÷àëüíóþ âûñîòó, è âñòóïèò â êîíòàêò ñ âàëêàìè ïîçæå, ÷åì áåç óòÿæêè. Äëèíà äóãè çàõâàòà â ñåðåäèíå ïîëîñû áóäåò ìåíüøå, ÷åì áåç óòÿæêè. Ïî ìåðå çàïîëíåíèÿ î÷àãà äåôîðìàöèè ñðåäíèé óãîë íàêëîíà êàëèáðà óìåíüøàåòñÿ, êîýôôèöèåíò k1 óìåíüøàåòñÿ. Òàêæå ñíèæàåòñÿ êîýôôèöèåíò k2, òàê êàê ïëîùàäü íåäåôîðìèðóåìîãî ó÷àñòêà ñîêðàùàåòñÿ. Ïðè ýòîì êîýôôèöèåíò k2 áîëüøå, à êîýôôèöèåíò k1 ìåíüøå åäèíèöû. Òàêîå ñîîòíîøåíèå êîýôôèöèåíòîâ ñîõðàíÿåòñÿ âïëîòü äî ïîëíîãî çàïîëíåíèÿ î÷àãà äåôîðìàöèè. Îáà êîýôôèöèåíòà ÷àñòè÷íî êîìïåíñèðóþò äðóã äðóãà. Óøèðåíèå â îâàëüíîì êàëèáðå ïðèáëèæåííî ìîæíî ñ÷èòàòü ðàâíûì óøèðåíèþ íà ãëàäêîé áî÷êå. Êðîìå òîãî, ìîæíî îòìåòèòü, ÷òî ãðàôèê ðàñïðåäåëåíèÿ îáæàòèé ñèììåòðè÷åí îòíîñèòåëüíî âåðòèêàëè, ïðîâåäåííîé ÷åðåç ñðåäíþþ ïîëîñêó, ïîýòîìó ïîëîñà ïðè ïðîêàòêå íå áóäåò èçãèáàòüñÿ âëåâî èëè âïðàâî. Ñåðïîâèäíîñòü ïîëîñû ïîÿâëÿåòñÿ ïðè íåñèììåòðè÷íîì ðàñïðåäåëåíèè îáæàòèé ïî øèðèíå.  ìîìåíò çàõâàòà (ñì. ðèñ. 6.12, à) êàñàíèå ìåòàëëà ïðîèñõîäèò â ÷åòûðåõ òî÷êàõ 139
êàëèáðà, è ñèëû, âîçíèêàþùèå â íèõ, âçàèìíî óðàâíîâåøèâàþòñÿ, ïîýòîìó ïîëîñà â êàëèáðå íå ñìåùàåòñÿ. Ñóììà ìîìåíòîâ ýòèõ ñèë ðàâíà íóëþ, ïîýòîìó ñêðó÷èâàíèå ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå íå ïðîèñõîäèò. Òàêîé àíàëèç íàçûâàåòñÿ ãðàôè÷åñêèì. Îí ïîëåçåí âñåãäà, òàê êàê ïîçâîëÿåò íàãëÿäíî ïðîäåìîíñòðèðîâàòü, êàê ôîðìèðóþòñÿ âûíóæäåííîå óøèðåíèå è óòÿæêà ýëåìåíòîâ ïðîôèëÿ, à òàêæå èçãèá, ñìåùåíèå è ñêðó÷èâàíèå ïðîôèëÿ ïðè ïðîêàòêå. Àíàëèç ôàêòîðîâ, îòëè÷àþùèõ óñëîâèÿ äåôîðìàöèè íà ãëàäêîé áî÷êå è â êàëèáðàõ, ìîæíî ïðîäîëæèòü äëÿ áîëåå ñëîæíûõ êàëèáðîâ. Íàïðèìåð, â çàêðûòûõ êàëèáðàõ ïîÿâëÿåòñÿ äîïîëíèòåëüíûé ôàêòîð, óìåíüøàþùèé óøèÐèñ. 6.13. Çàêðûòûå (à) ðåíèå, êîòîðûé ìîæíî ó÷åñòü êîýôôèè îòêðûòûå (á) êàëèáðû öèåíòîì ñòåñíåíèÿ óøèðåíèÿ k 3 . Çàêðûòûìè íàçûâàþòñÿ òàêèå êàëèáðû, â êîòîðûõ áîêîâûå ñòåíêè ñêîíñòðóèðîâàíû òàê, ÷òîáû ñóùåñòâåííî ñäåðæèâàòü óøèðåíèå ïî âñåé âûñîòå ïðîôèëÿ. Íà ðèñ. 6.13, à ïðèâåäåíû çàêðûòûå, à íà ðèñ. 6.13, á àíàëîãè÷íûå îòêðûòûå êàëèáðû. Âèäíî, ÷òî áîêîâûå ñòåíêè çàêðûòûõ êàëèáðîâ íå ïîçâîëÿþò óøèðÿòüñÿ ìåòàëëó ïî âñåé âûñîòå, çà èñêëþ÷åíèåì óçêîãî ó÷àñòêà âáëèçè ðàçúåìà. Äëÿ ýòîãî ðàçúåì âûíåñåí ïðàêòè÷åñêè çà ïðåäåëû êàëèáðà. Òàêèì îáðàçîì, íàëè÷èå ðàçúåìà çà ïðåäåëàìè êàëèáðà ìîæåò ñëóæèòü ôîðìàëüíûì ïðèçíàêîì çàêðûòîñòè êàëèáðà. Íî îñíîâíûì ïðèçíàêîì (ïî îïðåäåëåíèþ) îñòàåòñÿ äîïîëíèòåëüíîå ñäåðæèâàíèå óøèðåíèÿ ñòåíêàìè êàëèáðà. Óøèðåíèå ìåòàëëà êîíòðîëèðóåòñÿ øèðèíîé êàëèáðà, ïîýòîìó ðàçìåðû ïðîôèëÿ ïîëó÷àþòñÿ òî÷íûìè.  çàêðûòîì êàëèáðå êîýôôèöèåíò k3 < 1, åñëè ñòåíêè êàëèáðà ñäåðæèâàþò óøèðåíèå. Åñëè øèðèíà ïîëîñû, ïîñòóïàþùåé â êàëèáð, òàêîâà, ÷òî ìåòàëë ïðè ïðîêàòêå íå äîõîäèò äî ñòåíîê, òî k3 = 1. Çàêðûòûå êàëèáðû øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ïðè ïðîêàòêå ñëîæíûõ ïðîôèëåé, êîãäà àíàëèç ôàêòîðîâ, îïðåäåëÿþùèõ óøèðåíèå, âîîáùå çàòðóäíåí. Êîíñòðóêöèåé êàëèáðà ìîæíî ñîçäàòü òðåáóåìîå óøèðåíèå.  îáùåì ñëó÷àå àíàëèç ôàêòîðîâ, âëèÿþùèõ íà óøèðåíèå, ïîëåçåí ïðè ïðîêàòêå êàê ïðîñòûõ, òàê è ñëîæíûõ ïðîôèëåé. Ïðèíöèïèàëüíî äëÿ ëþáîãî ïðîôèëÿ ìîæíî âûäåëèòü íàáîð ôàêòîðîâ, îòëè÷àþùèõ åãî äåôîðìàöèþ îò äåôîðìàöèè íà ãëàäêîé áî÷êå, è êàæäûé èç ôàêòîðîâ ó÷åñòü êîýôôèöèåíòîì ki. Äëÿ ïðîñòûõ êàëèáðîâ äîñòàòî÷íî êîýôôèöèåíòîâ k1 è k2, ïîýòîìó â ýòîì íàïðàâëåíèè òåîðèè ïðîêàòêè â êàëèáðàõ íàêîïëåíî ìíîãî ìàòåðèàëîâ. Äëÿ àíàëèçà äåôîðìàöèè áîëåå ñëîæíûõ ïðîôèëåé ýòîò ñïîñîá òàêæå ïðèìåíèì. Äëÿ ýòîãî ðàçáèâàþò ïðîôèëü ïî øèðèíå íà ïðîñòûå ó÷àñòêè è äëÿ êàæäîãî èç íèõ îöåíèâàþò çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ k1, k2 è k3. Åñëè òðåõ êîýôôèöèåíòîâ íåäîñòàòî÷íî, ìîæíî ââåñòè åùå äðóãèå, õîòÿ íåêîòîðûå àâòîðû ñ÷èòàþò, ÷òî â ýòîì íåò íåîáà)
140
á)
õîäèìîñòè.  ëþáîì ñëó÷àå î÷åâèäíî, ÷òî òàêîé ìåòîä ðàñ÷åòà äåôîðìàöèè â ñëîæíûõ êàëèáðàõ î÷åíü òðóäåí è ìîæåò áûòü èíîãäà ìàëîïåðñïåêòèâåí. Ýòè ðàññóæäåíèÿ èíòåðåñíû òîëüêî â òîì ñëó÷àå, êîãäà äëÿ ðàñ÷åòà óøèðå Äb ïðàâèëüíî ïîäîáðàíû ðàçìåðû ïðÿìîóãîëüíîé íèÿ íà ãëàäêîé áî÷êå Äh Ã.Á ïîëîñû. Á.Ï. Áàõòèíîâ ñ÷èòàåò, ÷òî äëÿ òàêèõ öåëåé ïðèãîäíà ïðèâåäåííàÿ ïîëîñà. Ïðèâåäåííîé íàçûâàåòñÿ òàêàÿ ïðÿìîóãîëüíàÿ ïîëîñà, øèðèíà è ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ êîòîðîé ðàâíû øèðèíå è ïëîùàäè ñå÷åíèÿ ôàñîííîé ïîëîñû. Âûñîòà ïðèâåäåííîé ïîëîñû âû÷èñëÿåòñÿ èç ýòèõ óñëîâèé:
bï = b; Fï = bï hï = F = γ bh; hï = F / b. Çäåñü êîýôôèöèåíò γ çàâèñèò îò ôîðìû ôàñîííîãî êàëèáðà. Äëÿ ðîìáè÷åñêîãî êàëèáðà, à òàêæå äëÿ êâàäðàòíîãî, óñòàíîâëåííîãî ïî äèàãîíàëè, γ = 0,5. (Ïëîùàäü ðîìáà ðàâíà ïîëóïðîèçâåäåíèþ äèàãîíàëåé.) Äëÿ ãåîìåòðè÷åñêè òî÷íîãî îâàëà γ = π / 4 = 0,78. Îäíàêî ãåîìåòðè÷åñêè òî÷íûõ îâàëîâ íà âàëêàõ íå íàðåçàþò, è îâàëüíûìè ñ÷èòàþò ñåðèþ êàëèáðîâ, ïî ôîðìå íàïîìèíàþùèõ îâàë. Î÷åíü ðàñïðîñòðàíåíû îäíîðàäèóñíûå îâàëüíûå êàëèáðû, êîòîðûå îáðàçîâàíû ðó÷üÿìè, íàðåçàííûìè êðóãëûìè ðåçöàìè ñ ðàäèóñîì R (ðèñ. 6.14, à).  ýòîì ñëó÷àå (ïðè çàçîðå S = 0) γ = 2/3 = 0,67. Ñ ðîñòîì çàçîðà ìåæäó âàëêàìè çíà÷åíèå γ óâåëè÷èâàåòñÿ. Ïðèìåíÿþòñÿ òàêæå äâóõðàäèóñíûå îâàëû (ðèñ. 6.14, á) è ðàçíîâèäíîñòè ïëîñêèõ îâàëîâ (ðèñ. 6.14, â, ã, ä). Äëÿ ðàçëè÷íûõ îâàëîâ 0,67 < γ < 0,75, õîòÿ äëÿ íåêîòîðûõ ïëîñêèõ îâàëîâ γ ìîæåò áûòü áîëüøå 0,75. Ïðèâåäåííàÿ ïîëîñà ïî Áàõòèíîâó íå íàøëà ñòîëü øèðîêîãî ïðèìåíåíèÿ â òåîðèè ÎÌÄ, êàê ñîîòâåòñòâåííàÿ ïîëîñà. À.Ô. Ãîëîâèí ïðåäëîæèë ñîîòâåòñòâåííóþ ïîëîñó, ó êîòîðîé ïëîùàäü è îòíîøåíèå îñåé òàêèå æå, êàê è ó ôàñîííîé: bc b è Fc= bchc = γbh. = hc h
Ðåøàÿ äâà óðàâíåíèÿ ñ äâóìÿ íåèçâåñòíûìè, íàõîäèì ðàçìåðû ñîîòâåòñòâåííîé ïîëîñû: à)
á)
ã)
â)
ä)
Ðèñ. 6.14. Îâàëüíûå êàëèáðû: à îäíîðàäèóñíûé; á äâóõðàäèóñíûé; â,ã,ä ïëîñêèå
141
à)
á)
Ðèñ. 6.15. Ðàçìåðû ôàñîííîé è ïðèâåäåííîé ïîëîñû (à) è ôàñîííîé è ñîîòâåòñòâåííîé ïîëîñû (á)
hc = h ã; bc = b ã . Íà ðèñ. 6.15 ïîêàçàíî, êàê ôàñîííàÿ ïîëîñà ïî ðàçìåðàì ñîîòíîñèòñÿ ñ ïðèâåäåííîé (ñì. ðèñ. 6.15, à) è ñîîòâåòñòâåííîé (ñì. ðèñ. 6.15, á) ïîëîñàìè. Äëÿ ðàñ÷åòà óøèðåíèÿ ïî ìåòîäó ïðèâåäåííîé èëè ñîîòâåòñòâåííîé ïîëîñû äàæå äëÿ ïðîñòîãî ïðîôèëÿ íåîáõîäèìî ïðîâåñòè ïðåäâàðèòåëüíûå ýêñïåðèìåíòû ïî îïðåäåëåíèþ êîýôôèöèåíòîâ k1 è k2. Èññëåäîâàíèåì êîýôôèöèåíòà k1 çàíèìàëèñü Í.Í. Ïàâëîâ è Â.Ñ. Ñìèðíîâ. Âëèÿíèå íà óøèðåíèå è âûòÿæêó íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè ïî øèðèíå èçó÷àëè Ï.È. Ïîëóõèí, Ì.Ñ. Ìóòüåâ è äðóãèå. Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî äàæå äëÿ ïðîñòûõ ïðîôèëåé äëÿ ðàñ÷åòà óøèðåíèÿ ñîîòâåòñòâåííóþ èëè ïðèâåäåííóþ ïîëîñó ïðèìåíÿòü íåöåëåñîîáðàçíî, òàê êàê îíà íå ó÷èòûâàåò ðÿäà ñóùåñòâåííûõ ôàêòîðîâ, âëèÿþùèõ íà óøèðåíèå. Íî ñàìûé ãëàâíûé íåäîñòàòîê ñîñòîèò â òîì, ÷òî äëÿ íàõîæäåíèÿ òðåáóåìûõ ïîïðàâî÷íûõ êîýôôèöèåíòîâ òðåáóåòñÿ îáðàáîòàòü áîëüøîå êîëè÷åñòâî ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ìàòåðèàëà. Ýòè æå ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ìîæíî îáðàáîòàòü ïðîùå, íå ïðèáåãàÿ ê ñîîòâåòñòâåííîé èëè ïðèâåäåííîé ïîëîñå, ñîñòàâèâ ýêñïåðèìåíòàëüíûå ôîðìóëû íåïîñðåäñòâåííî äëÿ êàæäîé ñèñòåìû êàëèáðîâ.  òåîðèè ïðîêàòêè øèðîêîå ïðèìåíåíèå ïîëó÷èëè ýêñïåðèìåíòàëüíûå ôîðìóëû, âûâåäåííûå íà áàçå ïðèâåäåííîé ïîëîñû. Ïðèâåäåì èõ áåç âûâîäà òîëüêî äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðè íåîáõîäèìîñòè ìîæíî áûëî èìè âîñïîëüçîâàòüñÿ. Ïðè ïðîêàòêå êâàäðàòíîé ïîëîñû â ðîìáè÷åñêîì êàëèáðå (ðèñ. 6.16, à) l Äb = 0, 2 + 0, 08 b cp
Äh .
Ïðè ïðîêàòêå ðîìáè÷åñêîé ïîëîñû â êâàäðàòíîì êàëèáðå (ðèñ. 6.16, á) l Äb = 0,2 + 0,12 b cp
b1 Äh . h0
Ïðè ïðîêàòêå êâàäðàòíîé ïîëîñû ñî ñòîðîíîé Ñ â îâàëüíîì êàëèáðå (ðèñ. 6.17, à) ∆b = 0, 4 (C − h1ïð )Rk 142
C − h1ïp C
.
à)
á)
Ðèñ. 6.16. Ðàçìåðû èñõîäíîé è êîíå÷íîé ïîëîñ ïðè ïðîêàòêå êâàäðàòà â ðîìáè÷åñêîì êàëèáðå (à) è ðîìáà â êâàäðàòíîì êàëèáðå (á)
Ïðè ïðîêàòêå îâàëüíîé ïîëîñû â êàëèáðå (ðèñ. 6.17, á) Äb = (0,3 ¼ 0,35) ÄhRk
Äh . h1ïp
Ïðè ïðîêàòêå ðåáðîâîãî îâàëà â îâàëüíîì êàëèáðå (ðèñ. 6.18, à) Äb = (0, 40 ¼ 0,50) ÄhRk
Äh . h1ïp
Ïðè ïðîêàòêå îâàëà â ðåáðîâîì îâàëüíîì êàëèáðå (ðèñ. 6.18, á) ∆b = (0, 25 ¼ 0,30) ÄhRk Äh . h1ïp
Âî âñåõ ðàññìàòðèâàåìûõ ôîðìóëàõ ïðèìåíåíà ìåòîäèêà ðàñ÷åòà ïàðàìåòðîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðèâåäåííîé ïîëîñû:
à)
á)
Ðèñ. 6.17. Ðàçìåðû ïîëîñ ïðè ïðîêàòêå êâàäðàòà â îâàëüíîì êàëèáðå (à) è îâàëà â êâàäðàòíîì êàëèáðå (á) 143
à)
á)
Ðèñ. 6.18. Ðàçìåðû ïîëîñ ïðè ïðîêàòêå ðåáðîâîãî îâàëà â îâàëüíîì êàëèáðå (à) è îâàëà â ðåáðîâîì îâàëüíîì êàëèáðå (á)
bcp = 0,5(b0 + b1); h0ïð = F0 / b0 ; h1ïð = F1 / b1; ∆h = h0ïp h1ïp; Dk = D h1ïp; Rk = R 0,5h1ïp; l = 0,5Äh ⋅ Dk . Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ðàñ÷åòà ôîðìîèçìåíåíèÿ ôàñîííîé ïîëîñû â êàëèáðå ñîîòâåòñòâåííóþ ïîëîñó íå ïðèìåíÿþò. Îäíàêî ñîîòâåòñòâåííàÿ ïîëîñà ïðî÷íî çàêðåïèëàñü â òåîðèè ïðîêàòêè â ïðîá) à) ñòûõ êàëèáðàõ. Îíà îêàçàëàñü íåçàìåíèìîé äëÿ ðàñ÷åòà óñèëèÿ è ìîìåíòà ïðîêàòêè. Óñèëèå ïðîêàòêè ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå Ð = ðñð F,
Ðèñ. 6.19. Ôîðìà êîíòàêòíîé ïëîùàäêè ïðè ïðîêàòêå êâàäðàòà â îâàëüíîì êàëèáðå (à) è ðîìáè÷åñêîé ïîëîñû â êâàäðàòíîì êàëèáðå (á) 144
ãäå F ïëîùàäü êîíòàêòíîé ïëîùàäêè ïðè ïðîêàòêå. Íà ãëàäêîé áî÷êå F = = lbcp, à ïðè ïðîêàòêå â êàëèáðå äëèíà äóãè çàõâàòà ïåðåìåííà ïî øèðèíå, è êîíòàêòíàÿ ïëîùàäêà èìååò ñëîæíóþ êîíôèãóðàöèþ, êàê íà ðèñ. 6.19. Ïðè ïðîêàòêå â íåêîòîðûõ êàëèáðàõ (êàê, íàïðèìåð, â ðàññìîòðåíîì âûøå îâàëüíîì) âîçìîæíà óòÿæêà ïðîôèëÿ, ÷òî óìåíüøàåò è èñêàæàåò ôîðìó êîíòàêòíîé ïëîùàäêè. Ìíîãèå àâòîðû, íàïðèìåð, Â.Ê. Ñìèðíîâ, âûâîäÿò ñëîæíûå ôîðìóëû äëÿ ðàñ÷åòà êîíòàêòíîé ïëîùàä-
êè äëÿ êàæäîãî âèäà ïðîêàòêè. Îäíàêî Â.Ñ. Ñìèðíîâ è Í.Í. Ïàâëîâ ïîêàçàëè, ÷òî íåïëîõèå ðåçóëüòàòû ïðè ðàñ÷åòå äàâëåíèÿ ïîëó÷àþòñÿ ïðè çàìåíå ôàêòè÷åñêîé êîíòàêòíîé ïëîùàäêè F íà êîíòàêòíóþ ïëîùàäêó, ðàññ÷èòàííóþ ïî ñîîòâåòñòâåííîé ïîëîñå Fñ. Êîíå÷íî, îíè íå âñåãäà ðàâíû, íî íåñîâïàäåíèå F è Fñ íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ äîïóñòèìîé òî÷íîñòè ðàñ÷åòà. Èòàê, äëÿ ðàñ÷åòà êîíòàêòíîé ïëîùàäêè íåîáõîäèìî íàéòè ñîîòâåòñòâåííûå ðàçìåðû ïîëîñû äî ïðîêàòêè h0c, b0c è ïîñëå ïðîêàòêè h1c, b1c, çàòåì ïî ñîîòâåòñòâåííîé ïîëîñå ðàññ÷èòàòü: îáæàòèå ∆hc = h0c h1c; äëèíó äóãè çàõâàòà lc = 0,5Äh ⋅ D ; êîíòàêòíóþ ïëîùàäêó Fc = 0,5(b0c + b1c)lc = F. Åùå áîëåå íå÷óâñòâèòåëüíîé âåëè÷èíîé ê ôîðìå ïîëîñû îêàçûâàåòñÿ ñðåäíåå äàâëåíèå íà âàëêè ðñð. Äëÿ åãî ðàñ÷åòà âàæíî, ÷òîáû îáúåìû è ñîîòíîøåíèÿ ñðåäíèõ ðàçìåðîâ î÷àãîâ äåôîðìàöèè äëÿ ôàñîííîé è ïðÿìîóãîëüíîé ïîëîñ áûëè ðàâíûìè. Èìåííî òàêèì òðåáîâàíèÿì íàèëó÷øèì îáðàçîì îòâå÷àåò ñîîòâåòñòâåííàÿ ïîëîñà. Ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè, ÷òî ïðè ïðîêàòêå ñîîòâåòñòâåííîé ïîëîñû íà ãëàäêîé áî÷êå è ôàñîííîé ïîëîñû â êàëèáðå ñèëû ïðîêàòêè ïðèìåðíî îäèíàêîâû. Äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè è ñèëó ïðîêàòêè óäîáíî âû÷èñëÿòü ïî ñîîòâåòñòâåííîé ïîëîñå. Àíàëîãè÷íî, ñðåäíþþ òåìïåðàòóðó ìåòàëëà è ðàáîòó äåôîðìàöèè, çàâèñÿùèå îò óñðåäíåííûõ õàðàêòåðèñòèê î÷àãà äåôîðìàöèè, òàêæå ìîæíî ðàññ÷èòàòü ïî ñîîòâåòñòâåííîé ïîëîñå. Ïðè âû÷èñëåíèè êàòàþùåãî äèàìåòðà êàëèáðà òàêæå ïðèìåíÿþò åå: Dê = D0 hc. Ðàññòîÿíèå ìåæäó öåíòðàìè âàëêîâ D0 áûëî ïîêàçàíî ðàíåå (ñì. ðèñ. 6.1). Âïðî÷åì, ïðè ðàñ÷åòàõ êàòàþùåãî äèàìåòðà íåïëîõèå ðåçóëüòàòû ïîëó÷àþòñÿ òàêæå ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðèâåäåííîé ïîëîñû. 6.5. Ñèñòåìû êàëèáðîâ Ïðè ïðîêàòêå ïðîñòûõ ñîðòîâûõ ïðîôèëåé ïðîñòûå êàëèáðû îáúåäèíÿþò â ñèñòåìû, êîòîðûå ïîçâîëÿþò îáåñïå÷èòü íåîáõîäèìûå óñëîâèÿ äåôîðìàöèè ìåòàëëà, ïîëó÷èòü òðåáóåìûå ðàçìåðû ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïðîôèëÿ ñ çàäàííîé òî÷íîñòüþ, à òàêæå îáåñïå÷èòü êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ïðîêàòà. Â.Ê. Ñìèðíîâ âûäåëèë äåñÿòü ðàçëè÷íûõ ñèñòåì êàëèáðîâ, ïðèìåíÿåìûõ ïðè ïðîêàòêå ïðîñòûõ ïðîôèëåé. Êàæäàÿ èç ñèñòåì èìååò ñâîè ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè, ÷òî ïðåäîïðåäåëÿåò îáëàñòü åå ïðèìåíåíèÿ. Ìû íåñêîëüêî óêðóïíèì êëàññèôèêàöèþ è âûäåëèì òîëüêî ïðèíöèïèàëüíî îòëè÷íûå ÷åòûðå ñèñòåìû. 6.5.1. Ñèñòåìà ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ Íà ðèñ. 6.20 ïðåäñòàâëåíà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðîêàòêè â ÿùè÷íûõ êàëèáðàõ.  ïåðâûé ïðÿìîóãîëüíûé êàëèáð çàäàåòñÿ êâàäðàòíàÿ ïîëîñà (ïîêàçàíà òîíêèìè ëèíèÿìè). Ïîñëå ïðîêàòêè ïîëîñà êàíòóåòñÿ íà 90° è çàäàåòñÿ âî âòîðîé êàëèáð 145
Ðèñ. 6.20. Ñèñòåìà ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ
ïðèìåðíî êâàäðàòíîé ôîðìû. Ïðîêàòêà â ñëåäóþùåé ïàðå êàëèáðîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî òîé æå ñõåìå.  îáùåì ñëó÷àå ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî â êàæäîì íå÷åòíîì êàëèáðå îòíîøåíèå îñåé êàëèáðà (øèðèíà Â, âûñîòà H) çíà÷èòåëüíî áîëüøå åäèíèöû, ïîýòîìó íå÷åòíûå êàëèáðû íàçûâàþòñÿ íåðàâíîîñíûìè. Ñîîòâåòñòâåííî, âñå ÷åòíûå êàëèáðû ñ îòíîøåíèåì îñåé, ðàâíûì èëè áëèçêèì ê åäèíèöå ÿâëÿþòñÿ ðàâíîîñíûìè. Ñèñòåìà êàëèáðîâ ðàñïàäàåòñÿ íà îòäåëüíûå ïàðû êàëèáðîâ: ïåðâûé èç íèõ íåðàâíîîñíûé, â êîòîðûé çàäàåòñÿ ðàâíîîñíàÿ ïîëîñà, à âòîðîé ðàâíîîñíûé, â êîòîðîì ïðîêàòûâàåòñÿ íåðàâíîîñíàÿ ïîëîñà. Ïðîêàòêà â ÿùè÷íûõ êàëèáðàõ èìååò ðÿä ïðåèìóùåñòâ ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè ñèñòåìàìè. Ïî øèðèíå ïîëîñû äåôîðìàöèÿ ðàâíîìåðíà. Òîëüêî íà î÷åíü óçêèõ êðàéíèõ ó÷àñòêàõ, ïðîêàòûâàåìûõ ñòåíêàìè êàëèáðà, äåôîðìàöèÿ âûøå ñðåäíåé.  äðóãèõ êàëèáðàõ, êàê ìû óáåäèìñÿ äàëåå, äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà ïî øèðèíå íå ñòîëü ðàâíîìåðíà. Ýòî âàæíîå ïðåèìóùåñòâî ñèñòåìû ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ, ïîñêîëüêó íå âîçíèêàåò âûíóæäåííîãî óøèðåíèÿ è óòÿæêè ïîëîñû. Äðóãîå ïðåèìóùåñòâî ñèñòåìû ñîñòîèò â òîì, ÷òî áîêîâûå ñòåíêè êàëèáðà ïðàêòè÷åñêè íå ïðåïÿòñòâóþò óäàëåíèþ îêàëèíû ñ áîêîâûõ ãðàíåé ìåòàëëà.  äðóãèõ êàëèáðàõ áîêîâûå ñòåíêè ðàáîòàþò èíòåíñèâíåå, ïîýòîìó îêàëèíà âäàâëèâàåòñÿ â ïîâåðõíîñòü ïîëîñû. Íà âñåõ ñòàíàõ ïîñëå íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé ðåêîìåíäóþò îáÿçàòåëüíî óñòàíàâëèâàòü 26 ÿùè÷íûõ êàëèáðà äëÿ ñâîáîäíîãî óäàëåíèÿ ïå÷íîé îêàëèíû ñ ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà, çà ÿùè÷íûìè ìîãóò ñëåäîâàòü äðóãèå êàëèáðû. Âàæíî òàêæå, ÷òî â ÿùè÷íûõ êàëèáðàõ çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ çàçîðà ìåæäó âàëêàìè ìîæíî ëåãêî èçìåíÿòü ðàçìåðû ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû, íå èñêàæàÿ åå ôîðìû. ßùè÷íûå êàëèáðû èìåþò ñðàâíèòåëüíî íåãëóáîêèé âðåç ðó÷üåâ â âàëêè è çàêðóãëåííûå ñòåíêè ïðè ïåðåõîäå êî äíó, ÷òî îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ ñòîéêîñòü âàëêîâ ê èçãèáíûì íàïðÿæåíèÿì ïðè ïðîêàòêå. Ê íåäîñòàòêàì ÿùè÷íîé ñèñòåìû êàëèáðîâ îòíîñèòñÿ íåâîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ òî÷íîãî êâàäðàòà èç-çà íàëè÷èÿ âûïóñêà è çàêðóãëåíèé â óãëàõ êàëèáðà. Ñèñòåìà èìååò íåâûñîêóþ âûòÿæíóþ ñïîñîáíîñòü â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî îáæàòèå
Ðèñ. 6.21. Ñèñòåìà ãëàäêàÿ áî÷êàÿùè÷íûé êàëèáð 146
ìåòàëëà ïðîòåêàåò ïðàêòè÷åñêè òîëüêî ïî âûñîòå, à áîêîâûå ãðàíè ïîëîñû èìåþò òåíäåíöèþ ê çíà÷èòåëüíîìó óøèðåíèþ. Ñèñòåìó ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ ïðèìåíÿþò íà îáæèìíûõ è çàãîòîâî÷íûõ ñòàíàõ, íà êðóïíîñîðòíûõ ñòàíàõ, à òàêæå â ïåðâûõ (÷åðíîâûõ) ïðîïóñêàõ äðóãèõ ñîðòîâûõ ñòàíîâ (ïîñëå ïå÷è). Ñèñòåìà ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ èìååò ìíîãî ðàçíîâèäíîñòåé, îäíà èç êîòîðûõ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 6.21. ÍåÐèñ. 6.22. Ïîòåðÿ ðàâíîîñíûå êàëèáðû çäåñü çàìåíåíû ãëàäêîé áî÷êîé, óñòîé÷èâîñòè ïîëîñû ÷òî îáåñïå÷èâàåò áîëüøóþ ïðî÷íîñòü è ñíèæåíèå ðàñïðè ïðîêàòêå íà õîäà âàëêîâ, îòïàäàåò íåîáõîäèìîñòü ðàñòà÷èâàòü êàãëàäêîé áî÷êå ëèáðû íà âàëêàõ, ïîÿâëÿþòñÿ áîëüøèå âîçìîæíîñòè âàðüèðîâàíèÿ ðàçìåðîâ ïîëîñû çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ çàçîðà ìåæäó âàëêàìè. Îäíàêî íà ãëàäêîé áî÷êå âûòÿæêà ïðîèñõîäèò ìåíåå èíòåíñèâíî, ÷åì â êàëèáðå. Ïîëîñà òåðÿåò óñòîé÷èâîñòü è ñâàëèâàåòñÿ (ðèñ. 6.22) óæå ïðè îòíîøåíèè h/b > 1,51,7, òîãäà êàê â êàëèáðàõ ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè âîçìîæíà ïðè îòíîøåíèè h/b > 2,02,2. Ïðîêàòêó íà ãëàäêèõ âàëêàõ âî âñåõ ïðîïóñêàõ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ðàçíîâèäíîñòü ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìû. 6.5.2. Ñèñòåìà ðîìáêâàäðàò  ýòîé ñèñòåìå (ðèñ. 6.23) íå÷åòíûé íåðàâíîîñíûé êàëèáð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðîìá ñ îòíîøåíèåì îñåé îò 1,2 äî 2,2, âðåçàííûé â âàëêè ïî äèàãîíàëè.  íåãî çàäàåòñÿ êâàäðàòíàÿ ïîëîñà òàêæå ïî äèàãîíàëè. Ïîñëå ïðîêàòêè ïîëîñà êàíòóåòñÿ íà 90° è çàäàåòñÿ â êâàäðàòíûé (÷åòíûé ðàâíîîñíûé) êàëèáð, âðåçàííûé òàêæå ïî äèàãîíàëè. Ðàçíîâèäíîñòüþ ýòîé ñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ ñèñòåìà ðîìá ðîìá, â êîòîðîé ÷åòíûé êàëèáð èìååò òàêæå ðîìáè÷åñêóþ ôîðìó ñ î÷åíü íåáîëüøèì îòíîøåíèåì îñåé (äî 1,2). Íî òàêàÿ ñèñòåìà îáåñïå÷èâàåò íèçêóþ âûòÿæêó ìåòàëëà, ìàëîïðîèçâîäèòåëüíà, ïîýòîìó ðåäêî ïðèìåíÿåòñÿ è ñîõðàíèëàñü â îñíîâíîì íà ñòàðûõ ñòàíàõ äëÿ ïðîêàòêè ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè. Ñèñòåìà ðîìáêâàäðàò èìååò ìíîãî ïðåèìóùåñòâ. Îíà áîëåå ïðîèçâîäèòåëüíà, ÷åì ÿùè÷íàÿ ñèñòåìà, òàê êàê ìåòàëë èíòåíñèâíî äåôîðìèðóåòñÿ îäíîâðåìåííî ïî âñåì ÷åòûðåì ãðàíÿì. Âûòÿæêà ïðè ýòîì áîëüøå, à óøèðåíèå ìåíüøå.  êàæäîì ÷åòíîì êàëèáðå ïîëó÷àåòñÿ ãåîìåòðè÷åñêè òî÷íûé êâàäðàò. Ðàçìåðû ïîëîñ â êàëèáðàõ â êàêèõ-òî ïðåäåëàõ òàêæå ìîæíî âàðüèðîâàòü çà
Ðèñ. 6.23. Ñèñòåìà êàëèáðîâ ðîìáêâàäðàò 147
ñ÷åò èçìåíåíèÿ çàçîðà ìåæäó âàëêàìè. Áîëüøîé íàáîð êâàäðàòíûõ êàëèáðîâ ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü íåñêîëüêî ãîòîâûõ êâàäðàòíûõ ïðîôèëåé. Ê ïðåèìóùåñòâàì ñèñòåìû ñëåäóåò îòíåñòè òàêæå âûñîêóþ óñòîé÷èâîñòü ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå êàê â ðîìáè÷åñêîì, òàê è â êâàäðàòíîì êàëèáðå. Îñîáî ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå îòíîñèòåëüíîãî îáæàòèÿ ∆hi / hi ïî øèðèíå ïîëîñû ïî÷òè ðàâíîìåðíî, ÷òî äîêàçûâàåòñÿ ãðàôè÷åñêèì àíàëèçîì (ðèñ. 6.24). Âàæíî, ÷òî íà âñåõ ñîâðåìåííûõ âûñîêîñêîðîñòíûõ ìåëêîñîðòíûõ è ñðåäíåñîðòíûõ ñòàíàõ, èìåþùèõ ÷åðåäóþùèåñÿ êëåòè ñ ãîðèçîíòàëüíûìè è âåðòèêàëüíûìè âàëêàìè, ïðè Ðèñ. 6.24. Ðàñïðåäåëåíèå îáæàòèé èñïîëüçîâàíèè ýòîé ñèñòåìû êàíòîâêà ïîïî øèðèíå ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå ëîñû íà 90° êàê îòäåëüíàÿ òåõíîëîãè÷åêâàäðàòà â ðîìáè÷åñêîì êàëèáðå ñêàÿ îïåðàöèÿ îòñóòñòâóåò. Îñíîâíûå íåäîñòàòêè ñèñòåìû âûòåêàþò èç ãåîìåòðèè êàëèáðîâ. Èìåÿ ãëóáîêèé âðåç è îñòðûé óãîë ïî äíó ðó÷üÿ, âàëêè ìîãóò ñëîìàòüñÿ ïî äíó êàëèáðà. Êðóïíûå êâàäðàòû ïðîêàòûâàòü â òàêîé ñèñòåìå îïàñíî. Êâàäðàòû ñî ñòîðîíîé áîëüøå 120150 ìì ïðîêàòûâàþòñÿ òîëüêî â ÿùè÷íûõ êàëèáðàõ. Êðîìå òîãî, ïðè ïðîêàòêå ïî ñèñòåìå ðîìáêâàäðàò óãëû ïîëîñû âñåãäà ðàñïîëàãàþòñÿ â óãëàõ âñåõ ïîñëåäóþùèõ êàëèáðîâ. Çà íåñêîëüêî ïðîïóñêîâ ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå âîçíèêàåò ñóùåñòâåííàÿ ðàçíèöà â òåìïåðàòóðå óãëîâ è ñåðåäèíû ïðîôèëÿ, ÷òî âåäåò ê ïîÿâëåíèþ âíóòðåííèõ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé, íåðàâíîìåðíîñòè ñòðóêòóðû è ñâîéñòâ ìåòàëëà, èñêàæåíèþ ïðîôèëÿ â ïðîöåññå îñòûâàíèÿ. 6.5.3. Ñèñòåìà îâàëêâàäðàò Íà ðèñ. 6.25 ïðèâåäåíû êàëèáðû óêàçàííîé ñèñòåìû.  ïåðâûé îâàëüíûé (íåðàâíîîñíûé) êàëèáð çàäàåòñÿ êâàäðàòíàÿ (ðàâíîîñíàÿ) ïîëîñà. Ïîñëå ïðîêàòêè ïîëó÷åííàÿ îâàëüíàÿ ïîëîñà êàíòóåòñÿ íà 90° è çàäàåòñÿ â êâàäðàòíûé êàëèáð äèàãîíàëüíîãî ðàñïîëîæåíèÿ, êîòîðûé êëàññèôèöèðóåòñÿ êàê ðàâíîîñíûé. Äëÿ ïðîêàòêè â ñëåäóþùåì îâàëüíîì êàëèáðå ïîëó÷åííûé êâàäðàò ñëåäóåò ñêàíòîâàòü íà 45°. Âèäíî, ÷òî ïðîêàòêà ïî òàêîé ñèñòåìå òðåáóåò êàíòîâêè ïîëîñû ïîñëå êàæäîãî ïðîïóñêà íà 90° ïîñëå íåðàâíîîñíîãî è íà 45° ïîñëå ðàâíîîñíîãî, ÷òî ÿâëÿåòñÿ íåäîñòàòêîì ïî ñðàâíåíèþ ñ ñèñòåìîé ðîìáêâàäðàò. Ïðè÷åì íà ñòàíàõ ñ ÷åðåäóþùèìèñÿ ãîðèçîíòàëüíûìè è âåðòèêàëüíûìè âàëêàìè êàíòîâêè ñîõðàíÿþòñÿ. Ïî ñðàâíåíèþ ñ ñèñòåìàìè ðîìáêâàäðàò è ÿùè÷íîé ñèñòåìà îâàëêâàäðàò èìååò äâà ñóùåñòâåííûõ ïðåèìóùåñòâà. Âî-ïåðâûõ, îíà áîëåå ïðîèçâîäèòåëüíà, òàê êàê çà ïàðó ïðîïóñêîâ (â íå÷åòíîì íåðàâíîîñíîì è ÷åòíîì ðàâíîîñíîì) îáåñïå÷èâàåò áîëåå âûñîêóþ âûòÿæêó. Ïî ñðàâíåíèþ ñî âñåìè äðóãèìè 148
Ðèñ. 6.25. Ñèñòåìà êàëèáðîâ îâàëêâàäðàò
ýòà ñèñòåìà êàëèáðîâ ñàìàÿ âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíàÿ, ïîýòîìó ïðèìåíÿåòñÿ òîãäà, êîãäà òðåáóåòñÿ ïîëó÷èòü áîëüøóþ ñóììàðíóþ âûòÿæêó, íàïðèìåð, íà ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ, ïðîêàòûâàþùèõ èç èñõîäíîãî êâàäðàòà ñî ñòîðîíîé 100 èëè 80 ìì êàòàíêó äèàìåòðîì 6,3 èëè 5,5 ìì.  ýòîì ñëó÷àå íå òîëüêî ñîêðàùàåòñÿ êîëè÷åñòâî òðåáóåìûõ êëåòåé, íî è óìåíüøàåòñÿ ïåðåïàä òåìïåðàòóð îò íà÷àëà äî êîíöà ïðîêàòêè, ñòàáèëèçèðóþòñÿ ïàðàìåòðû êà÷åñòâà è ïð. Âî-âòîðûõ, êàê âèäíî, â ïðîöåññå ïðîêàòêè èäåò ñìåíà óãëîâ ïðîôèëÿ.  îâàëüíîì êàëèáðå ñóùåñòâóþùèå óãëû êâàäðàòà ñìèíàþòñÿ, è íîâûå óãëû ôîðìèðóþòñÿ â íîâîì ìåñòå. Òåìïåðàòóðà ìåòàëëà ïî ñå÷åíèþ ïîëîñû áîëåå ðàâíîìåðíà, ÷åì ïðè ïðîêàòêå ïî ñèñòåìå ðîìáêâàäðàò, ìåíüøå îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé, ìåíüøå èñêàæåíèé ïðîôèëÿ. Ýòî òàêæå ñïîñîáñòâóåò ñîõðàíåíèþ òåìïåðàòóðû ïîëîñû ê êîíöó ïðîêàòêè. Òåì íå ìåíåå ñèñòåìà îâàëêâàäðàò ïðèìåíÿåòñÿ íå ñòîëü øèðîêî. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ïðè ïðîêàòêå ïî ýòîé ñèñòåìå êàëèáðîâ òðóäíî îáåñïå÷èòü âûñîêîå êà÷åñòâî ïðîêàòà. Äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà ïî øèðèíå ïîëîñû íåðàâíîìåðíà, îñîáåííî ïðè ïðîêàòêå êâàäðàòà â îâàëå. Íà ðèñ. 6.26, à ïðèâåäåí ãðàôèê ðàñïðåäåëåíèÿ îáæàòèÿ ïî øèðèíå â îâàëüíîì êàëèáðå. Îáæàòèÿ âáëèçè êðîìîê áîëåå âûñîêèå, ÷åì â ñðåäíåé ÷àñòè ïî øèðèíå, ÷òî ñâÿçàíî ñ à) á) óòÿæêîé ñåðåäèíû è âûíóæäåííûì óøèðåíèåì ïðîôèëÿ. Îâàëüíûé êàëèáð áûñòðî èçíàøèâàåòñÿ â ìåñòàõ ñîïðèêîñíîâåíèÿ ñ óãëàìè çàäàâàåìîé â íåãî êâàäðàòíîé ïîëîñû, ÷òî ïðèâîäèò ê èñêàæåíèþ ðàçìåðîâ îâàëüíîé, à çàòåì è êâàäðàòíîé ïîëîñû. Ïðè ïðîêàòêå îâàëà â êâàäðàòíîì êàëèáðå îáæàòèÿ (ðèñ. 6.26, á) òàêæå íåðàâíîìåðíû. Ýòî ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ ñêëàäîê â óãëàõ êâàäðàòíîé ïîëîñû, êîòîðûå ïðè ïîñëåäóþùåé ïðîêàòêå çàêàòûâàþòñÿ, îáÐèñ. 6.26. Ãðàôè÷åñêèé àíàëèç ðàñïðåäåëåíèÿ îáæàòèÿ ïî øèðèíå ðàçóÿ äåôåêòû (òðåùèíû èëè çàêàòû) îâàëüíîãî (à) è êâàäðàòíîãî (á) êàëèáðîâ íà ãîòîâîì ïðîôèëå. 149
 ñèñòåìå îâàëêâàäðàò âûòÿæêà â îâàëüíîì êàëèáðå âñåãäà áîëüøå, ÷åì â êâàäðàòíîì. Ýòî ïðèâîäèò ê íåðàâíîìåðíîé çàãðóçêå îáîðóäîâàíèÿ, íåðàâíîìåðíîé âûã) á) ðàáîòêå îâàëüíûõ è êâàäðàòíûõ êàëèáðîâ, ÷òî òàêæå âëèÿåò íà êà÷åñòâî ïðîêàòà. Ãëàâíûì íåäîñòàòêîì ñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ ñêëîííîñòü ïîëîñû ê ñâàëèâàíèþ â êàëèáðàõ. Ïðåäñòàâèì, Ðèñ. 6.27. Ñõåìà èñêàæåíèÿ ðàçìåðîâ ïðîôèëÿ ÷òî ïðîèçîøëî íåïîëíîå çàïîëíåíèå êâàäðàòíîãî êàëèáðà, êàê ïîïðè ïðîêàòêå ïî ñèñòåìå îâàëêâàäðàò êàçàíî íà ðèñ. 6.27, à. Êâàäðàòíàÿ ïîëîñà ñ èñêàæåííûìè óãëàìè äàëåå ïîïàäàåò â îâàëüíûé êàëèáð è, åñòåñòâåííî, ïðè çàõâàòå ñêðó÷èâàåòñÿ (ðèñ. 6.27, á). Ïîëó÷åííûé îâàë áóäåò èñêàæåííûì (ðèñ. 6.27, â). Ïðè ïðîêàòêå â ñëåäóþùåì êâàäðàòíîì êàëèáðå (ðèñ. 6.27, ã) îâàë ñâàëèâàåòñÿ, ðàçìåðû åãî èñêàæàþòñÿ. Ýòè èñêàæåíèÿ íàêàïëèâàþòñÿ ïðè ïåðåõîäå îò îäíîé ïàðû êàëèáðîâ ê ñëåäóþùåé.  öåëîì òî÷íîñòü è êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ãîòîâîãî ïðîôèëÿ áóäóò íåâûñîêèìè. Ïðè áîëüøèõ îòíîøåíèÿõ îñåé îâàëüíîé ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå â îâàëüíîì êàëèáðå ïðîèñõîäèò ñâàëèâàíèå äàæå ïðè èäåàëüíîì çàïîëíåíèè âñåõ êàëèáðîâ, ïîñêîëüêó ïðîâîäêè, óäåðæèâàþùèå ïîëîñó â âåðòèêàëüíîì ïîëîæåíèè, íå ìîãóò áûòü î÷åíü òåñíûìè. Òàêèì îáðàçîì, çà ñ÷åò òî÷íîñòè ðàñ÷åòîâ è ïðàâèëüíîñòè íàñòðîéêè êàëèáðîâ ñòàíà èñïðàâèòü ýòîò íåäîñòàòîê íå óäàåòñÿ. Ñèñòåìà îâàëêâàäðàò èìååò ìíîãî ðàçíîâèäíîñòåé. Âñå îíè îòëè÷àþòñÿ êîíñòðóêöèåé îâàëüíîãî êàëèáðà. Ðàíåå óêàçûâàëîñü, ÷òî îâàëû ïðèìåíÿþòñÿ îäíîðàäèóñíûå, äâóõðàäèóñíûå è ïëîñêèå (ñì. ðèñ. 6.14). Ïëîñêèé îâàë îáåñïå÷èâàåò áîëåå ðàâíîìåðíóþ äåôîðìàöèþ êâàäðàòíîé ïîëîñû ïî øèðèíå, ìåíüøèé èçíîñ îâàëüíîãî êàëèáðà. Îäíàêî âûòÿæíàÿ ñïîñîáíîñòü â íåì íèæå, ÷åì â îâàëàõ èíîé êîíñòðóêöèè, ïîýòîìó òàêîé îâàë ÷àùå âñåãî ïðèìåíÿåòñÿ ïðè ïðîêàòêå êðóïíûõ êðóãîâ. Â.Ê. Ñìèðíîâ âûäåëÿåò â ñàìîñòîÿòåëüíóþ ñèñòåìó êàëèáðîâ øåñòèãðàííèêêâàäðàò (ðèñ. 6.28). Íî øåñòèãðàííûé êàëèáð ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê îâàëüíûé êàëèáð ñ ïëîñêèìè ãðàíÿìè. Ïðèìåíåíèå øåñòèãðàííûõ êàëèáðîâ âìåñòî îâàëüíûõ ïîçâîëÿåò óñòðàíèòü áîëüøèíñòâî íåäîñòàòêîâ ñèñòåìû îâàë êâàäðàò.  øåñòèãðàííîì êàëèáðå îáæàòèÿ áîëåå ðàâíîìåðíû ïî øèðèíå, ÷åì â à)
â)
Ðèñ. 6.28. Ñèñòåìà êàëèáðîâ øåñòèãðàííèêêâàäðàò 150
îâàëüíîì; âûòÿæêè â íåì ïðèìåðíî ðàâíû âûòÿæêå â êâàäðàòíîì êàëèáðå, ÷òî áëàãîïðèÿòíî âëèÿåò íà çàãðóçêó îáîðóäîâàíèÿ è êà÷åñòâî ïðîêàòà. Ïîëîæåíèå ïðîêàòà â øåñòèãðàííîì è êâàäðàòíîì êàëèáðàõ óñòîé÷èâîå, êîíñòðóêöèÿ ïðîâîäêîâîé àðìàòóðû, óäåðæèâàþùåé øåñòèãðàííèê â êâàäðàòíîì êàëèáðå, ïðîùå, ÷åì äëÿ îâàëà. Óêàçàííûå ïðåèìóùåñòâà îáåñïå÷èâàþò âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ øåñòèãðàííûõ êàëèáðîâ íå òîëüêî íà ìåëêèõ ñòàíàõ (ïðîâîëî÷íûõ è ìåëêîñîðòíûõ), íî è íà ñðåäíåñîðòíûõ è äàæå êðóïíîñîðòíûõ. Ñëåäóåò ëèøü îòìåòèòü, ÷òî â îáùåì ñëó÷àå âûòÿæíàÿ ñïîñîáíîñòü ñèñòåìû ñ ïðèìåíåíèåì øåñòèãðàííûõ êàëèáðîâ íèæå, ÷åì ñ îäíîðàäèóñíûìè îâàëüíûìè êàëèáðàìè, äîïóñêàþùèìè áîëüøîå îòíîøåíèå îñåé. Îäíàêî â ñèñòåìå øåñòèãðàííèê êâàäðàò âîçìîæíî èñïðàâèòü ýòîò íåäîñòàòîê. 6.5.4. Ñèñòåìà îâàëðåáðîâîé îâàë Ïåðâûé (íåðàâíîîñíûé) êàëèáð âûïîëíåí îáû÷íî â âèäå îäíîðàäèóñíîãî îâàëà, à âòîðîé (ðàâíîîñíûé) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îâàë, ó êîòîðîãî âåðòèêàëüíàÿ îñü â 1,01,2 ðàçà áîëüøå ãîðèçîíòàëüíîé (ðèñ. 6.29, à). Íà ðèñ. 6.29, á ïðåäñòàâëåíà êîíñòðóêöèÿ ðåáðîâîãî îâàëà. Ïðè ïåðåäà÷å ïîëîñû â î÷åðåäíîé êàëèáð ïîëîñà äîëæíà êàíòîâàòüñÿ íà 90°. Íî íà íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ â êëåòÿõ ñ ÷åðåäóþùèìèñÿ âåðòèêàëüíûìè è ãîðèçîíòàëüíûìè âàëêàìè ïðîêàòêà ïî ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìå íå òðåáóåò êàíòîâîê. Ïðè ýòîì ïîëîñà íå ñêðó÷èâàåòñÿ ïðè ïðîêàòêå, óëó÷øàåòñÿ êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ïðîêàòà. Êðîìå òîãî, â äàííîé ñèñòåìå íåò êàëèáðîâ ñ óãëàìè, ïîýòîìó òåìïåðàòóðà ìåòàëëà ðàâíîìåðíåå ïî ñå÷åíèþ ïîëîñû, ÷åì â äðóãèõ ñèñòåìàõ. Âûñîòíàÿ äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà ïî øèðèíå ïîëîñû ðàâíîìåðíà ïðè ïðîêàòêå êàê ðåáðîâîé îâàëüíîé ïîëîñû â îâàëüíîì êàëèáðå, òàê è íåðàâíîîñíîé îâàëüíîé ïîëîñû â ðåáðîâîì êàëèáðå. Ýòî ñïîñîáñòâóåò ïîëó÷åíèþ ïðîêàòà âûñîêîãî êà÷åñòâà. Íàêîíåö ïðîêàòêà ïî ñèñòåìå îâàëðåáðîâîé îâàë ìàëî÷óâñòâèòåëüíà ê ïîëîæåíèþ ïîëîñû â êàëèáðàõ. Åñëè ïîëîñà íåìíîãî ñâàëèâàåòñÿ â êàëèáðå, òî ðàçìåðû ïîëó÷åííîãî ïðîêàòà ïðàêòè÷åñêè îêàçûâàþòñÿ òàêèìè æå, êàê è ïðè èäåàëüíîì åå ïîëîæåíèè â êàëèáðå. Ñèñòåìà îâàëðåáðîâîé îâàë øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ ïðàêòè÷åñêè íà âñåõ ñòàíàõ, îñîáåííî äëÿ ïðîèçâîäñòâà êðóãëûõ è øåñòèãðàííûõ ïðîôèëåé äèàìåòðîì äî 50 ìì. Îíà èìååò òîëüêî îäèí íåäîñòàòîê: âûòÿæíàÿ ñïîñîáíîñòü ñèñòåìû íàèìåíüøàÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè ïðèâåäåííûìè ñèñòåìàìè. Ïðè áîëüøèõ ñóììàðíûõ âûòÿæêàõ ìåòàëëà (íàïðèìåð, íà ïðîâîëî÷íûõ è ìåëêîñîðòíûõ ñòàíàõ) êîëè÷åñòâî êëåòåé ñòàíà ìîæåò îêàçàòüñÿ íåäîñòàòî÷íûì, è ìû áóäåì âûíóæäåíû ïðèìåíèòü áîëåå ïðîèçâîäèòåëüíóþ ñèñòåìó îâàëêâàäðàò. Ýòîìó ñïîñîáñòâóåò è òî, ÷òî ïðè ïðîêàòêå ìåëêèõ ïðîôèëåé íåäîñòàòêè ñèñòåìû êàëèáðîâ îâàëêâàäðàò ñãëàæèâàþòñÿ. Ðàçíîâèäíîñòüþ ñèñòåìû îâàëðåáðîâîé îâàë ÿâëÿåòñÿ ñèñòåìà îâàëêðóã, êîãäà ðåáðîâîé îâàëüíûé êàëèáð èìååò îòíîøåíèå îñåé, ðàâíîå åäèíèöå (ðèñ. 6.30). Ñ ýòèõ ïîçèöèé åå ìîæíî íå âûäåëÿòü â ñàìîñòîÿòåëüíóþ ñèñòåìó, îäíàêî Á.Ï. Áàõòèíîâ è Â.Ê. Ñìèðíîâ ñ÷èòàþò, ÷òî îíà èìååò äîñòàòî÷íî ìíîãî îñîáåííîñòåé, ïîçâîëÿþùèõ ðàññìàòðèâàòü åå îòäåëüíî. Ïðåæäå âñåãî ïî ýòîé ñèñòåìå èç êàæäîãî ÷åòíîãî êàëèáðà ìîæíî ïîëó÷àòü ãîòîâóþ ïðîäóêöèþ êðóãëûé ïðîêàò, ÷òî ïîçâîëÿåò ñîêðàòèòü ïàðê âàëêîâ, óìåíüøèòü êîëè÷åñòâî 151
à)
á)
Ðèñ. 6.29. Ñèñòåìà êàëèáðîâ îâàëðåáðîâîé îâàë
ïåðåâàëîê ïðè ïåðåõîäå ñ îäíîãî ïðîôèëÿ íà äðóãîé. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, âûòÿæíàÿ ñïîñîáíîñòü ýòîé ñèñòåìû ìåíüøå, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè âûòÿíóòûõ ïî âåðòèêàëè ðåáðîâûõ îâàëîâ. Îäíîé èç ïðè÷èí ñíèæåíèÿ âûòÿæåê â ñèñòåìå îâàëêðóã ÿâëÿåòñÿ ìåíüøàÿ óñòîé÷èâîñòü îâàëüíîé ïîëîñû â êðóãëîì êàëèáðå ïî ñðàâíåíèþ ñ óñòîé÷èâîñòüþ ýòîé æå ïîëîñû â ðåáðîâîì îâàëüíîì êàëèáðå.  îñíîâíîì ïðåäïî÷è-
Ðèñ. 6.30. Ñèñòåìà êàëèáðîâ îâàëêðóã 152
Ðèñ. 6.31. Ñèñòåìà êàëèáðîâ ïëîñêèé îâàëêðóã
Ðèñ. 6.32. Ñèñòåìà êàëèáðîâ ãëàäêàÿ áî÷êàêðóã
òàþò ïðèìåíÿòü òàêóþ ñèñòåìó ïðè ïðîêàòêå ìàëîïëàñòè÷íûõ ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè è ïðè áîëüøîì ðàçíîîáðàçèè ðàçìåðîâ ïðîêàòûâàåìûõ êðóãëûõ ïðîôèëåé ïðè íåâûñîêîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñòàíà. Âàðèàíòîì ñèñòåìû êàëèáðîâ îâàëêðóã ÿâëÿåòñÿ ñèñòåìà ïëîñêèé îâàë êðóã (ðèñ. 6.31). Çàìåíà îäíîðàäèóñíîãî îâàëà íà ïëîñêèé îâàë ïîçâîëÿåò óëó÷øèòü óñòîé÷èâîñòü ïîëîñû, óïðîñòèòü êîíñòðóêöèþ ïðîâîäîê, óäåðæèâàþùèõ îâàëüíóþ ïîëîñó â âåðòèêàëüíîì ïîëîæåíèè ïðè ïðîêàòêå â êðóãëîì êàëèáðå, óâåëè÷èòü êîýôôèöèåíò âûòÿæêè â ýòîì êàëèáðå. Îäíàêî âîçíèêàåò îïàñíîñòü ïåðåïîëíåíèÿ êðóãëîãî êàëèáðà ñ îáðàçîâàíèåì áðàêà, íàçûâàåìîãî ëàìïàñîì. Íåäîñòàòî÷íîå çàïîëíåíèå êðóãëîãî êàëèáðà òàêæå âðåäíî, òàê êàê âûçûâàåò íèçêóþ òî÷íîñòü ãîòîâîãî ïðîôèëÿ. Ñèñòåìà ïëîñêèé îâàëêðóã ïðèìåíÿåòñÿ íà çàãîòîâî÷íûõ è êðóïíîñîðòíûõ ñòàíàõ äëÿ ïîëó÷åíèÿ òðóáíîé çàãîòîâêè è êðóïíûõ êðóãëûõ ïðîôèëåé. Ðàçâèòèåì ðàññìîòðåííîé ñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ ñèñòåìà ãëàäêàÿ áî÷êàêðóã (ðèñ. 6.32). Ïðèìåíåíèå ïîëîñû, ïðîêàòàííîé íà ãëàäêîé áî÷êå, âçàìåí îâàëüíîé, ïîçâîëÿåò óëó÷øèòü óäàëåíèå îêàëèíû ñ ïðîêàòà, óïðîñòèòü êîíñòðóêöèþ âàëêîâ è óâåëè÷èòü èõ ïðî÷íîñòü. Íî ïðè ýòîì óõóäøàåòñÿ çàõâàò ìåòàëëà â êðóãëîì êàëèáðå, âûñîêà âåðîÿòíîñòü ïåðåïîëíåíèÿ ýòîãî êàëèáðà. Ïðè ïðîêàòêå êðóãëîé ïîëîñû íà ãëàäêîé áî÷êå âåëèêà íåðàâíîìåðíîñòü âûñîòíîé äåôîðìàöèè ïî øèðèíå. Ýòà ñèñòåìà ïðèìåíÿåòñÿ òàêæå íà êðóïíîñîðòíûõ è çàãîòîâî÷íûõ ñòàíàõ; ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà â êà÷åñòâå ïåðåõîäíîé ñèñòåìû ïðè ïðîèçâîäñòâå ïîëîñîâîé ñòàëè è ïëþùåíêè. 153
6.6. Âûòÿæíàÿ ñïîñîáíîñòü êàëèáðîâ Âûòÿæíàÿ ñïîñîáíîñòü ñèñòåìû êàëèáðîâ, ò. å. ìàêñèìàëüíî âîçìîæíàÿ ñóììàðíàÿ âûòÿæêà â ïàðå êàëèáðîâ, çàâèñèò îò ìíîãèõ ôàêòîðîâ, ïîýòîìó ïðè îïðåäåëåííûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðàõ ïðîêàòêè â ìàëîïðîèçâîäèòåëüíûõ ñèñòåìàõ óäàåòñÿ çíà÷èòåëüíî ïîâûñèòü âûòÿæêè, è íàîáîðîò, âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíàÿ ñèñòåìà îáåñïå÷èâàåò íå íàèáîëüøèå âûòÿæêè. Íå âñåãäà ñòðåìÿòñÿ âûáðàòü ñèñòåìó âûòÿæíûõ êàëèáðîâ ñ ìàêñèìàëüíîé âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòüþ. Áîëåå ïðàâèëüíûì ÿâëÿåòñÿ âûáîð òàêîé ñèñòåìû, êîòîðàÿ ïðè äîñòàòî÷íî âûñîêîé âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòè óäîâëåòâîðÿåò òðåáîâàíèÿì ïî êà÷åñòâó è îòâå÷àåò ðÿäó äðóãèõ êðèòåðèåâ: ìàêñèìàëüíîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñòàíà, ìèíèìàëüíîìó ðàñõîäó ýëåêòðîýíåðãèè íà ïðîêàòêó, ìèíèìàëüíîìó ðàñõîäó (èçíîñó) âàëêîâ, áîëåå ðàâíîìåðíîé çàãðóçêå êëåòåé ñòàíà è ò. ä.  ýòèõ óñëîâèÿõ äëÿ îöåíêè ðàöèîíàëüíîñòè êàëèáðîâêè ïðèìåíÿþò êðèòåðèé Ñâ, õàðàêòåðèçóþùèé ñòåïåíü èñïîëüçîâàíèÿ âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòè ñèñòåìû. Îí îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå ôàêòè÷åñêîé âûòÿæêè â ïàðå êàëèáðîâ λ Σ ê ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîé âûòÿæêå â ýòîé ïàðå λ Σ max : C â = λ Σ / λ Σ max .
Îñòàâøàÿñÿ ÷àñòü âåëè÷èíû λ Σ max ñîñòàâëÿåò çàïàñ âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòè ñèñòåìû êàëèáðîâ: Çâ = 1 − λ Σ / λ Σ max .
Îñíîâíûì ôàêòîðîì, îïðåäåëÿþùèì âûòÿæíóþ ñïîñîáíîñòü ïàðû êàëèáðîâ, ÿâëÿåòñÿ îòíîøåíèå îñåé ïîëîñû â íåðàâíîîñíîì êàëèáðå à = b/h. ×åì áîëüøå ýòî îòíîøåíèå, òåì âûòÿæêà â ïàðå êàëèáðîâ áîëüøå. Îäíàêî ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå îòíîøåíèå îñåé îãðàíè÷èâàåòñÿ äâóìÿ ôàêòîðàìè: ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûì óãëîì çàõâàòà [ α ] è óñòîé÷èâîñòüþ íåðàâíîîñíîé ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå â ðàâíîîñíîì êàëèáðå. Êðîìå òîãî, ñ ðîñòîì îòíîøåíèÿ îñåé íåðàâíîîñíîé ïîëîñû âîçðàñòàåò íåðàâíîìåðíîñòü âûòÿæêè â ïåðâîì è âòîðîì êàëèáðàõ. Ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ ñèñòåìàõ âûòÿæêà â ïåðâîì êàëèáðå λ1 áîëüøå, ÷åì âî âòîðîì λ 2 , è ýòà ðàçíèöà óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì îòíîøåíèÿ îñåé, ÷òî âåäåò ê íåðàâíîìåðíîé çàãðóçêå êàëèáðîâ è íåðàâíîìåðíîìó èçíîñó. Òàêèì îáðàçîì, ñëèøêîì áîëüøèå îòíîøåíèÿ îñåé òàêæå íåðàöèîíàëüíû. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ, îáîáùàþùèå çàâîäñêèå êàëèáðîâêè âàëêîâ, ïîêàçûâàþò, ÷òî äëÿ êàæäîé ñèñòåìû ìîæíî îïðåäåëèòü ðàöèîíàëüíûå îòíîøåíèÿ îñåé íåðàâíîîñíîé ïîëîñû. Íà ðèñ. 6.336.35 ïîêàçàíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå êðèâûå, ïîëó÷åííûå äëÿ îñíîâíûõ ñèñòåì. Ïî ãîðèçîíòàëüíîé îñè îòëîæåíà ñòîðîíà êâàäðàòà èëè äèàìåòð êðóãà Ñ, èëè øèðèíà ðåáðîâîãî îâàëà b, ïðîêàòàííîãî â ðàâíîîñíîì êàëèáðå ïàðû, à ïî âåðòèêàëüíîé îñè ïàðíàÿ âûòÿæêà. Âèäíî, ÷òî âñå êðèâûå îäíîòèïíû, (ñì. ðèñ. 6.34, íà êîòîðîì ïðèâåäåíû òàêæå ðåêîìåíäóåìûå îòíîøåíèÿ îñåé îâàëà äëÿ ñèñòåìû îâàëêâàäðàò). C ðîñòîì ðàçìåðà Ñ äî çíà÷åíèÿ ïðèìåðíî Ñ = 50 ìì ïðàêòè÷åñêè äëÿ âñåõ ñèñòåì åñòü âîçìîæíîñòü óâåëè÷èâàòü îòíîøåíèå îñåé íåðàâíîîñíîãî ñå÷åíèÿ (èëè óãëà β ïðè âåðøèíå ðîìáè÷åñêîãî êàëèáðà), ïîâûøàÿ âûòÿæíóþ ñïîñîáíîñòü ñèñòåìû. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî â ðàññìàòðèâàåìîì äèàïàçîíå ðàçìå-
154
Ðèñ. 6.33. Ïðàêòè÷åñêè ðåàëèçóåìûå âûòÿæêè â ïàðå êàëèáðîâ ñèñòåìû ðîìáêâàäðàò
Ðèñ. 6.34. Âûòÿæêà â ïàðå êàëèáðîâ ñèñòåìû îâàëêâàäðàò
Ðèñ. 6.35. Âûòÿæêà â ïàðå êàëèáðîâ ñèñòåìû îâàëðåáðîâîé îâàë 155
ðîâ êâàäðàòà îñíîâíûì îãðàíè÷åíèåì ÿâëÿåòñÿ óñòîé÷èâîñòü íåðàâíîîñíîé ïîëîñû â ðàâíîîñíîì êàëèáðå. Óñòîé÷èâîñòü ïîâûøàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì ðàçìåðîâ ïðîêàòà. Ïðè ðàçìåðàõ êâàäðàòà áîëåå 50 ìì âûòÿæêà îãðàíè÷åíà ìàêñèìàëüíûì óãëîì çàõâàòà è ñíèæàåòñÿ ñ ðîñòîì ðàçìåðîâ ïðîêàòà. Ñîîòâåòñòâåííî, ñíèæàþòñÿ çíà÷åíèÿ îòíîøåíèé îñåé íåðàâíîîñíîãî ñå÷åíèÿ. Áîëåå ñèñòåìàòè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ ñ ðàñ÷åòîì âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòè êàëèáðîâ âàðèàöèîííûìè ìåòîäàìè ïðèâåäåíû â îáîáùåííûõ íîìîãðàììàõ [6]. Äëÿ ïðèìåðà îäíà èç íîìîãðàìì ïîêàçàíà íà ðèñ. 6.36 (äëÿ ñèñòåìû îâàë êâàäðàò). Óñòàíîâëåíî, ÷òî íà âûòÿæêó âëèÿåò íå òîëüêî îòíîøåíèå îñåé à, íî è çàäàâàåìûé óãîë çàõâàòà â ðàâíîîñíîì êàëèáðå α1 è ïðèâåäåííûé äèàìåòð âàëêîâ ðàâíîîñíîãî êàëèáðà À1 = D1 / H1, ãäå D1 äèàìåòð âàëêà ïî äíó ðàâíîîñíîãî êàëèáðà; H1 âûñîòà ðàâíîîñíîãî êàëèáðà. Íà ãðàôèêå âûòÿæêà â ïàðå êàëèáðîâ λ Σ = λ1λ 2 .
Ðèñ. 6.36. Êðèâûå ïðåäåëüíûõ âûòÿæåê ïî Â.Ê. Ñìèðíîâó 156
Âûòÿæêè â êàæäîì êàëèáðå îäíîé ïàðû λ1 è λ 2 ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì å =
ë2 − 1 . ë1 − 1
Åñëè èçâåñòíî å, ëåãêî íàéòè âûòÿæêè λ1 è λ 2 . Êîýôôèöèåíò å, êàê ïðàâèëî, ìåíüøå åäèíèöû, ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî âûòÿæêà â ïåðâîì íåðàâíîîñíîì êàëèáðå ïàðû áîëüøå, ÷åì âî âòîðîì ðàâíîîñíîì. Çíà÷åíèå å çàâèñèò êàê îò ñèñòåìû êàëèáðîâ, òàê è îòíîøåíèÿ îñåé íåðàâíîîñíîãî êàëèáðà à. ×åì áîëüøå îòíîøåíèå îñåé è ÷åì áîëüøå âûòÿæêà â ïàðå êàëèáðîâ λ Σ , òåì ìåíüøå çíà÷åíèå å, òåì íåðàâíîìåðíåå ðàñïðåäåëåíû âûòÿæêè ìåæäó êàëèáðàìè ïàðû. Ýòî âëèÿåò íà ïàðàìåòðû çàãðóçêè êëåòåé (ñèëû, ìîìåíòû, ðàáîòà äåôîðìàöèè è ïð.) è ñâÿçàííûé ñ íèìè èçíîñ êàëèáðîâ. Êðîìå òîãî, çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà å ñíèæàþòñÿ ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ ðàçìåðîâ ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû (ðàçìåðà Ñ). Î÷åâèäíî, ïî õîäó ïðîêàòêè íåîáõîäèìî óìåíüøàòü îòíîøåíèå îñåé íåðàâíîîñíûõ êàëèáðîâ, óâåëè÷èâàÿ ïðè ýòîì ðàâíîìåðíîñòü çàãðóçêè è èçíîñà êàëèáðîâ è ñíèæàÿ ïàðíûå âûòÿæêè λ Σi , ãäå i íîìåð ïàðû êàëèáðîâ. Ïî Ìóòüåâó äëÿ ñèñòåìû ðîìáêâàäðàò ïðè C ≤ 40 ìì å = 0,90,82 (â ñðåäíåì å = 0,85), ïðè Ñ > 40 ìì å = 1,00,9 (â ñðåäíåì å = = 0,95). Äëÿ ñèñòåìû îâàëðåáðîâîé îâàë ïðè îòíîøåíèè îñåé îâàëà b/h = 2,5 å = 0,7 è ïðè b/h = 2,0 å = 0,8.  ñèñòåìå êàëèáðîâ îâàëêâàäðàò êîýôôèöèåíò å ìîæåò ìåíÿòüñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ: îò 0,9 äî 0,3.  ñðåäíåì ïðè Ñ > 20 ìì å = 0,600,85 è ïðè Ñ < 20 ìì å = 0,30,7. Îñîáåííî ðåçêî ñíèæàåòñÿ çíà÷åíèå å è óâåëè÷èâàåòñÿ íåðàâíîìåðíîñòü çàãðóçêè êàëèáðîâ ïðè ïàðíûõ âûòÿæêàõ λ Σ = 2,02,4 íà ìåëêèõ êâàäðàòàõ ñî ñòîðîíîé Ñ = 1020 ìì. Íà ðèñ. 6.37 ïðèâåäåíà äèàãðàììà, äåìîíñòðèðóþùàÿ çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà å îò îñíîâíûõ ôàêòîðîâ â ñèñòåìå êàëèáðîâ îâàë êâàäðàò. Ïðè âûáîðå êàëèáðîâêè ïî âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòè âàæíî ó÷èòûâàòü, ÷òî êàëèáðîâêè âàëêîâ íà ïðîìûøëåííûõ ñòàíàõ ñòðîÿòñÿ ïî óíèâåðñàëüíîìó ïðèíöèïó. Óíèâåðñàëüíîé íàçûâàåòñÿ òàêàÿ êàëèáðîâêà, â êîòîðîé îäíè è òå æå êàëèáðû èñïîëüçóþòñÿ ïðè ïðîêàòêå ðàçíûõ ïðîôèëåðàçìåðîâ. Êàê ïðàâèëî, ïåðâûå ÷åðíîâûå êàëèáðû ÿâëÿþòñÿ îáùèìè äëÿ âñåõ ïðîôèëåé.
Ðèñ. 6.37. Ñîîòíîøåíèå ìåæäó âûòÿæêàìè λ1 è λ2 â ïàðå êàëèáðîâ ñèñòåìû îâàëêâàäðàò 157
Íîìåð êëåòè
Ðèñ. 6.38. Óíèâåðñàëüíàÿ êàëèáðîâêà âàëêîâ êðóïíîñîðòíîãî ñòàíà
158
Çàòåì îò íåêîòîðûõ êàëèáðîâ öåïî÷êè ðàçâåòâëÿþòñÿ, è òîëüêî â ïîñëåäíèõ è ÷èñòîâûõ êàëèáðàõ êàæäîìó ïðîôèëþ ñîîòâåòñòâóþò êàëèáðû ñ ðàñ÷åòíûìè ðàçìåðàìè. Óíèâåðñàëüíîñòü êàëèáðîâêè ïîçâîëÿåò ñýêîíîìèòü ïàðê âàëêîâ, ñîêðàòèòü äëèòåëüíîñòü ïåðåâàëîê è ïåðåíàñòðîåê. Ïðè ýòîì âûòÿæíàÿ ñïîñîáíîñòü êàëèáðîâ îòõîäèò íà âòîðîé ïëàí. Íà ðèñ. 6.38 ïðèâåäåíà îäíà èç óíèâåðñàëüíûõ êàëèáðîâîê 9-êëåòåâîãî êðóïíîñîðòíîãî ñòàíà. Êàê âèäíî, ÿùè÷íûé êàëèáð ÷åòâåðòîé êëåòè è ðåáðîâûå îâàëüíûå êàëèáðû ñåäüìîé êëåòè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ íåñêîëüêèõ ïðîôèëåðàçìåðîâ. 6.7. Ïóòè îöåíêè äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå â ñëîæíûõ êàëèáðàõ Ñèñòåìà êàëèáðîâ äëÿ ïðîêàòêè ñëîæíûõ ïðîôèëåé, èìåþùèõ îäíó îñü èëè íå èìåþùèõ îñåé ñèììåòðèè, íåñòàíäàðòíà. Äëÿ áîëüøèíñòâà èç íèõ åå ïðèõîäèòñÿ êîíñòðóèðîâàòü êàëèáðîâùèêó, îïèðàÿñü íà ñâîé îïûò è ëèòåðàòóðíûå äàííûå. Ïðè ïîñòðîåíèè ñèñòåìû êàëèáðîâ î÷åíü âàæíî óìåòü îöåíèâàòü äåôîðìàöèþ ìåòàëëà â êàæäîì êàëèáðå. Ôîðìóë äëÿ ðàñ÷åòà óøèðåíèÿ, âûòÿæêè, óòÿæêè â ñëîæíûõ êàëèáðàõ íåò. Î÷åâèäíî, íåðåàëüíî â êàæäîì èç íèõ ïðîâîäèòü ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ, õîòÿ äëÿ èçó÷åííûõ êàëèáðîâ ïðîöåññ êîíñòðóèðîâàíèÿ êàëèáðîâêè çíà÷èòåëüíî îáëåã÷àåòñÿ. Ïî ñóùåñòâó åäèíñòâåííûì ñïîñîáîì îöåíêè äåôîðìàöèè â ñëîæíûõ êàëèáðàõ îñòàåòñÿ ãðàôè÷åñêèé àíàëèç óñëîâèé äåôîðìàöèè ìåòàëëà. Ïðè ïðîêàòêå ïðîñòûõ ïðîôèëåé òàêæå îòìå÷àëàñü ïîëåçíîñòü ãðàôè÷åñêîãî àíàëèçà, íî äëÿ ôàñîííûõ ïðîôèëåé çíà÷èìîñòü åãî âîçðàñòàåò. Ïîýòîìó ïîäðîáíåå ðàññìîòðèì òåõíèêó åãî âûïîëíåíèÿ è çàäà÷è, êîòîðûå ìîæíî ðåøèòü ãðàôè÷åñêèì ìåòîäîì. Ðàññìîòðèì ïðèìåð, ïîêàçàííûé íà ðèñ. 6.39. Ïðîêàòêà êâàäðàòíîé ïîëîñû îñóùåñòâëÿåòñÿ â ñòóïåí÷àòîì êàëèáðå. Êàëèáð ìîæåò áûòü êàê îòêðûòûì (ñì. ðèñ. 6.39, à), òàê è çàêðûòûì (ñì. ðèñ. 6.39, á). Ïðè ãðàôè÷åñêîì àíàëèçå íàêëàäûâàåì ôîðìó çàãîòîâêè íà ôîðìó êàëèáðà, çàòåì âåðòèêàëüíûìè ëèíèÿìè ðàçáèâàåì ïðîôèëü íà îòäåëüíûå ýëåìåíòû, êàæäûé èç êîòîðûõ ïðåäñòàâëÿåò êàêóþ-òî ïðîñòóþ ñõåìó ïðîêàòêè, ÷àùå âñåãî ïðîêàòêó íà ãëàäêîé áî÷êå, è ñòðîèì ãðàôèê îáæàòèé ýëåìåíòîâ ïî øèðèíå ïðîôèëÿ.  áîëåå îáùåì ñëó÷àå ìîæíî ðàâíîìåðíî óäàëåííûìè âåðòèêàëüíûìè ñå÷åíèÿìè ðàçäåëèòü ïðîôèëü íà n ïîëîñ, êàê äëÿ ïðîñòûõ ïðîôèëåé.  íàøåì ñëó÷àå ìîæíî îãðàíè÷èòüñÿ âûäåëåíèåì òîëüêî òðåõ ýëåìåíòîâ, õîòÿ íè÷åãî íå èçìåíèòñÿ, åñëè èõ êîëè÷åñòâî áóäåò áîëüøå. Âèäíî (ñì. ðèñ. 6.39, à), ÷òî äåôîðìàöèÿ ïî øèðèíå ïðîôèëÿ íåðàâíîìåðíà: ïðàâàÿ ÷àñòü ïîëó÷àåò áîëüøåå îáæàòèå, ÷åì ëåâàÿ. Âûòÿæêà ýòèõ ÷àñòåé áóäåò òàêæå íåðàâíîìåðíîé, ÷òî ïðèâåäåò ê ñåðïîâèäíîñòè ïîëîñû, ïîëîñà áóäåò èçãèáàòüñÿ â ñòîðîíó ìåíüøåãî îáæàòèÿ. Ïðàâàÿ ÷àñòü ïîëîñû çà ñ÷åò ñâÿçè ñ ëåâîé íå ìîæåò èìåòü ñâîáîäíóþ âûòÿæêó, ïîýòîìó ÷àñòü ìåòàëëà áóäåò âûíóæäåíà òå÷ü â øèðèíó, îáðàçóÿ ïîâûøåííîå óøèðåíèå âñåé ïîëîñû â 159
à)
á)
â)
Ðèñ. 6.39. Ñõåìà ïðîêàòêè êâàäðàòíîé ïîëîñû â ôàñîííîì êàëèáðå è ãðàôè÷åñêèé àíàëèç óñëîâèé åå äåôîðìàöèè
öåëîì.  ñâîþ î÷åðåäü ïðàâàÿ ÷àñòü áóäåò ñòðåìèòüñÿ äîïîëíèòåëüíî âûòÿíóòü ëåâóþ ÷àñòü, ÷òî ïðèâåäåò ê íåêîòîðîé óòÿæêå ëåâîãî ó÷àñòêà. Âûñîòà åãî áóäåò óìåíüøàòüñÿ çà ñ÷åò óòÿæêè äî ìîìåíòà êàñàíèÿ ñ âàëêàìè. Êðîìå òîãî, äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè ðåçêî ïåðåðàñïðåäåëèòñÿ. Ê ïðàâîé ÷àñòè òðåáóåòñÿ ïîäâåñòè ýíåðãèþ, íåîáõîäèìóþ äëÿ åå âûòÿæêè è äîïîëíèòåëüíîé âûòÿæêè ëåâîé ÷àñòè. Äàâëåíèå ìåòàëëà íà ïðàâûé ó÷àñòîê êàëèáðà áóäåò áîëüøå, ÷åì íà ãëàäêîé áî÷êå ïðè òîì æå îáæàòèè. Íàîáîðîò, äåôîðìàöèÿ ëåâîé ÷àñòè ÷àñòè÷íî îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò ýíåðãèè ïðàâîé, ïîýòîìó äàâëåíèå íà âàëêè çäåñü áóäåò ìåíüøå, ÷åì ïðè ñâîáîäíîé ïðîêàòêå íà ãëàäêîé áî÷êå. Òàêèì îáðàçîì, ãðàôè÷åñêèé àíàëèç äàåò âîçìîæíîñòü ñäåëàòü êà÷åñòâåííûå îöåíêè õàðàêòåðà äåôîðìàöèè ìåòàëëà â êàëèáðàõ. Íà îñíîâàíèè ýòîãî àíàëèçà óæå ìîæíî ñôîðìóëèðîâàòü îäíî èç òðåáîâàíèé ê ïîñòðîåíèþ ñèñòåì ñëîæíûõ êàëèáðîâ: íåîáõîäèìî òàê ðàñïîëàãàòü çàãîòîâêó â êàëèáðàõ è òàê ñòðîèòü ôîðìó êàëèáðà, ÷òîáû äåôîðìàöèÿ ïðèáëèæàëàñü ê ðàâíîìåðíîé. Èçãèá ïîëîñû îòñóòñòâóåò òàêæå â òîì ñëó÷àå, êîãäà ãðàôèê ñèììåòðè÷åí îòíîñèòåëüíî ñðåäíåé âåðòèêàëè ïî øèðèíå. Ðàñïîëîæèì êàëèáð è çàãîòîâêó òàê, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 6.40. Ãðàôèê îáæàòèé ïîêàçûâàåò, ÷òî äåôîðìàöèÿ ïðîòåêàåò áîëåå ðàâíîìåðíî, êðèâàÿ ïî÷òè ñèììåòðè÷íà. Èçãèá ïîëîñû óìåíüøàåòñÿ è, ìîæåò áûòü, ïðè ïðàâèëüíîì âûáîðå óãëà íàêëîíà êàëèáðà ê ãîðèçîíòàëè ñîâñåì èñ÷åçíåò. Âèäèìî, ïðè ïðîêàòêå ñëîæíûõ ïðîôèëåé èç ïðîñòîé çàãîòîâêè íå èçáåæàòü íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè. Ïîýòîìó ñèñòåìó êàëèáðîâ ñòðîÿò òàê, ÷òîáû íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè ïðèõîäèëàñü íà ïåðâûå êàëèáðû. Ïîêà ðàñêàò èìååò áîëüøóþ ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ è òåìïåðàòóðà ìåòàëëà âûñîêà, èçãèá ïîëîñû íå òàê îïàñåí, êàê â ïîñëåäíèõ ÷èñòîâûõ êàëèáðàõ.  ÷èñòîâûõ ïðîïóñêàõ ïðîêàòêà ñ ðàâíîìåðíûì îáæàòèåì ïðàêòè÷åñêè îáÿçàòåëüíà. Ãðàôè÷åñêèé àíàëèç ïîçâîëÿåò òàêæå îöåíèòü óñòîé÷èâîñòü ïîëîñû ïðè çàõâàòå â êàëèáðàõ. Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî ïðîàíàëèçèðîâàòü ïîëîæåíèå âàëêîâ â ìîìåíò çàõâàòà ïîëîñû (ñì. ðèñ. 6.39, â è 6.40, á). Òðåáóåòñÿ ïîäíÿòü êîíòóðû âåðõíåãî è íèæíåãî ðó÷üåâ äî ïåðâîãî êàñàíèÿ çàãîòîâêè âàëêàìè. Âèäíî, ÷òî â 160
à)
á)
Ðèñ. 6.40. Ñõåìà ïðîêàòêè ñòóïåí÷àòîé ïîëîñû â êîñîðàñïîëîæåííîì êàëèáðå
ïåðâîì ñëó÷àå (ñì. ðèñ. 6.39, â) ïðè çàõâàòå ÷àñòü çàãîòîâêè ïî âåðõíåìó âàëêó çàâèñàåò. Ýòà ÷àñòü çàãîòîâêè áóäåò èñïûòûâàòü óòÿæêó è èçìåíÿòü ñâîþ ôîðìó íåîïðåäåëåííûì îáðàçîì. Ñ ýòèõ ïîçèöèé òàêèå îáúåìû ìåòàëëà íåæåëàòåëüíû. Íî ñî ñòîðîíû íèæíåãî âàëêà îíè âïîëíå ñòàáèëèçèðîâàíû, ïîýòîìó çíà÷èòåëüíî ñãëàæèâàþòñÿ íåäîñòàòêè èõ äåôîðìèðîâàíèÿ âåðõíèì âàëêîì. Îòñþäà åùå îäíî ïðàâèëî, êîòîðûì ðóêîâîäñòâóþòñÿ ïðè ïîñòðîåíèè ñèñòåìû ñëîæíûõ êàëèáðîâ: åñëè îäíèì âàëêîì çàõâàò íåíàäåæåí è íåóñòîé÷èâ, òî äðóãèì âàëêîì íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü ïî÷òè îäíîâðåìåííûé çàõâàò ïî âñåé øèðèíå ïîëîñû. Ïðè àíàëèçå çàõâàòà âî âòîðîì ñëó÷àå (ñì. ðèñ. 6.40, á) ìîæíî îòìåòèòü, ÷òî ïîä äåéñòâèåì ñèëû Ð çàãîòîâêà â íà÷àëüíûé ìîìåíò áóäåò ïîâîðà÷èâàòüñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íèæíÿÿ áîêîâàÿ ñòåíêà íå êîñíåòñÿ çàãîòîâêè.  äàííîì ñëó÷àå óãîë ïîâîðîòà áóäåò íåáîëüøèì, íî â öåëîì íåëüçÿ äîïóñêàòü ïîâîðîòà çàãîòîâêè ïðè çàõâàòå. Ýòî ìîæåò ïðèâåñòè ê òîìó, ÷òî èç âàëêîâ ïîëîñà âûéäåò çàêðó÷åííîé â âèäå øòîïîðà. Îòñþäà åùå îäíî ïðàâèëî: ñèëû, äåéñòâóþùèå íà ïîëîñó â ìîìåíò çàõâàòà, äîëæíû áûòü óðàâíîâåøåíû è íå ïðèâîäèòü ê ñêðó÷èâàíèþ çàãîòîâêè. Ðàññìîòðèì åùå îäèí ïðèìåð, ïðèâåäåííûé íà ðèñ. 6.41, ãäå ïðåäñòàâëåí àíàëèç äåôîðìàöèè â îäíîì èç ïðîìåæóòî÷íûõ êàëèáðîâ ïðè ïðîêàòêå ôàñîííîãî ïðîôèëÿ íà ëàáîðàòîðíîì ñòàíå. Ïðè àíàëèçå íàêëàäûâàåì êîíòóðû âõîäÿùåé è âûõîäÿùåé èç êàëèáðà ïîëîñ, âåðòèêàëüíûìè ñå÷åíèÿìè ðàçäåëÿåì èõ íà n ïîëîñîê. Èç-çà óøèðåíèÿ øèðèíà ïîëîñîê íà âõîäÿùåé è âûõîäÿùåé ïîëîñàõ íå ñîâïàäàåò. Ýòî ìîæíî ó÷åñòü, ïðèíÿâ ðàçíóþ øèðèíó ïîëîñîê. Íî ÷àùå âñåãî äëÿ àíàëèçà îáæàòèé êðàéíèå ïîëîñêè ïî øèðèíå, ñâÿçàííûå ñ óøèðåíèåì, â àíàëèçå íå ó÷èòûâàþòñÿ. Äàëåå ïðîâåðÿåì: ðàñïðåäåëåíèå îáæàòèé ïî øèðèíå êàëèáðà ïî âåðõíåìó è íèæíåìó âàëêàì ( ∆h1i è ∆h2i , ñîîòâåòñòâåííî); ïðè íåñèììåòðè÷íîì ðàñïðåäåëåíèè ïîëîñà áóäåò èçãèáàòüñÿ (â íàøåì ñëó÷àå âïðàâî); 161
Ðèñ. 6.41. Ãðàôè÷åñêèé àíàëèç â ÷åðíîâûõ ôàñîííûõ êàëèáðàõ
ïîëîæåíèå âàëêîâ ïðè çàõâàòå (ïîêàçàíî øòðèõîâîé ëèíèåé); êàñàíèå ïîëîñû äîëæíî áûòü íàäåæíûì õîòÿ áû ñ îäíèì âàëêîì, ñèëû è ìîìåíòû äîëæíû óðàâíîâåøèâàòüñÿ; â íàøåì ñëó÷àå êàñàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ òîëüêî â òðåõ òî÷êàõ À,  è Ñ, ñèëû Ð1, Ð2 è Ð3 äàþò ðàâíîäåéñòâóþùóþ, ïðèìåðíî ðàâíóþ íóëþ, ñëåäîâàòåëüíî, ñìåùåíèÿ ïðîôèëÿ âëåâî èëè âïðàâî íå ïðîèçîéäåò; ìîìåíòû æå ýòèõ ñèë â ñóììå íå ðàâíû íóëþ, ïîýòîìó ïîëîñà áóäåò ñêðó÷èâàòüñÿ ïðè çàõâàòå ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè; âîçìîæíîñòü óòÿæêè; â ðàññìàòðèâàåìîé êàëèáðîâêå ÷àñòü ïîëîñû ìåæäó òî÷êàìè  è Ñ èìååò îáæàòèå áëèçêîå ê íóëþ; çäåñü áóäåò óòÿæêà, è, âîçìîæíî, ïîëîñà ïðè ïðîêàòêå íå áóäåò èìåòü êîíòàêòà ñ âàëêîì; ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î íåêîòîðîé íåîïûòíîñòè êàëèáðîâùèêà, âûïîëíèâøåãî äàííóþ êàëèáðîâêó (êàëèáðîâêó âûïîëíÿë ñòóäåíò); óøèðåíèå; ïîâûøåííîå îáæàòèå ïî êðîìêàì ïîëîñû ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ïîëîñà áóäåò èìåòü âûíóæäåííîå óøèðåíèå; åñëè ñëåâà ïðîñòðàíñòâî äëÿ óøèðåíèÿ äîñòàòî÷íî, òî ñïðàâà îíî íå ïðåäóñìîòðåíî; ýòî ìîæåò ïðèâåñòè ê âûõîäó ìåòàëëà â çàçîð è îáðàçîâàíèþ çàóñåíöà. Îïûòíàÿ ïðîêàòêà ïî äàííîé êàëèáðîâêå ïîëíîñòüþ ïîäòâåðäèëà âûâîäû ãðàôè÷åñêîãî àíàëèçà. Êàê âèäíî, ãðàôè÷åñêèé àíàëèç íå ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü êàêèå-ëèáî êîëè÷åñòâåííûå ïîêàçàòåëè äåôîðìàöèè, íî êà÷åñòâåííûé àíàëèç ÷àñòî äàåò âåñüìà ñóùåñòâåííóþ èíôîðìàöèþ. 162
Ãëàâà 7 ÏÐÎÄÎËÜÍÀß ÏÅÐÈÎÄÈ×ÅÑÊÀß ÏÐÎÊÀÒÊÀ 7.1. Îáùèå ïîëîæåíèÿ Ïåðèîäè÷åñêèì ïðîêàòîì íàçûâàþòñÿ ïîëîñû ïåðåìåííîãî ñå÷åíèÿ ïî äëèíå. Íà ðèñ. 7.1 ïîêàçàíà ñòèëèçîâàííàÿ ïåðèîäè÷åñêàÿ ïîëîñà, ñîñòîÿùàÿ èç íåñêîëüêèõ ïîâòîðÿþùèõñÿ ýëåìåíòîâ, îòìå÷àåìûõ íà ïîëîñå ìåòêàìè, ïî êîòîðûì ïîñëå ïðîêàòêè ïðîèçâîäèòñÿ ðàçðåçêà ïîëîñû. Êàæäûé ýëåìåíò ñîñòîèò èç îòäåëüíûõ ôèãóð. Î÷åâèäíî, ïðè îäíîì îáîðîòå âàëêîâ äîëæíî ïîëó÷èòüñÿ öåëîå ÷èñëî ýëåìåíòîâ, ïîýòîìó äèàìåòð âàëêà îïðåäåëÿåòñÿ ñóììàðíîé äëèíîé ýòèõ ýëåìåíòîâ. Êàæäûé ýëåìåíò âêëþ÷àåò â ñåáÿ ôèãóðû ñ ïîñòîÿííîé è èçìåíÿþùåéñÿ âûñîòîé. Ýëåìåíòû ñ ïåðåìåííîé âûñîòîé íàçûâàþòñÿ ïåðåõîäíûìè ó÷àñòêàìè. Êàê âèäíî, çàãîòîâêà âûñîòîé H ïðè ïðîêàòêå íà ïåðåõîäíûõ ó÷àñòêàõ ïîëó÷àåò ïåðåìåííîå îáæàòèå (óáûâàþùåå íà ó÷àñòêå 1 èëè íàðàñòàþùåå íà ó÷àñòêå 2). Ïåðèîäè÷åñêèé ïðîêàò, ðàçðåçàííûé íà ýëåìåíòû, äàëåå ìîæåò ñëóæèòü çàãîòîâêîé äëÿ ïîñëåäóþùåé øòàìïîâêè è êîâêè (èëè äðóãîé îïåðàöèè). Çà ñ÷åò áîëåå ðàöèîíàëüíîãî, ÷åì íà îáû÷íîì ïðîêàòå, ðàñïðåäåëåíèÿ ìåòàëëà ïî äëèíå ïðè øòàìïîâêå èëè ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêå äîñòèãàåòñÿ çíà÷èòåëüíàÿ ýêîíîìèÿ ìåòàëëà è óìåíüøåíèå îòõîäîâ. Íà ðèñ. 7.2 ïðèâåäåíû ôîðìû ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ôèãóð êðóïíûõ çàãîòîâîê, ïîëó÷åííûõ ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêîé. Ñóùåñòâóåò äâà òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññà ïðîêàòêè ïåðèîäè÷åñêèõ ïðîôèëåé. Ïåðâûé èç íèõ îñíîâàí íà ïðèíöèïàõ ïðîäîëüíîé, à âòîðîé ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè.  ýòîì ðàçäåëå ðàññìîòðèì òåîðåòè÷åñêèå îñíîâû ïðîäîëüíîé ïðîêàòêè ïåðèîäè÷åñêèõ ïðîôèëåé. Íà ðèñ. 7.3, à ïðèâåäåíà ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ïðîäîëüíîé ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêè íà ïðîêàòíîì ñòàíå. Âàëêè 2-âàëêîâîãî ñòàíà èìåþò ïåðåìåííûé ðàäèóñ îêðóæíîñòè ïî îáðàçóþùåé. Êðîìå òîãî, ñòàí ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêè ìîæåò áûòü îáîðóäîâàí óñòðîéñòâîì äëÿ çàäà÷è ïîëîñû â âàëêè. Íåîáõîäèìà òàêæå ïîñòîÿííàÿ ðåãóëèðîâêà óãëà ïîâîðîòà âåðõíåãî âàëêà, ÷òîáû ôèãóðû îáîèõ âàëêîâ ñîâïàäàëè. Ñòàí ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêè òðåáóåò çíà÷èòåëüíîå âðåìÿ íà ïåðåâàëêó ñ îäíîãî ïðî-
Ðèñ. 7.1. Ïîëîñà, ïîëó÷åííàÿ ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêîé 163
à)
á)
Ðèñ. 7.2. Ïðèìåðû êðóïíûõ çàãîòîâîê ïîä øòàìïîâêó, ïîëó÷åííûõ ïðîäîëüíîé ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêîé: à çàãîòîâêà êîëåí÷àòîãî âàëà; á çàãîòîâêà îñè àâòîìîáèëÿ
à)
á)
â)
Ðèñ. 7.3. Ñõåìû ïðîäîëüíîé ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêè: íà âàëêàõ (à) è êîâî÷íûõ âàëüöàõ ñ ïðÿìîé (á) è îáðàòíîé ïîäà÷åé (â)
164
ôèëÿ íà äðóãîé, ïîýòîìó ïðîöåññ âûãîäåí òîëüêî ïðè ñðàâíèòåëüíî áîëüøèõ ïàðòèÿõ ïðîèçâîäèìûõ ïðîôèëåé. Ïðè íåáîëüøèõ îáúåìàõ è áîëüøîì ðàçíîîáðàçèè ïðîêàòûâàåìûõ èçäåëèé áîëåå âûãîäíà ïðîêàòêà íà êîâî÷íûõ âàëüöàõ (ðèñ. 7.3, á). Íà êîíñîëüíûå âàëêè ïðèâèí÷èâàþòñÿ áûñòðî ñìåíÿåìûå âñòàâêèñåêòîðû ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè êàëèáðàìè, ôîðìèðóþùèå ïðîôèëü. Êîâî÷íûå âàëüöû ïåðâîãî òèïà (ðèñ. 7.3, á) èìåþò âàëêè, âðàùàþùèåñÿ â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè è â ýòîì ñìûñëå íè÷åì íå îòëè÷àþòñÿ îò îáû÷íîãî ñòàíà.  êóçíå÷íîì ïðîèçâîäñòâå ÷àùå ïðèìåíÿþòñÿ êîâî÷íûå âàëüöû âòîðîãî òèïà, âðàùàþùèåñÿ íàâñòðå÷ó ïîäà÷å ìåòàëëà (ðèñ. 7.3, â).  ýòîì ñëó÷àå óãîë îõâàòà ñåêòîðîâ íå ïðåâûøàåò 270°, è îñòàâøèéñÿ ó÷àñòîê âàëêîâ, ðàññòîÿíèå ìåæäó êîòîðûìè ïðåâûøàåò âûñîòó çàãîòîâêè, èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîäà÷è çàãîòîâêè â âàëêè. Îäèí êîíåö åå óäåðæèâàåòñÿ â çàäàþùåì óñòðîéñòâå, êîòîðîå ïî ïðîãðàììå (ñ ïîìîùüþ ÝÂÌ) ïîäàåò â âàëüöû ñòðîãî îïðåäåëåííóþ ïîðöèþ ìåòàëëà. Ïðîêàòêà â êàëèáðàõ îñóùåñòâëÿåòñÿ â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè, ôîðìèðóÿ îäèí ïåðèîä ïðîôèëÿ (îäèí èëè íåñêîëüêî ýëåìåíòîâ). Àâòîìàòèçèðîâàííîå çàäàþùåå óñòðîéñòâî ïîçâîëÿåò ïîâîðà÷èâàòü ïðîôèëü, äîçèðîâàòü ïîäà÷ó è îñóùåñòâëÿòü ïðîêàòêó îäíîãî è òîãî æå ïåðèîäà â ðàçíûõ êàëèáðàõ. Âìåñòå ñ àâòîìàòèçèðîâàííûì êóçíå÷íûì èëè øòàìïîâî÷íûì ïðåññîì òàêèå êîâî÷íûå âàëüöû îáðàçóþò ðîáîòèçèðîâàííûé êîìïëåêñ, óïðàâëÿåìûé ïî ïðîãðàììå îò ÝÂÌ. 7.2. Î÷àã äåôîðìàöèè Ïðîäîëüíàÿ ïåðèîäè÷åñêàÿ ïðîêàòêà, â îòëè÷èå îò îáû÷íîé, ÿâëÿåòñÿ íåñòàöèîíàðíûì ïðîöåññîì, â êîòîðîì íà ïåðåõîäíûõ ó÷àñòêàõ ïàðàìåòðû î÷àãà äåôîðìàöèè íåïðåðûâíî ìåíÿþòñÿ. Ðàäèóñû âàëêîâ, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ñòàöèîíàðíûõ ó÷àñòêîâ, ïîñòîÿííû (Rmin è Rmax). Íà ïåðåõîäíûõ ó÷àñòêàõ ðàäèóñû âàëêà ïåðåìåííû. Ïðîêàòêà íà ñòàöèîíàðíûõ ó÷àñòêàõ íè÷åì íå îòëè÷àåòñÿ îò îáû÷íîé ïðîêàòêè, è èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò òîëüêî ïåðåõîäíûå ó÷àñòêè. Ðàññìîòðèì ïðîêàòêó ó÷àñòêà 1 (ñì. ðèñ. 7.1) ñèììåòðè÷íîé ïîëîñû ñ óáûâàþùèì îáæàòèåì. Íà ðèñ. 7.4 ïîêàçàí íåêîòîðûé ìîìåíò ïðîêàòêè òàêîãî ïåðåõîäíîãî ó÷àñòêà. Ôîðìèðîâàíèå åãî íà÷àëîñü òîãäà, êîãäà â êîíòàêò ñ ïîëîñîé âñòóïèë ó÷àñòîê âàëêà ñ óáûâàþùèì ðàäèóñîì. Ñíà÷àëà óñòàíîâèì, êàê äîëæåí èçìåíÿòüñÿ òåêóùèé ðàäèóñ âàëêà R äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðÿìîëèíåéíîãî êëèíîâèäíîãî ó÷àñòêà ïîëîñû ñ óãëîì íàêëîíà ψ . Ïðè ïîâîðîòå âàëêîâ íà óãîë dδ èç î÷àãà äåôîðìàöèè âûéäåò ýëåìåíò ïîëîñû ñ ðàçìåðàìè, ïîêàçàííûìè íà ðèñ. 7.5. Èç òðåóãîëüíèêà abc èìååì: sinø = −
dR . (1 + S )R ⋅ d ä
ãäå äëèíà ýëåìåíòà cb (çíàìåíàòåëü äðîáè) ïðèâåäåíà ñ ó÷åòîì îïåðåæåíèÿ S. Çíàê ìèíóñ ñîîòâåòñòâóåò óáûâàþùåìó ðàäèóñó ïðè ïðîêàòêå. Òàê êàê sin ψ ïîñòîÿííûé ïî äëèíå ó÷àñòêà, òî îáîçíà÷èì ïîñòîÿííóþ âåëè÷èíó m = (1 + S ) sin ψ. Óðàâíåíèå çàïèøåòñÿ â âèäå − m ⋅ dä =
dR R
.
165
Ðèñ. 7.4. Ïåðåõîäíûé ó÷àñòîê 1 (ñì. ðèñ. 7.1) ñ óáûâàþùèì îáæàòèåì
Èíòåãðèðóÿ, ïîëó÷àåì ln R = −mä + C . Êîíñòàíòà èíòåãðèðîâàíèÿ Ñ îïðåäåëÿåòñÿ èç ãðàíè÷íûõ óñëîâèé: ïðè δ = 0 R = Rmax. Îêîí÷àòåëüíî ïîëó÷àåì R = Rmax e − mä .
Î÷åâèäíî, òàêîé æå âûâîä áóäåò ñäåëàí, åñëè ðàññìîòðåòü ïðîêàòêó íà ó÷àñòêå ñ íàðàñòàþùèì îáæàòèåì, ïðåäñòàâëåííîì íà ðèñ. 7.6. Ïîñêîëüêó íà âîçðàñòàþùåì ðàäèóñå dR èìååò çíàê ïëþñ è ïðè δ = 0 R = Rmin, òî ïîëó÷èì Rä = Rmin e + mä .
Ñðåäíèé ðàäèóñ Rcp ïî äóãå çàõâàòà ÀÑ ìîæíî âû÷èñëÿòü ïî ôîðìóëå Rñð = Rmin Rmax .
Ðèñ. 7.5. Ýëåìåíò î÷àãà äåôîðìàöèè 166
Òàêèì îáðàçîì, ðàäèóñ âàëêà äîëæåí èçìåíÿòüñÿ ïî çàêîíó ïîêàçàòåëüíîé ôóíêöèè, èëè, ÷òî òî æå ñàìîå, ïî ëîãàðèôìè÷åñêîé ñïèðàëè: lnR = lnRmax ± mδ . Ëîãàðèôìè÷åñêàÿ ñïèðàëü ïîëó÷àåòñÿ â òîì ñëó÷àå, êîãäà âàëêè èçãîòîâëèâàþò íà òîêàðíîì ñòàíêå ñî ñìåùåíèåì öåíòðà çàêðåïëåíèÿ îò îñè âàëêà. Íà ôðåçåðíîì ñòàíêå âûáèðàþò ðàäèóñ âàëêà ïî ïðÿìîé ëèíèè, ïîýòîìó íà ôðåçåðîâàííûõ âàëêàõ íà ïîëîñå áóäóò ïîëó÷àòüñÿ íåïðÿìîëèíåéíûå ïåðåõîäíûå ó÷àñòêè. Íî ïðè íåáîëüøèõ óãëàõ íàêëîíà ψ ïðè ðàçëîæåíèè ôóíêöèè e ± mδ â ðÿä ìîæíî îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ïåðâûì ÷ëåíîì ðÿäà, òîãäà ïîëó÷èì óðàâíåíèå ïðÿìîé:
Ðèñ. 7.6. Ïåðåõîäíûé ó÷àñòîê 2 (ñì. ðèñ. 7.1) ñ íàðàñòàþùèì îáæàòèåì
R = Rmax (1 − mδ).
Ïðÿìîëèíåéíûé ó÷àñòîê íà âàëêàõ îáåñïå÷èâàåò ïî÷òè ïðÿìîëèíåéíûé ïåðåõîäíûé ó÷àñòîê ïðè ìàëûõ óãëàõ ψ. Íî äàæå ïðè áîëüøèõ óêëîíàõ ψ íåêîòîðîå îòêëîíåíèå îò ïðÿìîëèíåéíîñòè íà çàãîòîâêå äëÿ øòàìïîâêè ÷àñòî íå î÷åíü ñóùåñòâåííî. Ââåäåì ñëåäóþùèå îïðåäåëåíèÿ. Óãëîì çàõâàòà α ïðè ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêå íàçûâàåòñÿ óãîë ìåæäó ãîðèçîíòàëüþ è êàñàòåëüíîé ê îáðàçóþùåé âàëêà â òî÷êå çàõâàòà À (ñì. ðèñ. 7.4 è 7.6). Óãëîì êàñàíèÿ θ íàçûâàåòñÿ öåíòðàëüíûé óãîë, ñîîòâåòñòâóþùèé äóãå ÀÑ êîíòàêòà ìåòàëëà ñ âàëêàìè, ò. å. óãîë ÀÎÑ. Åñëè ïðîâåñòè ïåðïåíäèêóëÿð ê ðàäèóñó ρA â òî÷êå À, òî îí ïåðåñå÷åòñÿ ñ îñüþ x ïîä óãëîì θ (óãëû ÀÎÑ è ÀÊÌ ðàâíû, òàê êàê èìåþò âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûå ñòîðîíû). Èç ãåîìåòðèè ñëåäóåò, ÷òî óãîë çàõâàòà íà ó÷àñòêå ñ óáûâàþùèì îáæàòèåì (ñì. ðèñ. 7.4) êàê âíåøíèé ïî îòíîøåíèþ ê âíóòðåííèì óãëàì
α y = θ y + ψ, òàê êàê óãîë ÊÀD ðàâåí óãëó ïîäúåìà êëèíà ψ. Ïðè ïðîêàòêå ñ íàðàñòàþùèì îáæàòèåì (ñì. ðèñ. 7.6) àíàëîãè÷íî α í = θ í − ψ.
Ïðè ïðîêàòêå íà ãëàäêîé áî÷êå óãëû çàõâàòà è êàñàíèÿ α è θ ñîâïàäàþò, âñå ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû î÷àãà äåôîðìàöèè íå èçìåíÿþòñÿ â ïðîöåññå ïðîêàòêè. Ïðè ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêå íà ïåðåõîäíûõ ó÷àñòêàõ ýòè óãëû íåïðåðûâíî ìåíÿþòñÿ. Ïðè ïðîêàòêå ñ óáûâàþùèì îáæàòèåì ïðîèñõîäèò óìåíüøåíèå óãëà çàõâàòà è óãëà êàñàíèÿ. Ñîîòâåòñòâåííî, ïðè íàðàñòàþùåì îáæàòèè ýòè óãëû óâåëè÷èâàþòñÿ ïî õîäó ïðîêàòêè. Ïîýòîìó â î÷àãå äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå íà ïåðåõîäíûõ ó÷àñòêàõ âñå ïàðàìåòðû òàêæå ïîñòîÿííî ìåíÿþòñÿ. 167
7.3. Ïàðàìåòðû î÷àãà äåôîðìàöèè 7.3.1. Äëèíà äóãè çàõâàòà Âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé î÷àãà äåôîðìàöèè ÿâëÿåòñÿ åãî äëèíà l, êîòîðàÿ èçìåíÿåòñÿ â ïðîöåññå ïðîêàòêè íà íåñòàöèîíàðíûõ ó÷àñòêàõ è ïîñòîÿííà íà ñòàöèîíàðíîì ó÷àñòêå. Äëèíó äóãè çàõâàòà AÑ íà íåñòàöèîíàðíûõ ó÷àñòêàõ 1 è 2 (ñì. ðèñ. 7.1) ìîæíî îïðåäåëèòü ïî ôîðìóëå
ld = Rñð θ . Íà ñòàöèîíàðíûõ ó÷àñòêàõ 4 è 3 îíà ïîñòîÿííà è, ñîîòâåòñòâåííî, ðàâíà l4 = Rmax α 4 è l3 = Rmin α 3 .
Íà ðèñ. 7.7, à ïðèâåäåí ãðàôèê èçìåíåíèÿ äëèíû äóãè çàõâàòà ïðè óáûâàíèè îáæàòèÿ ∆hδ . Ïðè çàõîäå â î÷àã äåôîðìàöèè ó÷àñòêà 1 (ïîñëå ïðîêàòêè ó÷àñòêà 4 (ñì. ðèñ. 7.1) äëèíà äóãè ñäåëàåò ðåçêèé ñêà÷îê îò çíà÷åíèÿ l4 = Rmax α 4 äî l1 = Rñð (α − ψ) . Ïî õîäó ïðîêàòêè ó÷àñòêà 1 îíà áóäåò ïîñòåïåííî óáûâàòü â ñîîòâåòñòâèè ñ óáûâàíèåì óãëà θ. Ôàêòè÷åñêè ñêà÷îê áóäåò ñãëàæåí, òàê êàê êàêîå-òî âðåìÿ â î÷àãå äåôîðìàöèè áóäóò íàõîäèòüñÿ ó÷àñòêè 1 è 4 îäíîâðåìåííî. Ïðè âûõîäå ñ ó÷àñòêà 1 íà ñòàöèîíàðíûé ó÷àñòîê 3 âíîâü äîëæåí ïðîèçîéòè ñêà÷îê îò l1 = Rñð (α − ψ) äî l3 = Rmin α 3, íî ðåàëüíî ñêà÷îê áóäåò òàêæå ñãëàæåí. Ñðåäíþþ äëèíó äóãè çàõâàòà íà íåñòàöèîíàðíîì ó÷àñòêå 1 ñëåäóåò îïðåäåëÿòü óñðåäíÿÿ êðèâóþ íà ïðèâåäåííîì ãðàôèêå. Çíà÷èòåëüíàÿ îøèáêà ìîæåò áûòü âíåñåíà, åñëè íàéòè ñðåäíþþ äëèíó äóãè çàõâàòà êàê ïîëóñóììó çíà÷åíèé, âû÷èñëåííûõ äëÿ ñîñåäíèõ ñòàöèîíàðíûõ ó÷àñòêîâ: lcp = 0,5(l4 + l3). Èç ãðàôèêà âèäíî, ÷òî íà ó÷àñòêå 1 ïîëó÷åííàÿ òàêèì ñïîñîáîì ñðåäíÿÿ äëèíà äóãè çàõâàòà áóäåò çàâûøåíà, îøèáêà áóäåò òåì áîëüøå, ÷åì áîëüøå óãîë íàêëîíà êëèíà ψ . Ïîäîáíûå ðàññóæäåíèÿ ïðèìåíèìû äëÿ íåñòàöèîíàðíîãî ó÷àñòêà 2 ñ íàðàñòàíèåì îáæàòèÿ. Ãðàôèê èçìåíåíèÿ äëèíû äóãè çàõâàòà ïîêàçàí íà ðèñ. 7.7, á. Âèäíî, ÷òî ïðè ïðîêàòêå ó÷àñòêà 2 äëèíà äóãè çàõâàòà ñêà÷êîì âîçðàñòàåò íà âåëè÷èíó Rñð ψ (ïîêàçàí ïóíêòèðíîé ëèíèåé) è ïðîäîëæàåò ðàñòè ïî õîäó ïðîêàòêè. Óñðåäíåíèå åå ïî ñòàöèîíàðíûì çíà÷åíèÿì çàíèæàåò ðåçóëüòàò. à)
á)
Ðèñ. 7.7. Èçìåíåíèå äëèíû äóãè çàõâàòà íà íåñòàöèîíàðíûõ ó÷àñòêàõ 1 (à) è 2 (á) (ñì. ðèñ. 7.1) 168
7.3.2. Óñëîâèÿ çàõâàòà Ðàññìîòðèì óñëîâèÿ çàõâàòà ïðè ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêå íà íåñòàöèîíàðíûõ ó÷àñòêàõ. Íà ðèñ. 7.8, à ïîêàçàíî ïîëîæåíèå íîðìàëüíîé Ð è êàñàòåëüíîé Ò ñèë ïðè çàõâàòå íà ó÷àñòêå 1. Ïîñëåäíÿÿ ñèëà íàïðàâëåíà ïîä óãëîì çàõâàòà α ê ãîðèçîíòàëè. Èç òåîðèè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêè èçâåñòíî, ÷òî, ïðîåêòèðóÿ îáå ñèëû íà îñü õ, ïîëó÷àåì óñëîâèå çàõâàòà ïîëîñû âàëêàìè α < µ , ãäå µ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Ïðåäåëüíûå ñèëû òðåíèÿ ðåàëèçóþòñÿ ïðè α = µ . Åñëè áû â äàííûõ óñëîâèÿõ îñóùåñòâëÿëñÿ çàõâàò ïîëîñû íà ñòàöèîíàðíîì ó÷àñòêå, òî ñèëà д áûëà áû íàïðàâëåíà ïî íîðìàëè è ñèëà T´ ïî êàñàòåëüíîé ê îêðóæíîñòè ðàäèóñîì R = Rδ , ò. å. ïîä óãëîì êàñàíèÿ θ. Ïðåäåëüíûå óñëîâèÿ çàõâàòà ðåàëèçóþòñÿ ïðè θ = µ . Ïðè ïðîêàòêå íà ó÷àñòêå 1 θ < α , ïîýòîìó óñëîâèÿ çàõâàòà õóæå, ÷åì ïðè ñòàöèîíàðíîé ïðîêàòêå, òàê êàê óñëîâèå α = µ äîñòèãàåòñÿ ïðè ìåíüøåì îáæàòèè. Ìû çíàåì, ÷òî çàõâàò ïîëîñû ïðè ñòàöèîíàðíîé ïðîêàòêå ïî çàïàñó íåîáõîäèìûõ ñèë òðåíèÿ ýòî ñàìûé íåáëàãîïðèÿòíûé ìîìåíò ïðîêàòêè, è òåì áîëåå íåâûãîäíî íà÷èíàòü ïðîêàòêó ïåðèîäè÷åñêîé ïîëîñû ñ çàõâàòà íà ó÷àñòêå 1. Àíàëîãè÷íûé àíàëèç óñëîâèé çàõâàòà íà íåñòàöèîíàðíîì ó÷àñòêå 2 (ðèñ. 7.8, á) ïðèâåäåò ê âûâîäó, ÷òî íà ýòîì ó÷àñòêå θ > α , è çàõâàò ïðîèñõîäèò áîëåå áëàãîïðèÿòíî, ÷åì íà ñòàöèîíàðíîì ó÷àñòêå. Äîïóñòèìî áîëåå âûñîêîå îáæàòèå, ÷åì íà öèëèíäðè÷åñêîì ó÷àñòêå áî÷êè âàëêîâ. Òàêèì îáðàçîì, çàäà÷à ïîëîñû â âàëêè äîëæíà îñóùåñòâëÿòüñÿ â òîò ìîìåíò, êîãäà â çàçîðå ìåæäó âàëêàìè íàõîäÿòñÿ ñòàöèîíàðíûé ó÷àñòîê 3 èëè íåñòàöèîíàðíûé 2 (ñì. ðèñ. 7.1). Íåîáõîäèìî çàäàþùåå óñòðîéñòâî, ñîãëàñîâàííîå ñ óãëîì ïîâîðîòà âàëêîâ, êîòîðîå ïîçâîëÿåò îñóùåñòâèòü çàõâàò ïîëîñû íà óêàçàííûõ ó÷àñòêàõ. Ïîñëå çàïîëíåíèÿ î÷àãà äåôîðìàöèè ìåòàëëîì, êàê èçâåñòíî, íà ñòàöèîíàðíûõ ó÷àñòêàõ äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ óñëîâèå α ≤ γ , ãäå γ íåéòðàëüíûé óãîë, ïîýòîìó ïîÿâëÿåòñÿ ïî÷òè äâîéíîé çàïàñ ñèë òðåíèÿ. Ðàíåå îòìå÷àëîñü, ÷òî ïðè ïîëíîì çàïîëíåíèè î÷àãà äåôîðìàöèè óñëîâèÿ òðåíèÿ èíûå, ÷åì â ìîìåíò çàõâàòà. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè çàõâàòå âûøå, ÷åì ïðè óñòàíîâèâøåéñÿ ïðîêàòêå. Ïîýòîìó ïîñëå çàõâàòà ìàêñèìàëüíîå îáæàòèå âîçðàñòàåò íå â äâà ðàçà, à ìåíüøå. Ýòî çàìå÷àíèå ïîëåçíî ïðè íàçíà÷åíèè îáæàòèé íà ó÷àñòêàõ 1 è 4. Êàê è ïðè îáû÷íîé ïðîêàòêå, áîëüøîå âëèÿíèå íà óñëîâèÿ çàõâàòà îêàçûâàåò îáðàçóþùàÿñÿ ïðè çàõâàòå ïëîùàäêà ñìÿòèÿ, êîòîðàÿ çàâèñèò îò ñêîðîñòè à)
á)
Ðèñ. 7.8. Íîðìàëüíàÿ è êàñàòåëüíàÿ ñèëû ïðè çàõâàòå ïîëîñû íà íåñòàöèîíàðíûõ ó÷àñòêàõ ñ óáûâàþùèì è íàðàñòàþùèì îáæàòèåì 169
ïîäà÷è ïîëîñû â âàëêè.  îòëè÷èå îò îáû÷íîé ïðîêàòêè, çàõâàò äîëæåí áûòü îñóùåñòâëåí íàäåæíî è òî÷íî â òðåáóåìîì ïîëîæåíèè âàëêîâ, ÷òîáû ñîâìåñòèëèñü ôèãóðû âàëêîâ è ïîëîñû. Òåîðåòè÷åñêè äëÿ ñîâìåùåíèÿ ñêîðîñòü ïîäâåäåíèÿ ïîëîñû ê âàëêàì äîëæíà áûòü ðàâíà ëèíåéíîé ñêîðîñòè âàëêîâ. Îäíàêî ïðàêòè÷åñêè îíà äîëæíà áûòü íåìíîãî âûøå, ÷òîáû çà êîðîòêîå âðåìÿ ∆t îáðàçîâàëàñü äîñòàòî÷íàÿ ïëîùàäêà ñìÿòèÿ S äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ âòîðè÷íîãî çàõâàòà ïîëîñû. Ïðè ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêå èíîãäà ïðèìåíÿþò âòàëêèâàþùåå óñòðîéñòâî. Îíî ñïîñîáñòâóåò ñîâìåùåíèþ ôèãóð ïðè çàõâàòå è, êðîìå òîãî, îáëåã÷àåò çàõâàò. Ïðè íàëè÷èè âòàëêèâàþùåãî óñòðîéñòâà âîçìîæåí çàõâàò äàæå ïðè θ > µ . 7.3.3. Óãîë êðèòè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ γ, îïåðåæåíèå è îòñòàâàíèå Êðèòè÷åñêîå ñå÷åíèå ïðè íåñòàöèîíàðíîé ïðîêàòêå îòäåëÿåò çîíó îïåðåæåíèÿ îò çîíû îòñòàâàíèÿ, êàê è ïðè îáû÷íîé ïðîêàòêå. Íà íèçêèõ î÷àãàõ, êîãäà íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà îòñóòñòâóþò çîíû ïðèëèïàíèÿ, çîíû ñêîëüæåíèÿ ðàçäåëÿþòñÿ âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòüþ, ñîîòâåòñòâóþùåé íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå öåíòðàëüíîìó óãëó γ . Íà âûñîêèõ è ñðåäíèõ î÷àãàõ íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà è íà íåêîòîðîé ãëóáèíå èìåþò ìåñòî çîíû ïðèëèïàíèÿ, è íåéòðàëüíîå ñå÷åíèå ïðåäñòàâëÿåò íåêîòîðóþ èñêðèâëåííóþ ïîâåðõíîñòü (òèïà ïðåäñòàâëåííîé ðàíåå, ñì. ðèñ. 4.7). Ïðèìåì ãèïîòåçó ïëîñêèõ ñå÷åíèé ïðè íàëè÷èè òîëüêî çîí ñêîëüæåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà. Äîïóñòèì òàêæå, ÷òî äàâëåíèå è ñèëû òðåíèÿ ïîñòîÿííû ïî ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà, à óøèðåíèå îòñóòñòâóåò. Ðàññìîòðèì ìãíîâåííîå ïîëîæåíèå î÷àãà äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå íà ó÷àñòêå 2 ñ íàðàñòàþùèì îáæàòèåì (ðèñ. 7.9).  î÷àãå äåôîðìàöèè ñå÷åíèå NN ÿâëÿåòñÿ íåéòðàëüíûì, çîíà îòñòàâàíèÿ íàõîäèòñÿ íà ó÷àñòêå ÀN, à çîíà îïåðåæåíèÿ ðàñïîëàãàåòñÿ ïî äóãå NC.  çîíå îòñòàâàíèÿ ãîðèçîíòàëüíàÿ ïðîåêöèÿ íîðìàëüíîé ñèëû Ð1 íàïðàâëåíà ïðîòèâ, à ñèëû òðåíèÿ Ò1 ïî õîäó ïðîêàòêè.  çîíå îïåðåæåíèÿ îò òî÷êè N äî  ïðîåêöèè îáåèõ ñèë íàïðàâëåíû ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè, ó÷àñòêå ÂÑ ïðîåêöèÿ ñèëû P3 îò ëèíèè öåíòðîâ âàëêîâ äî òî÷êè âûõîäà ìåòàëëà
C
Ðèñ. 7.9. Ðàâíîâåñèå ñèë â î÷àãå äåôîðìàöèè íà ó÷àñòêå 2 (ñ âîçðàñòàíèåì îáæàòèÿ) 170
èç âàëêîâ, ïðîòÿæåííîñòü êîòîðîãî ñîîòâåòñòâóåò öåíòðàëüíîìó óãëó ψ, ïî õîäó ïðîêàòêè, à ñèëû T3 ïðîòèâîïîëîæíî. Âûäåëèì â çîíå îïåðåæåíèÿ ïîä óãëîì ϕ ýëåìåíò ïëîùàäüþ Rϕbd ϕ , íà êîòîðûé äåéñòâóþò íîðìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ ð è íàïðÿæåíèÿ òðåíèÿ τ = µp . Âûðàçèì ÷åðåç ýòè íàïðÿæåíèÿ âñå ñèëû, äåéñòâóþùèå ïî êîíòàêòíîé ïëîùàäêå. Ïî óñëîâèþ ðàâíîâåñèÿ ñóììà ãîðèçîíòàëüíûõ ïðîåêöèé âñåõ ñèë ðàâíà íóëþ: ø
è
−
∫
ð sin ϕ ⋅ rb ⋅ dϕ +
∫
ã
∫
0
ø
è
∫
ð sin ϕ ⋅ rb ⋅ dϕ − ìp cos ϕ ⋅ rb ⋅ dϕ + ìp cos ϕ ⋅ rb ⋅ dϕ = 0 0
ã
Åñëè ïðèíÿòü, ÷òî óøèðåíèå ïðè ïðîêàòêå îòñóòñòâóåò (b = const), à òàêæå ñ÷èòàòü, ÷òî íîðìàëüíîå íàïðÿæåíèå ð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñðåäíåå äàâëåíèå ïî î÷àãó, êîòîðîå îäèíàêîâî â çîíå îïåðåæåíèÿ è çîíå îòñòàâàíèÿ, òî âñå ÷ëåíû óðàâíåíèÿ ìîæíî ñîêðàòèòü íà prb. Òîãäà, ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî θ − ψ = α , ïîñëå èíòåãðèðîâàíèÿ è ïîäñòàíîâêè ïðåäåëîâ ïîëó÷èì cos α − 1 − cos ψ + 1 − µ sin γ + µ sin α + µ sin ψ − µ sin γ = 0 .
Ââåäåì óïðîùåíèÿ:
sin α = α è 1 − cos θ = 1 − sin 2 (α/2) = α 2 /2 (àíàëîãè÷íî óïðîñòèì ôóíêöèè óãëà ψ ). Ïîëó÷èì:
−α 2 /2 + µα − 2µγ + µψ + ψ 2 /2 = 0 . Ïðîñòûå ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðèâîäÿò ê ôîðìóëå, ïîëó÷åííîé âïåðâûå Â.Ê. Ñìèðíîâûì: γ=
α+ψ α −ψ 1 − . 2 2µ
Ýòà ôîðìóëà ñîâïàäàåò ñ ôîðìóëîé Ïàâëîâà äëÿ îáû÷íîé ïðîêàòêè, êîãäà ψ = 0 . Àíàëîãè÷íî ìîæíî ðàññìîòðåòü ðàâíîâåñèå ñèë íà ó÷àñòêå ñ óáûâàþùèì îáæàòèåì. Íà äóãå î÷àãà äåôîðìàöèè ÀÑ (ñì. ðèñ. 7.4), ñîîòâåòñòâóþùåé óãëó êàñàíèÿ θ = α − ψ , ãîðèçîíòàëüíûå ïðîåêöèè íîðìàëüíûõ ñèë Ð íàïðàâëåíû ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ íàïðàâëåíèÿ ñèë òðåíèÿ äóãó ÀÑ íåîáõîäèìî ðàçáèòü íà äâå ÷àñòè. Îò òî÷êè çàõâàòà (óãëà θ) äî íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ (ïîä óãëîì γ) â çîíå îòñòàâàíèÿ ãîðèçîíòàëüíûå ïðîåêöèè ñèë òðåíèÿ íàïðàâëåíû ïî õîäó ïðîêàòêè, à â çîíå îïåðåæåíèÿ îò óãëà γ äî 0 ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè. Ðàâíîâåñèå ñèë äàåò óðàâíåíèå: è
−
∫ 0
è
∫
ã
∫
ð sin ϕ ⋅ rb ⋅ dϕ − ìp cos ϕ ⋅ rb ⋅ dϕ + ìp cos ϕ ⋅ rb ⋅ dϕ = 0 ã
0
Àíàëîãè÷íûå ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðèâîäÿò ê ôîðìóëå Â.Ê. Ñìèðíîâà: ã=
á−ø á + ø . 1 − 2 2ì 171
Ðèñ. 7.10. Çàâèñèìîñòü íåéòðàëüíîãî óãëà îò óãëà êàñàíèÿ è êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ
Ðèñ. 7.11. Çàâèñèìîñòü îïåðåæåíèÿ îò óãëà êëèíà íà ó÷àñòêàõ ñ óáûâàþùèì 1 è íàðàñòàþùèì 2 îáæàòèåì
Ïîëó÷åííûå óðàâíåíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî íåéòðàëüíûé óãîë γ íà ó÷àñòêå ñ íàðàñòàþùèì îáæàòèåì áîëüøå, à íà ó÷àñòêå ñ óáûâàþùèì îáæàòèåì ìåíüøå, ÷åì ïðè ñòàöèîíàðíîé ïðîêàòêå. ×åì áîëüøå óãîë íàêëîíà ψ, òåì áîëüøå îòëè÷èå. Âèäíî òàêæå, ÷òî óãîë γ ñëîæíûì îáðàçîì çàâèñèò îò óãëà çàõâàòà α. Íà ðèñ. 7.10 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü, ïîñòðîåííàÿ ïî ïðèâåäåííûì ôîðìóëàì Ñìèðíîâà ïðè ðàçëè÷íûõ êîýôôèöèåíòàõ òðåíèÿ µ è íåêîòîðîì ïîñòîÿííîì çíà÷åíèè óãëà ψ. Ïðè ïðîêàòêå íà ïåðåõîäíîì ó÷àñòêå ñ óáûâàþùèì îáæàòèåì íåéòðàëüíûé óãîë ìåíüøå, ÷åì ïðè ñòàöèîíàðíîé ïðîêàòêå. Ïîýòîìó îïåðåæåíèå òàêæå ìåíüøå, è îíî òåì ìåíüøå, ÷åì áîëüøå óãîë íàêëîíà ó÷àñòêà ψ. Åñëè ïðè ñòàöèîíàðíîé ïðîêàòêå îïåðåæåíèå ðàâíî 35 %, òî ïðè ïðîêàòêå êëèíîâèäíîãî ó÷àñòêà 1 îíî ìåíüøå. ×åì áîëüøå óãîë íàêëîíà êëèíà, òåì áîëüøå îñíîâàíèé ñ÷èòàòü îïåðåæåíèå îòñóòñòâóþùèì (êðèâàÿ 1 íà ðèñ. 7.11). Ïðàêòè÷åñêè âåñü ìåòàëë â î÷àãå äåôîðìàöèè íàõîäèòñÿ â çîíå îòñòàâàíèÿ. Åñëè ðàññìàòðèâàòü ó÷àñòîê 2, ïðîêàòûâàåìûé ñ íàðàñòàíèåì îáæàòèÿ, êîãäà íåéòðàëüíûé óãîë áîëüøå, ÷åì ïðè ñòàöèîíàðíîé ïðîêàòêå, îïåðåæåíèå áóäåò áîëüøå, ÷åì íà ñòàöèîíàðíîì ó÷àñòêå (ñì. ðèñ. 7.11, êðèâàÿ 2), è ñ óâåëè÷åíèåì óãëà íàêëîíà ψ ïðîòÿæåííîñòü çîíû îïåðåæåíèÿ âîçðàñòàåò. Ïðè áîëüøèõ óãëàõ íàêëîíà îïåðåæåíèå ìîæåò äîñòèãàòü 1012 %. Åñëè äëèíà ôèãóðû 2 (ñì. ðèñ. 7.1) ïî ÷åðòåæó ðàâíà li, òî íà âàëêàõ äëèíà ó÷àñòêà äîëæíà áûòü ìåíüøå íà âåëè÷èíó îïåðåæåíèÿ: li . 1+S Íà ó÷àñòêå 1 äëèíû ìîæíî ñ÷èòàòü ñîâïàäàþùèìè, íî íà ó÷àñòêå 2 îíè ðåçêî îòëè÷àþòñÿ. Äëÿ òî÷íîãî âûïîëíåíèÿ ôèãóðû íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü òàêæå òî, ÷òî óãîë θ ïî õîäó ïðîêàòêè èçìåíÿåòñÿ, ñëåäîâàòåëüíî, èçìåíÿþòñÿ íåéòðàëüíûé óãîë γ è îïåðåæåíèå S. Íà ó÷àñòêå 1 (ñ óáûâàþùèì îáæàòèåì) óãîë θ ïî õîäó ïðîêàòêè óìåíüøàåòñÿ, à íà ó÷àñòêå 2 óâåëè÷èâàåòñÿ.  ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèâåäåííûìè êðèâûìè (ñì. ðèñ. 7.10) â îáîèõ ñëó÷àÿõ ïðè ìàëûõ îáæàòèÿõ (ïðè ìàëûõ óãëàõ êàñàíèÿ θ) ñ óâåëè÷åíèåì îáæàòèÿ è óãëà êàñàíèÿ θ íåéòðàëüíûé óãîë γ è îïåðåæåíèå S âîçðàñòàþò, à ïðè ñðàâíèòåëüíî áîëüøèõ îáæàòèÿõ, íàîáîðîò, óìåíüøàþòñÿ. l âi =
172
7.3.4. Óøèðåíèå Ïðè îáû÷íîé ïðîêàòêå â öèëèíäðè÷åñêèõ âàëêàõ çà ñ÷åò äåéñòâèÿ âíåøíèõ çîí âûòÿæêà ìåòàëëà ïî øèðèíå ïîëîñû âûðàâíèâàåòñÿ. Ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî óøèðåíèå, îöåíèâàåìîå ñìåùåííûì îáúåìîì ìåòàëëà â øèðèíó, ïðèìåðíî ïîñòîÿííî ïî øèðèíå. Ìíîãî÷èñëåííûå ýêñïåðèìåíòû ïîêàçûâàþò, ÷òî íà íèçêèõ è ïðèáëèæåííî íà ñðåäíèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè îíî ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííî òàêæå è â íàïðàâëåíèè äëèíû î÷àãà äåôîðìàöèè, ò. å. â ëþáîì ñå÷åíèè î÷àãà äåôîðìàöèè: db / b −A = = const . dh / h Ïðîèíòåãðèðîâàâ ïî âñåé äëèíå î÷àãà äåôîðìàöèè, ïîëó÷àåì b1
−A =
∫ db / b
b0 h1
= const, èëè A =
∫ dh / h
ln(b1 / b0 ) = const . ln(h0 / h1 )
h0
Åñëè ïðîèíòåãðèðîâàòü ïðèáëèæåííî, âûíîñÿ çà çíàê èíòåãðàëà ñðåäíèå çíà÷åíèÿ øèðèíû è âûñîòû ïîëîñû bc è hc, òî ïîëó÷èì b ∆b = A c . ∆h hc
Ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîêàçàíî òàêæå, ÷òî ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ À ïðè îáû÷íîé ïðîêàòêå îïðåäåëÿåòñÿ ñðåäíèìè ðàçìåðàìè î÷àãà äåôîðìàöèè è êîýôôèöèåíòîì òðåíèÿ: l b A = f , c , µ. h l c Íà íèçêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè îïðåäåëÿþùèì ÿâëÿåòñÿ ïàðàìåòð bc /l, à ðîëü ïàðàìåòðà l/hc ïðè ýòîì íåâåëèêî. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ âûñîòû î÷àãà äåôîðìàöèè çíà÷èìîñòü ïàðàìåòðà l/hc íà÷èíàåò âîçðàñòàòü, à çíà÷èìîñòü ïàðàìåòðà bc /l, íàîáîðîò, óìåíüøàòüñÿ, õîòÿ âåäóùàÿ ðîëü åãî îñòàåòñÿ ïî÷òè äî âûñîêèõ î÷àãîâ. Ñ ðîñòîì ýòîãî ïàðàìåòðà, êàê èçâåñòíî, óøèðåíèå óìåíüøàåòñÿ. Ïðè ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêå íà ó÷àñòêàõ ñ ïîñòîÿííûì îáæàòèåì âñå ñêàçàííîå ñïðàâåäëèâî â ïîëíîé ìåðå, íî íà ïåðåõîäíûõ ó÷àñòêàõ ïàðàìåòðû î÷àãà äåôîðìàöèè íåïðåðûâíî èçìåíÿþòñÿ, ïîýòîìó ïîêàçàòåëü À òàêæå íåïîñòîÿííûé. Ïðè ïðîêàòêå ñ óáûâàþùèì îáæàòèåì, êàê óñòàíîâëåíî ðàíåå, äëèíà î÷àãà äåôîðìàöèè â ïðîöåññå ïðîêàòêè óáûâàåò, ïàðàìåòð bc /l âîçðàñòàåò, óøèðåíèå óìåíüøàåòñÿ. Ïðè ïðîêàòêå ñ íàðàñòàþùèì îáæàòèåì, î÷åâèäíî, áóäåò îáðàòíàÿ êàðòèíà. Äëÿ óøèðåíèÿ ìîæíî çàïèñàòü: Äb Äb Äb , 1), òî îòñòàâàíèå ñíèæàåòñÿ è óãîë β1 êîíòóðà îòñòàâàíèÿ óìåíüøàåòñÿ. Ñ ðîñòîì êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ µ îïåðåæåíèå ðàñòåò è ñîîòâåòñòâåííî îòñòàâàíèå óìåíüøàåòñÿ, ïîýòîìó óãîë β1 òàêæå óìåíüøàåòñÿ. Ñ óâåëè÷åíèåì ðàäèóñà ãðåáíÿ âàëêîâ Rmax óãîë β1 óâåëè÷èâàåòñÿ. Åñëè íà âïàäèíàõ ìåòàëë òàêæå èñïûòûâàåò äåôîðìàöèþ, òî êàðòèíà ôîðìèðîâàíèÿ êîíòóðà îòñòàâàíèÿ óñëîæíÿåòñÿ. Íà ðèñ. 7.16 ïðèâåäåíû ïîñëåäîâàòåëüíî òðè ñòàäèè åãî ôîðìèðîâàíèÿ. Ñòàäèÿ I ðåàëèçóåòñÿ ïðè ïðîêàòêå ïîëîñû íà ãðåáíå âàëêîâ è çàêàí÷èâàåòñÿ êàñàíèåì ïîëîñû âïàäèíàìè âàëêîâ.  êîíöå ýòîé ñòàäèè ôîðìèðóåòñÿ êîíòóð îòñòàâàíèÿ ñ óãëîì β1 , êàê è â ðàññìîòðåííîì âûøå ñëó÷àå. Ñòàäèÿ II íà÷èíàåòñÿ ñ ìîìåíòà íà÷àëà äåôîðìàöèè ìåòàëëà âïàäèíàìè è çàêàí÷èâàåòñÿ âûõîäîì ëåâîé ãðàíè ãðåáíÿ íà ëèíèþ öåíòðîâ âàëêîâ. Íà ýòîé ñòàäèè ìåòàëë îäíîâðåìåííî äåôîðìèðóåòñÿ êàê ãðåáíÿìè, òàê è âïàäèíàìè. Ïðè äåôîðìàöèè ãðåáíÿìè ïî-ïðåæíåìó ìåòàëë âûòåêàåò ñ îáðàçîâàíèåì êîíòóðà îòñòàâàíèÿ, íî îäíîâðåìåííî ïðîèñõîäèò ñìÿòèå âíîâü îáðàçîâàííîãî êîíòóðà âïàäèíàìè.  ðåçóëüòàòå ê êîíöó ñòàäèè II îáðàçóåòñÿ ïåðåõîäíûé êîíòóð ñ óãëîì β1′ , îòëè÷íûì îò óãëà β1. Ñòàäèÿ III íà÷èíàåòñÿ îò ïîëîæåíèÿ ãðåáíÿ ïî ëèíèè öåíòðîâ âàëêîâ è çàêàí÷èâàåòñÿ ïîëíûì âûõîäîì âåðøèíû ãðåáíÿ èç âàëêîâ. Íà ýòîé ñòàäèè îáæàòèå íà ãðåáíÿõ ïðåêðàùàåòñÿ, íî íà âïàäèíàõ ïðîäîëæàåòñÿ. Ïðîäîëæàåòñÿ èñêàæåíèå óãëà ïåðåõîäíîãî ó÷àñòêà, õîòÿ è íåçíà÷èòåëüíîå, òàê êàê îáæàòèå ïîëîñû íà ýòîé ñòàäèè óæå íåâåëèêî. Îñíîâíîå èñêàæåíèå ïðîèñõîäèò íà ñòàäèè II. Ïðàêòè÷åñêè âñåãäà β1′ > β1 . Òåîðåòè÷åñêè âû÷èñëèòü óãîë β1′ íåâîçìîæíî, ïîýòîìó îòíîøåíèå β1′ /β1 èçó÷àþò ýêñïåðèìåíòàëüíî. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè ïðîêàòêå íà îäíèõ è òåõ æå
Ðèñ. 7.16. Ôîðìèðîâàíèå êîíòóðà îòñòàâàíèÿ ïðè äåôîðìàöèè ìåòàëëà ïî âïàäèíàì 178
âàëêàõ ïîëîñ ðàçíîé êîíå÷íîé òîëùèíû ïî ìåðå óòîíåíèÿ ïîëîñû îòíîøåíèå β1′ /β1 óìåíüøàåòñÿ. Ñ óâåëè÷åíèåì êðèòåðèÿ
∆hmax , ò. å. ñ ðîñòîì îáæàòèÿ ïî2R max
ëîñû, îòíîøåíèå β1′ /β1 âîçðàñòàåò. Ñ óâåëè÷åíèåì ãëóáèíû âïàäèíû ∆R = Rmax − − Rmin èñêàæåíèå óãëà ïåðåõîäíîãî ó÷àñòêà è îòíîøåíèå β1′ /β1 óìåíüøàþòñÿ. Ðàññìîòðèì ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ êîíòóðà îïåðåæåíèÿ. Ïóñòü ñíà÷àëà îáæàòèå íà âïàäèíàõ îòñóòñòâóåò. Îáðàçîâàíèå êîíòóðà îïåðåæåíèÿ íà÷èíàåòñÿ ñ ìîìåíòà êàñàíèÿ ïîëîñû ïðàâîé ãðàíüþ ãðåáíÿ âàëêîâ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 7.17, à. Ïî ìåðå âíåäðåíèÿ ãðåáíÿ ðàñòåò äëèíà äóãè çàõâàòà, è â êàæäûé ìîìåíò âðåìåíè îíà ñîñòîèò èç çîíû îïåðåæåíèÿ è çîíû îòñòàâàíèÿ. Íåéòðàëüíûé óãîë γ âíà÷àëå ðàâåí óãëó çàõâàòà α , íî ïðè çàïîëíåíèè î÷àãà äåôîðìàöèè ïðîòÿæåííîñòü çîí îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ ðàñòåò, è óãîë γ ïîñòåïåííî ïðèáëèæàåòñÿ ê çíà÷åíèþ 0,5α. Ìåòàëë, íåïðåðûâíî âûòåêàþùèé â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè èç çîíû îïåðåæåíèÿ, îáðàçóåò êîíòóð îïåðåæåíèÿ (ðèñ. 7.17, á). Ïðè äâèæåíèè ãðåáíÿ çà ïðåäåëû óãëà γ êîíòóð îïåðåæåíèÿ óæå íå îáðàçóåòñÿ, òàê êàê ìåòàëë äâèæåòñÿ áûñòðåå âàëêîâ, ïîýòîìó òåîðåòè÷åñêè óãëû γ è β2 äîëæíû áûòü ðàâíûìè. Àíàëèç ïðîöåññà ôîðìèðîâàíèÿ êîíòóðà îïåðåæåíèÿ ïîêàçûâàåò, ÷òî óãîë β2 çàâèñèò îò ñëåäóþùèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ (êðèòåðèåâ): ∆h h β2 = f max , 0 , µ . Rmax hmin
Óãîë β2 âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷åíèåì êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ µ è îòíîøåíèÿ h0 /hmin è óìåíüøåíèåì îòíîøåíèÿ ∆hmax /Rmax . Åñëè íà âïàäèíàõ òàêæå îñóùåñòâëÿåòñÿ îáæàòèå ïîëîñû, òî êàðòèíà äåôîðìàöèè ïðåòåðïåâàåò èçìåíåíèÿ. Äàæå ïðè íåáîëüøèõ îáæàòèÿõ ïî âïàäèíå
à)
á)
â)
Ðèñ. 7.17. Ôîðìèðîâàíèå êîíòóðà îïåðåæåíèÿ (à) è åãî ôîðìà ïðè îòñóòñòâèè (á) è íàëè÷èè (â) äåôîðìàöèè ïî âïàäèíå 179
ïðè äâèæåíèè âàëêîâ ìåòàëë ïîçæå îòðûâàåòñÿ îò ãðåáíÿ, ÷åì ïðè óãëå γ, ïîýòîìó óãîë β2 óìåíüøàåòñÿ, à ïðè çíà÷èòåëüíûõ îáæàòèÿõ ïî âïàäèíå ïðèáëèæàåòñÿ ê íóëþ (ðèñ. 7.17, â). Êàðòèíà íåñêîëüêî èñêàæàåòñÿ íà ãðàíèöå ãðåáíÿ è âïàäèíû (âáëèçè òî÷êè À). Çäåñü ïîëîñòü ìåæäó ãðåáíåì è âïàäèíîé ñ òðóäîì çàïîëíÿåòñÿ ìåòàëëîì, ïîñêîëüêó äâèæåíèþ ìåòàëëà â íàïðàâëåíèè óãëà ïîëîñòè ïðåïÿòñòâóþò áîëüøèå ñèëû òðåíèÿ. Êðîìå òîãî, â ýòîì ìåñòå ìåòàëë èñïûòûâàåò óòÿæêó çà ñ÷åò âçàèìîäåéñòâèÿ ñ äðóãèìè, áîëåå èíòåíñèâíî äåôîðìèðóåìûìè ÷àñòÿìè ìåòàëëà.  ñâÿçè ñ ýòèì, êàê ïðàâèëî, êîíòóð îïåðåæåíèÿ èìååò ñëåäû óòÿæêè è ñãëàæåí ïî âåðøèíå. Ðàññìîòðåâ íåêîòîðûå òåîðåòè÷åñêèå âîïðîñû ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêè, ìîæíî ñäåëàòü âûâîäû. Ïðè ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêå âñåãäà èìåþòñÿ ïåðåõîäíûå ó÷àñòêè, íà êîòîðûõ âñå ïàðàìåòðû ïðîêàòêè íåñòàáèëüíû, èçìåíåíèå èõ ïðîèñõîäèò ïî ñëîæíîìó çàêîíó, èññëåäîâàíèå èõ òðóäíî ïîääàåòñÿ òåîðåòè÷åñêîìó àíàëèçó. Ïðè ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêå òðåáóåòñÿ òî÷íî ðàññ÷èòûâàòü îïåðåæåíèå, ïðîòÿæåííîñòü äëèíû äóãè çàõâàòà, óãëû çàõâàòà è êàñàíèÿ, óãëû êîíòóðîâ îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ è äð. Íóæíû òî÷íûå êîëè÷åñòâåííûå õàðàêòåðèñòèêè ïðîöåññà, êîòîðûå óñòàíàâëèâàþòñÿ ïðàêòè÷åñêè âñåãäà ýêñïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì.
Ãëàâà 8 ÏÎÏÅÐÅ×ÍÀß ÏÐÎÊÀÒÊÀ 8.1. Ðàçíîâèäíîñòè ïðîöåññîâ ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè Íà ðèñ. 8.1 ïðåäñòàâëåíà ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè. Äâà èëè òðè âàëêà ñòàíà ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè äèàìåòðîì D âðàùàþòñÿ â îäíó ñòîðîíó. Ìåæäó íèìè êðóãëàÿ çàãîòîâêà äèàìåòðîì d = 2r âðàùàåòñÿ â ïðîòèâîïîëîæíóþ ñòîðîíó, ïîëó÷àÿ çà îäèí îáîðîò àáñîëþòíîå îáæàòèå ∆r. Ñóùåñòâóåò öåëûé ðÿä òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, â îñíîâå êîòîðûõ ëåæèò ïîïåðå÷íàÿ ïðîêàòêà. Îòìåòèì îñíîâíûå èç íèõ. Ïðàêòè÷åñêè â ÷èñòîì âèäå äâóõâàëêîâàÿ ñõåìà ïðîêàòêè (ñì. ðèñ. 8.1, à) èñïîëüçóåòñÿ ïðè íàêàòêå íà ïîâåðõíîñòü êðóãëûõ äåòàëåé ðàçëè÷íûõ ðåëüåôîâ, ïðè íàêàòêå ðåçüá, øåñòåðåí. Ïî òàêîé æå ñõåìå ïðîòåêàåò ïðîöåññ êîâêè êðóïíûõ êðóãëûõ âàëîâ ñ ïîâîðîòîâ â ïðîöåññå êîâêè, ïîêàçàííûé íà ðèñ. 8.2, à. Íà ðèñ. 8.2, á ïðèâåäåíà ñõåìà ïîïåðå÷íî-êëèíîâîé ïðîêàòêè, êîãäà íàðåçàííûå íà âàëêàõ êëèíüÿ ïðè ïðîêàòêå âíåäðÿþòñÿ â òåëî öèëèíäðè÷åñêîãî âàëèêà, îáðàçóÿ íà íåì ñòóïåí÷àòûå ó÷àñòêè ðàçíîãî äèàìåòðà. Ìîæíî ïîëó÷èòü ïðàêòè÷åñêè ãîòîâûå âàëèêè ñ ðàçëè÷íûìè ïåðåõîäàìè, ñ äîïóñêàìè ïîä øëèôîâêó.  íåêîòîðûõ ðàçíîâèäíîñòÿõ ïðîöåññà ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè îñè âàëêîâ ñòàíà ðàñïîëîæåíû ïîä íåêîòîðûì óãëîì äðóã ê äðóãó. Òàêîé ïðîöåññ èìååò îòäåëüíîå íàçâàíèå êîñàÿ ïðîêàòêà.  ðåçóëüòàòå ïåðåêîñà îñåé âàëêîâ ïðè ïðîêàòêå ñèëà òðåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà ìåòàëëà ñ âàëêîì ðàçëàãàåòñÿ íà äâå ñîñòàâëÿþùèå. Òàíãåíöèàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ îñóùåñòâëÿåò âðàùåíèå çàãîòîâêè, 180
à)
á)
Ëèíåéêà
Ðèñ. 8.1. Ñõåìà ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè â äâóõ è òðåõ âàëêàõ
à)
á)
â)
Ðèñ. 8.2. Ñõåìû ïîïåðå÷íîé êîâêè êðóïíûõ âàëîâ (à) è ïîïåðå÷íî-êëèíîâîé ïðîêàòêè â âàëêàõ (á, äâå ïðîåêöèè), ðàçâåðòêà êëèíà (â)
181
Ðèñ. 8.3. Ñõåìà êîñîé ïðîêàòêè: 1 îïðàâêà; 2 âàëêè; 3 ãèëüçà; 4 ëèíåéêè; 5 ñòåðæåíü îïðàâêè; 6 çàãîòîâêà
êàê â îïèñàííîì ïðîöåññå ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè, à îñåâàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ïðîäâèãàåò çàãîòîâêó âäîëü îñè ïðîêàòêè. Òàê íàêàòûâàþò ðåçüáû âèíòîâ, áîëòîâ, øïèëåê, à òàêæå ÷åðâÿêè, øíåêè è ò. ï. Ñõåìà êîñîé ïðîêàòêè ëåæèò òàêæå â îñíîâå ïðîøèâêè òðóá ïåðâîé òåõíîëîãè÷åñêîé îïåðàöèè ÎÌÄ ïðè ïðîèçâîäñòâå áåñøîâíûõ òðóá, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 8.3. Âàëêè ñòàíà âûïîëíåíû â âèäå äâóõ óñå÷åííûõ êîíóñîâ, ñîåäèíåííûõ â ñåðåäèíå áîëüøèìè îñíîâàíèÿìè. Óãîë êîíóñà 25°, óãîë ïåðåêîñà îñåé âàëîâ 58°. Êðóãëàÿ çàãîòîâêà âðàùàåòñÿ ïîä äåéñòâèåì òàíãåíöèàëüíîé ñîñòàâëÿþùåé ñèëû, äåéñòâóþùåé íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà ìåòàëëà ñ âàëêàìè. Îñåâàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ýòîé ñèëû çàòÿãèâàåò çàãîòîâêó â î÷àã äåôîðìàöèè, êîòîðàÿ ïîëó÷àåò îáæàòèå ïî äèàìåòðó. Ïîçæå ìû óáåäèìñÿ â òîì, ÷òî ïðè ìàëûõ óãëàõ ïåðåêîñà âàëêîâ è ìàëûõ îáæàòèÿõ ïî äèàìåòðó âíóòðè çàãîòîâêè ñîçäàþòñÿ óñëîâèÿ äëÿ ðàçðûõëåíèÿ è ðàçðóøåíèÿ ìåòàëëà. Åñëè íà ïóòè äâèæóùåãîñÿ ìåòàëëà óñòàíîâèòü îïðàâêó äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè, òî íà ñõîäå ñ îïðàâêè ïîëó÷èòñÿ òîëñòîñòåííàÿ òðóáà ãèëüçà, êîòîðóþ äàëüøå íà äðóãèõ ñòàíàõ ðàñêàòûâàþò â áîëåå òîíêîñòåííóþ è òî÷íóþ ïî ðàçìåðàì áåñøîâíóþ òðóáó. Åñëè íà ñòàíå óñòàíîâèòü áîëüøèå óãëû ïåðåêîñà è ïðîèçâîäèòü ïðîêàòêó ñ áîëüøèìè îáæàòèÿìè, òî â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ çàãîòîâêè ìåòàëë áóäåò íå ðàçðûõëÿòüñÿ, à íàîáîðîò óïëîòíÿòüñÿ. Ýòî ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðè ïðîèçâîäñòâå êà÷åñòâåííûõ çàãîòîâîê èç ðûõëûõ ñëèòêîâ, ïðè ïðåäâàðèòåëüíîé îáðàáîòêå çàãîòîâîê èç âûñîêîëåãèðîâàííûõ è íåðæàâåþùèõ ìàðîê ñòàëè, ñêëîííûõ ïðè îòëèâêå ê âíóòðåííèì äåôåêòàì. Áîëåå óäîáíûì äëÿ ýòèõ öåëåé ÿâëÿåòñÿ 3-âàëêîâûé âàðèàíò ïðîêàòíîãî ñòàíà (ñì. ðèñ. 8.1, á), òàê êàê â ýòîì ñëó÷àå çàãîòîâêà íàäåæíî óäåðæèâàåòñÿ â âàëêàõ áåç äîïîëíèòåëüíûõ ïîääåðæèâàþùèõ ïðîâîäîê. 182
Äëÿ ïðîèçâîäñòâà äëèííûõ êðóïíûõ ñòóïåí÷àòûõ âàëîâ ïðèìåíÿþò òðåõâàëêîâóþ ñõåìó ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè, ïîêàçàííóþ íà ðèñ. 8.4. Òðè âàëêà èìåþò âîçìîæíîñòü ñ ïîìîùüþ ãèäðîöèëèíäðîâ ïî çàäàííîé ïðîãðàììå ñáëèæàòüñÿ èëè ðàñõîäèòüñÿ â ïðîöåññå ïðîêàòêè. Äâèæóùàÿñÿ âäîëü âàëêîâ çà ñ÷åò ïåðåêîñà âàëêîâ èëè ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîãî ìåõàíèçìà çàãîòîâêà ïîëó÷àåò ðàçíîå îáæàòèå ïî äèàìåòðó, îáðàçóÿ ñòóïåí÷àòûé âàë. Êàê ïðàâèëî, äàëüøå îí èñïîëüçóåòñÿ êàê çàãîòîâêà Ðèñ. 8.4. Ñõåìà ïðîêàòêè äëèííûõ âàëîâ ïîä øòàìïîâêó èëè ìåõàíè÷åñêóþ îáíà òðåõâàëêîâîì ñòàíå ðàáîòêó. Ïðèìåíåíèå ñòóïåí÷àòîé çàãîòîâêè ïîçâîëÿåò ýêîíîìèòü çíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî ìåòàëëà ïðè øòàìïîâêå è òî÷åíèè.
Ðèñ. 8.5. Ñõåìà ïðîêàòêè øàðîâ íà ñòàíå âèíòîâîé ïðîêàòêè
Îäíîé èç ðàçíîâèäíîñòåé ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè ÿâëÿåòñÿ âèíòîâàÿ ïðîêàòêà. Íà ðèñ. 8.5 ïîêàçàí ïðîöåññ ïîëó÷åíèÿ êðóïíûõ ìåëüíè÷íûõ øàðîâ, ïðèìåíÿåìûõ äëÿ ðàçìîëà ðàçëè÷íûõ ïîðîä. Íà äâóõâàëêîâîì ñòàíå ïî âèíòîâîé ëèíèè íàðåçàí îäèí êàëèáð, ôîðìà ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ êîòîðîãî èçìåíÿåòñÿ îò èñõîäíîé çàãîòîâêè äî ãîòîâîãî ïðîôèëÿ øàðà. Ïî õîäó êàëèáðà âûñîòà ðåáîðäû ïîñòåïåííî âîçðàñòàåò, ôîðìèðóÿ øàð.  êîíöå ïðîöåññà çàîñòðåííûì ó÷àñòêîì ðåáîðäû ãîòîâûå øàðû îòðåçàþòñÿ îò îñíîâíîé øòàíãè. Ïðè âèíòîâîé ïðîêàòêå íåò íåîáõîäèìîñòè â ïåðåêîñå âàëêîâ, òàê êàê ïåðåìåùåíèå çàãîòîâêè âäîëü îñè ïðîêàòêè îñóùåñòâëÿåòñÿ ñàìèì âèíòîâûì êàëèáðîì. 183
8.2. Î÷àã äåôîðìàöèè ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå 8.2.1. Ïàðàìåòðû î÷àãà äåôîðìàöèè Íà ðèñ. 8.6 ïðèâåäåíà ñõåìà î÷àãà äåôîðìàöèè ìåòàëëà ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå â äâóõ âàëêàõ. Åäèíè÷íîå (èëè ÷àñòíîå) àáñîëþòíîå îáæàòèå çàãîòîâêè îöåíèâàåòñÿ âåëè÷èíîé ∆r óìåíüøåíèÿ åå ðàäèóñà çà îäèí ïîëóîáîðîò âðàùåíèÿ â âàëêàõ. Èç ñõåìû ñëåäóåò (ñì. ðèñ. 8.6): ∆r = À + ÂÑ = R − R 2 − b 2 + r − r 2 − b 2 ,
ãäå R = D/2 ðàäèóñ âàëêà; r = d/2 ðàäèóñ çàãîòîâêè; b äëèíà äóãè êîíòàêòà (b = BE). Çàïèøåì èíà÷å:
Ðèñ. 8.6. Î÷àã äåôîðìàöèè ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå
2 2 b b Är = R 1 − 1 − + r 1 − 1 − . R R
Âåëè÷èíû b/R è b/r âñåãäà çíà÷èòåëüíî ìåíüøå åäèíèöû, ïîýòîìó ðàçëîæèâ ôóíêöèè â ðÿä è îòáðîñèâ âñå ÷ëåíû ðÿäà, íà÷èíàÿ ñ òðåòüåãî, ïîëó÷èì: b 1− R
2
2
1b =1− ; 2 R
b 1− r
2
2
=1−
1 b . 2r
Ïîëó÷àåì ôîðìóëó äëÿ ðàñ÷åòà äëèíû äóãè êîíòàêòà: b =
2R ⋅ r ⋅ Är . R+r
Îòíîñèòåëüíîå îáæàòèå çàãîòîâêè çà ïîëóîáîðîò å = ∆r /d , ïîýòîìó b R = å = k å, d R+r
ãäå ïîñòîÿííàÿ âåëè÷èíà R . R +r Åñëè îòíîøåíèå äâóõ ðàäèóñîâ îáîçíà÷èòü i (i = r/R), òî ïîëó÷èì k =
k =
1 . 1+i
Çà ñ÷åò âäàâëèâàíèÿ âàëêîâ â çàãîòîâêó èñòèííàÿ äëèíà êîíòàêòíîé ïëîùàäêè l íåñêîëüêî ïðåâûøàåò ðàñ÷åòíîå çíà÷åíèå b, ÷òî ìîæíî ó÷åñòü ñ ïîìîùüþ êîýôôèöèåíòà ψ: 184
l = ψb; l d = øk å .
Ï.Ê. Òåòåðèí ïðåäëîæèë âû÷èñëÿòü ïîïðàâêó ïî ôîðìóëå (áåç âûâîäà) ø =1+
ì , ð(1 + i )
ãäå µ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ.  ðåàëüíûõ ïðîöåññàõ çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà ψ íå ïðåâûøàåò 1,12. Ïîñêîëüêó äëèíà äóãè êîíòàêòà ñâÿçàíà ñ óãëîì êàñàíèÿ α ðàâåíñòâîì l = R α , òî ëåãêî îïðåäåëÿåòñÿ òàêæå óãîë êàñàíèÿ α. Ïî àíàëîãèè ñ ïðîäîëüíîé ïðîêàòêîé ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå åãî òàêæå ìîæíî íàçûâàòü óãëîì çàõâàòà. Êàê è ïðè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå, ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå ïî äëèíå äóãè êîíòàêòà ñóùåñòâóþò çîíû îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ. Íî åñëè â ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå íà âõîäå â î÷àã äåôîðìàöèè íàõîäèòñÿ çîíà îòñòàâàíèÿ, à íà âûõîäå çîíà îïåðåæåíèÿ, òî ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå, êàê ïîêàçàëè ýêñïåðèìåíòû, ýòè çîíû ðàñïîëàãàþòñÿ ïðîòèâîïîëîæíûì îáðàçîì. Íà âûõîäå èç î÷àãà äåôîðìàöèè ìåòàëë èìååò ìåíüøóþ, à íà âõîäå áîëüøóþ ñêîðîñòü, ÷åì ãîðèçîíòàëüíàÿ ïðîåêöèÿ îêðóæíîé ñêîðîñòè âàëêîâ.  íåéòðàëüíîì ñå÷åíèè, êîòîðîå òàêæå ðàñïîëàãàåòñÿ ïðèìåðíî ïîñåðåäèíå, ñêîðîñòè ìåòàëëà è âàëêîâ ñîâïàäàþò. Âñëåäñòâèå òàêîãî ðàñïîëîæåíèÿ çîí îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ âíåøíèå ñèëû òðåíèÿ Ò1 è Ò2 ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå èìåþò íàïðàâëåíèå íå âíóòðü î÷àãà äåôîðìàöèè ê íåéòðàëüíîìó ñå÷åíèþ, êàê ïðè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå, à íàðóæó, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 8.7. Ñèëà Ò1, êîòîðàÿ âðàùàåò çàãîòîâêó, äîëæíà áûòü áîëüøå ñèëû Ò2, òîðìîçÿùåé âðàùåíèå. Ðàçíîñòü ìîìåíòîâ ýòèõ ñèë îòíîñèòåëüíî öåíòðà âàëêà îáåñïå÷èâàåòñÿ çà ñ÷åò ïîäâîäà ýíåðãèè íà âàëîê îò ïðèâîäà è ðàâíà ìîìåíòó ïðîêàòêè Ìïð = R(Ò1 Ò2). Îäíàêî ïî ýòîé ôîðìóëå ìîìåíò Ðèñ. 8.7. Çîíû îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ ïðîêàòêè ïîñ÷èòàòü íåâîçìîæíî, òàê ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå êàê ñèëû Ò1 è Ò2 íåèçâåñòíû. Íîðìàëüíûå ñèëû N1 è N2 â îáåèõ çîíàõ íàïðàâëåíû, êàê è ïðè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå, ïî íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè âàëêà. Ðàâíîäåéñòâóþùèå Q1 è Q2 íîðìàëüíûõ ñèë N è ñèë òðåíèÿ Ò áóäóò íàïðàâëåíû îò íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ íàðóæó. Ðàçëîæèì êàæäóþ èç ñèë Q1 è Q2 òàêæå íà äâå ñîñòàâëÿþùèå, îäíà èç êîòîðûõ ( Q1′ è Q2′ ) íàïðàâëåíà ê îñè çàãîòîâêè, à âòîðàÿ ( Q1′′ è Q2′′ ) ïåðïåíäèêóëÿðíî ê íåé. Ïîä äåéñòâèåì ñîñòàâëÿþùèõ Q1′ è Q2′ çàãîòîâêà ïîäâåðãàåòñÿ 185
ðàäèàëüíîìó îáæàòèþ (ýòè ñèëû íàçûâàþò òàêæå êóþùèìè). Ñèëà Q1′′ âðàùàåò, à ñèëà Q2′′ òîðìîçèò âðàùåíèå çàãîòîâêè. Ïîä äåéñòâèåì ýòèõ ñèë íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà îáðàçóþòñÿ ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ, à íå ñæèìàþùèå, êàê ïðè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå. Îò ýòîãî ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû è òðåùèíû íà çàãîòîâêå ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå ðàñêðûâàþòñÿ è óâåëè÷èâàþòñÿ, ÷òî ïîäòâåðæäàåòñÿ ìíîãî÷èñëåííûìè ýêñïåðèìåíòàìè. 8.2.2. Óãîë íåéòðàëüíîãî ñå÷åíèÿ γ Íà ðèñ. 8.8 ïîêàçàí î÷àã äåôîðìàöèè ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå, ïðîòÿæåííîñòü êîòîðîãî l ñîîòâåòñòâóåò öåíòðàëüíîìó óãëó êàñàíèÿ α. Íåéòðàëüíûé óãîë γ, ñîîòâåòñòâóþùèé íåéòðàëüíîìó ñå÷åíèþ, äåëèò äóãó çàõâàòà íà çîíû îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ. Ïóñòü â çîíå îïåðåæåíèÿ ïîä óãëîì ω âûäåëåí ýëåìåíò êîíòàêòíîé ïëîùàäêè ïðîòÿæåííîñòüþ Rdω . Íîðìàëüíûå è êàñàòåëüíûå ñèëû, äåéñòâóþùèå íà ýëåìåíò, îáîçíà÷èì, ñîîòâåòñòâåííî, P è T. Ïóñòü T = µP ( µ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ). Ïî îòíîøåíèþ ê öåíòðó çàãîòîâêè ïëå÷è ñèë, ñîîòâåòñòâåííî, aN = AB + OD = R sin ω + r sin ω , aT = AD − BC = r cos ω − R ω sin ω .
Ââèäó ìàëîñòè óãëîâ áóäåì ñ÷èòàòü sin ω = ω , cos ω = 1 è ω2 /= 0, ïîýòîìó äëÿ âûäåëåííîãî ýëåìåíòà aP = (R + r )ω è aT = r. Ðàâíîâåñèå î÷àãà äåôîðìàöèè äîñòèãàåòñÿ ïðè ðàâåíñòâå íóëþ ìîìåíòîâ âñåõ ñèë, äåéñòâóþùèõ â î÷àãå äåôîðìàöèè:
Ðèñ. 8.8. Ðàâíîâåñèå î÷àãà äåôîðìàöèè ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå
MP + MT1 + MT2 = 0, èëè ã
á
á
∫ P (R + r )ù ⋅ Rd ù − ∫ ìPr ⋅ Rd ù + ∫ ìPr ⋅ Rd ù = 0 .
0
0
ã
2
Ðàçäåëèì íà PR è ïðè îòíîøåíèè ðàäèóñîâ i = r/R ïîëó÷èì (1 + i )α 2 /2 − µi γ + µi α − µi γ = 0.
Îòñþäà îêîí÷àòåëüíî 2
ã=
186
á 1+i á + . i ì 2 2
Ïîëó÷èëè ôîðìóëó Òåòåðèíà, àíàëîãè÷íóþ ôîðìóëå Ïàâëîâà äëÿ ïðîäîëüíîé ïðîêàòêè (è ôîðìóëàì Â.Ê. Ñìèðíîâà äëÿ ïåðèîäè÷åñêîé ïðîêàòêè). Íåéòðàëüíûé óãîë çàíèìàåò áîëüøå ïîëîâèíû óãëà êàñàíèÿ, ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ îñîáûì ðàñïîëîæåíèåì çîí îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ. Ïðè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå íåéòðàëüíûé óãîë ìåíüøå èëè ðàâåí ïîëîâèíå óãëà êàñàíèÿ (çàõâàòà). Ôîðìóëà Òåòåðèíà ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ïðåäåëüíûå ïàðàìåòðû ïðîöåññà, ïðè êîòîðûõ âðàùåíèå çàãîòîâêè åùå âîçìîæíî. Î÷åâèäíî, âðàùåíèå ïðåêðàùàåòñÿ, êîãäà èñ÷åçàåò çîíà îïåðåæåíèÿ è íåéòðàëüíûé óãîë ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì óãëó êàñàíèÿ, à óãîë êàñàíèÿ ïðèíèìàåò ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå: γ = α = α max. Ïîäñòàâèâ ïðåäåëüíûå óãëû â ôîðìóëó Òåòåðèíà, ïîëó÷àåì ïðåäåëüíîå óñëîâèå äëÿ âðàùåíèÿ çàãîòîâêè â âàëêàõ: α max =
2iµ . 1+i
(8.1)
Îòñþäà íàõîäÿò ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå îáæàòèå çàãîòîâêè çà îäèí ïîëóîáîðîò. Òàê êàê α = b/R, òî ïðè ïðåäåëüíûõ çíà÷åíèÿõ αmax è bmax ïîëó÷àåì
α max =
1 R
2 ∆rmax 2R ⋅ r ⋅ ∆rmax , èëè α max = i . 1+i r R+r
(8.2)
Åñëè ïîäñòàâèòü (8.1) â (8.2) è ðåøèòü îòíîñèòåëüíî ε max = ∆rmax / r , òî áóäåì èìåòü âûðàæåíèå äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïðåäåëüíîãî îáæàòèÿ çà ïîëóîáîðîò çàãîòîâêè â âàëêàõ: ε max =
2µ 2 . 1+i
Ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå, êîãäà ìîæíî ïðèíÿòü µ = 0, 4 , ïðè çíà÷åíèÿõ i, èçìåíÿþùèõñÿ îò 0,1 äî 0,5, ïðåäåëüíûå ïàðàìåòðû ïðèíèìàþò çíà÷åíèÿ: α max = 0,07 0,26 (èëè 415 °) è ε max = 0,290,21.
8.3. Äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè è ìîìåíò ïðîêàòêè Ðàññìîòðèì ðèñ. 8.9. Ðàâíîäåéñòâóþùàÿ Ð íîðìàëüíûõ ñèë è ñèë òðåíèÿ äîëæíà ïðîõîäèòü ÷åðåç öåíòðàëüíóþ òî÷êó çàãîòîâêè, ïîñêîëüêó çàãîòîâêà ñîâåðøàåò ðàâíîìåðíîå âðàùåíèå, è ñóììà ìîìåíòîâ, äåéñòâóþùèõ íà çàãîòîâêó, ðàâíà íóëþ. Ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî òî÷êà ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé ðàñïîëàãàåòñÿ ïîñåðåäèíå äëèíû l äóãè çàõâàòà, îïðåäåëåííîé ðàíåå. Ïî àíàëîãèè ñ ïðîäîëüíîé ïðîêàòêîé ñèëà ïðîêàòêè Ð è ìîìåíò ïðîêàòêè Ìïð (îòíîñèòåëüíî öåíòðà âàëêà) âû÷èñëÿþòñÿ ïî ôîðìóëàì: Ð = ðñðlL; Mïð = Ðà, ãäå L äëèíà çàãîòîâêè, òî÷íåå äëèíà çîíû êîíòàêòà ìåòàëëà ñ âàëêàìè â îñåâîì íàïðàâëåíèè. 187
Ñðåäíåå äàâëåíèå ðñð ìîæíî ðàññ÷èòàòü êàê ïðîèçâåäåíèå ïðåäåëà òåêó÷åñòè ïðè ïðîêàòêå Ê è ïîïðàâî÷íûõ êîýôôèöèåíòîâ, ó÷èòûâàþùèõ âëèÿíèå ñèë òðåíèÿ nσ , âíåøíèõ çîí nç è øèðèíû î÷àãà äåôîðìàöèè nβ : pñð = nσ nç nβ K .
Êîýôôèöèåíò nβ èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 0 äî 1,155. Ïðàêòè÷åñêè âñåãäà åãî ìîæíî ñ÷èòàòü ðàâíûì ïîñòîÿííîìó ñðåäíåìó çíà÷åíèþ 1,08. Ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå ñ íåáîëüøèìè îáæàòèÿìè, êîòîðûå ïðèìåíÿþòñÿ â áîëüøèíñòâå òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, î÷àã äåôîðìàöèè îòíîñèòñÿ ê ðàçðÿäó âûñîêèõ, ïîýòîìó nσ = 1 è nç =
2−
l . d
Ïðåäåë òåêó÷åñòè ïðè ïðîêàòêå K = f (ε, u, T ) íàõîäèòñÿ ïî ñïðàâî÷íûì òàáëèöàì. Îòíîñèòåëüíàÿ ñòåïåíü äåôîðìàöèè ε îïðåäåëåíà ðàíüøå, òåìïåðàòóðà ìåòàëëà Ò äîëæíà áûòü çàäàííîé. Ñêîðîñòü äåôîðìàöèè ïî îïðåäåëåíèþ Ðèñ. 8.9. Ñèëà è ìîìåíò ïðîêàòêè
u=
då , 1/ñ. dt
Äåôîðìàöèÿ çà ïîëóîáîðîò ε = ∆r /d ïîëó÷åíà çà âðåìÿ îäíîãî ïîëóîáîðîòà çàãîòîâêè ∆t , êîòîðîå ìîæíî âûðàçèòü ÷åðåç îáîðîòû âðàùåíèÿ âàëêîâ n (îá/ìèí). Îäèí îáîðîò âàëêà îñóùåñòâëÿåòñÿ çà 60/n c, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò 2R/r ïîëóîáîðîòàì çàãîòîâêè. Îòñþäà âðåìÿ îäíîãî ïîëóîáîðîòà Ät =
30r 30i = . nR n
Ñëåäîâàòåëüíî, ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü äåôîðìàöèè çà ïîëóîáîðîò ìîæåò áûòü âûðàæåíà îòíîøåíèåì u=
å Ärn = , 1/ñ. Ät 30id
Ïëå÷î ðàâíîäåéñòâóþùåé à (ñì. ðèñ. 8.9) ìîæíî îïðåäåëèòü ãåîìåòðè÷åñêè: a = (R + r ) sin β = (R + r )β = R (1 + i )β .
Êðîìå òîãî, èìååì ðàâåíñòâî Rϕ = r β .
Òàê êàê AC = b = R (ϕ + α/2) è FC = l = ψb = R α , ïîëó÷èì 188
á á ø ø R ϕ + = Rá è ϕ = 1 − . ø 2 2
Îòñþäà
β=
R ϕ α ψ 1 − , ϕ= = r i iψ 2
÷òî è îïðåäåëÿåò ïëå÷î ðàâíîäåéñòâóþùåé:
à=R
(1 + i )α ψ 1 − . iψ 2
Çàìåòèì, ÷òî ïëå÷î çàâèñèò íå òîëüêî îò ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ î÷àãà äåôîðìàöèè, íî è êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ µ, âîøåäøåãî â ðåçóëüòàò ÷åðåç ïîïðàâêó Òåòåðèíà ψ. 8.4. Ìåõàíèçì îáðàçîâàíèÿ âíóòðåííåé ïîëîñòè Ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå ñ ìàëûìè îáæàòèÿìè çà íåñêîëüêî ïîëóîáîðîòîâ â îñåâîé çîíå çàãîòîâêè îáðàçóåòñÿ ïîëîñòü. Äàâíî èçâåñòíî, ÷òî ïðè êîâêå ñ ïîâîðîòàìè êðóïíûõ êðóãëûõ âàëîâ ìàëûìè îáæàòèÿìè â öåíòðå âàëà îáðàçóþòñÿ ðûõëîñòü è òðåùèíû. Ïðè ïðîøèâêå òðóá ýòî ÿâëåíèå èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ãèëüçû èç ñïëîøíîé çàãîòîâêè, äëÿ îñòàëüíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ñ ðàçðóøåíèåì ìåòàëëà â ñåðåäèíå çàãîòîâêè ïðèõîäèòñÿ áîðîòüñÿ. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî òåîðèé, îáúÿñíÿþùèõ ìåõàíèçì ýòîãî ÿâëåíèÿ.  öåëîì îíè îòëè÷àþòñÿ íåêîòîðûìè äåòàëÿìè. Ìîæíî èçëîæèòü íåêîòîðóþ èíòåãðèðîâàííóþ òåîðèþ íà îñíîâå òðóäîâ Â.Ñ. Ñìèðíîâà, À.Ô. Ëèñî÷êèíà, Ï.Ê. Òåòåðèíà è äðóãèõ [3]. Ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå ñ ìàëûìè åäèíè÷íûìè îáæàòèÿìè (çà ïîëóîáîðîò) ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ îò äåéñòâèÿ âàëêîâ ñîñðåäîòî÷èâàåòñÿ â îñíîâíîì â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ çàãîòîâêè. Ýêñïåðèìåíòàëüíî è òåîðåòè÷åñêè ïîêàçàíî, ÷òî äî öåíòðà çàãîòîâêè îíà ïðîíèêàåò ïðè åäèíè÷íûõ îáæàòèÿõ ïðèìåðíî 2 %. Áîëüøèíñòâî àâòîðîâ ñ÷èòàåò, ÷òî äëÿ âñêðûòèÿ ïîëîñòè òðåáóþòñÿ åäèíè÷íûå îáæàòèÿ 28 %, êîãäà öåíòðàëüíûå ñëîè óæå íàõîäÿòñÿ â ïëàñòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè, íî èíòåíñèâíîñòü ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ çíà÷èòåëüíî âûøå. Åñëè ïðåäñòàâèòü çàãîòîâêó êàê îòäåëüíûå òðóáêè, ïëîòíî âñòàâëåííûå äðóã â äðóãà, òî ïîâåðõíîñòíûå òðóáêè, êàê íà îïðàâêå, ðàñêàòûâàþòñÿ íà âíóòðåííèõ, óòîíÿÿñü è óâåëè÷èâàÿñü â äèàìåòðå. Ïîâåðõíîñòíûå òðóáêè áóäóò îòðûâàòüñÿ îò âíóòðåííèõ.  ñïëîøíîé çàãîòîâêå ñóùåñòâóåò òà æå òåíäåíöèÿ, îäíàêî èç-çà ñïëîøíîñòè ìåòàëëà îòðûâ íå ïðîèçîéäåò, è â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ìåòàëëà âîçíèêíóò îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ ñæàòèÿ. Âíóòðåííèå ñëîè, íàîáîðîò, èç-çà ñâÿçåé ñ íàðóæíûìè áóäóò íàõîäèòüñÿ ïîä äåéñòâèåì ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé. Ýòè íàïðÿæåíèÿ â òåõ è äðóãèõ ñëîÿõ âçàèìíî óðàâíîâåøèâàþòñÿ è âåäóò ñåáÿ êàê îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ. Åñëè íàïðÿæåíèÿ îò äåéñòâèÿ íàãðóçêè âàëêàìè ìîæ189
íî íàçâàòü îñíîâíûìè, òî íàïðÿæåíèÿ îò âçàèìîäåéñòâèÿ ñëîåâ ñëåäóåò ñ÷èòàòü äîïîëíèòåëüíûìè. Îñíîâíûå íàïðÿæåíèÿ èçìåíÿþòñÿ çà êàæäûé îáîðîò öèêëè÷åñêè îò ìàêñèìóìà äî ìèíèìóìà. Äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ íàêàïëèâàþòñÿ çà êàæäûé ïîëóîáîðîò, õîòÿ ÷àñòü èõ â ïðîöåññå ïðîêàòêè ðåëàêñèðóåò. Ñóììà îñíîâíûõ è äîïîëíèòåëüíûõ íàïðÿæåíèé îïðåäåëÿåò õàðàêòåð íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå. Ðàäèàëüíûå íàïðÿæåíèÿ ïî îñÿì ó è õ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 8.10, à, á. Ñæèìàþùèå îñíîâíûå íàïðÿæåíèÿ ñêëàäûâàþòñÿ ñ ðàñòÿãèâàþùèìè äîïîëíèòåëüíûìè, îáðàçóÿ ñóììàðíûå ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ íà ïåðèôåðèè è ðàñòÿãèâàþùèå â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ.  íàïðàâëåíèè îñè x îñíîâíûå ðàäèàëüíûå íàïðÿæåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè ðàâíû íóëþ è ñëàáî ðàçâèòû â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ (òàêæå ñæèìàþùèå). Äîïîëíèòåëüíûå æå íàïðÿæåíèÿ îäèíàêîâû âî âñåõ íàïðàâëåíèÿõ ïî ðàäèóñó, îíè âîçðàñòàþò îò íóëÿ íà ïîâåðõíîñòè äî çíà÷èòåëüíûõ ðàñòÿãèâàþùèõ â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ. Ñóììàðíûå ðàäèàëüíûå íàïðÿæåíèÿ ïî îñè x èìåþò òàêóþ æå çàêîíîìåðíîñòü. Íà ðèñ. 8.10, â ïðèâåäåíû ñóììàðíûå òàíãåíöèàëüíûå íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå âûçûâàþò óâåëè÷åíèå ïåðèìåòðà ðàñêàòûâàåìûõ êîëåö. Îíè ñæèìàþùèå â ïîâåðõíîñòíûõ è ðàñòÿãèâàþùèå â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ.  ôîðìèðîâàíèè îñåâûõ íàïðÿæåíèé òàêæå ðåøàþùóþ ðîëü èãðàþò äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ. Ñóììàðíûå îñåâûå íàïðÿæåíèÿ òàêæå ñæèìàþùèå íà ïîâåðõíîñòè è ðàñòÿãèâàþùèå â öåíòðå. Òàêèì îáðàçîì, â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ êðóãëîé çàãîòîâêè çà íåñêîëüêî åå ïîëóîáîðîòîâ ôîðìèðóåòñÿ ñõåìà òðåõñòîðîííåãî ðàñòÿæåíèÿ, áëèçêàÿ ê ðàâíîìåðíîé. Ïðè ýòîì ïëàñòè÷íîñòü ëþáîãî ìåòàëëà ìèíèìàëüíà. á)
â) à)
x
Ðèñ. 8.10. Ôîðìèðîâàíèå ðàäèàëüíûõ, òàíãåíöèàëüíûõ è îñåâûõ íàïðÿæåíèé ïî ñå÷åíèþ çàãîòîâêè ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå 190
á) Ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ìå- à) òàëëà â óñëîâèÿõ òðåõñòîðîííåãî ðàñòÿæåíèÿ áûñòðî ïðèâîäèò ê ðàçðûõëåíèþ è ðàçðóøåíèþ åãî ïî îñè. Ðàçðóøåíèþ ìåòàëëà ñïîñîáñòâóþò òàêæå èñêðèâëåíèå è çàêðó÷èâàíèå â ñïèðàëü ðàäèóñîâ çàãîòîâêè, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 8.11. Ïðè òàêîì çàêðó÷èâàÐèñ. 8.11. Õàðàêòåð äåôîðìàöèè ìåòàëëà íèè ìåòàëëà âíóòðåííèå ñëîè ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå ìåõàíè÷åñêè ïåðåìåùàþòñÿ íà ïåðèôåðèþ, îñòàâëÿÿ â öåíòðå ðûõëîñòü è ïîëîñòü. Òî÷å÷íûå äåôåêòû è âàêàíñèè â öåíòðå â ïîëå ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé áûñòðî êîàãóëèðóþò, îáðàçóÿ ñíà÷àëà ìèêðîïîëîñòè, à çàòåì ìàêðîïîëîñòè. Íà ãðàíèöå èõ íàïðÿæåíèÿ ïàäàþò äî íóëÿ, íî íà ìàëûõ ðàññòîÿíèÿõ îò íèõ íàïðÿæåíèÿ áûñòðî íàðàñòàþò. Áîëüøèå ãðàäèåíòû íàïðÿæåíèé ñïîñîáñòâóþò èíòåíñèâíîìó ïåðåìåùåíèþ äåôåêòîâ è âàêàíñèé â ñòîðîíó öåíòðà çàãîòîâêè, ÷òî ïðèâîäèò ê ðàçðóøåíèþ ìåòàëëà. Îïûòû ïîêàçûâàþò, ÷òî ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå îáðàçåö ïðèîáðåòàåò ôîðìó, ïîêàçàííóþ íà ðèñ. 8.12, à. Äëèíà îñåâîé ÷àñòè çàãîòîâêè óìåíüøàåòñÿ, à ïåðèôåðèéíûõ ñëîåâ óâåëè÷èâàåòñÿ. Ýòîò ýôôåêò â çàâèñèìîñòè îò ñòåïåíè îáæàòèÿ çàãîòîâêè çà ïîëóîáîðîò ïîêàçàí íà ðèñ. 8.12, á. ×åì áîëüøå åäèíè÷íîå îáæàòèå, òåì âûøå óòÿæêà öåíòðàëüíîãî ñëîÿ. Åñëè äëèííóþ çàãîòîâêó ñîñòàâèòü èç óçêèõ øàéá, ñâàðåííûõ ìåæäó ñîáîé òîëüêî ïî ïîâåðõíîñòíîìó êîëüöó, òî ïîñëå ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè äëèíà êàæäîé øàéáû áóäåò ðàçëè÷íîé, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 8.13. Òîðöåâûå øàéáû ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿþò ñâîþ äëèíó. Ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò òîðöîâ öåíòðàëüíûå ó÷àñòêè øàéá èñïûòûâàþò óòÿæêó â îñåâîé çîíå. Óòÿæêà òîðöåâûõ øàéá ïðàêòè÷åñêè íóëåâàÿ, íî ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ ê ñåðåäèíå îáðàçöà îñåâàÿ óòÿæêà ïðèáëèæàåòñÿ ê ìàêñèìàëüíîé; ýòè øàéáû ìîãóò áûòü ðàçðóøåííûìè â îñåâîé çîíå. à)
á)
Îñü
Ðèñ. 8.12. Ôîðìà çàãîòîâêè ïîñëå ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè (à) è ãðàôèê âûòÿæêè ïåðèôåðèéíûõ è óòÿæêè îñåâûõ ó÷àñòêîâ â çàâèñèìîñòè îò îáæàòèÿ (á) 191
à)
á)
Ðèñ. 8.13. Ñîñòàâíîé îáðàçåö èç óçêèõ äèñêîâ äî è ïîñëå ïðîêàòêè ñ ðàçíûìè îáæàòèÿìè
Îñåâîé è ïåðèôåðèéíûé ó÷àñòêè óçêèõ øàéá ñîñòàâíîãî îáðàçöà èçìåíÿþò ñâîþ äëèíó òàê, êàê ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 8.14. Âèäíî, ÷òî òîðöåâûå øàéáû íà ïåðèôåðèè âûòÿãèâàþòñÿ â áîëüøåé ñòåïåíè, ÷åì ñðåäíèå. Íà íåêîòîðîì ó÷àñòêå â ñåðåäèíå ïî äëèíå îáðàçöà îñåâàÿ âûòÿæêà ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò. Ýêñïåðèìåíòû ïîêàçûâàþò, ÷òî ðàçðóøåíèå ìåòàëëà ïðîèñõîäèò â òåõ øàéáàõ, êîòîðûå íå èìåþò îñåâîé âûòÿæêè â ïåðèôåðèéíîì ñëîå. Êîðîòêèå ñïëîøíûå îáðàçöû ïðè ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêå íå ðàçðóøàþòñÿ äàæå ïðè áîëüøèõ îáæàòèÿõ (ðèñ. 8.15, à), òàê êàê çà ñ÷åò ñâîáîäíîãî îñåâîãî òå÷åíèÿ ïåðèôåðèéíîãî ñëîÿ íå ðàçâèâàåòñÿ òàíà)
á)
Ðèñ. 8.14. Ãðàôèêè èçìåíåíèÿ óòÿæêè îñåâûõ (à) è âûòÿæêè ïåðèôåðèéíûõ (á) ó÷àñòêîâ ïî äëèíå ïðè äåôîðìàöèè ñîñòàâíûõ îáðàçöîâ 192
á) â) ãåíöèàëüíàÿ ðàñêàòêà ñëîåâ, ÷àñòèöû ìåòàëëà ïî à) âñåìó ñå÷åíèþ çàãîòîâêè îñòàþòñÿ íà ñâîèõ ðàäèóñàõ. Òàíãåíöèàëüíûå íàïðÿæåíèÿ è îñåâàÿ óòÿæêà ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóþò (ðèñ. 8.15, á). ×åì ìåíüøå îñåâîå ïåðåìåùåíèå ìåòàëëà â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ, òåì èíòåíñèâíåå èõ ðàäèàëüíàÿ ðàñêàòêà, òåì áîëüøå òàíãåíöèàëüíûå ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ è âûøå èõ óòÿæêà â îñåâîì íàïðàâëåíèè, òåì áûñòðåå íàñòóïàåò âñêðûòèå îñåâîé ïîëîñòè. Èñêóññòâåííîå ñäåðæèâàíèå îñåâîé äåôîðìàöèè â ïåðèôåðèéíûõ ñëîÿõ, Ðèñ. 8.15. Õàðàêòåð íàïðèìåð, ïðîêàòêîé â êàëèáðå (ðèñ. 8.15, â), óâåäåôîðìàöèè êîðîòêèõ ëè÷èâàåò îñåâóþ óòÿæêó â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ, ñïîîáðàçöîâ (à) ïðè ïðîêàòêå ñîáñòâóåò îáðàçîâàíèþ ïîëîñòè. Ñëåäóåò ïîä÷åðêíà ãëàäêîé áî÷êå (á) è íóòü, ÷òî îñåâàÿ óòÿæêà â öåíòðàëüíîé çîíå íå â êàëèáðàõ (â) ÿâëÿåòñÿ óñëîâèåì ðàçðóøåíèÿ îáðàçöà. Îíà ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ðàçâèòèÿ òàíãåíöèàëüíûõ íàïðÿæåíèé. Ðàçâèòèåì ýòèõ íàïðÿæåíèé îïðåäåëÿåòñÿ ñêëîííîñòü ê îáðàçîâàíèþ ïîëîñòè. Ñ óâåëè÷åíèåì äëèíû îáðàçöà ðàçâèâàþòñÿ ïîäïèðàþùèå ñèëû â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå, âñëåäñòâèå ýòîãî ðàñòóò òàíãåíöèàëüíàÿ ðàñêàòêà ïåðèôåðèéíûõ è óòÿæêà öåíòðàëüíûõ ñëîåâ, è ñêëîííîñòü ìåòàëëà ê òðåùèíîîáðàçîâàíèþ âîçðàñòàåò. Ïî äîñòèæåíèè îïðåäåëåííîé äëèíû, ðàâíîé ïðèìåðíî òðåì äèàìåòðàì îáðàçöà, òàíãåíöèàëüíûå íàïðÿæåíèÿ äîñòèãàþò ìàêñèìàëüíûõ çíà÷åíèé, è äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå äëèíû íå âëèÿåò íà ñêëîííîñòü ìåòàëëà ê îáðàçîâàíèþ ïîëîñòè. Íà îñíîâàíèè ïðîâåäåííîãî àíàëèçà ìîæíî ñäåëàòü âàæíûé ïðàêòè÷åñêèé âûâîä. ×òîáû óìåíüøèòü ñêëîííîñòü ìåòàëëà ê îáðàçîâàíèþ âíóòðåííåé ïîëîñòè, íåîáõîäèìî âñåìè ñðåäñòâàìè ñïîñîáñòâîâàòü îñåâîìó òå÷åíèþ ìåòàëëà â ïåðèôåðèéíûõ ñëîÿõ (èìåííî â ïåðèôåðèéíûõ). Ïîëåçíî óìåíüøàòü äëèíó îáðàçöà èëè äëèíó ó÷àñòêà îáðàçöà, íàõîäÿùåãîñÿ â êîíòàêòå ñ âàëêàìè. Òàíãåíöèàëüíûå íàïðÿæåíèÿ òàêæå óìåíüøàþòñÿ, åñëè çà ñ÷åò êîíñòðóêöèè èíñòðóìåíòà îðãàíèçîâàòü ðàâíîìåðíîå ðàñòÿæåíèå ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå. Êîíå÷íî, ïðè ðàñòÿæåíèè îáðàçöà íàïðÿæåíèÿ ðàñòÿæåíèÿ íå äîëæíû ïðåâûøàòü ïðåäåë òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà, èíà÷å îáðàçåö ðàçîðâåòñÿ ïîä äåéñòâèåì ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé, êàê íà ðàñòÿæíîé ìàøèíå. Ýòè èäåè â ïîëíîé ìåðå èñïîëüçóþòñÿ ïðè ïîïåðå÷íî-êëèíîâîé ïðîêàòêå (ñì. ðèñ. 8.2). Êëèíüÿ, âíåäðÿÿñü â çàãîòîâêó, ñîçäàþò íåîáõîäèìîå ðàñòÿæåíèå â ïåðèôåðèéíûõ ñëîÿõ è ñíèæàþò äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ â îñåâîé çîíå. Íà ðèñ. 8.16 ïîêàçàíî, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì óãëà ïîäúåìà êëèíà γ è óãëà áîêîâûõ ãðàíåé α (ñì. Ðèñ. 8.16. Çàâèñèìîñòü ðèñ. 8.2, á) ñêëîííîñòü ìåòàëëà ê ðàçðóøåíèþ ñíèæàåò- êðèòè÷åñêîãî îáæàòèÿ ñÿ, à îáæàòèå, ïðè êîòîðîì ïðîèñõîäèò ðàçðóøåíèå (êðèîò óãëîâ êëèíà ïðè ïîïåðå÷íî-êëèíîâîé òè÷åñêîå îáæàòèå ε êð ), óâåëè÷èâàåòñÿ. Íî ïðè áîëüøèõ ïðîêàòêå óãëàõ ïîäúåìà êëèíà γ êðèòè÷åñêîå îáæàòèå ñíèæàåòñÿ, 193
òàê êàê îáðàçåö ðàçðóøàåòñÿ îò áîëüøèõ ðàñòÿãèâàþùèõ îñåâûõ íàïðÿæåíèé, ïîä äåéñòâèåì êîòîðûõ îòðûâàåòñÿ ãîëîâêà îáðàçöà. Òðåõâàëêîâàÿ ñõåìà ïðîêàòêè ñ áîëüøèìè îáæàòèÿìè è ïðè áîëüøèõ ïåðåêîñàõ âàëêîâ òàêæå çàðåêîìåíäîâàëà ñåáÿ êàê ñðåäñòâî áîðüáû ñ öåíòðàëüíûìè òðåùèíàìè. Âî-ïåðâûõ, çíà÷èòåëüíûå ïåðåêîñû ñïîñîáñòâóþò óìåíüøåíèþ äëèíû êîíòàêòà ìåòàëëà ñ âàëêàìè è ðàñêàòêå ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ â îñåâîì íàïðàâëåíèè; âî-âòîðûõ, ïðè áîëüøèõ îáæàòèÿõ â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ äîñòèãàþòñÿ î÷åíü áîëüøèå äåôîðìàöèè. Çäåñü òå÷åíèå ìåòàëëà ïðîèñõîäèò ïî çàêðó÷åííûì ñïèðàëÿì, áûñòðî äðîáèòñÿ ëèòàÿ äåíäðèòíàÿ ñòðóêòóðà ñëèòêà, ïðèîáðåòàÿ ìåëêîçåðíèñòîñòü è ðàâíîìåðíîñòü. Ïðè îáðàáîòêå âûñîêîëåãèðîâàííûõ è íåðæàâåþùèõ ñòàëåé ïðîêàòêà ñëèòêà íà 3-âàëêîâîì ñòàíå èñïîëüçóåòñÿ êàê ïîäãîòîâèòåëüíàÿ îïåðàöèÿ äëÿ óïëîòíåíèÿ è ðàçìåëü÷åíèÿ ñòðóêòóðû ïåðåä äàëüíåéøåé îáðàáîòêîé äàâëåíèåì èëè ðåçàíèåì. Ïîïåðå÷íàÿ êîâêà êðóïíûõ âàëîâ èç ñëèòêà ñîïðÿæåíà ñ îïàñíîñòüþ ïîëó÷åíèÿ ðûõëîñòè è äàæå ïîëîñòè âíóòðè âàëà. Äëÿ óìåíüøåíèÿ ýòîãî ýôôåêòà ðåêîìåíäóþò êîâàòü ñëèòêè ñ áîëüøèìè îáæàòèÿìè, ìàëûå îáæàòèÿ âðåäíû. Êðîìå òîãî, ïðèìåíÿþò ôàñîííûå áîéêè (ðèñ. 8.17), ïðåïÿòñòâóþùèå ðàäèàëüíîé ðàñêàòêå ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ è ñïîñîáñòâóþùèå ïðîíèêíîâåíèþ äåôîðìàöèè âî âíóòðåííèå ñëîè ñëèòêà. Ñ ýòîé æå öåëüþ ïðèìåíÿþò òåõíîëîãèþ êîâêè ñ ïîäñòóæèâàíèåì. Ïîñëå íàãðåâà ñëèòîê äîëãî âûäåðæèâàþò íà âîçäóõå äî çíà÷èòåëüíîãî îñòûâàíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ. Ïðè êîâêå ïîäÐèñ. 8.17. Ñõåìà ïîïåðå÷íîé êîâêè ñòóæåííîãî ñëèòêà áîëåå èíòåíñèâíî äåôîðìèðóþòñÿ ãîñëèòêà â ôàñîííûõ ðÿ÷èå âíóòðåííèå ñëîè, äåôîðìàöèÿ áûñòðåå ïðîíèêàåò áîéêàõ äî öåíòðà è ïðîòåêàåò áîëåå ðàâíîìåðíî ïî ñå÷åíèþ. 8.5. Îñîáåííîñòè äåôîðìàöèè ìåòàëëà ïðè ïðîøèâêå Ïðè ïðîøèâêå òðóáíîé çàãîòîâêè ãèëüçû íà ñòàíå êîñîé ïðîêàòêè (ñì. ðèñ. 8.3) ñðåäíåå åäèíè÷íîå îáæàòèå (îáæàòèå çà ïîëóîáîðîò) â çîíå ïåðåä îïðàâêîé íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ 0,51,2 %, à êîëè÷åñòâî ïîëóîáîðîòîâ (öèêëîâ) â ìèíóòó êîëåáëåòñÿ îò 5 äî 20.  ñâÿçè ñ ìàëûìè åäèíè÷íûìè îáæàòèÿìè è ìàëûìè óãëàìè ïåðåêîñà, îáû÷íî íå ïðåâûøàþùèìè 68°, çàêîíîìåðíîñòè êîñîé ïðîêàòêè ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿþòñÿ ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêîé.  öåíòðàëüíîé ÷àñòè çàãîòîâêè ïðè ïðîøèâêå òàêæå ôîðìèðóþòñÿ è ñóììèðóþòñÿ îñíîâíûå è äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ, ñîçäàâàÿ ñõåìó íåðàâíîìåðíîãî òðåõñòîðîííåãî ðàñòÿæåíèÿ. Îòëè÷èå ëèøü â òîì, ÷òî íà ýòó êàðòèíó ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå îêàçûâàåò îïðàâêà. Ñ îäíîé ñòîðîíû, åå íîñîê äàâèò íà ìåòàëë, óìåíüøàÿ â öåíòðå çàãîòîâêè îñåâûå ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ. Ðàçíîñòü ãëàâíûõ íàïðÿæåíèé âîçðàñòàåò, ñëåäîâàòåëüíî, ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà ïðîòåêàåò ïðè ìåíüøèõ ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèÿõ, ïëàñòè÷íîñòü åãî ñòàíîâèòñÿ âûøå, ñêëîííîñòü ê ðàçðóøåíèþ óìåíüøàåòñÿ. Ìåòàëë äîëæåí ðàçðóøàòüñÿ ïåðåä íîñêîì îïðàâêè ïðè áîëåå âûñîêèõ îáæàòèÿõ, ÷åì áåç íåå. Ñ äðó194
ãîé ñòîðîíû, áîêîâàÿ ïîâåðõíîñòü îïðàâêè çà ñ÷åò ñèë òðåíèÿ ñîçäàåò îñåâîé ïîäïîð â ïåðèôåðèéíûõ ñëîÿõ çàãîòîâêè, ÷òî äîëæíî ïðèâåñòè ê äîïîëíèòåëüíîé ðàäèàëüíîé ðàñêàòêå ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ è ñíèæåíèþ êðèòè÷åñêîãî îáæàòèÿ. Òàêèì îáðàçîì, ðîëü îïðàâêè íåîäíîçíà÷íà. Ñóùåñòâóþò îïòèìàëüíûå ôîðìà îïðàâêè è îòíîøåíèå äëèíû ê äèàìåòðó (1,52,0), ïðè êîòîðûõ ñêëîííîñòü ìåòàëëà ê ðàçðóøåíèþ ïåðåä íîñêîì îïðàâêè ìèíèìàëüíà. Êàê è ïðè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå, âíåøíèå çîíû, ò. å. ó÷àñòêè çàãîòîâêè, íå íàõîäÿùèåñÿ íåïîñðåäñòâåííî â î÷àãå äåôîðìàöèè, âûðàâíèâàþò äåôîðìàöèþ â ñàìîì î÷àãå äåôîðìàöèè. Ïðè ýòîì ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ óìåíüøàþòñÿ, âñêðûòèå ïîëîñòè ïðîèñõîäèò ïðè áîëüøèõ îáæàòèÿõ, ÷åì ïðè îòñóòñòâèè âíåøíèõ çîí. Ýòîò ýôôåêò ïðîÿâëÿåòñÿ â íà÷àëüíûé ìîìåíò ïðîøèâêè çàãîòîâêè, êîãäà åùå íå îáðàçîâàëàñü ïåðåäíÿÿ âíåøíÿÿ çîíà, ïîëîñòü ïåðåä íîñêîì îïðàâêè çäåñü îáðàçóåòñÿ ðàíüøå, ÷åì íà ñòàöèîíàðíîé ñòàäèè ïðîøèâêè. Î÷åâèäíî, òîò æå ðåçóëüòàò áóäåò íà âûõîäå çàãîòîâêè èç î÷àãà äåôîðìàöèè. Íî ðàííåå âñêðûòèå ïîëîñòè äî ïîäõîäà íîñêà îïðàâêè âðåäíî, òàê êàê êðàÿ ïîëîñòè áóäóò ðâàíûìè, è îïðàâêà ëèøü çàêàòàåò îáðàçîâàâøèåñÿ òðåùèíû. Íî âûäâèæåíèå íîñêà îïðàâêè âïåðåä òàêæå îïàñíî, òàê êàê íà ñòàöèîíàðíîì ó÷àñòêå ïðîêàòêè ìåòàëë ìîæåò áûòü åùå íå ïîäãîòîâëåí ê âñêðûòèþ, íåäîñòàòî÷íî ðàçðûõëåí, ïîýòîìó îïðàâêà áóäåò èñïûòûâàòü áîëüøèå óñèëèÿ è áûñòðî âûõîäèòü èç ñòðîÿ. Îïòèìàëüíîå ðàñïîëîæåíèå îïðàâêè â î÷àãå äåôîðìàöèè âûáèðàþò ýêñïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì. Âàæíóþ ðîëü ïðè ïðîøèâêå íà 2-âàëêîâîì ñòàíå èãðàþò ëèíåéêè, ïîääåðæèâàþùèå çàãîòîâêó â î÷àãå äåôîðìàöèè. Îíè óìåíüøàþò ðàäèàëüíóþ ðàñêàòêó ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ, óìåíüøàþò îâàëèçàöèþ çàãîòîâêè è ñäåðæèâàþò òå÷åíèå ïåðèôåðèéíûõ ñëîåâ ìåòàëëà â îñåâîì íàïðàâëåíèè. Ýòî ñíèæàåò ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ â öåíòðå, êðèòè÷åñêîå îáæàòèå óâåëè÷èâàåòñÿ. ×åì ìåíüøå ðàññòîÿíèå ìåæäó ëèíåéêàìè, òåì â áîëüøåé ìåðå ïðîÿâëÿåòñÿ ýòà òåíäåíöèÿ. Îäíàêî òåñíûå ëèíåéêè çàòîðìàæèâàþò ïðîöåññ, çàãîòîâêà çàñòðåâàåò â âàëêàõ è ïåðåñòàåò âðàùàòüñÿ. Íà 3-âàëêîâîì ñòàíå íåò ëèíååê, è ìîæíî äîïóñòèòü ìåíüøóþ îâàëèçàöèþ çàãîòîâêè è ìåíüøóþ ðàñêàòêó ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ, íå îïàñàÿñü çàñòðåâàíèÿ çàãîòîâêè â âàëêàõ. Âñêðûòèå ïîëîñòè íà 3-âàëêîâîì ñòàíå ïðîèñõîäèò ïðè áîëüøèõ îáæàòèÿõ, ÷åì íà 2-âàëêîâîì.
Ðèñ. 8.18. Çàâèñèìîñòü êðèòè÷åñêîãî îáæàòèÿ ïðè ïðîøèâêå îò îñíîâíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ 195
Íà ðèñ. 8.18 ïðèâåäåíî âëèÿíèå íà êðèòè÷åñêîå îáæàòèå íåêîòîðûõ äðóãèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ ïðè ïðîøèâêå íà äâóõâàëêîâîì ñòàíå (íà òðåõâàëêîâîì îíè àíàëîãè÷íû, íî ÷èñëîâûå çíà÷åíèÿ âûøå). Ñ ðîñòîì ñêîðîñòè ïðîêàòêè âîçðàñòàåò ñêîðîñòü äåôîðìàöèè, ÷òî ñïîñîáñòâóåò ñíèæåíèþ êðèòè÷åñêîãî îáæàòèÿ. Çàâèñèìîñòü εêð îò óãëà ïåðåêîñà âàëêîâ α íåîäíîçíà÷íà. Ñ ðîñòîì óãëà ïåðåêîñà, ñ îäíîé ñòîðîíû, âîçðàñòàåò ñêîðîñòü ïîäà÷è çàãîòîâêè â î÷àã, óâåëè÷èâàåòñÿ ñêîðîñòü äåôîðìàöèè è ñêëîííîñòü ìåòàëëà ê ðàçðóøåíèþ âîçðàñòàåò (εêð óìåíüøàåòñÿ). Ñ äðóãîé óìåíüøàåòñÿ äëèíà î÷àãà äåôîðìàöèè, ÷òî ñïîñîáñòâóåò óâåëè÷åíèþ êðèòè÷åñêîãî îáæàòèÿ. Ñóùåñòâóþò îïòèìàëüíûå óãëû ïåðåêîñà (47°), ïðè êîòîðûõ ñêëîííîñòü ê ðàçðóøåíèþ öåíòðàëüíûõ ñëîåâ ìåòàëëà ìèíèìàëüíà è êðèòè÷åñêîå îáæàòèå ìàêñèìàëüíî. Ñ óâåëè÷åíèåì äèàìåòðà çàãîòîâêè d (îòíîøåíèÿ d/D), êðèòè÷åñêîå îáæàòèå ñíèæàåòñÿ, òàê êàê ñèëû, ïðèëîæåííûå ê çàãîòîâêå, èìåþò âñå áîëåå ñîñðåäîòî÷åííûé õàðàêòåð, ñòåïåíü íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè ïî ñå÷åíèþ âîçðàñòàåò, äîïîëíèòåëüíûå ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ óâåëè÷èâàþòñÿ. Êðîìå òîãî, ÷åì êðóïíåå çàãîòîâêà, òåì áîëüøå âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî êà÷åñòâî åå â ñåðåäèíå íåäîñòàòî÷íî âûñîêîå, îñîáåííî â òîì ñëó÷àå, êîãäà îò ëèòîãî ñîñòîÿíèÿ äî ãîòîâîãî ïðîäóêòà îíà ïîëó÷èëà íåäîñòàòî÷íî âûñîêóþ ñóììàðíóþ äåôîðìàöèþ (óêîâ).
×ÀÑÒÜ 2
ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ÇÀÃÎÒÎÂÊÈ È ÑÎÐÒÎÂÎÃÎ ÏÐÎÊÀÒÀ Ãëàâà 9 ÎÁÙÈÅ ÂÎÏÐÎÑÛ ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ ÌÅÒÀËËÓÐÃÈ×ÅÑÊÎÉ ÏÐÎÄÓÊÖÈÈ 9.1. Ïðîèçâîäñòâåííûé öèêë Ïðîèçâîäñòâî êàê ïðîöåññ î÷åíü øèðîêîå ïîíÿòèå, âêëþ÷àþùåå â ñåáÿ êàê òåõíîëîãèþ, òàê è åå ðàçðàáîòêó, ïîäãîòîâêó è îðãàíèçàöèþ ïðîèçâîäñòâà, êðèòåðèè è ìåòîäû îöåíêè ïðîäóêöèè è ñàìîé òåõíîëîãèè, ìåíåäæìåíò è ìíîãèå äðóãèå âîïðîñû. Àìåðèêàíñêèé ýêîíîìèñò, ìíîãî ñäåëàâøèé äëÿ ñòàíîâëåíèÿ ïîñëåâîåííîãî ÿïîíñêîãî ïðîèçâîäñòâà, Ó.Ý. Äåìèíã ïðåäñòàâëÿåò ïðîèçâîäñòâî êàê íåïðåðûâíîå äâèæåíèå ïî êðóãó â ÷åòûðå öèêëà (ðèñ. 9.1). Öèêë 1 ïîäãîòîâêà ïðîèçâîäñòâà âêëþ÷àåò â ñåáÿ ðàñ÷åòû òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåæèìîâ, íàó÷íûå èññëåäîâàíèÿ, ïðîåêòèðîâàíèå òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, âûáîð âàðèàíòîâ, âûáîð îáîðóäîâàíèÿ, ðàñ÷åò, ïðîåêòèðîâàíèå è èçãîòîâëåíèå èíñòðóìåíòà. Íà ýòîì öèêëå øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ ÝÂÌ. Ê ñòàäèè ïîäãîòîâêè ïðîèçâîäñòâà ñëåäóåò îòíåñòè ðàçðàáîòêó ìàòåìàòè÷åñêîãî îáåñïå÷åíèÿ êîìïüþòåðíûõ ïðîãðàìì, ñîçäàíèå àâòîìàòèçèðîâàííûõ ðàáî÷èõ ìåñò òåõíîëîãà, êîìïüþòåðíîå ìîäåëèðîâàíèå è ò. ï. Ê öèêëó 2 îòíîñèòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ñàìî ïðîèçâîäñòâî. Îñíîâíîé õàðàêòåðèñòèêîé åãî ÿâëÿåòñÿ âîñïðîèçâîäèìîñòü è óñòîé÷èâîñòü, ïîçâîëÿþùèå ïðîèçâîäèòü ïðîäóêöèþ ïîñòîÿííî âûñîêîãî êà÷åñòâà. Íåîáõîäèìà ñèñòåìà, îáåñïå÷èâàþùàÿ, ïîäÐèñ. 9.1. Öèêë Äåìèíãà: äåðæèâàþùàÿ è êîíòðîëèðóþùàÿ ýòó ñòàáèëüíîñòü, ÷òî òàêæå ÿâëÿåòñÿ ýëåìåíòîì ïðîèçâîäñòâåííîé 1 ïëàíèðîâàíèå è ïîäãîòîâêà ïðîèçâîäñòâà; 2 ðåàëèçàöèÿ ñòðóêòóðû. ïðîöåññà ïðîèçâîäñòâà; 3  öèêëå 3 îáåñïå÷èâàåòñÿ êîíòðîëü êà÷åñòâà êîíòðîëü êà÷åñòâà ïðîäóêöèè; ïðîèçâåäåííîé ïðîäóêöèè. Ïðè äîñòàòî÷íî ðàçâè4 àíàëèç è êîððåêòèðîâêà ïðîèçâîäñòâà òîé ñèñòåìå ñòàáèëèçàöèè òåõíîëîãèè íà êàæäîé 197
òåõíîëîãè÷åñêîé îïåðàöèè êîíå÷íàÿ ïðîäóêöèÿ îáÿçàíà ïîëó÷èòüñÿ âûñîêîêà÷åñòâåííîé, è êîíòðîëü êà÷åñòâà ãîòîâîé ïðîäóêöèè ñòàíîâèòñÿ íå ñòîëü àêòóàëüíûì, îí íåîáõîäèì òîëüêî äëÿ ïðîâåðêè ïðàâèëüíîñòè ðàáîòû ñèñòåìû ñòàáèëèçàöèè (â êà÷åñòâå îáðàòíîé ñâÿçè). È, íàîáîðîò, ÷åì ìåíüøå ðàçâèòà ñèñòåìà ñòàáèëèçàöèè è êîíòðîëÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé, òåì áîëüøå ñðåäñòâ ïðèõîäèòñÿ òðàòèòü íà êîíòðîëü ãîòîâûõ èçäåëèé, îòáðàêîâêó è èñïðàâëåíèå ãîòîâîé ïðîäóêöèè, íà ñîçäàíèå áðàêà, ïðîèçâîäñòâî è õðàíåíèå çàïàñà. Âî âñåì ìèðå ïðè ïðîèçâîäñòâå ìíîãèõ òîâàðîâ (íàïðèìåð, òåëåâèçîðîâ, àâòîìîáèëåé è ò. ä.) âîîáùå áåññìûñëåííî êîíòðîëèðîâàòü êà÷åñòâî ïðîäóêöèè ïîñëå åå èçãîòîâëåíèÿ, òîëüêî êîíòðîëü òåõíîëîãèè ïî õîäó ïðîèçâîäñòâà ãàðàíòèðóåò êà÷åñòâî.  ìåòàëëóðãè÷åñêîì ïðîèçâîäñòâå ãðàíèöû ìåæäó ñèñòåìàìè êîíòðîëÿ ãîòîâîé ïðîäóêöèè è êîíòðîëÿ òåõíîëîãèè íåîäíîçíà÷íû è ïîäâèæíû. Ïðàêòè÷åñêè êàæäîå ïðåäïðèÿòèå îáÿçàíî ñàìîñòîÿòåëüíî ðåøàòü çàäà÷ó ìèíèìèçàöèè ñóììàðíûõ çàòðàò íà ñîçäàíèå è ýêñïëóàòàöèþ îáåèõ ñèñòåì. Íàêîíåö, öèêë 4 ïðîèçâîäñòâà íåîáõîäèì äëÿ òîãî, ÷òîáû ñäåëàòü âûâîäû î õîäå ïðîöåññà è ñêîððåêòèðîâàòü åãî. Íà ýòîì ýòàïå íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü íàêîïëåíèå ñòàòèñòè÷åñêèõ äàííûõ î ïðè÷èíàõ îòêëîíåíèé îò çàïëàíèðîâàííîãî ïðîöåññà, îáîáùèòü íàó÷íûå èññëåäîâàíèÿ ïî óëó÷øåíèþ êà÷åñòâà ïðîäóêöèè è òåõíîëîãèè, ïðîàíàëèçèðîâàòü îòå÷åñòâåííûå è ìèðîâûå òåíäåíöèè ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà è òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåøåíèé, òåíäåíöèè èçìåíåíèÿ ðûíêà è ò. ä. Òàêîé àíàëèç ïîäãîòàâëèâàåò ïåðâûé öèêë ðàçðàáîòêè è âíåäðåíèÿ íîâîãî, áîëåå ïðîãðåññèâíîãî ïðîèçâîäñòâà, êîòîðîå òàêæå áóäåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ïî öèêëó Äåìèíãà. Öèêëè÷åñêèé õàðàêòåð ðàçâèòèÿ ñâîéñòâåí íå òîëüêî ïðîèçâîäñòâó. Âèäèìî, ñóùåñòâóåò áîëåå ãëóáîêèé è áîëåå îáùèé çàêîí äëÿ ðàçâèâàþùèõñÿ ñèñòåì è äëÿ äåÿòåëüíîñòè ÷åëîâåêà âîîáùå, êîòîðûé îòðàæàåòñÿ â ýòèõ öèêëàõ. Òå æå ÷åòûðå öèêëà ìîæíî âûäåëèòü ïðè àíàëèçå êàêîãî-íèáóäü çàêîí÷åííîãî ýòàïà íàó÷íîãî ïîçíàíèÿ ÿâëåíèÿ èëè ïðîöåññà, òàê æå ïðîòåêàþò îáó÷åíèå, ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ äåÿòåëüíîñòü è äð. Äàæå òóðèñò ñíà÷àëà ãîòîâèò ìàðøðóò è ñíàðÿæåíèå, çàòåì ñîâåðøàåò ñîáñòâåííî âîñõîæäåíèå íà âåðøèíó, ïîñòîÿííî êîíòðîëèðóÿ òåõíîëîãèþ âîñõîæäåíèÿ è êîððåêòèðóÿ åå. Ïîñëå ïîêîðåíèÿ âåðøèíû îí àíàëèçèðóåò ðåçóëüòàò, äåëàåò âûâîäû, îöåíèâàåò ñâîè âîçìîæíîñòè è ãîòîâíîñòü ê âîñõîæäåíèþ íà ñëåäóþùóþ áîëåå ñëîæíóþ âåðøèíó, ïîäãîòàâëèâàÿ òåì ñàìûì íà÷àëî ïåðâîãî öèêëà ñëåäóþùåãî ýòàïà ñâîåé äåÿòåëüíîñòè. 9.2. Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà  ñàìîì îáùåì âèäå ìîæíî âûäåëèòü äâà ïðèíöèïèàëüíî îòëè÷íûõ íàïðàâëåíèÿ â òåõíîëîãèè. Ïåðâîå ïîèñêîâîå ñòàâèò öåëüþ ïîëó÷èòü ïðîäóêò ñ íîâûìè ñâîéñòâàìè èëè ñäåëàòü èçâåñòíûé ïðîäóêò ïî íîâîé áîëåå ïðîãðåññèâíîé òåõíîëîãèè. Âòîðîå, íàîáîðîò, ñâÿçàíî ñ ýôôåêòèâíûì ïðîèçâîäñòâîì òðàäèöèîííîãî ïðîäóêòà â ìàñøòàáàõ, äîñòàòî÷íûõ äëÿ óäîâëåòâîðåíèÿ ïîòðåáíîñòè â íåì. Êðèòåðèåì ýôôåêòèâíîñòè ïðîèçâîäñòâà, êàê ïðàâèëî, ÿâëÿþòñÿ òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêèå ïîêàçàòåëè, òàêèå, êàê êà÷åñòâî ïðîäóêöèè, åå ýêñïëóàòàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè, íèçêèå çàòðàòû íà ïðîèçâîäñòâî, âûñîêàÿ ïðî198
èçâîäèòåëüíîñòü âñå òî, ÷òî îáåñïå÷èâàåò êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòü ïðîäóêöèè íà ðûíêå. Îáà íàïðàâëåíèÿ íåðàçðûâíî ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé. Ðåçóëüòàòû ïîèñêîâûõ ðàáîò, îñîáåííî ñâÿçàííûõ ñ ðàçðàáîòêîé íîâûõ ìàòåðèàëîâ è íîâûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåøåíèé, â êîíå÷íîì ñ÷åòå ïðèâîäÿò ê âîçíèêíîâåíèþ íîâîãî èëè ñîâåðøåíñòâîâàíèþ ñòàðîãî ïðîèçâîäñòâà, à â ïðîöåññå ïðîèçâîäñòâà ðîæäàþòñÿ èäåè äëÿ ïîèñêà íîâûõ ìàòåðèàëîâ è òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåøåíèé. Âñå âèäû ïðîèçâîäñòâ ìîæíî êëàññèôèöèðîâàòü ïî ðàçíûì ïðèçíàêàì. Òàêàÿ êëàññèôèêàöèÿ íåîáõîäèìà íå äëÿ òîãî, ÷òîáû ïîëíî îáîçíà÷èòü âñå âñòðå÷àþùèåñÿ âèäû ïðîèçâîäñòâ, à äëÿ òîãî, ÷òîáû ñðàâíèòü ìåòàëëóðãè÷åñêîå ïðîèçâîäñòâî ñ äðóãèìè è îáîçíà÷èòü åãî ìåñòî â ñèñòåìå âñåãî íàðîäíîãî õîçÿéñòâà. Íàèáîëåå îáùåé ÿâëÿåòñÿ êëàññèôèêàöèÿ ïî íàçíà÷åíèþ ïðîèçâîäèìîé ïðîäóêöèè: äîáûâàþùàÿ ïðîìûøëåííîñòü; çàãîòîâèòåëüíîå ïðîèçâîäñòâî; ìàøèíîñòðîåíèå è ïðèáîðîñòðîåíèå. Ýòîò ñïèñîê, âèäèìî, ìîæíî áûëî áû äåòàëèçèðîâàòü, ïðåäñòàâèòü èíà÷å è ïðîäîëæèòü. Ïîëíîòà ïðåäñòàâëåííîãî ïåðå÷íÿ íå ñòîëü ñóùåñòâåííà. Âàæíåå îòìåòèòü, ÷òî ìåòàëëóðãèÿ, â òîì ÷èñëå ïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî, îòíîñèòñÿ ê çàãîòîâèòåëüíîìó ïðîèçâîäñòâó, è çäåñü åãî ìåñòî â ðÿäó äðóãèõ ïðîèçâîäñòâ. Íà ìåòàëëóðãè÷åñêèõ ïðåäïðèÿòèÿõ, êàê ïðàâèëî, íå ïðîèçâîäÿò èçäåëèÿ äëÿ áûòîâîãî ïîòðåáëåíèÿ, õîòÿ èìååòñÿ ÷åòêî âûðàæåííàÿ òåíäåíöèÿ ê ïåðåðàáîòêå ïðîêàòà íà ñàìîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì ïðåäïðèÿòèè â áîëåå äîðîãèå ãîòîâûå ìåòàëëè÷åñêèå èçäåëèÿ (ìåòèçû), äåòàëè ìàøèíîñòðîåíèÿ è òîâàðû íàðîäíîãî ïîòðåáëåíèÿ. Êðèòåðèåì êëàññèôèêàöèè ìîæåò ñëóæèòü òàêæå îáúåì ïðîèçâîäèìîé ïðîäóêöèè: ìàññîâîå; ñåðèéíîå è ìåëêîñåðèéíîå; èíäèâèäóàëüíîå, èëè øòó÷íîå. Êðóïíûå ìåòàëëóðãè÷åñêèå ïðåäïðèÿòèÿ âûïóñêàþò ìàññîâóþ ïðîäóêöèþ â îñíîâíîì â âèäå ïðîêàòà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ âñåõ îòðàñëåé íàðîäíîãî õîçÿéñòâà. Òàêîìó ïðîèçâîäñòâó âûãîäíî âûïóñêàòü áîëüøèìè ïàðòèÿìè îäíîòèïíóþ ïðîäóêöèþ. Îäíàêî ìàøèíîñòðîåíèå, îñîáåííî ýíåðãåòè÷åñêîå, âîåííîå, õèìè÷åñêîå, ðàäèîýëåêòðîíèêà è äðóãèå îòðàñëè òðåáóþò âûïóñêà ìàëûìè ïàðòèÿìè ñàìîé ðàçíîîáðàçíîé ïðîäóêöèè âûñîêîãî êà÷åñòâà, ìàòåðèàëîâ ñ ïîâûøåííûìè è íåñòàíäàðòíûìè ñâîéñòâàìè. Ýòî âûíóæäàåò ðàçâèâàòü ìàëûå ïðîèçâîäñòâà, îòäåëüíî ðàñïîëîæåííûå èëè âõîäÿùèå â ñîñòàâ ìàøèíîñòðîèòåëüíîãî ïðåäïðèÿòèÿ. Ïî ïðîèçâîäèòåëüíîñòè, ñåáåñòîèìîñòè ïðîäóêöèè è ðÿäó äðóãèõ âàæíûõ òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêèõ ïîêàçàòåëåé ìàëûå ïðåäïðèÿòèÿ çíà÷èòåëüíî óñòóïàþò êðóïíûì, ñïåöèàëèçèðîâàííûì. Ïîýòîìó îäíîé èç âàæíåéøèõ ìèðîâûõ ïðîáëåì ÿâëÿåòñÿ îðãàíèçàöèÿ ìåëêîñåðèéíîãî è èíäèâèäóàëüíîãî ïðîèçâîäñòâà â óñëîâèÿõ êðóïíîãî ïðåäïðèÿòèÿ, îáåñïå÷åíèå áûñòðîãî ïåðåõîäà îò îäíîãî âèäà ïðîäóêöèè ê äðóãîìó ïðè ñîõðàíåíèè ïðåèìóùåñòâ êðóïíîìàñøòàáíîãî ïðîèçâîäñòâà. Ñðàâíèòåëüíî óñïåøíî ýòà ïðîáëåìà ðåøàåòñÿ íà ÿïîíñêèõ çàâîäàõ, â òîì ÷èñëå ìåòàëëóðãè÷åñêèõ. Åå ðåøåíèå òðåáóåò íîâûõ ìåòîäîâ ðóêîâîäñòâà ïðåäïðèÿòèåì è îðãàíèçàöèè ïðîèçâîäñòâà. Èíòåðåñíà òàêæå êëàññèôèêàöèÿ ïðîèçâîäñòâ ïî ñòåïåíè ñëîæíîñòè, ìåõàíèçàöèè è àâòîìàòèçàöèè òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé: 199
ïðîèçâîäñòâà ñ áîëüøîé äîëåé ðó÷íîãî òðóäà, ìàòåðèàëîåìêèå è ýíåðãîåìêèå; íàóêîåìêèå ïðîèçâîäñòâà ñ âûñîêîé äîëåé ìåõàíèçàöèè è àâòîìàòèçàöèè; âûñîêèå òåõíîëîãèè è ïðîèçâîäñòâà ñ âûñîêîé äîëåé êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé, ñ èñïîëüçîâàíèåì ãèáêèõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì è òåõíîëîãè÷åñêèìè ïðîöåññàìè. Ìåòàëëóðãè÷åñêîå ïðîèçâîäñòâî îõâàòûâàåò âñå âèäû ïðèâåäåííîé êëàññèôèêàöèè.  ìåòàëëóðãè÷åñêèõ öåõàõ ìàøèíîñòðîèòåëüíûõ ïðåäïðèÿòèé îáû÷íî óðîâåíü ïðîèçâîäñòâà çíà÷èòåëüíî íèæå, ÷åì íà êðóïíûõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ. Íà ìíîãèõ çàâîäàõ Ðîññèè (òî÷íåå, Ñîâåòñêîãî Ñîþçà) îñîáûõ ñòèìóëîâ âêëàäûâàòü ñðåäñòâà â ìåõàíèçàöèþ è àâòîìàòèçàöèþ ïðîèçâîäñòâà íå áûëî, õîòÿ, êîíå÷íî, ïî ýòèì ïîêàçàòåëÿì óðîâåíü ìåòàëëóðãèè ÑÑÑÐ áûë äîñòàòî÷íî âûñîêèì. Ñåé÷àñ â óñëîâèÿõ æåñòêîé êîíêóðåíöèè ïîÿâèëàñü ïîòðåáíîñòü â ïîñòîÿííîì ñîâåðøåíñòâîâàíèè ïðîèçâîäñòâà íà íîâîì ñîâðåìåííîì óðîâíå òåõíîëîãèè. Ìíîãèå êðóïíûå ïðåäïðèÿòèÿ ðàñïàäàþòñÿ íà ðÿä áîëåå ìåëêèõ. Òàêèå ïðåäïðèÿòèÿ, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ îáñëóæèâàíèÿ íåáîëüøîãî ÷èñëà áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ ïîòðåáèòåëåé, ìîãóò áûòü âïîëíå ðåíòàáåëüíûìè è áîëåå ìîáèëüíûìè, ÷åì êðóïíûå. Ïî óðîâíþ òåõíîëîãèè îíè ìîãóò áûòü âûñîêîàâòîìàòèçèðîâàííûìè è êîìïüþòèçèðîâàííûìè, à çàòðàòû íà ñîçäàíèå òàêèõ ñèñòåì âïîëíå îêóïàþòñÿ âûñîêèì è ñòàáèëüíûì êà÷åñòâîì ïðîäóêöèè è áûñòðûì ðåàãèðîâàíèåì íà òðåáîâàíèÿ ðûíêà. Ïðîèçâîäñòâî ñîâðåìåííûõ êðóïíûõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäîâ (îñîáåííî ïðîêàòíîå) ýòî ìåòàëëîåìêîå è ýíåðãîåìêîå, íî âûñîêîìåõàíèçèðîâàííîå ïðîèçâîäñòâî ñ øèðîêèì èñïîëüçîâàíèåì êîïüþòåðíûõ ñèñòåì äëÿ óïðàâëåíèÿ êàê ïðîèçâîäñòâîì, òàê è òåõíîëîãè÷åñêèìè îïåðàöèÿìè. Íåò òàêîãî äîñòèæåíèÿ íàóêè è òåõíèêè, êîòîðîå íå èñïîëüçîâàëîñü áû â ìåòàëëóðãè÷åñêîì, ïðåæäå âñåãî â ïðîêàòíîì, ïðîèçâîäñòâå. Îòäåëüíûå òåõíîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû âïîëíå ìîãóò áûòü îòíåñåíû ê óðîâíþ âûñîêèõ. Ïîä òàêèì òåðìèíîì ñëåäóåò ïîíèìàòü âûñîêèå íå òîëüêî ïî óðîâíþ òåõíîëîãèè, íî è ïî îðãàíèçàöèè ïðîèçâîäñòâà, ò. å. óðîâíþ îðãàíèçàöèè êàæäîãî ïðîèçâîäñòâåííîãî öèêëà (öèêëà Äåìèíãà), êîòîðûå â ñîâîêóïíîñòè îáåñïå÷èâàþò âûïóñê òîëüêî âûñîêîêà÷åñòâåííîé ïðîäóêöèè ñ ìèíèìàëüíûìè çàòðàòàìè. 9.3. Óïðàâëåíèå ïðîèçâîäñòâîì è êà÷åñòâîì ïðîäóêöèè Îðãàíèçàöèÿ ïðîèçâîäñòâà íà ñîâðåìåííîì ïðåäïðèÿòèè çàñëóæèâàåò îòäåëüíîãî ðàññìîòðåíèÿ. Âïåðâûå Ô. Òåéëîð â 1903 ãîäó â ðàáîòå Óïðàâëåíèå ïðåäïðèÿòèåì, îáîáùèâ ïðàêòè÷åñêèé è òåîðåòè÷åñêèé îïûò, äîêàçàë, ÷òî äëÿ ïîâûøåíèÿ êà÷åñòâà ïðîäóêöèè ïîëåçíî íå òîëüêî ñîâåðøåíñòâîâàòü òåõíîëîãèþ ïðîèçâîäñòâà, íî è óëó÷øàòü îðãàíèçàöèþ ïðîèçâîäñòâà, ïîâûøàòü îïëàòó òðóäà ðàáî÷èõ, ïîîùðÿòü âûñîêîêâàëèôèöèðîâàííûé òðóä è îáåñïå÷èâàòü óñëîâèÿ äëÿ íåïðåðûâíîãî îáó÷åíèÿ âñåãî ïåðñîíàëà. Ïîñëå Òåéëîðà óïðàâëåíèå ïðåäïðèÿòèåì ñòàíîâèòñÿ ïðîôåññèåé, è ðàçâèòèå ýòîãî íàïðàâëåíèÿ ïðàâåëî ê ñîçäàíèþ ñîâðåìåííûõ ïðîèçâîäñòâ è ñîâðåìåííûõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ.  íàóêó óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì íîâîå âíåñëè ÿïîíöû â ïîñëåâîåííûå ãîäû, äîáèâøèåñÿ ïðàêòè÷åñêè ñ íóëÿ ïîðàçèòåëüíûõ ðåçóëüòàòîâ ïðåæäå âñåãî 200
â óïðàâëåíèè êà÷åñòâîì âûïóñêàåìîé ïðîäóêöèè. Òåîðåòèêè ÿïîíñêîãî ÷óäà àìåðèêàíñêèå ó÷åíûå-ýêîíîìèñòû Äåìèíã, Äæóðàí, Ïàðåòî è äðóãèå óñòàíîâèëè, ÷òî 8085 % êà÷åñòâà ïðîäóêòà îáåñïå÷èâàåòñÿ ñèñòåìîé óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì, è òîëüêî 1520 % èñïîëíèòåëÿìè. Íåâîçìîæíî äîáèòüñÿ êà÷åñòâà ïóòåì óâåëè÷åíèÿ ñðåäñòâ íà êîíòðîëü ãîòîâîé ïðîäóêöèè, îíî äîëæíî áûòü èçíà÷àëüíî çàëîæåíî â èçäåëèè íà âñåõ ýòàïàõ ïðîèçâîäñòâà, íà÷èíàÿ ñ ðàçðàáîòêè ýòîãî èçäåëèÿ.  ßïîíèè ôàêòè÷åñêè ðåàëèçîâàíà ñèñòåìà êîìïëåêñíîãî óïðàâëåíèÿ êà÷åñòâîì, êîòîðàÿ ñîñòîèò èç ìíîãèõ êîìïîíåíòîâ. Ñðåäè íèõ êîíòðîëü òåõíîëîãèè ïðè ïðîèçâîäñòâå çàíèìàåò ñóùåñòâåííóþ, íî äàëåêî íå âåäóùóþ ðîëü. Âàæíû òàêæå ïîâåäåí÷åñêèå íàâûêè ðàáî÷èõ, ñèñòåìà âîñïèòàíèÿ è íåïðåðûâíîãî îáó÷åíèÿ ïðîèçâîäñòâåííîãî ïåðñîíàëà âñåõ óðîâíåé, ìÿãêèå âçàèìîîòíîøåíèÿ ðóêîâîäèòåëåé è ïîä÷èíåííûõ è äð. Ïîæàëóé, ãëàâíûì ýëåìåíòîì ýòîé ñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ óïðàâëåíèå çàïàñàìè, ïðàêòè÷åñêè ñâîäÿùåå ýòè çàïàñû ê íóëþ. Òåõíîëîãèÿ, îáîðóäîâàíèå, îñíàñòêà, ìàòåðèàëû ðàçðàáàòûâàþòñÿ è ñîâåðøåíñòâóþòñÿ òàê, ÷òîáû ñòàëî âûãîäíûì ïðîèçâîäèòü òîâàðû ìàëûìè ïàðòèÿìè è òîëüêî âûñîêîãî êà÷åñòâà. Ýòî òðåáóåò ÷åòêîé ðàáîòû ïî ïðèíöèïó òî÷íî è âîâðåìÿ, ñ èñïîëüçîâàíèåì ñèñòåìû îïåðàòèâíîãî óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì Just-in-time è ïîääåðæèâàþùåé åå èíôîðìàöèîííîé ñèñòåìû Êàíáàí, êîãäà îòñóòñòâóþò ïðîìåæóòî÷íûå ñêëàäû è ëèøíèå çàïàñû ïîëóôàáðèêàòà. Íà êàæäîì ïðîìåæóòî÷íîì ïåðåäåëå èñõîäíàÿ çàãîòîâêà è ìàòåðèàëû ïîñòóïàþò òî÷íî â òðåáóåìîå âðåìÿ, â íóæíîì êîëè÷åñòâå, èìåþò òî÷íûé àäðåñ èçãîòîâèòåëÿ è âñåãäà âûñîêîå êà÷åñòâî. Âûãîäû äîñòèãàþòñÿ êàê çà ñ÷åò èñêëþ÷åíèÿ ïîòåðü íà ïðîèçâîäñòâî ëèøíèõ è áðàêîâàííûõ èçäåëèé, èõ õðàíåíèå è òðàíñïîðòèðîâêó, òàê è çà ñ÷åò îòâåòñòâåííîñòè è çàèíòåðåñîâàííîñòè ðàáî÷åãî â âûñîêîì êà÷åñòâå ïðîèçâåäåííîãî èì ïðîäóêòà. Íà åâðîïåéñêèõ è àìåðèêàíñêèõ ïðåäïðèÿòèÿõ ðàáî÷èé, èçãîòîâèâøèé èçäåëèå â îáùóþ êîðçèíó, îáåçëè÷åí. Êàæäûé ðàáîòàåò ñàì çà ñåáÿ. Çäåñü âûñîêîå êà÷åñòâî äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò íåêîòîðîãî ïåðåïðîèçâîäñòâà èçäåëèé, ýòî äàåò âîçìîæíîñòü áûñòðî íàñûùàòü ðûíîê è îïåðåæàòü êîíêóðåíòîâ. ×òîáû ïîâûøàòü êà÷åñòâî, ïðîèçâîäèòü ìåëêîñåðèéíóþ ïðîäóêöèþ â óñëîâèÿõ áûñòðî ìåíÿþùåãîñÿ ñïðîñà, íåîáõîäèìî âíåäðÿòü ñëîæíûå ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì íà îñíîâå ñèñòåì ÝÂÌ, ïðèìåíÿòü ñëîæíûå ìàòåìàòè÷åñêèå ìåòîäû, ñîâåðøåíñòâîâàòü ñ÷åòíî-ðåøàþùóþ òåõíèêó. Íà ÿïîíñêîì ïðåäïðèÿòèè íàðÿäó ñ ýòèì áîëüøîå çíà÷åíèå èìååò ïñèõîëîãèÿ ñîòðóäíè÷åñòâà, ïðåäàííîñòü ïðåäïðèÿòèþ, ãðóïïîâûå ìåòîäû ðåøåíèÿ ïðîáëåì, àòìîñôåðà ïîñòîÿííîãî è âñåîáùåãî îáó÷åíèÿ è ðîñòà. Íà÷èíàÿ ñ 1970-õ ãîäîâ îïûò óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì â ßïîíèè èçó÷àåòñÿ âñåìè ýêîíîìè÷åñêè ðàçâèòûìè ñòðàíàìè è ÷àñòè÷íî âíåäðÿåòñÿ. Îäíàêî, êàê ñ÷èòàþò ìíîãèå ýêîíîìèñòû, â îáëàñòè êîìïëåêñíîãî óïðàâëåíèÿ êà÷åñòâîì ïðîäóêöèè îòñòàâàíèå íå óìåíüøàåòñÿ, à íàîáîðîò, òîëüêî óâåëè÷èâàåòñÿ.  ñâÿçè ñ ðàçâèòèåì ñîòðóäíè÷åñòâà â ñôåðå ïðîèçâîäñòâà è ðûíî÷íûõ îòíîøåíèé ïîçèöèè ðàçëè÷íûõ ãîñóäàðñòâ ïî îöåíêå êà÷åñòâà ïðîäóêöèè ñáëèæàþòñÿ. Ïîÿâëÿåòñÿ åäèíàÿ ôèëîñîôèÿ êà÷åñòâà, ñòðîÿùàÿñÿ íà åäèíîé ôèëîñîôèè ïðåäïðèíèìàòåëüñòâà. Îñíîâíûì ïîëîæåíèåì åå ÿâëÿåòñÿ óòâåðæäåíèå, ÷òî âñÿ ïîëíîòà îòâåòñòâåííîñòè çà êà÷åñòâî èçäåëèÿ ëåæèò íà ïðîèçâîäèòåëå. Ïàðàìåòðû êà÷åñòâåííîé ïðîäóêöèè îïðåäåëÿåò ïîòðåáèòåëü êàê íàáîð ñâîéñòâ, 201
êîòîðûå ñîîòâåòñòâóþò åãî îæèäàíèÿì. Ïðîèçâîäèòåëü îáÿçàí ñîâåðøåíñòâîâàòü ìåòîäû îáåñïå÷åíèÿ êà÷åñòâà è ñèñòåìó êîíòðîëÿ êà÷åñòâà, ÷òîáû ïîëíåå è òî÷íåå óäîâëåòâîðèòü òðåáîâàíèÿ ïîòðåáèòåëÿ.  ñâîåì ðàçâèòèè êîíöåïöèè êà÷åñòâà ïðîäóêöèè ïðîøëè íåñêîëüêî ýòàïîâ. Íà ïåðâîì ñ÷èòàëîñü, ÷òî ïðîèçâîäèòåëü îáÿçàí îáåñïå÷èâàòü òðåáóåìîå êà÷åñòâî è äîëæåí ïîëó÷àòü òîëüêî ãîäíûå èçäåëèÿ, ò. å. ñîîòâåòñòâóþùèå ñòàíäàðòàì. Íåãîäíûå èçäåëèÿ (áðàê) äîëæíû áûòü îòñå÷åíû îò ïîòðåáèòåëÿ. Äîëæíà ñîâåðøåíñòâîâàòüñÿ ñèñòåìà êîíòðîëÿ ïðîäóêöèè, íå äîïóñêàþùàÿ ïîñòóïëåíèå ïîòðåáèòåëþ áðàêîâàííûõ èçäåëèé. Âòîðîé ýòàï ïðåäóñìàòðèâàåò óïðàâëåíèå êà÷åñòâîì ïðîäóêöèè. Ïðè ýòîì ñîõðàíÿåòñÿ ãëàâíàÿ öåëü ïðîèçâîäèòåëÿ ïîëó÷åíèå ãîäíîé ïðîäóêöèè, îòâå÷àþùåé ñòàíäàðòàì. Íî îñíîâíûå óñèëèÿ ñîñðåäîòî÷èâàþòñÿ íà óïðàâëåíèè ïðîèçâîäñòâåííûìè ïðîöåññàìè, íà êîíòðîëå òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé ïî õîäó ïðîöåññîâ, ÷òî îáåñïå÷èâàåò óâåëè÷åíèå âûõîäà ãîäíûõ èçäåëèé è àâòîìàòèçèðóåò ïðîöåññ îòáðàêîâêè íåãîäíîé ïðîäóêöèè. Íà íàñòîÿùåì ýòàïå ðàçâèòèÿ êîíöåïöèè êà÷åñòâà ãëàâíîé çàäà÷åé ñ÷èòàåòñÿ ïîñòðîåíèå ïðîãðàììû ìåíåäæìåíòà êà÷åñòâà ïðîäóêöèè. Ïðîãðàììà áàçèðóåòñÿ íå òîëüêî íà ñîâåðøåíñòâîâàíèè òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ è ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì, íî è íà ïîñòðîåíèè ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ êà÷åñòâîì â öåëîì, ýëåìåíòàìè êîòîðîé äîïîëíèòåëüíî ÿâëÿþòñÿ íåïîñðåäñòâåííîå ó÷àñòèå âûñøåãî ðóêîâîäñòâà ïðåäïðèÿòèé â ðåøåíèè ïðîáëåì êà÷åñòâà, îáó÷åíèÿ âñåõ çâåíüåâ ñîòðóäíèêîâ ñâåðõó äîíèçó ìåòîäàì îáåñïå÷åíèÿ êà÷åñòâà, âíåäðåíèÿ ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ êà÷åñòâîì, ñòèìóëèðîâàíèÿ äîñòèæåíèÿ âûñîêîãî êà÷åñòâà. Êà÷åñòâî ïðîäóêöèè ïëàíèðóåòñÿ óæå íà öèêëå ïîäãîòîâêè ïðîèçâîäñòâà. Ìåíÿåòñÿ îöåíêà ýôôåêòèâíîñòè ïðîèçâîäñòâà. Íà ïðåäûäóùèõ ýòàïàõ ýôôåêòèâíîñòü îïðåäåëÿëàñü ïîêàçàòåëÿìè, ñôîðìóëèðîâàííûìè ñàìèì ïðîèçâîäèòåëåì: ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ, ïðèáûëüþ îò ðåàëèçàöèè ïðîäàííîé ïðîäóêöèè, ðåíòàáåëüíîñòüþ. Ñåé÷àñ íà ïåðâûé ïëàí âûäâèãàþòñÿ ïîêàçàòåëè, óäîâëåòâîðÿþùèå çàïðîñû ïîòðåáèòåëÿ, òàêèå, êàê êà÷åñòâî ïðîäóêöèè, êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòü íà ðûíêå, ýêîëîãè÷íîñòü ïðîäóêöèè è ñàìîãî ïðîèçâîäñòâà è ò. ä.  ñîîòâåòñòâèè ñ íîâîé êîíöåïöèåé ðàçðàáîòàíû ìåæäóíàðîäíûå ñòàíäàðòû ñèñòåìû ÈÑÎ 9000, êîòîðûå ñîäåðæàò ðåêîìåíäàöèè è òðåáîâàíèÿ ïî óäîâëåòâîðåíèþ ïîòðåáèòåëÿ êà÷åñòâåííîé ïðîäóêöèåé.  ýòèõ ñòàíäàðòàõ ïðåæäå âñåãî ÷åòêî îïðåäåëÿþòñÿ ïîíÿòèÿ òðåáîâàíèÿ ê ïðîäóêöèè è òðåáîâàíèÿ ê ñèñòåìå êà÷åñòâà. Òðåáîâàíèÿ ê ñèñòåìå êà÷åñòâà ÿâëÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûìè ê òåõíè÷åñêèì òðåáîâàíèÿì ê ïðîäóêöèè. Ñòàíäàðòû ñèñòåìû ÈÑÎ 9000 íå îïèñûâàþò ïðèåìîâ ïîâûøåíèÿ êà÷åñòâà ïðîäóêöèè ðåøåíèå ýòèõ çàäà÷ ïðåäîñòàâëÿåòñÿ ðóêîâîäñòâó ïðåäïðèÿòèÿ. Íî îíè ôîðìóëèðóþò íàáîð îðãàíèçàöèîííûõ è òåõíè÷åñêèõ çàäà÷ ñèñòåìû êà÷åñòâà, êîòîðûå ïðåäïðèÿòèå äîëæíî ðåøèòü, ÷òîáû åãî ïðîäóêöèÿ ìîãëà áûòü ñåðòèôèöèðîâàíà êàê âûñîêîêà÷åñòâåííàÿ ïðîäóêöèÿ â ðàìêàõ åäèíûõ ìåæäóíàðîäíûõ òðåáîâàíèé.  ìåæäóíàðîäíûõ ñòàíäàðòàõ ñåðèè ÈÑÎ 9000, â êîòîðûõ èçëîæåíû ðåêîìåíäàöèè ïî îðãàíèçàöèè ðàáîò ïî êà÷åñòâó, ó÷òåíû íå âñå, à òîëüêî òå ýëåìåíòû äåÿòåëüíîñòè ïðåäïðèÿòèÿ, êîòîðûå îêàçûâàþò íàèáîëüøåå âëèÿíèå íà êà÷åñòâî. È ñîâîêóïíîñòü ýòèõ ýëåìåíòîâ ïðåäñòàâëåíà êàê ñèñòåìà ìåíåäæìåíòà êà÷å202
ñòâà.  ýòó ñèñòåìó, êðîìå ôóíêöèé óïðàâëåíèÿ êà÷åñòâîì (ïðîâåðêà ïðîäóêöèè, ìåðû êîððåêòèðóþùåãî êîíòðîëÿ è äð.), âêëþ÷åíû ýëåìåíòû óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì, ïðîåêòèðîâàíèåì, ñíàáæåíèåì è äðóãèå ýëåìåíòû, ñóùåñòâåííî âëèÿþùèå íà êà÷åñòâî, íåçàâèñèìî îò òîãî, ê êàêèì ñôåðàì äåÿòåëüíîñòè îíè îòíîñÿòñÿ. ÈÑÎ 9000 çàêîíîäàòåëüíî çàêðåïëÿþò ïðåäñòàâëåíèå ëþáîé äåÿòåëüíîñòè ïðåäïðèÿòèÿ êàê ñèñòåìó òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ (êîíöåïöèÿ Ê. Èøèêàâà), âçàèìîäåéñòâóþùèõ ìåæäó ñîáîé ñëîæíûì îáðàçîì. Ñåòü âñåõ ïðîöåññîâ ñóùåñòâóåò äëÿ âûïîëíåíèÿ ðàáîòû ïî äîáàâëåíèþ ñòîèìîñòè ïðîäóêöèè. Ïðåäïðèÿòèå ñîçäàåò è îáåñïå÷èâàåò ñåòü ïðîöåññîâ äëÿ óëó÷øåíèÿ êà÷åñòâà ïðîäóêöèè, êîòîðîå ïîñòîÿííî ïîäâåðãàåòñÿ àíàëèçó è ñîâåðøåíñòâîâàíèþ. Êàæäûé ïðîöåññ èìååò òðè ôàçû: âõîä, âêëþ÷àþùèé òðóäîâûå è ñûðüåâûå ðåñóðñû, ïåðåðàáàòûâàåìûå ìàòåðèàëû, ýíåðãèþ, èíôîðìàöèþ, ïðîãðàììû ðàñ÷åòà è ïð.; îáúåêò òðóäà è ìåõàíèçì ïðåîáðàçîâàíèÿ ðåñóðñîâ â ïðîäóêöèþ; ïðîöåññ ïðåîáðàçîâàíèÿ ñâÿçàí ñ äîáàâëåíèåì ñòîèìîñòè îáúåêòà òðóäà è äîñòèæåíèåì åãî íîâîãî êà÷åñòâà; âûõîä, êîòîðûì ìîæåò ñëóæèòü íå òîëüêî îñíîâíàÿ ïðîäóêöèÿ ïðåäïðèÿòèÿ, íî è ïîáî÷íàÿ âåùåñòâî, ïîëóôàáðèêàò, ïðèáîð, äîêóìåíò, óñëóãà, ÷åðòåæ, èíòåëëåêòóàëüíûé ïðîäóêò, ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ è ò. ï. Îáû÷íî íà êàæäîé ôàçå ïðîèçâîäÿòñÿ èçìåðåíèÿ ñ ïîìîùüþ äàò÷èêîâ, ïðèáîðîâ, ñèñòåì èçìåðåíèÿ, âêëþ÷àÿ àâòîìàòèçèðîâàííûå è êîìïüþòåðèçîâàííûå ñèñòåìû.  ñîîòâåòñòâèè ñî ñòàíäàðòàìè ÈÑÎ 9000 òðåáîâàíèÿ ïðåäúÿâëÿþòñÿ ê îðãàíèçàöèè êàæäîé èç ôàç ïðîöåññà, ïðè÷åì â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îíè îäèíàêîâû äëÿ êàæäîé ôàçû, íåçàâèñèìî îò òèïà âûïóñêàåìîé ïðîäóêöèè íà âûõîäå. Îáùåå óïðàâëåíèå êà÷åñòâîì ïðîäóêöèè îáåñïå÷èâàåòñÿ çà ñ÷åò ñòàíäàðòèçàöèè ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ ïðîöåññàìè è åäèíñòâà îðãàíèçàöèè ïðîöåññîâ. Óïðàâëåíèå ïðîöåññîì âêëþ÷àåò â ñåáÿ: îïðåäåëåíèå öåëåé è æåëàåìûõ ðåçóëüòàòîâ ïðîöåññà; îïðåäåëåíèå íåîáõîäèìûõ ðåñóðñîâ, â òîì ÷èñëå òðóäîâûõ, äëÿ âûïîëíåíèÿ ïðîöåññà; îïðåäåëåíèå ìåòîäîâ è ñðåäñòâ âûïîëíåíèÿ ïðîöåññà; óïðàâëåíèå èñïîëüçîâàíèåì ðåñóðñîâ, êîòîðûå âûäåëåíû äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ äàííîãî ïðîöåññà, âêëþ÷àÿ ìîòèâàöèþ ïåðñîíàëà; íàáëþäåíèå çà õîäîì ïðîöåññà, àíàëèç ðåçóëüòàòîâ åãî âûïîëíåíèÿ è êîððåêöèÿ õîäà ïðîöåññà. Îðãàíèçàöèÿ ïðîöåññà ìíîãîôóíêöèîíàëüíà. Ê îñíîâíûì ôóíêöèÿì îðãàíèçàöèè îòíîñÿòñÿ: ïðîèçâîäñòâî ïðîäóêöèè; ïðîåêòèðîâàíèå ïðîäóêöèè è åå êà÷åñòâà; óïðàâëåíèå òåõíîëîãèåé îñóùåñòâëåíèÿ ïðîöåññîâ; ìàðêåòèíã; ïîäãîòîâêà êàäðîâ; ðóêîâîäñòâî òðóäîâûìè ðåñóðñàìè; ñòðàòåãè÷åñêîå ïëàíèðîâàíèå; 203
ñòðàòåãè÷åñêîå è îïåðàòèâíîå óïðàâëåíèå; ïîñòàâêà ïðîäóêöèè; îôîðìëåíèå ôèíàíñîâûõ è äðóãèõ äîêóìåíòîâ; òåõíè÷åñêîå îáñëóæèâàíèå è ðåìîíò; ïðî÷èå ôóíêöèè. Ñåòü ñòàíäàðòîâ ÈÑÎ ïðåäïîëàãàåò, ÷òî ó êàæäîãî ïðîöåññà èìååòñÿ âëàäåëåö ëèöî, íåñóùåå îòâåòñòâåííîñòü çà äàííûé ïðîöåññ. Ýòîò âëàäåëåö äîëæåí îáåñïå÷èòü îäíîçíà÷íîå ïîíèìàíèå âñåìè ó÷àñòíèêàìè ïðîöåññà èõ ïîëíîìî÷èé è îòâåòñòâåííîñòè, äîëæåí îðãàíèçîâàòü èõ âçàèìîäåéñòâèå ïðè ðåøåíèè çàäà÷ êàê ñâîåãî ïîäðàçäåëåíèÿ, òàê è äðóãèõ ôóíêöèîíàëüíî ñâÿçàííûõ ïîäðàçäåëåíèé. Îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ ñòàíäàðòà ÈÑÎ 9001:2000 ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îí óñòàíàâëèâàåò ñòåïåíü îòâåòñòâåííîñòè ðóêîâîäñòâà îðãàíèçàöèè çà êà÷åñòâî. Ðóêîâîäñòâî ïðåäïðèÿòèÿ îòâå÷àåò çà ðàçðàáîòêó ïîëèòèêè â îáëàñòè êà÷åñòâà, çà ñîçäàíèå, âíåäðåíèå è ôóíêöèîíèðîâàíèå ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ êà÷åñòâîì, ÷òî äîëæíî ÷åòêî îïðåäåëÿòüñÿ è îôîðìëÿòüñÿ äîêóìåíòàëüíî. Ê îáÿçàííîñòÿì ðóêîâîäñòâà îòíîñÿòñÿ ïîäáîð ñïåöèàëèñòîâ è âûäåëåíèå íåîáõîäèìûõ ðåñóðñîâ äëÿ ïðîèçâîäñòâåííîãî, êîíòðîëüíî-èçìåðèòåëüíîãî è èñïûòàòåëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ, à òàêæå äëÿ ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ êîìïüþòåðíîé òåõíèêè. Ðóêîâîäñòâî äîëæíî óñòàíàâëèâàòü òðåáóåìûé óðîâåíü êîìïåòåíöèè è ñëåäèòü çà ñâîåâðåìåííîñòüþ ïîâûøåíèÿ êâàëèôèêàöèè ïåðñîíàëà. Íà ðóêîâîäèòåëåé îðãàíèçàöèè âîçëàãàåòñÿ îáÿçàííîñòü âûÿâëÿòü òå ïîêàçàòåëè êà÷åñòâà òîâàðà, êîòîðûå âëèÿþò íà åãî ðûíî÷íóþ óñòîé÷èâîñòü. Òàêæå ðóêîâîäñòâî îðãàíèçàöèè îòâå÷àåò çà îïðåäåëåíèå öåëåé, êîòîðûå ïðåäîïðåäåëÿþò ðåøåíèÿ î ïðîèçâîäñòâå íîâûõ òîâàðîâ èëè îêàçàíèè íîâûõ óñëóã ïîòðåáèòåëÿì. Âûïóñê íîâûõ òîâàðîâ è îêàçàíèå íîâûõ âèäîâ óñëóã ñâÿçàíû ñ ïîäãîòîâêîé íîâûõ ïðîãðàìì êà÷åñòâà, çà ÷òî òàêæå îòâåòñòâåííî ðóêîâîäñòâî îðãàíèçàöèè. Ê îñíîâíûì ðåñóðñàì, óêàçàííûì â ÈÑÎ 9001:2000, îòíîñÿòñÿ ÷åëîâå÷åñêèå ðåñóðñû, èíôðàñòðóêòóðà è ïðîèçâîäñòâåííàÿ ñðåäà. Ñàìûé êðóïíûé ðàçäåë ÈÑÎ 9001:2000 Ïðîöåññû æèçíåííîãî öèêëà ïðîäóêöèè.  íåì ïðèâåäåíû îáùèå ðåêîìåíäàöèè ïî ïëàíèðîâàíèþ ïðîöåññîâ æèçíåííîãî öèêëà ïðîäóêöèè, âçàèìîäåéñòâèþ ñ ïîòðåáèòåëÿìè, äåÿòåëüíîñòè ïî ïðîåêòèðîâàíèþ è ðàçðàáîòêå íîâîé ïðîäóêöèè, òðåáîâàíèÿ ê ïðîöåññó çàêóïîê è îðãàíèçàöèè ïðîèçâîäñòâà, õðàíåíèÿ è îòãðóçêè. Âàæíûì ôàêòîðîì ïðè äîêàçàòåëüñòâå ïîñòàâùèêîì ñïîñîáíîñòè óäîâëåòâîðÿòü òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó ÿâëÿåòñÿ äîêóìåíòàöèÿ. Ñòàíäàðòû ÈÑÎ ïðåäóñìàòðèâàþò ðÿä òèïîâ äîêóìåíòîâ, êîòîðûå äîëæíû áûòü îáÿçàòåëüíî ðàçðàáîòàíû ïðåäïðèÿòèåì-ïîñòàâùèêîì. Òîëüêî îíè ìîãóò âûñòóïàòü êàê äîêàçàòåëüñòâî êà÷åñòâà ñèñòåìû è ïðîäóêöèè. Còàíäàðòû ñåðèè ÈÑÎ 9000 ýòî ïàêåò äîêóìåíòîâ ïî îáåñïå÷åíèþ êà÷åñòâà, ïîäãîòîâëåííûé ÷ëåíàìè ìåæäóíàðîäíîé äåëåãàöèè ÈÑÎ/ Òåõíè÷åñêèé êîìèòåò 176(ISO/TC 176).  ýòîò ïàêåò â 1994 ãîäó âõîäèëè âñå ìåæäóíàðîäíûå ñòàíäàðòû ñ íîìåðàìè 90009004, âñå ìåæäóíàðîäíûå ñòàíäàðòû ÈÑÎ 10001 10020 è ÈÑÎ 8402.  2000 ãîäó ñòàíäàðòû ñåðèè ÈÑÎ 9000 ïåðåñìîòðåíû è òåïåðü âêëþ÷àþò â ñåáÿ 11 ìåæäóíàðîäíûõ ñòàíäàðòîâ, êîòîðûå ïîääåðæèâàþòñÿ òåõíè÷åñêèì êîìèòåòîì ÈÑÎ/ÒÊ176 Ìåíåäæìåíò êà÷åñòâà è îáåñïå÷åíèå êà÷åñòâà. 204
Ñåðèÿ âêëþ÷àåò â ñåáÿ ÈÑÎ 9001:2000 Ñèñòåìû ìåíåäæìåíòà êà÷åñòâà. Òðåáîâàíèÿ. ÈÑÎ 9001:2000 åäèíñòâåííûé ñåðòèôèêàöèîííûé ñòàíäàðò, çàìåíÿþùèé ñòàíäàðòû ÈÑÎ 9001, ÈÑÎ 9002 è ÈÑÎ 9003 âåðñèè 1994 ãîäà. Êðîìå ÈÑÎ 9001:2000 îñíîâíîå ÿäðî ñåðèè ÈÑÎ 9000 ñîñòàâëÿþò ÈÑÎ 9000:2000 Ñèñòåìû ìåíåäæìåíòà êà÷åñòâà. Îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ è ñëîâàðü, ÈÑÎ 9004:2000 Ñèñòåìû ìåíåäæìåíòà êà÷åñòâà. Ðåêîìåíäàöèè ïî óëó÷øåíèþ, à òàêæå ÈÑÎ 19011:2002 Óêàçàíèÿ ïî ïðîâåðêå ñèñòåìû ìåíåäæìåíòà êà÷åñòâà. Ñåðèÿ ÈÑÎ 9000 òàêæå ñîäåðæèò ðÿä äðóãèõ ñòàíäàðòîâ ïîääåðæêè. Óíèâåðñàëüíîñòü ñòàíäàðòîâ èìååò è íåãàòèâíóþ ñòîðîíó: îíà íå ïîçâîëÿåò ó÷åñòü îñîáåííîñòè êîíêðåòíûõ îáëàñòåé ïðîìûøëåííîñòè. Ýòî ïðèâîäèò ê íåîáõîäèìîñòè äîïîëíÿòü ðåêîìåíäàöèè ñòàíäàðòîâ ÈÑÎ 9000.  ÷àñòíîñòè, ýòî áûëî ñäåëàíî àâòîìîáèëüíûìè ôèðìàìè Ôîðä, Êðàéñëåð è Äæåíåðàë Ìîòîðñ ñ ó÷àñòèåì ïÿòè ïðîèçâîäèòåëåé ãðóçîâèêîâ. Òàê ïîÿâèëñÿ ñòàíäàðò ÈÑÎ/ÒÓ 16949:2002 äëÿ ïîñòàâùèêîâ ïðîäóêöèè äëÿ àâòîìîáèëüíîé ïðîìûøëåííîñòè, äåéñòâóþùèé íàðÿäó ñ ÈÑÎ 9001:2000. Ñåðòèôèêàöèÿ ïî ÈÑÎ/ ÒÓ 16949:2002 íàïðàâëåíà íà ïîâûøåíèå êà÷åñòâà ïðîäóêöèè, óìåíüøåíèå áðàêà è ïåðåäåëîê, ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè ïðîèçâîäñòâà â àâòîìîáèëüíîé ïðîìûøëåííîñòè è ñâÿçàííûõ ñ íåé ïðåäïðèÿòèé-ïîñòàâùèêîâ. Òåêñò ÈÑÎ 9001:2000 ïîëíîñòüþ âîøåë â ÈÑÎ/ÒÓ 16949, çàòåì áûëè äîáàâëåíû íîâûå ïóíêòû, îòñóòñòâóþùèå â ÈÑÎ 9001. Öåíòðàëüíûì ÿäðîì ÈÑÎ/ÒÓ 16949:2002 ÿâëÿþòñÿ èçìåðåíèå, àíàëèç è óëó÷øåíèå ïðîäóêöèè. Íîðìû ÈÑÎ 9000 è ÈÑÎ/ÒÓ 16949:2002 ïðèìåíÿþòñÿ â ñëåäóþùèõ ñèòóàöèÿõ: êàê ìåòîäè÷åñêèé ìàòåðèàë äëÿ ðàçðàáîòêè ñèñòåìû êà÷åñòâà íà ïðåäïðèÿòèè; èñïîëüçîâàíèå ñòàíäàðòîâ ÈÑÎ ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòü îðãàíèçàöèè, ýêîíîìè÷åñêóþ ýôôåêòèâíîñòü åå äåÿòåëüíîñòè; êàê äîêàçàòåëüñòâî âûñîêîãî êà÷åñòâà ïðè çàêëþ÷åíèè êîíòðàêòîâ ñ ïîòðåáèòåëÿìè; ïîòðåáèòåëü âïðàâå îãîâîðèòü â êîíòðàêòå, ÷òîáû îïðåäåëåííûå ïðîöåññû èëè ýëåìåíòû ñèñòåìû êà÷åñòâà íà ïðåäïðèÿòèè-ïîñòàâùèêå ñîîòâåòñòâîâàëè íîðìàì ÈÑÎ; ïðè îöåíêå ïîòðåáèòåëåì ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ êà÷åñòâîì íà ïðåäïðèÿòèèïîñòàâùèêå; ïîòðåáèòåëü ìîæåò ïîòðåáîâàòü îôèöèàëüíîãî ïðèçíàíèÿ (ñåðòèôèêàöèè) ñîîòâåòñòâèÿ ñèñòåìû êà÷åñòâà íîðìàì ñòàíäàðòîâ ÈÑÎ; ïðè ðåãèñòðàöèè èëè ñåðòèôèêàöèè ñèñòåìû êà÷åñòâà ðåãèñòðèðóþùèì îðãàíîì; ðåãèñòðàöèÿ îáÿçûâàåò ïðåäïðèÿòèå ïîääåðæèâàòü åäèíûå òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó ïðîäóêöèè äëÿ âñåõ ïîòðåáèòåëåé; êàê ïðàâèëî, ïîòðåáèòåëü óæå íå ïðîâîäèò îöåíêó ñèñòåìû êà÷åñòâà íà ïðåäïðèÿòèè-ïîñòàâùèêå, åñëè ïîñëåäíåå èìååò ñåðòèôèêàò êà÷åñòâà. Ñåðòèôèêàöèÿ ïðåäïðèÿòèÿ ïî ÈÑÎ/ÒÓ 16949:2002 òðåáóåò îáÿçàòåëüíîãî âíåäðåíèÿ íà ïðåäïðèÿòèÿõ, ïðîèçâîäÿùèõ ïðîäóêöèþ äëÿ àâòîìîáèëüíîé ïðîìûøëåííîñòè, ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâåííûìè ïðîöåññàìè ïî ðóêîâîäñòâó SPC, ñîñòàâëåííîìó ñîâìåñòíûìè óñèëèÿìè âåäóùèõ àâòîïðîèçâîäèòåëåé. Êðîìå ýòîãî, íåîáõîäèìî, ÷òîáû îñíîâíûå ñòàòèñòè÷åñêèå ïîíÿòèÿ, òàêèå, êàê èçìåí÷èâîñòü, óïðàâëÿåìîñòü, ñòàáèëüíîñòü, âîçìîæíîñòè ïðîöåññà è èçëèøíÿÿ ðåãóëèðîâêà, îäèíàêîâî âîñïðèíèìàëèñü âî âñåé îðãàíèçàöèè. Íåîáõîäèìî, ÷òîáû ïðîöåññ ñíà÷àëà áûë äîâåäåí äî ñòàòèñòè÷åñêè óïðàâëÿåìîãî ñîñòîÿíèÿ ïîñðåäñòâîì îáíàðóæåíèÿ ïðè÷èí èçìåí205
÷èâîñòè è äîâåäåíèÿ äî ñòàáèëüíîãî ñîñòîÿíèÿ. Îáÿçàòåëüíà îáúåêòèâíîñòü, âîñïðîèçâîäèìîñòü è îòêðûòîñòü äàííûõ, ñîáèðàåìûõ ïî õîäó òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà. Äëÿ ýòîãî òðåáóþòñÿ àâòîìàòè÷åñêèå äàò÷èêè ñáîðà òàêîé èíôîðìàöèè íà âñåõ âàæíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ. Ïîñëå òîãî êàê âîñïðîèçâîäèìîñòü ïðîöåññà áóäåò ïðåäñêàçóåìà, ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà ñïîñîáíîñòü ïðåäïðèÿòèÿ ñîîòâåòñòâîâàòü îæèäàíèÿì ïîòðåáèòåëÿ. Ýòî ÿâëÿåòñÿ îñíîâîé äëÿ ïîñòðîåíèÿ è íåïðåðûâíîãî ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ñèñòåìû êà÷åñòâà. Êàæäûé ïðîöåññ â çàâèñèìîñòè îò âîñïðîèçâîäèìîñòè è óïðàâëÿåìîñòè ìîæåò áûòü ïðèåìëåìûì è íåïðèåìëåìûì, óïðàâëÿåìûì è íåóïðàâëÿåìûì. ×òîáû áûòü ïðèåìëåìûì, ïðîöåññ äîëæåí íàõîäèòüñÿ â ñòàòèñòè÷åñêè óïðàâëÿåìîì ñîñòîÿíèè è ïðèñóùàÿ åìó èçìåí÷èâîñòü (âîñïðîèçâîäèìîñòü) äîëæíà áûòü ìåíüøå, ÷åì îáîçíà÷åííûé äîïóñê. Òîëüêî òîãäà, êîãäà ïðåäïðèÿòèå ñîîòâåòñòâóåò ýòèì òðåáîâàíèÿì, íà íåì ìîæíî âíåäðÿòü ñòàòèñòè÷åñêèå ìåòîäû óïðàâëåíèÿ êà÷åñòâîì. Ñòàíäàðò ÈÑÎ/ÒÓ 16949:2002 äàåò ðåêîìåíäàöèè ðàáîòíèêàì ðàçíûõ óðîâíåé ïî îðãàíèçàöèè òàêîãî êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ïðîäóêöèè. Ñåðòèôèêàöèÿ ïî ñòàíäàðòàì ÈÑÎ ìîæåò ïðîâîäèòüñÿ ëþáîé ôèðìîé, èìåþùåé ñîîòâåòñòâóþùóþ ëèöåíçèþ. Òàêèå ëèöåíçèè â íàøåé ñòðàíå âûäàåò Ãîññòàíäàðò. Ðîññèéñêèå ñåðòèôèêàòû ÈÑÎ èìåþò ïðàâî âûäàâàòü ìíîãèå îðãàíèçàöèè. Îäíàêî ñåðòèôèêàò ÈÑÎ 9000, âûäàííûé ðîññèéñêèìè îðãàíèçàöèÿìè, íåñìîòðÿ íà ñâîþ ëåãàëüíîñòü, íà ìåæäóíàðîäíîì ðûíêå íå êîòèðóåòñÿ. Äëÿ òîãî ÷òîáû çàâîåâàòü ìåæäóíàðîäíîå äîâåðèå, íåîáõîäèìî, ÷òîáû ñåðòèôèêàöèþ ïðîâåëà êîìïàíèÿ ñ ìèðîâûì èìåíåì. Íàèáîëåå ñîëèäíûìè â ñôåðå ñåðòèôèêàöèè ñòàíäàðòîâ êà÷åñòâà ñ÷èòàþòñÿ ñåðòèôèêàöèîííûå êîìïàíèè òàê íàçûâàåìîé áîëüøîé ñåìåðêè: ABS Quality Evaluations, Lloyds Register Quality Assurance Ltd (Âåëèêîáðèòàíèÿ), Bureau Veritas Quality International (Íîðâåãèÿ), Det Norske Veritas Certification, Germanischer Lloyd QS-Zertifizierung GmbH, TUV-Zertifirungsgemainschaft (Ãåðìàíèÿ), SGS International Certification Services (Øâåéöàðèÿ). Âíåäðåíèå íà ïðåäïðèÿòèÿõ Ðîññèè ìåæäóíàðîäíûõ ñòàíäàðòîâ ñåðèè ÈÑÎ 9000 ïîçâîëÿåò åé âûéòè íà ìèðîâîé ðûíîê è óñïåøíî íà íåì êîíêóðèðîâàòü. Êðîìå òîãî, çà ñ÷åò îðãàíèçàöèîííûõ ìåð, ïðîâîäèìûõ â ïåðèîä ïîäãîòîâêè ê ñåðòèôèêàöèè ñèñòåìû êà÷åñòâà, óäàåòñÿ ñóùåñòâåííî ïîâûñèòü êà÷åñòâî âûïóñêàåìîé ïðîäóêöèè è çàòåì ïîääåðæèâàòü ýòîò óðîâåíü. Ñòàíäàðòû ïîìîãàþò óìåíüøèòü çàòðàòû íà êà÷åñòâî ïîñòàâùèêà, è ïîòðåáèòåëÿ. Ó ïîñëåäíåãî ïîÿâëÿåòñÿ óâåðåííîñòü â êà÷åñòâåííîé äåÿòåëüíîñòè ïîñòàâùèêà. Ýòî ñîçäàåò ïðåäïîñûëêè äëÿ çàêëþ÷åíèÿ êîíòðàêòîâ òîëüêî ñ ñåðòèôèöèðîâàííûìè ïîñòàâùèêàìè. Íà ïðåäïðèÿòèè-ïîñòàâùèêå óëó÷øàåòñÿ èñïîëíèòåëüñêàÿ äèñöèïëèíà è ìîòèâàöèÿ ñîòðóäíèêîâ, ïîâûøàåòñÿ êà÷åñòâî óïðàâëåí÷åñêèõ ðåøåíèé. Âñå ýòî ïîäòàëêèâàåò ïîñòàâùèêà ê ðàçðàáîòêå è âíåäðåíèþ ñèñòåìû êà÷åñòâà. 9.4. Ãåíåðàëüíûé ïëàí ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà Ïðîèçâîäñòâî öâåòíûõ ìåòàëëîâ çàíèìàåò ïðèìåðíî 5 % îò îáúåìîâ ïðîèçâîäñòâà ÷óãóíà è ñòàëè (÷åðíûõ ìåòàëëîâ), ïîýòîìó â ïåðâóþ î÷åðåäü ñëåäóåò ðàññìàòðèâàòü îïûò ÷åðíîé ìåòàëëóðãèè.  ÷åðíîé ìåòàëëóðãèè óñïåøíî èñïîëüçóþòñÿ òàêèå ïðîãðåññèâíûå èäåè: 206
áëîêèðîâêà öåõîâ ñ öåëüþ óìåíüøåíèÿ òðàíñïîðòíûõ ïåðåâîçîê ìåæäó íèìè; çàìåíà êðàíîâ íàçåìíûìè èëè ïîäçåìíûìè òðàíñïîðòåðàìè; øèðîêîå ïðèìåíåíèå àâòîòðàíñïîðòà êàê ýëåìåíòà òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè è ò. ä. Áëàãîäàðÿ ýòîìó ñîâðåìåííûé ìåòàëëóðãè÷åñêèé çàâîä ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé åäèíûé òåõíîëîãè÷åñêèé êîìïëåêñ òåñíî ñâÿçàííûõ ìåæäó ñîáîé ïðîèçâîäñòâ è öåõîâ, ðàñïîëîæåííûõ ïî ïðèíöèïó ìèíèìóìà ñóììàðíûõ òðàíñïîðòíûõ ïåðåâîçîê, ìèíèìóìà ðàçìåðîâ òåððèòîðèè è, êàê ñëåäñòâèå, ìèíèìóìà ýêñïëóàòàöèîííûõ è êàïèòàëüíûõ çàòðàò ïðè ñòðîèòåëüñòâå. Çàâîäîì ñ ïîëíûì ìåòàëëóðãè÷åñêèì öèêëîì íàçûâàåòñÿ òàêîé, êîòîðûé ñîäåðæèò âñå òðè ãðóïïû öåõîâ, ò. å. òðè ïåðåäåëà: àãëîäîìåííûé, ãäå ïîäãîòàâëèâàþòñÿ èñõîäíûå øèõòîâûå ìàòåðèàëû àãëîìåðàò è êîêñ è ïðîèçâîäèòñÿ âûïëàâêà ÷óãóíà â äîìåííûõ ïå÷àõ; ñòàëåïëàâèëüíûé, â êîòîðîì ÷óãóí ïåðåðàáàòûâàåòñÿ â ñòàëü; ïðîêàòíûé, ïðîèçâîäÿùèé èç ñòàëè ëèñòîâîé è ñîðòîâîé ïðîêàò. Ïîìèìî îñíîâíûõ öåõîâ íà òàêîì çàâîäå ìîæåò áûòü åùå íåñêîëüêî ïðîèçâîäñòâ, ïîñòðîåííûõ êàê íà ïîáî÷íîé, òàê è íà îñíîâíîé ïðîäóêöèè îñíîâíûõ ïðîèçâîäñòâ. Çàâîäû, íå ñîäåðæàùèå â ñâîåì ñîñòàâå öåõîâ âñåõ òðåõ ïåðåäåëîâ, íàçûâàþòñÿ ìèíè-çàâîäàìè. Îíè ìîãóò áûòü ñàìîñòîÿòåëüíûìè èëè â ñîñòàâå êðóïíîãî ìàøèíîñòðîèòåëüíîãî èëè ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðåäïðèÿòèÿ. Ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî ñõåì ðàñïîëîæåíèÿ ïðîèçâîäñòâåííûõ öåõîâ íà ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäàõ. Ñî âðåìåíåì íàêàïëèâàëèñü íå òîëüêî òåõíîëîãè÷åñêèå äîñòèæåíèÿ, íî è îïûò ïðîåêòèðîâàíèÿ è ñòðîèòåëüñòâà òàêèõ çàâîäîâ. Äîâîåííûå ðîññèéñêèå çàâîäû ñòðîèëèñü âòîðîïÿõ è áåç ðàñ÷åòà íà èõ äàëüíåéøåå ðàçâèòèå, ïîýòîìó ïðè ïîÿâëåíèè íîâûõ öåõîâ è öåëûõ ïðîèçâîäñòâ âîçíèêàëè âñòðå÷íûå ïîòîêè ìåòàëëà, íàðóøàëñÿ åäèíûé òåõíîëîãè÷åñêèé ïîòîê, óñëîæíÿëèñü ñâÿçè ìåæäó öåõàìè. Íà òàêèõ çàâîäàõ ðàíüøå ìàëî çàáîòèëèñü î ñîöèàëüíûõ óäîáñòâàõ ñòðîÿùèõñÿ âîêðóã íèõ ðàáî÷èõ ãîðîäêîâ. Ê ïðèìåðó, Äíåïðîäçåðæèíñêèé ìåòàëëóðãè÷åñêèé çàâîä ðàñïîëîæåí íåïîñðåäñòâåííî íà áåðåãó ðåêè. Çà íèì ðàáî÷èé ãîðîäîê, îêàçàâøèéñÿ, âî-ïåðâûõ, â ÿìå, âî-âòîðûõ, â íàïðàâëåíèè ÷àñòûõ âåòðîâ ñ ðåêè ÷åðåç çàâîä íà ãîðîä. Çàâîäû 19601970-õ ãîäîâ (òèïà ×åðÌÊ) ñòðîèëèñü, íàîáîðîò, ñâîáîäíî, îäèí öåõ îò äðóãîãî îòäåëÿëñÿ áîëüøèìè ïðîñòðàíñòâàìè, ðàññ÷èòàííûìè íà çàïîëíåíèå ïðè ðàçâèòèè çàâîäà. Ó÷òåíà òàêæå ðîçà âåòðîâ: ãîðîä ðàñïîëîæåí ïî áåðåãó ðåêè, à çà íèì çàâîä. Òàêîå ðàñïîëîæåíèå çàâîäà èìååò òàêæå ñâîè íåäîñòàòêè: òðåáóåòñÿ øèðîêîå èñïîëüçîâàíèå òðàíñïîðòà, îñîáåííî æåëåçíîäîðîæíîãî, óñëîæíÿåòñÿ âçàèìîäåéñòâèå öåõîâ, óäîðîæàåòñÿ ñòðîèòåëüñòâî è ýêñïëóàòàöèÿ çàâîäà. Ñîâðåìåííûå òåíäåíöèè íàïðàâëåíû íà ðåàëèçàöèþ êîìïàêòíûõ ñõåì ðàñïîëîæåíèÿ ïðîèçâîäñòâåííûõ öåõîâ, íî ïðåäóñìàòðèâàþùèõ âîçìîæíîñòè ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà. Íà ðèñ. 9.2 ïðåäñòàâëåí ãåíåðàëüíûé ïëàí îäíîãî èç ñîâðåìåííûõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäîâ ñ ïîëíûì öèêëîì. Íà íåì îòñóòñòâóþò àãëîìåðàöèîííûå öåõà, òàê êàê çàâîä ðàññ÷èòàí íà èñïîëüçîâàíèå âìåñòî àãëîìåðàòà ìåòàëëèçîâàííûõ îêàòûøåé, êîòîðûå ãîòîâÿòñÿ íà ãîðíî-îáîãàòèòåëüíûõ êîìáèíàòàõ. Çàâîä êîìïàêòåí, íî ðàññ÷èòàí íà ðàñøèðåíèå ïî âñåì âèäàì ïðîèçâîäñòâà, îñíîâ207
5
Ðèñ. 9.2. Ñõåìà ãåíåðàëüíîãî ïëàíà ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà ñ ïîëíûì öèêëîì: 1 êîêñîâûé öåõ; 2 äîìåííîå ïðîèçâîäñòâî; 3 ñòàëåïëàâèëüíûé öåõ; 4 ïðîêàòíûå öåõà; 5 ðåìîíòíûå öåõà
íûå öåõà ðàñïîëîæåíû ïî ïåðèìåòðó ãëàâíîé ïëîùàäêè. Ïðîèçâîäñòâåííûå öåõà ðàñïîëîæåíû ïî òåõíîëîãè÷åñêîìó ïîòîêó, ïîýòîìó ñòàëî âîçìîæíûì øèðîêîå èñïîëüçîâàíèå ìåæäó íèìè êîíâåéåðíîãî òðàíñïîðòà ïðè çíà÷èòåëüíîì ñîêðàùåíèè ïðîòÿæåííîñòè æåëåçíûõ äîðîã, õîòÿ, êàê âèäíî, æåëåçíîäîðîæíûé òðàíñïîðò ïî-ïðåæíåìó ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì. Ñòàëåïëàâèëüíûé è ïðîêàòíûé öåõà ñáëîêèðîâàíû, ÷òî ñîêðàùàåò ïëîùàäü çàâîäà, óìåíüøàåò êàïèòàëüíûå è ýêñïëóàòàöèîííûå ðàñõîäû. Íà ðèñ. 9.3 ïðèâåäåí ãåíåðàëüíûé ïëàí îäíîãî èç ïîñëåäíèõ ìèíè-çàâîäîâ ñ íåïîëíûì öèêëîì â ñîñòàâå äâóõ îñíîâíûõ öåõîâ ñòàëåïëàâèëüíîãî è ïðîêàòíîãî. Êàê âèäíî, áîëüøèíñòâî öåõîâ çäåñü òàêæå îáúåäèíåíû â åäèíûé áëîê. Òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñâÿçü îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ìîñòîâûõ êðàíîâ è íàçåìíûõ ìåõàíèçìîâ áåç ïðèìåíåíèÿ æåëåçíîäîðîæíîãî è àâòîìîáèëüíîãî òðàíñïîðòà. Öåõà ãîðÿ÷åé è õîëîäíîé ïðîêàòêè ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé ïîäçåìíîé êîíâåéåðíîé ïåðåäà÷åé. Æåëåçíîäîðîæíûé òðàíñïîðò îñóùåñòâëÿåò ëèøü êîììóíèêàöèîííóþ ñâÿçü ìåæäó öåõàìè. 9.5. Ñòðóêòóðà ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà
Ðèñ. 9.3. Ñõåìà ãåíåðàëüíîãî ïëàíà ìèíè-çàâîäà: 1 ñòàëåïëàâèëüíûé öåõ; 2 îáæèìíîçàãîòîâî÷íûé ñòàí; 3 ìåëêîñîðòíîïðîâîëî÷íûé ñòàí; 4 òðóáîïðîêàòíûé öåõ; 5 öåõ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè ëèñòà; 6 öåõ õîëîäíîé ïðîêàòêè ëèñòà; 7 áëîê ðåìîíòíûõ öåõîâ
Ïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî î÷åíü ìíîãîãðàííî, îäíàêî îñíîâíûìè âèäàìè åãî ïðîäóêöèè ÿâëÿþòñÿ ñîðòîâîé è ëèñòîâîé ïðîêàò. Îêîëî 80 % âñåé âûïëàâëÿåìîé â ìèðå æèäêîé ñòàëè ïåðåðàáàòûâàåòñÿ â ëèñò èëè ñîðò. (Ïðèìåðíî 13 % æèäêîé ñòàëè èñïîëüçóåòñÿ â âèäå ëèòüÿ, îêîëî 5 % â âèäå êðóïíûõ ïîêîâîê.) Ïîëó÷åííûé ïðîêàò â äàëüíåéøåì â áîëüøîì êîëè÷åñòâå òàêæå îáðàáàòûâàåòñÿ äàâëåíèåì ïî ñàìûì ðàçíîîáðàçíûì òåõíîëîãè÷åñêèì ñõåìàì, âêëþ÷àÿ ïðîêàòêó. Íà ñîâðåìåííîì êðóïíîì ïðåäïðèÿòèè ÷åðíîé ìåòàëëóðãèè òðåòèé ïåðåäåë ïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî ÿâëÿåòñÿ ñàìûì êðóïíûì ñðåäè ìåòàëëóðãè÷åñêèõ ïðîèçâîäñòâ. Ïî çàíèìàåìîé ïëîùàäè, ÷èñëó ðàáîòàþùèõ, êîëè÷åñòâó è ñòîèìîñòè îáîðóäîâàíèÿ è ðÿäó äðóãèõ ïîêàçàòåëåé ïðîêàòíûå öåõà çàíèìàþò áîëåå 60 % âñåãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà.  ýòîì ïðîèçâîäñòâå èñïîëüçóþòñÿ êðóïíûå êàïèòàëîâëîæåíèÿ, íàèáîëüøåå êîëè÷åñòâî íàó÷íûõ ðàçðàáîòîê, òåõíîëîãè÷åñêèõ íîâ209
øåñòâ è ìåíåäæåðñêèõ ïîèñêîâ. Çäåñü ôîðìèðóþòñÿ ïðèáûëü çàâîäà è îñíîâíûå âçàèìîîòíîøåíèÿ ìåæäó ïðåäïðèÿòèåì è ïîòðåáèòåëåì ìåòàëëà.  ñëîæíîé òåõíîëîãè÷åñêîé öåïî÷êå ïðîèçâîäñòâà òîâàðíîãî ïðîêàòà èëè èçäåëèé ñïåöèàëèñò ïî îáðàáîòêå ìåòàëëîâ äàâëåíèåì ÿâëÿåòñÿ êðàéíèì è îòâåòñòâåííûì çà êà÷åñòâî ãîòîâîãî ïðîäóêòà.  ñâÿçè ñ ýòèì îí äîëæåí îáëàäàòü ÷óâñòâîì âûñîêîé ëè÷íîé îòâåòñòâåííîñòè, õîðîøî çíàòü, ïîìèìî ñâîåé ñïåöèàëüíîñòè, äðóãèå ïðîèçâîäñòâà è ïðàêòè÷åñêè èñïîëüçîâàòü çíàíèÿ èç ìíîãèõ ñìåæíûõ íàóê, äîëæåí áûñòðî ðåàãèðîâàòü íà èçìåíåíèÿ ìèðîâûõ òåíäåíöèé è ðûíî÷íîãî ñïðîñà. Ñïåöèàëèñò ïî îáðàáîòêå äàâëåíèåì ñàìûé âûñîêîêâàëèôèöèðîâàííûé ñïåöèàëèñò íà ìåòàëëóðãè÷åñêîì çàâîäå, ïîýòîìó íà áîëüøèíñòâå çàâîäîâ õîðîøèìè äèðåêòîðàìè ñòàíîâÿòñÿ õîðîøèå òåõíîëîãè-ïðîêàò÷èêè (ðåæå ñòàëåïëàâèëüùèêè) è ïðàêòè÷åñêè íèêîãäà ñïåöèàëèñòû äðóãèõ ïðîèçâîäñòâ. Íà ðèñ. 9.4 ïðèâåäåíà îáùàÿ ñòðóêòóðà ñîâðåìåííîãî ïðîèçâîäñòâà ñîðòîâîãî è ëèñòîâîãî ïðîêàòà íà êðóïíîì ïðåäïðèÿòèè ÷åðíîé ìåòàëëóðãèè. Ðåàëüíûé çàâîä íå îáÿçàòåëüíî ñîäåðæèò âñå ïðåäñòàâëåííûå â ñõåìå ïðîèçâîäñòâà. Íåêîòîðûå èç çàâîäîâ ñïåöèàëèçèðóþòñÿ íà âûïóñêå òîëüêî ñîðòîâîãî ïðîêàòà (Êðèâîðîæñêèé ÌÊ), äðóãèå íà ïðîèçâîäñòâå ëèñòà (Íîâî-Ëèïåöêèé ÌÊ). Òàêèå êîìáèíàòû, êàê ×åðåïîâåöêèé ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü, Ìàãíèòîãîðñêèé, ×åëÿáèíñêèé (Ìå÷åë) è äðóãèå, âûïóñêàþò îáà âèäà ïðîêàòà. Êàê ïðàâèëî, öåõà ÷åòâåðòîãî ïåðåäåëà ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñàìîñòîÿòåëüíûå çàâîäû è ÷àñòî òåððèòîðèàëüíî îòäåëåíû îò îñíîâíîãî êîìáèíàòà. Øèðîêèé ñîðòàìåíò âûïóñêàåìîé ïðîäóêöèè âûíóæäàåò èõ ïîêóïàòü èñõîäíûé ïðîêàò íå òîëüêî ó ñâîåãî ãëàâíîãî ïîñòàâùèêà, íî è ó äðóãèõ çàâîäîâ, ïîýòîìó îíè è ýêîíîìè÷åñêè íå âñåãäà çàâèñÿò îò íåãî, õîòÿ ÷àñòî âõîäÿò ñ íèì â åäèíóþ êîðïîðàöèþ.
Ðèñ. 9.4. Ñõåìà ïðîèçâîäñòâà ñîðòà è ëèñòà 210
Óæå îòìå÷àëîñü, ÷òî íà êðóïíîì ïðåäïðèÿòèè òðóäíî îðãàíèçîâàòü ïðîèçâîäñòâî ðàçíîîáðàçíîé ïðîäóêöèè ìåëêîñåðèéíûìè ïàðòèÿìè, õîòÿ ìîùíàÿ èíôðàñòðóêòóðà òàêîãî ïðåäïðèÿòèÿ îáúåêòèâíî áëàãîïðèÿòñòâóåò èçãîòîâëåíèþ áîëåå äåøåâîé è áîëåå âûñîêîêà÷åñòâåííîé ïðîäóêöèè, ÷åì íà íåáîëüøîì çàâîäå. Ïîýòîìó â ìèðå ÿðêî âûðàæåíû äâå òåíäåíöèè ðàçìåùåíèÿ ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà. Ïåðâàÿ ðåàëèçóåòñÿ íà êðóïíîì ïðåäïðèÿòèè (ñì. ðèñ. 9.4), à âñå òåõíîëîãè÷åñêèå è îðãàíèçàöèîííûå ìåðîïðèÿòèÿ ñâîäÿòñÿ ê ïîèñêó òàêèõ ðåøåíèé, êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò áûñòðûé ïåðåõîä îò îäíîé ïðîäóêöèè ê äðóãîé. Âòîðàÿ òåíäåíöèÿ, íàîáîðîò, ñâÿçàíà ñ ðàçóêðóïíåíèåì è ñïåöèàëèçàöèåé ïðåäïðèÿòèÿ äëÿ îáñëóæèâàíèÿ îòäåëüíûõ ðåãèîíîâ ñî ñëîæèâøåéñÿ ñòðóêòóðîé ïîòðåáëåíèÿ. Íåèçáåæíîå óäîðîæàíèå ïðîèçâîäñòâà íà ìàëûõ çàâîäàõ êîìïåíñèðóåòñÿ çà ñ÷åò áîëåå ÷óòêîãî ðåàãèðîâàíèÿ íà ðûíî÷íûå ïîòðåáíîñòè, áûñòðîãî ïåðåõîäà ê âûïóñêó äðóãîé ïðîäóêöèè, âíåäðåíèÿ ñïåöèàëüíûõ òåõíîëîãèé è ãèáêèõ ìåòîäîâ îðãàíèçàöèè ïðîèçâîäñòâà, øèðîêîãî ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà òîâàðîâ íàðîäíîãî ïîòðåáëåíèÿ è ò. ï. Íà ìíîãèõ ìàøèíîñòðîèòåëüíûõ çàâîäàõ èìåþòñÿ ñîáñòâåííûå ïðîêàòíûå öåõà, îáåñïå÷èâàþùèå ïîòðåáíîñòè ïðåäïðèÿòèÿ. 9.6. Îñíîâíûå òåíäåíöèè ðàçâèòèÿ ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà Ðàññìîòðèì òîëüêî íàèáîëåå êðóïíûå ñòðàòåãè÷åñêèå íàïðàâëåíèÿ, ñâÿçàííûå ñ òåíäåíöèÿìè ðàçâèòèÿ âñåãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà. Îäíèì èç ãëîáàëüíûõ íàïðàâëåíèé â ñîâðåìåííîé ìèðîâîé ìåòàëëóðãèè ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå ìîäóëüíûõ òåõíîëîãèé. Ñóùíîñòü çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äëÿ ïðîèçâîäñòâà êîíå÷íîé ïðîäóêöèè ñ îïðåäåëåííûì çàäàííûì íàáîðîì êà÷åñòâ ñîçäàåòñÿ ñïåöèàëèçèðîâàííîå îáîðóäîâàíèå, ñîñòîÿùåå èç îòäåëüíûõ, ÷àñòî âçàèìîçàìåíÿåìûõ, áëîêîâ. Ìîäóëüíûé ïðèíöèï ðàññìàòðèâàëñÿ óæå íà ñòàäèè ïðîåêòèðîâàíèÿ ãåíåðàëüíîãî ïëàíà ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà (ñì. ðèñ. 9.3).  áîëåå øèðîêîì ïðåäñòàâëåíèè ïîä ìîäóëüíûìè òåõíîëîãèÿìè ïîíèìàþò ñîâìåùåííûå òåõíîëîãèè, çàòðàãèâàþùèå íåñêîëüêî ìåòàëëóðãè÷åñêèõ ïåðåäåëîâ èëè íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ îïåðàöèé, èñïîëüçóþùèå îðãàíèçàöèîííûå ïðèíöèïû åäèíîãî àãðåãàòà äëÿ ïðîèçâîäñòâà çàäàííîé ïðîäóêöèè. Ïðè òàêîì ïîäõîäå îáåñïå÷èâàåòñÿ ïîëó÷åíèå êîíêóðåíòîñïîñîáíîé ïðîäóêöèè ñ ìèíèìàëüíûìè ïðîèçâîäñòâåííûìè çàòðàòàìè. Âîçíèêíîâåíèå ìîäóëüíûõ òåõíîëîãèé ñòàëî ïðèíöèïèàëüíî âîçìîæíûì òîëüêî íà áàçå ñàìûõ ñîâðåìåííûõ äîñòèæåíèé â îáëàñòè ïîäãîòîâêè ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ñûðüÿ, ñòàëåïëàâèëüíîãî è ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà, ïîòåíöèàëüíûå âîçìîæíîñòè êîòîðûõ â ñâîþ î÷åðåäü ðåàëèçóþòñÿ òîëüêî â ìîäóëüíîì èñïîëíåíèè.  ìèðîâîé òåõíîëîãèè íà ýòîì ïðèíöèïå ïðîèñõîäèò òåõíîëîãè÷åñêàÿ ðåâîëþöèÿ, êîòîðàÿ, âèäèìî, â áëèæàéøåì áóäóùåì êîðåííûì îáðàçîì èçìåíèò ñòðóêòóðó ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà â öåëîì. Çðèìûå êîíòóðû ìåòàëëóðãèè áóäóùåãî óæå ïðîñëåæèâàþòñÿ â Ãåðìàíèè, ÑØÀ è äðóãèõ ñòðàíàõ. Ôîðìû ñîâìåùåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé âåñüìà ìíîãîîáðàçíû. Íàèáîëåå âàæíûì äîñòèæåíèåì â ýòîì íàïðàâëåíèè ÿâëÿåòñÿ ñîâìåùåíèå ïðîöåññîâ ëèòüÿ è ïðîêàòêè. Áëàãîäàðÿ íåòðàäèöèîííîìó ïîäõîäó ê âûáîðó è êîìïîíîâêå 211
îñíîâíîãî è âñïîìîãàòåëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ óäàëîñü ñîçäàòü íîâûé òèï ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà êîìïàêòíûé ëèòåéíî-ïðîêàòíûé ìîäóëü ñ óíèêàëüíûìè òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêèìè ïîêàçàòåëÿìè. Åãî ìîæíî ïîñòðîèòü íà ñâîáîäíûõ ïëîùàäÿõ èëè âïèñàòü â ïóñòóþùèå èëè íåäîñòðîåííûå öåõà ìåòàëëóðãè÷åñêèõ, ìàøèíîñòðîèòåëüíûõ, ñóäîñòðîèòåëüíûõ è äðóãèõ äåéñòâóþùèõ ïðåäïðèÿòèé. Ñòðîèòåëüñòâî òàêîãî êîìïëåêñà ñ îáúåìîì ïðîèçâîäñòâà ïðîêàòà äî 7001000 ò/ãîä îáõîäèòñÿ â 35 ðàç äåøåâëå, ÷åì òðàäèöèîííîãî ñïåöèàëèçèðîâàííîãî ìèíèçàâîäà. Òàêîå íàïðàâëåíèå î÷åíü ïåðñïåêòèâíî â Ðîññèè íà ôîíå âîçðîæäàþùåãîñÿ ìàøèíîñòðîåíèÿ è ñóäîñòðîåíèÿ. ×åðíàÿ ìåòàëëóðãèÿ ÑØÀ çà ïîñëåäíåå äåñÿòèëåòèå ââåëà â ýêñïëóàòàöèþ îêîëî 60 ïðåäïðèÿòèé íà áàçå ìîäóëüíûõ ìèíè-êîìïëåêñîâ ñ ñóììàðíîé ìîùíîñòüþ îêîëî 25 ìëí. ò ãîòîâîãî ïðîêàòà. Äðóãîé òåíäåíöèåé â ìåòàëëóðãè÷åñêîì ïðîèçâîäñòâå ÿâëÿåòñÿ øèðîêîå âíåäðåíèå ðåñóðñî- è ýíåðãîñáåðåãàþùèõ òåõíîëîãèé. Ïîòðåáëåíèå ýíåðãîðåñóðñîâ â ìèðîâîé ìåòàëëóðãèè ñîêðàùàåòñÿ.  2000 ãîäó ýíåðãîçàòðàòû â îáùèõ çàòðàòàõ íà ïðîèçâîäñòâî ãîòîâîé ïðîäóêöèè ñîñòàâëÿëè 16,3, â 2005 ãîäó îíè ñîñòàâÿò 14,6 è ê 2010 ãîäó ñíèçÿòñÿ äî 12,9 %. Îñíîâíûå ðåçåðâû ñíèæåíèÿ òîïëèâà è ýëåêòðîýíåðãèè íàõîäÿòñÿ â äîìåííîì è ñòàëåïëàâèëüíîì ïðîèçâîäñòâå. Îäíàêî è â ïðîêàòíîì ïðîèçâîäñòâå çà ñ÷åò îïòèìèçàöèè è àâòîìàòèçàöèè òåõíîëîãèè íàãðåâà, ïðîêàòêè è äðóãèõ îïåðàöèé, à òàêæå âíåäðåíèÿ ñîâðåìåííûõ ñîâìåùåííûõ ïðîöåññîâ, çà ñ÷åò âòîðè÷íîãî èñïîëüçîâàíèÿ òåïëà è äðóãèõ ìåðîïðèÿòèé äîñòèãàåòñÿ íàèáîëüøàÿ ýêîíîìèÿ ýíåðãîðåñóðñîâ. Âàæíûì íàïðàâëåíèåì ðàçâèòèÿ ñîâðåìåííîé ìåòàëëóðãèè ÿâëÿåòñÿ âíåäðåíèå ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûõ òåõíîëîãèé. Ìåòàëëóðãè÷åñêàÿ îòðàñëü ÿâëÿåòñÿ êðóïíåéøèì çàãðÿçíèòåëåì âîçäóøíîãî áàññåéíà, íà åå äîëþ ïðèõîäèòñÿ 38 % îáùèõ âûáðîñîâ ïðîìûøëåííîñòè â àòìîñôåðó, ïîýòîìó ïðèðîäîîõðàííûì òåõíîëîãèÿì ïðèäàåòñÿ ïåðâîñòåïåííîå çíà÷åíèå.  ïðîìûøëåííîñòè Ðîññèè ïðåäóñìîòðåíà ýêîëîãè÷åñêàÿ ñåðòèôèêàöèÿ ïðîèçâîäñòâà íà äîáðîâîëüíîé îñíîâå ïî ìåæäóíàðîäíûì ñòàíäàðòàì ÈÑÎ ñåðèè 14000 Ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ îêðóæàþùåé ñðåäîé, êîòîðûå ïîäòâåðæäàþò ñîîòâåòñòâèå ïðîèçâîäñòâà ïðèðîäîîõðàííûì òðåáîâàíèÿì, óñòàíîâëåííûì çàêîíîäàòåëüñòâîì. Ïîáóäèòåëüíûìè ìîòèâàìè ðîññèéñêèõ ïðåäïðèÿòèé ê äîáðîâîëüíîé ýêîëîãè÷åñêîé ñåðòèôèêàöèè ÿâëÿþòñÿ: îòíîøåíèÿ ñ ïðèðîäîîõðàííûìè îðãàíàìè; òðåáîâàíèÿ èíâåñòîðîâ ïîäòâåðäèòü ýêîëîãè÷åñêóþ ñîñòîÿòåëüíîñòü; ñîõðàíåíèå õîðîøåé ðåïóòàöèè, îáåñïå÷èâàþùåé êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòü ïðåäïðèÿòèÿ íà ðûíêå; ñòðåìëåíèå èçáåæàòü çàêðûòèÿ ðûíêà äëÿ ñâîåé ïðîäóêöèè èëè ñàíêöèé çà ýêîëîãè÷åñêèé äåìïèíã. Ñîçäàíèå ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûõ ïðîèçâîäñòâ ñ ñîâðåìåííûìè òåõíîëîãèÿìè è ñîâåðøåííûìè ñèñòåìàìè çàùèòû îêðóæàþùåé ñðåäû ýòî âåêòîð ðàçâèòèÿ ñîâðåìåííîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà, íî íåèçáåæíî ñâÿçàííûé ñ óäîðîæàíèåì ïðîäóêöèè.  ïåðåäîâûõ ñòðàíàõ äîñòèæåíèÿ â îáëàñòè îõðàíû îêðóæàþùåé ñðåäû ÿâëÿþòñÿ ðåçóëüòàòîì ñî÷åòàíèÿ ïåðåäîâûõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ òåõíîëîãèé ñ ñîâðåìåííûìè ýêîëîãè÷åñêèìè ðåøåíèÿìè.  Ãåðìàíèè ðàñõîäû â ìåòàëëóðãèè íà ïðåäîòâðàùåíèå çàãðÿçíåíèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû ñîñòàâëÿþò íà òîííó ñòàëè 2027 äîë., â ÑØÀ è Êàíàäå 15 äîë. 212
Ðîññèéñêèå ïðåäïðèÿòèÿ âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ïðåäïî÷èòàþò ïëàòèòü íàëîãè è øòðàôû çà ýêîëîãè÷åñêèé óùåðá, ïîòîìó ÷òî èõ ðàçìåð îáû÷íî ìåíüøå, ÷åì ñòîèìîñòü ïðèðîäîîõðàííûõ ìåðîïðèÿòèé. Íåîáõîäèìî ñîçäàòü òàêèå óñëîâèÿ, ÷òîáû ïðåäïðèÿòèþ áûëî ýêîíîìè÷åñêè âûãîäíî çàíèìàòüñÿ ïðèðîäîîõðàííûìè ìåðîïðèÿòèÿìè è ââîäèòü íîâûå ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûå òåõíîëîãèè. 9.7. Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà çàãîòîâêè äëÿ ïðîêàòà Ïðîèçâîäñòâî ïðîêàòà îñóùåñòâëÿåòñÿ â äâà ýòàïà (ñì. ðèñ. 9.4). Íà ïåðâîì ïîëó÷àþò ïîëóôàáðèêàò áëþì è çàãîòîâêó äëÿ ñîðòîâîãî ìåòàëëà èëè ñëÿá äëÿ ëèñòà, íà âòîðîì ýòàïå ïðîèçâîäèòñÿ ãîòîâûé ïðîêàò. Áëþìîì íàçûâàåòñÿ ïîëîñà êâàäðàòíîãî èëè ïî÷òè êâàäðàòíîãî ñå÷åíèÿ îò 200 äî 400 ìì ïî ñòîðîíå, äëèíîé 610 ì, ïîëó÷àåìàÿ íà áëþìèíãå. Áëþìû çàòåì ïðîêàòûâàþòñÿ íà çàãîòîâî÷íûõ ñòàíàõ äî áîëåå ìåëêèõ êâàäðàòíûõ çàãîòîâîê ðàçìåðàìè 80150 ìì, êîòîðûå ïîñòóïàþò íà ñîðòîâûå ñòàíû. (Íåîáõîäèìî îòëè÷àòü íàçâàíèÿ âûäåëåííûõ âèäîâ ïîëóôàáðèêàòà.) Áëþì ìîæåò áûòü èçãîòîâëåí ïî äâóì òåõíîëîãèÿì. Ïî ïåðâîé èç ñëèòêà ìàññîé îò 7 äî 13 ò (äëÿ óãëåðîäèñòûõ ìàðîê ñòàëè) îí ïðîèçâîäèòñÿ ïðîêàòêîé íà áëþìèíãå. Äëÿ ëåãèðîâàííûõ ñòàëåé ðàçâåñ ñëèòêîâ ìåíüøå, à äëÿ âûñîêîëåãèðîâàííûõ ñòàëåé (íàïðèìåð, øàðèêîïîäøèïíèêîâûõ) ìîæåò ñîñòàâëÿòü íåñêîëüêî ñîòåí êèëîãðàìì, ïîýòîìó èíîãäà èõ ïðîêàòêó íà çàãîòîâêó îñóùåñòâëÿþò öåëèêîì íà çàãîòîâî÷íîì ñòàíå, ìèíóÿ áëþìèíã. Ïî âòîðîé òåõíîëîãèè áëþì òðåáóåìîãî ñå÷åíèÿ îòëèâàåòñÿ íà óñòàíîâêàõ íåïðåðûâíîé ðàçëèâêè ñòàëè (ÓÍÐÑ) â ñòàëåïëàâèëüíîì öåõå.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ÷àùå ïðèìåíÿþò íàçâàíèå òàêîé óñòàíîâêè ìàøèíà íåïðåðûâíîãî ëèòüÿ çàãîòîâêè (ÌÍËÇ). Íå áóäåì îñòàíàâëèâàòüñÿ íà òåõíîëîãèè îòëèâêè áëþìîâ, òàê êàê ñòóäåíòû äîëæíû èìåòü ïðåäñòàâëåíèå î íåé èç äðóãèõ êóðñîâ. Íàïîìíèì, ÷òî èç êðèñòàëëèçàòîðà ñîîòâåòñòâóþùåãî ñå÷åíèÿ íåïðåðûâíî âûõîäèò áåñêîíå÷íàÿ ïîëîñà, êîòîðàÿ çàòåì ðàçðåçàåòñÿ íà ìåðíûå äëèíû. Ðàññìîòðèì òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêèå àñïåêòû äâóõ òåõíîëîãèé ïîëó÷åíèÿ áëþìîâ. Ïðîèçâîäñòâî ëèòûõ áëþìîâ îáúåêòèâíî äåøåâëå, ÷åì êàòàíûõ, òàê êàê îáîðóäîâàíèå è òåõíîëîãèÿ ïðîùå. Îäíàêî ñêîðîñòè ðàçëèâêè íåâåëèêè, è ïðè áîëüøèõ îáúåìàõ ïðîèçâîäñòâà (ñâûøå 1,5 ìëí. ò ñîðòîâîãî ìåòàëëà â ãîä) ÓÍÐÑ íå óäîâëåòâîðÿþò ïîòðåáíîñòè â áëþìàõ. Óâåëè÷èòü èõ ïðîèçâîäñòâî çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ òàêæå íå óäàåòñÿ, òàê êàê ïðè ñòîðîíå êâàäðàòà áîëüøå 280 ìì çà ñ÷åò íåðàâíîìåðíîãî çàòâåðäåâàíèÿ î÷åíü çàìåòíà ðàçíèöà ïî ñå÷åíèþ â ñòðóêòóðå, õèìè÷åñêîì ñîñòàâå è ñâîéñòâàõ ìåòàëëà. Íà ñîâðåìåííîì áëþìèíãå ïðîèçâîäèòåëüíîñòü äîñòèãàåò 36 ìëí. ò ìåòàëëà â ãîä, è äëÿ ýòîãî êîëè÷åñòâà áëþìîâ ïîñòðîåíî ñîðòîâîå ïðîèçâîäñòâî áîëüøèíñòâà êðóïíûõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäîâ. Ó ëèòûõ áëþìîâ åñòü íåäîñòàòêè. Åñëè æèäêèé ìåòàëë íå î÷èùåí è ñîäåðæèò ðàçëè÷íûå ïðèìåñè, íåìåòàëëè÷åñêèå âêëþ÷åíèÿ è ïðî÷óþ ãðÿçü, òî âñå ýòî îñòàåòñÿ â ëèòîì áëþìå â âèäå ëèêâàöèîííîé äîðîæêè, ðàñïîëîæåííîé â öåíòðå ñå÷åíèÿ, êîòîðàÿ ðàñêàòûâàåòñÿ, íî íå óñòðàíÿåòñÿ íà ãîòîâîì ïðîêàòå. Êàòàíûå áëþìû ïîëó÷àþòñÿ èç ñëèòêà, â êîòîðîì ïðèìåñè êîíöåíòðèðóþò213
ñÿ â ïðèáûëüíîé ÷àñòè, îòðåçàåìîé ïðè ïðîêàòêå íà áëþìèíãå, ïîýòîìó êà÷åñòâî ñîðòîâîãî ìåòàëëà èç êàòàíûõ áëþìîâ èç íåî÷èùåííîãî æèäêîãî ìåòàëëà âûøå, ÷åì èç ëèòûõ. ×òîáû ïîëó÷èòü ÷èñòûå ïî ïðèìåñÿì ëèòûå áëþìû, íåîáõîäèìî æèäêèé ìåòàëë î÷èùàòü, çàòðà÷èâàÿ íà ýòî íåìàëûå ñðåäñòâà, îò÷åãî ýôôåêòèâíîñòü ïðèìåíåíèÿ ëèòûõ ñëÿáîâ ñíèæàåòñÿ. Äðóãîé íåäîñòàòîê ëèòîãî áëþìà â òîì, ÷òî ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ åãî èíîãäà íåäîñòàòî÷íà äëÿ òîãî, ÷òîáû îáåñïå÷èòü íà ñîðòîâûõ ñòàíàõ íåîáõîäèìóþ ïðîðàáîòêó. Îòíîøåíèå ïëîùàäåé ñå÷åíèÿ ëèòîãî ñëÿáà è ãîòîâîãî ïðîêàòà íàçûâàåòñÿ óêîâîì. Òðåáóåòñÿ îïðåäåëåííûé óêîâ, ÷òîáû ñâîéñòâà ìåòàëëà ïîñëå ïðîêàòêè áûëè âûñîêèìè. ×åì ìåëü÷å ëèòîé ñëÿá, òåì áîëüøå ïðîÿâëÿåòñÿ ýòîò íåäîñòàòîê. Ìàêñèìàëüíàÿ ñòîðîíà êâàäðàòà åãî, êàê óêàçûâàëîñü, íå äîëæíà ïðåâûøàòü 280 ìì. Íà áîëüøèíñòâå ñîðòîâûõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäîâ îáû÷íî áëþìèíãè ðàáîòàþò õîðîøî, íåò íåîáõîäèìîñòè ïåðåñòðàèâàòü ïðîöåññ, ïîýòîìó êàòàíûå áëþìû ïðèìåíÿþòñÿ ÷àùå, ÷åì ëèòûå. Îäíàêî ïðîèçâîäñòâî ëèòûõ áëþìîâ ýêîíîìè÷íåå ïðîêàòêè ñëèòêîâ íà áëþìèíãå ïðèìåðíî íà 1015 %. Ïîñëåäíèå äîñòèæåíèÿ â îáëàñòè î÷èñòêè ìåòàëëà, ñòðîèòåëüñòâî íîâûõ áîëåå äåøåâûõ ÓÍÐÑ ðàäèàëüíîãî è îñîáåííî ãîðèçîíòàëüíîãî òèïîâ ðàñøèðÿþò âîçìîæíîñòè ïðèìåíåíèÿ ëèòûõ áëþìîâ. Ñòàíîâèòñÿ ýôôåêòèâíûì îòëèâêà çàãîòîâêè ñå÷åíèåì 150½150 100½100 ìì è äàæå ìåíüøå, ïðè ýòîì îòïàäàåò íåîáõîäèìîñòü â óñòàíîâêå áëþìèíãà è ÍÇÑ âîîáùå. Íàïðèìåð, íà ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü ðåàëèçîâàí ïðîåêò ïåðåâîäà ñîðòîâîãî ïðîèçâîäñòâà íà èñïîëüçîâàíèå ëèòûõ áëþìîâ ñå÷åíèåì 100½100 è 150½150 ìì. Âî ìíîãèõ ïåðåäîâûõ ñòðàíàõ ïî íîâîé òåõíîëîãèè áîëüøàÿ äîëÿ ñîðòîâîãî ïðîêàòà ïðîèçâîäèòñÿ èç ëèòîé çàãîòîâêè. Íà ìèíè-çàâîäàõ è çàâîäàõ ñ ìàëûìè îáúåìàìè ïðîèçâîäñòâà ìîæåò áûòü îñîáåííî ýôôåêòèâíûì ïðèìåíåíèå ëèòûõ áëþìîâ èëè áîëåå ìåëêèõ ëèòûõ çàãîòîâîê. Íà òàêèõ çàâîäàõ íà÷èíàþò âíåäðÿòüñÿ êîìïëåêñíûå íåïðåðûâíûå àãðåãàòû, â êîòîðûõ â åäèíîé íåïðåðûâíîé òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè óñòàíîâëåíû ÓÍÐÑ ðàäèàëüíîãî èëè ãîðèçîíòàëüíîãî òèïà è íåïðåðûâíûé ñîðòîâîé ïðîêàòíûé ñòàí, ïðîèçâîäÿùèé ãîòîâóþ ïðîäóêöèþ, íàïðèìåð, ìåëêèé êðóãëûé ïðîêàò èëè àðìàòóðíóþ ñòàëü. Íà çàâîäàõ ñî ñðåäíèì è êðóïíûì îáúåìîì ïðîèçâîäñòâà ïåðñïåêòèâíî ðàçâèòèå îáæèìíî-çàãîòîâî÷íîãî êîìïëåêñà, ñîâìåùàþùåãî ìàøèíó íåïðåðûâíîãî ëèòüÿ çàãîòîâêè (ÌÍËÇ) ñ çàãîòîâî÷íûì ñòàíîì. Ýòî ïîçâîëÿåò â åäèíîì ïðîèçâîäñòâå ñîñðåäîòî÷èòü âñå ôàêòîðû ôîðìèðîâàíèÿ êà÷åñòâà îò æèäêîãî ìåòàëëà äî ãîòîâîé ïðîäóêöèè, êðîìå òîãî, ïîâûñèòü âûõîä ãîäíîãî íà 1218 % çà ñ÷åò ëó÷øåé îðãàíèçàöèè ïðîèçâîäñòâà. Ïðèìåðíî òàêèå æå âûâîäû ïîëó÷àþòñÿ ïðè ñðàâíåíèè ëèòûõ è êàòàíûõ ñëÿáîâ çàãîòîâêè äëÿ ïðîèçâîäñòâà ëèñòà. Ñëÿá èìååò ïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ âûñîòîé îò 50 äî 280 ìì (âåðõíèé ïðåäåë ïî-ïðåæíåìó îïðåäåëÿåòñÿ íåðàâíîìåðíîñòüþ ñòðóêòóðû ìåòàëëà ïî ñå÷åíèþ), øèðèíîé îò 1000 äî 2000 ìì è äëèíîé äî 18 ì (ìàññîé îò 5 äî 3640 ò). Òàêèå ðàçìåðû ëèòîãî ñëÿáà ðåçêî ïîâûøàþò ýôôåêòèâíîñòü åãî èñïîëüçîâàíèÿ: ïðè îäèíàêîâîì îáúåìå ïðîèçâîäñòâà ëèòûå ñëÿáû íà 1517 % äåøåâëå, ÷åì êàòàíûå (ñ ó÷åòîì äîïîëíèòåëüíûõ çàòðàò íà î÷èñòêó æèäêîãî ìåòàëëà). Ñëÿáèíã êàê îáæèìíîé àãðåãàò çíà÷èòåëüíî ìîùíåå è äîðîæå, ÷åì áëþìèíã, ðàçâåñ ñëÿáî214
âûõ ñëèòêîâ òàêæå áîëüøå äî 2327 ò, òåõíîëîãèÿ èõ ïðîêàòêè ñëîæíåå, ÷åì áëþìîâ, à ãåîìåòðè÷åñêèå ðàçìåðû íåäîñòàòî÷íî òî÷íû. Âñå ýòî â öåëîì îïðåäåëÿåò òåíäåíöèþ èñïîëüçîâàíèÿ ëèòûõ ñëÿáîâ êàê îñíîâíîãî âèäà ïîëóôàáðèêàòà äëÿ ïðîèçâîäñòâà ëèñòà. Íîâûå ñëÿáèíãè óæå íå ñòðîÿò, õîòÿ ñóùåñòâóþùèå íå äåìîíòèðóþò. Ó íàñ â ñòðàíå è çà ðóáåæîì, ïðåæäå âñåãî â ßïîíèè, åñòü ìíîãî êðóïíûõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäîâ, âûïóñêàþùèõ ëèñòîâóþ ïðîäóêöèþ òîëüêî èç ëèòûõ ñëÿáîâ (â Ðîññèè, íàïðèìåð, ÍËÌÇ). Ñóùåñòâóåò òåíäåíöèÿ îòëèâêè íå òîëüêî êðóïíûõ ñëÿáîâ äëÿ ñîâðåìåííûõ âûñîêîñêîðîñòíûõ ïðîêàòíûõ ñòàíîâ, íî è òîíêèõ ñëÿáîâ, èìåþùèõ òîëùèíó îêîëî 50 ìì, ÷òî ïîçâîëÿþò îðãàíèçîâàòü ïî-íîâîìó ïðîèçâîäñòâî òîíêîãî ëèñòà. 9.8. Ñîðòàìåíò ñîðòîâîãî è ëèñòîâîãî ïðîêàòà Ñîðòîâîé ïðîêàò ìîæíî ðàçäåëèòü íà íåñêîëüêî ãðóïï ïî ôîðìå ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ è íàçíà÷åíèþ (ðèñ. 9.5): ïðîêàò ïðîñòîé ôîðìû ñå÷åíèÿ êðóãëûé, êâàäðàòíûé, ïðÿìîóãîëüíûé è øåñòèãðàííûé; îí îòíîñèòñÿ ê ïðîäóêöèè îáùåãî íàçíà÷åíèÿ è èñïîëüçóåòñÿ ïðè èçãîòîâëåíèè ðàçëè÷íûõ äåòàëåé à òàêæå êàê çàãîòîâêà äëÿ îïåðàöèé ðåçàíèÿ, øòàìïîâêè, êîâêè è äð.; ïðîêàò îáùåãî íàçíà÷åíèÿ áîëåå ñëîæíîé ôîðìû ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ óãîëêè, øâåëëåðû, òàâðîâûå è äâóòàâðîâûå áàëêè, z-ïðîôèëè, ðåëüñû; ýòè ïðîôèëè ÿâëÿþòñÿ îêîí÷àòåëüíîé ïðîäóêöèåé è ïðèìåíÿþòñÿ â ñòðîèòåëüñòâå, íà æåëåçíûõ äîðîãàõ, à òàêæå â êà÷åñòâå äåòàëåé ìàøèí; ïðîôèëè ñïåöèàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ, èìåþùèå ñëîæíóþ ôîðìó ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ, ïðèáëèæåííóþ ê ôîðìå ãîòîâîãî èçäåëèÿ; îíè ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ èçãîòîâëåíèÿ äåòàëåé ñ ìèíèìàëüíûìè îòõîäàìè ìåòàëëà (ñì. ðèñ. 9.5, íà êîòîðîì ïðåäñòàâëåíû ïðîôèëè çàãîòîâêè äëÿ òóðáèííîé ëîïàòêè, øëèöåâîãî âàëà, íîæåé ñåëüõîçìàøèíû, ñòàíèííîé íàïðàâëÿþùåé è äð.).
Ðèñ. 9.5. Ñîðòàìåíò ñîðòîâîãî ïðîêàòà 215
Î÷åâèäíî, ïî îáúåìó ïðîèçâîäñòâà ïåðâàÿ ãðóïïà ïðîôèëåé íàèáîëüøàÿ, íî ïî ðàçíîîáðàçèþ ôîðì ïîïåðå÷íûõ ñå÷åíèé ñàìàÿ ìàëî÷èñëåííàÿ. È, íàîáîðîò, ïðîôèëè òðåòüåé ãðóïïû èçãîòàâëèâàþòñÿ íåáîëüøèìè ïàðòèÿìè, ïîòðåáíîñòü â êàæäîì èç íèõ ìàëà, íî êîëè÷åñòâî ôîðì òàêèõ ïðîôèëåé èñ÷èñëÿåòñÿ òûñÿ÷àìè.  ñîðòàìåíòå íåìåöêîé ôèðìû Êëåêíåð íàñ÷èòûâàåòñÿ îêîëî 14 òûñÿ÷ òàêèõ ïðîôèëåé, ïðèìåðíî ñòîëüêî æå èõ ñîäåðæàò êàòàëîãè ÑØÀ, â Ðîññèè ïðîèçâîäÿò 33,5 òûñÿ÷è ôàñîííûõ ïðîôèëåé. Âî âñåì ìèðå èìååòñÿ òåíäåíöèÿ ê óâåëè÷åíèþ êîëè÷åñòâà ôàñîííûõ ïðîôèëåé, à òàêæå ïîâûøåíèþ èõ òî÷íîñòè è êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè, ÷òî ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî ýêîíîìèòü ìåòàëë è ñíèæàòü òðóäîçàòðàòû â ìàøèíîñòðîåíèè.  èäåàëå òî÷íûå ôàñîííûå ïðîôèëè äîëæíû èìåòü òàêóþ ôîðìó ñå÷åíèÿ, òî÷íîñòü è êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè, ÷òîáû íå òðåáîâàëàñü èõ äàëüíåéøàÿ îáðàáîòêà ïðè ïðîèçâîäñòâå ãîòîâîé äåòàëè, çà èñêëþ÷åíèåì, ìîæåò áûòü, îïåðàöèé ðåçêè, øëèôîâêè è òåðìîîáðàáîòêè. Íî òàêèå ïðîôèëè áóäóò äîðîãèìè. Ïåðåä ìàøèíîñòðîèòåëüíûì ïðîèçâîäñòâîì âñåãäà ñòîèò ïðîáëåìà ÷òî âûãîäíåå: èñïîëüçîâàòü ïðîñòóþ è äåøåâóþ çàãîòîâêó, íàïðèìåð, êðóãëóþ, êîòîðóþ êîâêîé, ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêîé è äðóãèìè îïåðàöèÿìè ìîæíî äîâåñòè äî ãîòîâîãî èçäåëèÿ, èëè, íàîáîðîò, çàòðàòèòü áîëüøå ñðåäñòâ íà îðãàíèçàöèþ ïðîèçâîäñòâà ôàñîííîé çàãîòîâêè, íî ñýêîíîìèòü íà ìåòàëëå è òðóäîçàòðàòàõ.  öåëîì íóæíî ðåøàòü îïòèìèçàöèîííóþ çàäà÷ó.  ðåçóëüòàòå åå ðåøåíèÿ äîëæåí áûòü íàéäåí îïòèìàëüíûé ïî ôîðìå ïðîôèëü ôàñîííîé çàãîòîâêè, îáåñïå÷èâàþùèé ìèíèìàëüíûå ñóììàðíûå çàòðàòû â ìåòàëëóðãè÷åñêîì è ìàøèíîñòðîèòåëüíîì ïðîèçâîäñòâàõ.  çàòðàòíîé ýêîíîìèêå Ñîâåòñêîãî Ñîþçà ñòîèìîñòü ìåòàëëà áûëà ðåçêî çàíèæåíà, ðàáî÷àÿ ñèëà áûëà äåøåâîé è ðûíî÷íûå çàêîíû íå ðàáîòàëè. Ïðè î÷åíü ðàçâèòîì ñòàíî÷íîì ïàðêå áûëî âûãîäíåå, íàïðèìåð, çàãîòîâêó äëÿ òóðáèííîé ëîïàòêè (ñì. ðèñ. 9.5) ïðîèçâåñòè ôðåçåðîâêîé èç êðóãëîé çàãîòîâêè, ÷åì íàëàæèâàòü ïðîèçâîäñòâî ôàñîííîé çàãîòîâêè. Êîýôôèöèåíò èñïîëüçîâàíèÿ ìåòàëëà (ÊÈÌ) ïðè èçãîòîâëåíèè ãîòîâîé òóðáèííîé ëîïàòêè èç ôàñîííîé çàãîòîâêè óâåëè÷èòñÿ äî 80 % ïî ñðàâíåíèþ ñ âàðèàíòîì ðåçàíèÿ èç êðóãëîãî ïðîêàòà, ïðè êîòîðîì ÊÈÌ íå ïðåâûøàåò 20 %. Ïðè ïðîèçâîäñòâå ìåòàëëà â îáúåìå 5060 ìëí. ò â ãîä â Ðîññèè ïðèìåðíî 34 ìëí. ò ìåòàëëà óõîäèëî â ñòðóæêó è îòõîäû, ò. å. îäèí êðóïíûé ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîìáèíàò ïî÷òè öåëèêîì ðàáîòàë íà ñòðóæêó! Ïðîèçâîäñòâî òî÷íûõ ôàñîííûõ ïðîôèëåé ïîçâîëÿåò â çíà÷èòåëüíîé ìåðå ñîêðàòèòü ïîòåðè ìåòàëëà ïðè ðåçàíèè. Ê ñîæàëåíèþ, ðàçâàë ýêîíîìèêè â ãîäû êðèçèñà â Ðîññèè ìàëî ñïîñîáñòâóåò ðàçâèòèþ ïðîèçâîäñòâà ýêîíîìè÷íûõ ïðîôèëåé ïðîêàòà. Ïðîèçâîäñòâî èõ â íàñòîÿùåå âðåìÿ íàðàùèâàåòñÿ ìåäëåííî. Âî ìíîãèõ ñòðàíàõ, íàïðèìåð â ÑØÀ, à òåïåðü è â Ðîññèè, ïðèíÿòà äâóõñòóïåí÷àòàÿ îðãàíèçàöèÿ ïîñòàâêè ìåòàëëóðãè÷åñêîé ïðîäóêöèè ïîòðåáèòåëþ. Êðóïíûå ìåòàëëóðãè÷åñêèå ïðåäïðèÿòèÿ íå èìåþò êîíòàêòà íåïîñðåäñòâåííî ñ ìàøèíîñòðîèòåëÿìè, à ïðîäàþò âåñü ïðîêàò íà ïðîìåæóòî÷íûé ñêëàä, êîòîðûé îáñëóæèâàåò ïîòðåáèòåëåé. Ìíîãèå ñêëàäû çà ðóáåæîì ÿâëÿþòñÿ íå ïðîñòî ìåñòîì õðàíåíèÿ ìåòàëëà, à ïîëíîöåííûì çàâîäîì. Îíè îáîðóäîâàíû íåîáõîäèìûìè ïðîêàòíûìè ñòàíàìè, òåðìè÷åñêèìè ïå÷àìè, îòäåëî÷íûìè ñòàíêàìè è ñèñòåìàìè êîíòðîëÿ ïðîêàòà, à òàêæå äðóãèìè àãðåãàòàìè äëÿ âûïóñêà ñàìûõ ðàçíîîáðàçíûõ ïðîñòûõ è ôàñîííûõ ïðîôèëåé â íåîáõîäèìîì êîëè÷åñòâå è 216
ñ òðåáóåìûìè õàðàêòåðèñòèêàìè òî÷íîñòè, êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè, êðèâèçíû, õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñòàëè, ñòðóêòóðû ìåòàëëà è ïð.  Ðîññèè òàêèå ñêëàäû ïîêà íå èìåþò ñòîëü ðàçâèòîé ñèñòåìû ñåðâèñíîãî îáñëóæèâàíèÿ ïîòðåáèòåëåé, íî òåíäåíöèè èìåþòñÿ. Ëèñòîâîé ïðîêàò ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè âèäà: òîëñòûé, òîíêèé ãîðÿ÷åêàòàíûé è õîëîäíîêàòàíûé. Êàæäîìó èç íèõ ñîîòâåòñòâóåò íå òîëüêî îïðåäåëåííûé äèàïàçîí ðàçìåðîâ, íî è ñâîÿ ïðîáëåìàòèêà, ñâîé íàáîð òåõíîëîãèé. Òîëñòûì íàçûâàåòñÿ ëèñò, èìåþùèé òîëùèíó áîëåå 4 ìì, øèðèíà ëèñòà çàâèñèò îò òèïà ïðîêàòíîãî ñòàíà è ìîæåò èçìåíÿòüñÿ îò 1,5 äî 4,5 ì, äëèíà äî 18 ì. Òîëñòûå ëèñòû ïîñòàâëÿþòñÿ çàêàç÷èêó â âèäå ïðÿìîóãîëüíûõ êàðòî÷åê. Òîëñòûå ëèñòû òîëùèíîé áîëüøå 60 ìì èìåþò òàêæå îòäåëüíîå íàçâàíèå ïëèòû. Òîíêèé ãîðÿ÷åêàòàíûé ëèñò èìååò ðàçìåðû îò 1,2 äî 16 ìì è ïîñòàâëÿåòñÿ çàêàç÷èêó êàê â âèäå îòäåëüíûõ êàðòî÷åê (ïàêåòàìè êàðòî÷åê), òàê è â âèäå ðóëîíîâ ìàññîé îò íåñêîëüêèõ êèëîãðàìì äî 36 ò. (Ìàêñèìàëüíûé âåñ ðóëîíà îïðåäåëåí ãðóçîïîäúåìíîñòüþ æåëåçíîäîðîæíîãî âàãîíà 72 ò, îáîðóäîâàííîãî äëÿ ïåðåâîçêè äâóõ ðóëîíîâ.) Õîëîäíîêàòàíûé ëèñò èìååò òîëùèíó îò 0,20,4 äî 8 ìì, øèðèíà åãî òàêæå çàâèñèò îò òèïà ïðîêàòíîãî ñòàíà è èçìåíÿåòñÿ â äèàïàçîíå îò 1000 äî 2200 ìì. Õîëîäíîêàòàíûå ëèñòû òîæå ïîñòàâëÿþòñÿ â âèäå ïàêåòîâ êàðòî÷åê èëè â âèäå ðóëîíîâ ìàññîé äî 36 ò. (Íå äîëæíî ñìóùàòü íåêîòîðîå ïåðåêðûòèå ïî òîëùèíå ëèñòà íà ðàçíûõ ëèñòîâûõ ñòàíàõ, ýòî îïðåäåëÿåòñÿ òåõíîëîãè÷åñêèìè è ýêîíîìè÷åñêèìè âîçìîæíîñòÿìè ðàçíûõ ñòàíîâ.) Ëèñòîâîé ìåòàëë â öåëîì èìååò áîëåå âûñîêèå ýêñïëóàòàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè (ïðî÷íîñòíûå, ïëàñòè÷åñêèå è òåõíîëîãè÷åñêèå), ÷åì ñîðòîâîé ïðîêàò. Íàèáîëåå êà÷åñòâåííîé è äîðîãîé ìåòàëëóðãè÷åñêîé ïðîäóêöèåé ÿâëÿåòñÿ õîëîäíîêàòàíûé ëèñò, è ïîòðåáíîñòü â íåì íåïðåðûâíî ðàñòåò íà ìèðîâîì ðûíêå è âíóòðè ñòðàíû.  Ðîññèè, êàê è âî âñåì ìèðå, èäåò ðàçâèòèå ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà ïðåæäå âñåãî â íàïðàâëåíèè íàðàùèâàíèÿ ìîùíîñòåé ïðîèçâîäñòâà ëèñòà, â ïåðâóþ î÷åðåäü õîëîäíîêàòàíîãî. Îñòàíîâèìñÿ íà ñîâåòñêîì ïåðèîäå èñòîðèè ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà ïðîêàòà. Êàê èçâåñòíî, ïîñëå ãðàæäàíñêîé âîéíû ìåòàëëóðãèÿ ÑÑÑÐ íàõîäèëàñü íà íóëåâîì óðîâíå, è òîëüêî â 19321933 ãîäàõ ïîÿâèëèñü ïåðâûå ñîâåòñêèå ïðîêàòíûå ñòàíû. Ñòðàíà íóæäàëàñü â ìåòàëëå, ÷òîáû íàðàùèâàòü îáîðîííóþ ìîùü, ðàçâèâàòü ìàøèíîñòðîåíèå è äðóãèå îòðàñëè íàðîäíîãî õîçÿéñòâà. Ëîçóíã òîãî âðåìåíè Áîëüøå äåøåâîãî ìåòàëëà! íà çíà÷èòåëüíûé ïåðèîä îïðåäåëèë ðàçâèòèå ñîâåòñêîé ìåòàëëóðãèè. Ïðåäïî÷òåíèå îòäàâàëîñü òåì ïðîèçâîäñòâàì, êîòîðûå ïîçâîëÿëè äàâàòü äåøåâûé ìåòàëë â áîëüøèõ îáúåìàõ. Êà÷åñòâî åãî áûëî ïîêà ôàêòîðîì âòîðîñòåïåííûì.  ïåðâóþ î÷åðåäü ñòèìóëèðîâàëîñü ðàçâèòèå ëèòåéíîãî è ñîðòîïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà. Îäíàêî ïðèîðèòåòíîå èõ ðàçâèòèå ñîçäàâàëî îïðåäåëåííûé ïåðåêîñ ìåòàëëîïîòðåáëåíèÿ â ìàøèíîñòðîåíèè, îïðåäåëÿÿ åãî îðèåíòàöèþ íà òÿæåëûå ëèòûå ìåòàëëîêîíñòðóêöèè, áîëüøîå êîëè÷åñòâî ðó÷íîãî òðóäà è îïåðàöèé ðåçàíèÿ. Ïîëó÷èëè ñðàâíèòåëüíî ñëàáîå ðàçâèòèå ïðîãðåññèâíûå îïåðàöèè ëèñòîâîé øòàìïîâêè, çàâèñÿùèå îò ñòåïåíè ðàçâèòèÿ ëèñòîïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà, ñäåðæèâàëîñü ïðîèçâîäñòâî ãíóòûõ ïðîôèëåé è ëåíòû. Íå ìîãëè ðàçâèâàòüñÿ öåëûå íàïðàâëåíèÿ ìàøèíîñòðîåíèÿ. Òîëüêî â êîíöå 1950-õ ãîäîâ â ÑÑÑÐ âñòàë âîïðîñ î ïðîèçâîäñòâå íå ëþáîãî, à êà÷åñòâåííîãî ìåòàëëà. Ýòî ñâÿçàíî ñ ìåðîïðèÿòèÿìè ïî î÷èñòêå èñõîäíî217
ãî ìåòàëëà è âûïëàâêå áîëåå êà÷åñòâåííûõ ìàðîê ñòàëè, âíåäðåíèåì â ïðîêàòíîì ïðîèçâîäñòâå îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ è êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ïðîêàòà. Ïðèîðèòåòíûìè ñòàëè òàêèå ìåòàëëîïðîèçâîäèòåëè, êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò áîëåå âûñîêèå ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà, ìåíüøèé ðàñõîä ìåòàëëà íà åäèíèöó ïðîäóêöèè â ìàøèíîñòðîåíèè. Áîëåå áûñòðûìè òåìïàìè ñòàëî ðàçâèâàòüñÿ ëèñòîïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî è ñîîòâåòñòâóþùèå îòðàñëè ìàøèíîñòðîåíèÿ.  1985 ãîäó (ãîä íàèáîëüøåãî ïðîèçâîäñòâà ëèòîãî ìåòàëëà 152 ìëí. ò) â ÑÑÑÐ ïðèìåðíî 60 % âñåãî îáúåìà ïðîêàòà ñîñòàâëÿë ñîðòîâîé è 40 % ëèñòîâîé ïðîêàò. Äëÿ ïðàâèëüíîãî ðàçâèòèÿ ìàøèíîñòðîåíèÿ, èñõîäÿ èç ïîòðåáíîñòåé ñòðàíû, òðåáîâàëîñü ïðèìåðíî ðàâíîå ñîîòíîøåíèå ìåæäó ëèñòîì è ñîðòîì. Íàèáîëåå áûñòðûìè òåìïàìè íàðàùèâàëîñü ïðîèçâîäñòâî ëèñòà, îñîáåííî õîëîäíîêàòàíîãî, ñ óëó÷øåííîé ïîâåðõíîñòüþ, ñ âûñîêîé ñïîñîáíîñòüþ ê øòàìïîâêå, ñ ïîêðûòèÿìè èç ëåãèðîâàííûõ è íåðæàâåþùèõ ìàðîê ñòàëè. Ïîñëå ðàçâàëà áëîêà ñîöèàëèñòè÷åñêèõ ñòðàí, à çàòåì è Ñîâåòñêîãî Ñîþçà, ìíîãèå èç ýòèõ ïðîèçâîäñòâ îñòàëèñü çà ïðåäåëàìè Ðîññèè. Âîçíèêëà âíîâü ïðîáëåìà íàðàùèâàíèÿ ïðîèçâîäñòâà ìíîãèõ âèäîâ ëèñòîâîé è ñîðòîâîé ïðîäóêöèè òîëñòîãî, õîëîäíîêàòàíîãî ñ ïîêðûòèÿìè, æåñòè, ìåëêîãî ñîðòà, ïðîâîëîêè è àðìàòóðû è äð.  ýêîíîìè÷åñêè ðàçâèòûõ ñòðàíàõ, òàêèõ, êàê ÑØÀ, ßïîíèÿ, Ãåðìàíèÿ, ïðèìåðíî 5560 % ïðîêàòà âûïóñêàåòñÿ â âèäå ëèñòà è 4045 % â âèäå ñîðòà. Òàêîå ñîîòíîøåíèå âûçâàíî íå çàïðîñàìè âíóòðåííèõ ïîòðåáèòåëåé ýòèõ ñòðàí, êîòîðûå òàêæå ïåðåðàáàòûâàþò ïðèìåðíî ðàâíîå êîëè÷åñòâî ëèñòîâîãî è ñîðòîâîãî ïðîêàòà. Âûñîêîêà÷åñòâåííûé ëèñò, îñîáåííî õîëîäíîêàòàíûé, íà ìèðîâîì ðûíêå ïîëüçóåòñÿ áîëüøèì ñïðîñîì è ñòîèò çíà÷èòåëüíî äîðîæå, ÷åì ñîðòîâîé ïðîêàò; è ýòè ñòðàíû ÿâëÿþòñÿ îñíîâíûìè ïîñòàâùèêàìè ëèñòà â äðóãèå ñòðàíû. Çà ïîñëåäíèå ãîäû ðåçêî âîçðîñëî ïðîèçâîäñòâî ìåòàëëóðãè÷åñêîé ïðîäóêöèè, ïðåæäå âñåãî ëèñòîâîé, â Êèòàå, Þæíîé Êîðåå, Áðàçèëèè è äð. Ïî êîëè÷åñòâó âûïëàâëÿåìîãî ìåòàëëà â ãîä Êèòàé óæå îïåðåäèë ÑØÀ è ßïîíèþ, ïðåâûñèâ óðîâåíü 200 ìëí. ò â ãîä. Ðîññèéñêèå çàâîäû (ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü, ÍËÌÇ, ÌÌÊ) àêòèâíî âûñòóïàþò íà ìèðîâîì ðûíêå ëèñòîâîãî ìåòàëëà, îñîáåííî õîëîäíîêàòàíîãî. Ïî êà÷åñòâó íàø ëèñò íè÷åì íå óñòóïàåò çàðóáåæíîìó. Ïðè íåðàçâèòîì ïîòðåáëåíèè âíóòðè ñòðàíû ýêñïîðò ëèñòîâîãî ìåòàëëà ÿâëÿåòñÿ äëÿ ýòèõ çàâîäîâ âàæíûì ñòèìóëîì ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà. Íà ìèðîâîì ðûíêå ñòàëî òåñíî. Ìíîãèå èç ñòðàí, êîòîðûå ðàíüøå ïîêóïàëè ìåòàëëîïðîêàò, ñåé÷àñ ñàìè åãî ïðîèçâîäÿò è óñïåøíî êîíêóðèðóþò íà ìèðîâîì ðûíêå (Êèòàé, Èíäèÿ, Áðàçèëèÿ, Òóðöèÿ è äð.). Äàæå ñàìûé âûñîêîêà÷åñòâåííûé ÿïîíñêèé ëèñò íà ìèðîâîì ðûíêå ñòàë òðóäíîðåàëèçóåìûì, òàê êàê, ñ îäíîé ñòîðîíû, âûñîêîå êà÷åñòâî äîñòèãàåòñÿ âî ìíîãèõ ñòðàíàõ, ñ äðóãîé âûñîêîå êà÷åñòâî îáåñïå÷èâàåòñÿ áîëüøèìè çàòðàòàìè, è ïîòðåáèòåëü ÷àñòî íå ãîòîâ ïåðåïëà÷èâàòü çà äîïîëíèòåëüíîå êà÷åñòâî òàêîãî ëèñòà. Áîëåå äåøåâûé ëèñò ìîæíî êóïèòü òåïåðü ó ìíîãèõ ïðîèçâîäèòåëåé. Íà ìåæäóíàðîäíîì ðûíêå ñóùåñòâóåò ïðèìåðíî 35-ëåòíèé öèêë ðàçâèòèÿ è ñïàäà ïîòðåáíîñòè â ìåòàëëå. Êàê òîëüêî îïðåäåëÿåòñÿ ïîòðåáíîñòü â êàêîì-òî âèäå ìåòàëëà, âñå ñòðàíû â óñëîâèÿõ æåñòî÷àéøåé êîíêóðåíöèè ìîìåíòàëüíî íàðàùèâàþò ïðîèçâîäñòâî, è ðûíîê áûñòðî íàïîëíÿåòñÿ ýòèì âèäîì ïðîäóêöèè. Íî êîãäà ïîòðåáíîñòè óäîâëåòâîðÿþòñÿ, íàñòóïàåò ñïàä ïðîèçâîäñòâà.  ýòîò öèêë âêëþ÷èëèñü òàêæå ðîññèéñêèå ïðåäïðèÿòèÿ. 218
Íàøè îñíîâíûå ìåòàëëóðãè÷åñêèå çàâîäû ñåé÷àñ ñòðåìÿòñÿ óêðåïëÿòü ñâÿçè ñ âíóòðåííèìè ïîòðåáèòåëÿìè ìåòàëëà (àâòîìîáèëüíûìè, ìàøèíîñòðîèòåëüíûìè, ñóäîñòðîèòåëüíûìè ïðåäïðèÿòèÿìè), íàðàùèâàþò ìîùíîñòè ïî ïðîèçâîäñòâó òîâàðîâ íàðîäíîãî ïîòðåáëåíèÿ, ñêóïàþò ìàøèíîñòðîèòåëüíûå ïðåäïðèÿòèÿ ñ öåëüþ îðãàíèçàöèè åäèíîãî êîìïëåêñà ïðîèçâîäñòâ îò ïîëó÷åíèÿ ìåòàëëà äî âûïóñêà ãîòîâîé ìàøèíû. Òàêèå ïðåäïðèÿòèÿ, êàê ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü, îáðàçóþò õîëäèíãîâûå êîìïàíèè, â êîòîðûå âõîäÿò ìíîæåñòâî ïðåäïðèÿòèé îò äîáûâàþùèõ ñûðüå äî ïðîèçâîäÿùèõ àâòîìîáèëè. Ðàçâèòèå âíóòðåííåãî ðûíêà ïîçâîëèò èçáåæàòü òîé ëèõîðàäêè, êîòîðàÿ èìååò ìåñòî íà ìèðîâîì ðûíêå. 9.9. Ñîðòàìåíò ïðîèçâîäñòâà ÷åòâåðòîãî ïåðåäåëà Òåðìèí ÷åòâåðòûé ïåðåäåë ïîÿâèëñÿ íà êðóïíûõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäàõ, èìåþùèõ òðè ïðåäûäóùèõ ïåðåäåëà (àãëîäîìåííûé, ñòàëåïëàâèëüíûé è ïðîêàòíûé).  áîëåå øèðîêîì ñìûñëå ýòîò òåðìèí ïîäðàçóìåâàåò âñå öåõà, ðàñïîëîæåííûå êàê íà ìåòàëëóðãè÷åñêîì çàâîäå, òàê è ðàáîòàþùèå íåçàâèñèìî îò íåãî, ïåðåðàáàòûâàþùèå ïðîêàò â êàêèå-òî ìåòàëëè÷åñêèå èçäåëèÿ (ìåòèçû) è òîâàðû íàðîäíîãî ïîòðåáëåíèÿ. Âèäèìî, ÷åòêîãî ïåðå÷íÿ ïðîèçâîäñòâ ÷åòâåðòîãî ïðåäåëà íå ñóùåñòâóåò, è ñþäà ìîæíî âêëþ÷èòü ëþáûå öåõà, â êîòîðûõ èç ïðîêàòà ïîëó÷àþò êàêèå-òî èçäåëèÿ. Íî ñóùåñòâóþò òðàäèöèîííûå ïðîèçâîäñòâà, êîòîðûå îòëè÷àþòñÿ óñòîé÷èâîé òåõíîëîãèåé è áîëüøèì îáúåìîì âûïóñêàåìîé îäíîòèïíîé ïðîäóêöèè, êîòîðûå çàñëóæèâàþò íàèáîëüøåãî âíèìàíèÿ. Ñþäà íå îòíîñÿò öåõà ïî ïðîèçâîäñòâó òðóá, õîòÿ òðóáû ïðîèçâîäÿò â îñíîâíîì èç êàòàíîé ñîðòîâîé çàãîòîâêè. Òðóáíîå ïðîèçâîäñòâî ýòî ñàìîñòîÿòåëüíîå ìåòàëëóðãè÷åñêîå ïðîèçâîäñòâî. Âî âñåõ ó÷åáíûõ ïðîãðàììàõ åãî èçó÷åíèå âûäåëÿåòñÿ â îòäåëüíûé êóðñ, ïîýòîìó â äàííîì ó÷åáíîì ïîñîáèè îíî ðàññìàòðèâàòüñÿ íå áóäåò. Òðàäèöèîííî êðóïíûì ïðîèçâîäñòâîì ÷åòâåðòîãî ïåðåäåëà ÿâëÿåòñÿ ïðîèçâîäñòâî ïðîâîëîêè. Ïðåæäå âñåãî îáðàòèì âíèìàíèå íà òåðìèíîëîãèþ. Ïðîêàòíûå ïðîâîëî÷íûå ñòàíû âûïóñêàþò íå ïðîâîëîêó, à êàòàíêó, êîòîðàÿ çàòåì íà âîëî÷èëüíûõ ñòàíàõ â öåõàõ ÷åòâåðòîãî ïåðåäåëà ïåðåðàáàòûâàåòñÿ â ïðîâîëîêó ïðîäóêò âîëî÷åíèÿ. Âîëî÷åíèå äîðîãîé è ìàëîïðîèçâîäèòåëüíûé ïðîöåññ, ïîýòîìó íà ïðîêàòíûõ ñòàíàõ ñòðåìÿòñÿ ïîëó÷èòü êàê ìîæíî áîëåå òîíêóþ êàòàíêó. Ïî ÃÎÑÒó ïðåäóñìîòðåíà êàòàíêà äèàìåòðîì 6,3 ìì, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò îïðåäåëåííîìó òåõíè÷åñêîìó óðîâíþ ïðîâîëî÷íûõ ïðîêàòíûõ ñòàíîâ. Îäíàêî ñîâðåìåííûå ïðîâîëî÷íûå ñòàíû ñïîñîáíû íà âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ (äî 100 ì/ñ è äàæå âûøå) ïðîèçâîäèòü êàòàíêó äèàìåòðîì 5,05,5 ìì, è, åñòåñòâåííî, èõ ïðîäóêöèÿ âûøå êîòèðóåòñÿ â âîëî÷èëüíîì ïðîèçâîäñòâå è íà ìèðîâîì ðûíêå. Âîëî÷åíèå ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðîêàòêîé îáåñïå÷èâàåò áîëüøóþ òî÷íîñòü è ëó÷øåå êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà, êîòîðàÿ íå ñîäåðæèò îêàëèíû. Ïðè ïðîêàòêå îáû÷íàÿ òî÷íîñòü ïðîôèëÿ ëåæèò â ïðåäåëàõ íåñêîëüêèõ äåñÿòûõ äîëåé ìèëëèìåòðà (íàïðèìåð, äëÿ êðóãà äèàìåòðîì 30 ìì äîïóñê êîëåáëåòñÿ îò 0,7 äî +0,5 ìì). Ïðè âîëî÷åíèè îòêëîíåíèÿ ïî÷òè íà ïîðÿäîê ìåíüøå (ïðèìåðíî ±0,1 ìì) è îïðåäåëÿþòñÿ òî÷íîñòüþ èçãîòîâëåíèÿ èíñòðóìåíòà, à íå óðîâíåì òåõíîëîãèè, êàê ïðè ïðîêàòêå. 219
Âîëî÷åíèå èñïîëüçóåòñÿ íå òîëüêî äëÿ ïðîèçâîäñòâà ïðîâîëîêè, íî è êàëèáðîâàííîãî ïðîêàòà. Êàëèáðîâàííûì íàçûâàåòñÿ ñîðòîâîé ïðîêàò ïðîñòîé ôîðìû ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ, êîòîðûé îñâîáîæäåí îò îêàëèíû è ïîäâåðãíóò 12 îïåðàöèÿì âîëî÷åíèÿ ñ öåëüþ ïðèäàíèÿ áîëüøåé òî÷íîñòè. Çàìåòèì, ÷òî òî÷íûå ôàñîííûå ïðîôèëè (ñì. ðèñ. 9.5) íå îòíîñÿòñÿ ê êàòåãîðèè êàëèáðîâàííîãî ïðîêàòà. Îíè îáðàçóþò ñàìîñòîÿòåëüíóþ ðàçíîâèäíîñòü ïðîäóêöèè òî÷íûå ôàñîííûå ïðîôèëè. Êîíå÷íîé îïåðàöèåé ïðè èõ ïðîèçâîäñòâå ÷àñòî ÿâëÿåòñÿ âîëî÷åíèå èëè õîëîäíàÿ ïðîêàòêà, ïîýòîìó èõ ïðîèçâîäñòâî òàêæå ìîæíî îòíåñòè ê ÷åòâåðòîìó ïåðåäåëó. Ñòðîãî ãîâîðÿ, íåîáõîäèìîñòü â ñòðîèòåëüñòâå êàëèáðîâî÷íûõ öåõîâ âûçâàíà ëèøü òåì, ÷òî ïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî íå â ñîñòîÿíèè îáåñïå÷èòü òðåáîâàíèÿ ìàøèíîñòðîåíèÿ ê òî÷íîñòè ïðîñòîãî ïðîêàòà è êà÷åñòâó åãî ïîâåðõíîñòè. Ïîýòîìó, ñ îäíîé ñòîðîíû, íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü ïðîèçâîäñòâî êàëèáðîâàííîãî ìåòàëëà, à ñ äðóãîé áîðîòüñÿ ñ íèì êàê ñ ëèøíèì è äîðîãèì ïåðåäåëîì, ñòðåìÿñü óæå â ïðîêàòíîì ïðîèçâîäñòâå îáåñïå÷èòü òðåáóåìûå ñâîéñòâà ñîðòîâîãî ïðîêàòà. Îäíà èç òåíäåíöèé â ïðîêàòíîì ïðîèçâîäñòâå çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òîáû óæå íà ëèíèè ïðîêàòíîãî ñòàíà óñòàíîâèòü îáîðóäîâàíèå, äàþùåå âîçìîæíîñòü ïîëó÷àòü ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííûé ïðîêàò áåç îêàëèíû ñ äîïóñêîì +00,17 ìì è ìåíåå. Ñîðòàìåíò ìåòèçíîãî ïðîèçâîäñòâà íà áàçå ñîðòîâîãî ìåòàëëà î÷åíü øèðîê, è åãî õàðàêòåðèñòèêó ìîæíî áûëî áû çíà÷èòåëüíî ðàñøèðèòü, âêëþ÷èâ ïðîèçâîäñòâî áîëòîâ, øóðóïîâ, ãàåê, ãâîçäåé è ò. ä. Èç öåõîâ ÷åòâåðòîãî ïåðåäåëà, ïåðåðàáàòûâàþùèõ ëèñòîâîé ïðîêàò, ñëåäóåò îòìåòèòü òîëüêî äâà: ïî ïðîèçâîäñòâó ëåíòû è ôîëüãè è ïî ïðîèçâîäñòâó ãíóòûõ ïðîôèëåé. Ëåíòà ïîëó÷àåòñÿ èç ëèñòà ïóòåì åãî ðàçðåçêè âäîëü è ïîñëåäóþùåé õîëîäíîé ïðîêàòêè äî òðåáóåìûõ òîëùèí. Øèðèíà ëåíòû íå ïðåâûøàåò 400 ìì. Îíà ïðîêàòûâàåòñÿ è ïîñòàâëÿåòñÿ îáÿçàòåëüíî â âèäå ðóëîíîâ, òîëùèíà åå ìîæåò áûòü ñàìîé ðàçíîé îò íåñêîëüêèõ ìèëëèìåòðîâ äî íåñêîëüêèõ ìèêðîìåòðîâ (ñàìàÿ òîíêàÿ äî 0,5 ìêì). Ãíóòûå ïðîôèëè ïîëó÷àþò èç ãîðÿ÷åêàòàíîãî èëè õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà è ëåíòû ïóòåì ïðîôèëèðîâàíèÿ íà ïðîôèëåãèáî÷íîì ñòàíå. Ñîðòàìåíò òàêèõ ïðîôèëåé âåñüìà ðàçíîîáðàçåí, ïðåäñòàâëåíèå î íåì äàåò ðèñ. 9.6. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ñðåäè ãíóòûõ áîëüøóþ ãðóïïó ñîñòàâëÿþò òå æå ñòðîèòåëüíûå ïðîôèëè, ÷òî è â ñîðòàìåíòå ñîðòîâîãî ïðîêàòà: óãîëêè, øâåëëåðû, z-îáðàçíûå ïðîôèëè è äð. Íî, â îòëè÷èå îò ñîðòîâûõ, ãíóòûå ïðîôèëè ëåã÷å, òî÷íåå ïî ðàçìåðàì, ìîãóò èìåòü ïðàêòè÷åñêè ëþáóþ òîëùèíó ïîëîê è ñòåíîê, ìîãóò íå ñîäåðæàòü îêàëèíó è áûòü îöèíêîâàííûìè, ïîêðàøåííûìè, ïîêðûòûìè ïëàñòìàññîé. Ñóùåñòâóþò ãíóòûå ïðîôèëè, êîòîðûì íåò àíàëîãîâ â ñîðòîïðîêàòíîì ïðîèçâîäñòâå: ïîëóçàêðûòûå, çàêðûòûå, ïåðôîðèðîâàííûå, ñâàðíûå è äð. Îòäåëüíóþ ãðóïïó ïðåäñòàâëÿþò ãíóòûå ãîôðèðîâàííûå ïðîôèëè òèïà ìåòàëëè÷åñêîãî øèôåðà è ïðîôèëèðîâàííîãî íàñòèëà. Âûñîêàÿ òî÷íîñòü ãíóòûõ ïðîôèëåé ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü íîâûå ìåòàëëîêîíñòðóêöèè, íàïðèìåð, òåëåñêîïè÷åñêèå ïîæàðíûå ëåñòíèöû, ñâàðíûå äåòàëè îêîííûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ïåðåïëåòîâ è ò. ï. Îòëè÷íûå äåêîðàòèâíûå ñâîéñòâà â ñî÷åòàíèè ñ âûñîêîé ïðî÷íîñòüþ ïîçâîëÿþò øèðîêî èñïîëüçîâàòü èõ â âàãîíîñòðîåíèè, ñóäîñòðîåíèè, ïðè ñîçäàíèè èíòåðüåðîâ çäàíèé, â ìåòðî è ò. ä. 220
Ðèñ. 9.6. Ãíóòûå ïðîôèëè
Ïðèìåíåíèå ãíóòûõ ïðîôèëåé â ñòðîèòåëüñòâå è ìàøèíîñòðîåíèè â öåëîì ýêîíîìèò äî 1517 % ìåòàëëà, à â îòäåëüíûõ ñëó÷àÿõ äî 45 %. Ó ãíóòûõ ïðîôèëåé èìååòñÿ òîëüêî îäèí íåäîñòàòîê, ñäåðæèâàþùèé èõ ïðîèçâîäñòâî, äîðîãîâèçíà, òàê êàê îíè èçãîòàâëèâàþòñÿ èç ëèñòà, êîòîðûé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé áîëåå äîðîãóþ ïðîäóêöèþ, ÷åì ñîðò. Îäíàêî ñîçäàíèå àæóðíûõ, ïðî÷íûõ è êðàñèâûõ ìåòàëëîêîíñòðóêöèé ÷àñòî îêóïàåò çàòðàòû. Ïîòðåáíîñòü â ãíóòûõ ïðîôèëÿõ íåïðåðûâíî ðàñòåò, îñîáåííî â ìåëêèõ ïî ðàçìåðàì è îáúåìó ïàðòèÿõ. Êîíå÷íî, ðàññìîòðåííûé íàáîð ïðîèçâîäñòâ ÷åòâåðòîãî ïðåäåëà íåïîëíûé. Íà ìíîãèõ çàâîäàõ ê òàêèì îòíîñÿò äàæå öåõà ïî ïåðâè÷íîé îáðàáîòêå ïðîêàòà (ãèáêà, ðåçêà è ò. ï.), äîïîëíèòåëüíîé õîëîäíîé äåôîðìàöèè, ïðîèçâîäñòâó òîâàðîâ íàðîäíîãî ïîòðåáëåíèÿ: ñåòîê, êàíàòîâ, ãâîçäåé, øòàìïîâàííîé ïîñóäû, ìåáåëè è äð. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî âî âñåõ ýòèõ ïðîèçâîäñòâàõ îáðàáîòêà äàâëåíèåì ÿâëÿåòñÿ âåäóùåé òåõíîëîãè÷åñêîé îïåðàöèåé.
Ãëàâà 10 ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ÊÀÒÀÍÛÕ ÁËÞÌÎÂ È ÑËßÁΠ10.1. Îáùàÿ òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà êàòàíûõ áëþìîâ è ñëÿáîâ Îòëèòûå â ñòàëåïëàâèëüíîì öåõå ñëèòêè ïî æåëåçíîäîðîæíîìó ïóòè íàïðàâëÿþòñÿ â îáæèìíîé öåõ. Ïðåäâàðèòåëüíî â ñïåöèàëüíîì îòäåëåíèè ñòàëåïëàâèëüíîãî öåõà ïðîèçâîäèòñÿ ðàçäåâàíèå ñëèòêîâ. Çäåñü çàòâåðäåâøèé ñëèòîê êèïÿùåé ñòàëè, ðàñøèðÿþùèéñÿ êíèçó, ïîëíîñòüþ îñâîáîæäàåòñÿ îò èçëîæíèöû, à ñî ñëèòêà ñïîêîéíîé ñòàëè ñíà÷àëà ñíèìàþò ïðèáûëüíóþ íàäñòàâêó è çàòåì îòðûâàþò åãî îò èçëîæíèöû. Èçâëå÷åíèå èç íåå îñóùåñòâëÿåòñÿ óæå â îòäåëåíèè íàãðåâàòåëüíûõ êîëîäöåâ (ÎÍÊ) îáæèìíîãî öåõà. Óäîáíî òåõíîëîãèþ ðàññìàòðèâàòü íà êîíêðåòíûõ ñòàíàõ. Íà ðèñ. 10.1 ïðåäñòàâëåí ïëàí ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ â îáæèìíîì öåõå ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü ñ áëþìèíãîì-ñëÿáèíãîì 1300, ïðîêàòûâàþùèì êàê áëþìû äëÿ ñîðòîâûõ, òàê è ñëÿáû äëÿ ëèñòîâûõ ñòàíîâ. Íà ðèñ. 10.2 ïðèâåäåíà ñõåìà áëþìèíãà 1300 ×åëÿáèíñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî êîìáèíàòà, ñïîñîáíîãî ïðîêàòûâàòü áëþìû èç ñëèòêîâ â àâòîìàòè÷åñêîì ðåæèìå.  ÎÍÊ ñëèòêè ñ ïîìîùüþ êîëîäöåâîãî êðàíà çàãðóæàþòñÿ â ñâîáîäíûå ÿ÷åéêè íàãðåâàòåëüíûõ êîëîäöåâ. Òàê êàê ñëèòêè ïîñëå ðàçëèâêè îñòûâàþò íåðàâíîìåðíî è âíóòðè ìîãóò ñîäåðæàòü äàæå æèäêèå çîíû, òî â êîëîäöàõ ïðîèñõîäèò âûðàâíèâàíèå òåìïåðàòóðû, à òàêæå ïîäîãðåâ ïîâåðõíîñòè ñëèòêà äî òðåáóåìîé òåìïåðàòóðû. Âðåìÿ íàãðåâà è ðàñõîä òîïëèâà çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè ñëèòêà â ìîìåíò åãî çàãðóçêè â êîëîäåö, è ÷åì îíà âûøå, òåì ëó÷øå. Íà ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäàõ ïîîùðÿþò ðàáîòíèêîâ ó÷àñòêà ñòàëüïðîêàò çà îáåñïå÷åíèå âûñîêîé òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè ñàæàåìûõ â êîëîäåö ñëèòêîâ, òàê êàê îíà â îñíîâíîì çàâèñèò îò ïðàâèëüíîé îðãàíèçàöèè ðàáîòû íà ýòîì ó÷àñòêå. ÝÂÌ êîíòðîëèðóåò ñèòóàöèþ îäíîâðåìåííî â ñòàëåïëàâèëüíîì öåõå, â öåõå ïîäãîòîâêè èçëîæíèö, â æåëåçíîäîðîæíîì öåõå, â ÎÍÊ è íà áëþìèíãå (èëè ñëÿ222
Ðèñ. 10.1. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ îáæèìíîãî öåõà: 1 ÎÍÊ (ïîêàçàíà òîëüêî ÷àñòü êîëîäöåâ); 2 êîëüöåâàÿ ïîäà÷à; 3 ñòàëêèâàòåëü; 4 òðàíñïîðòíûé ðîëüãàíã; 5 áëþìèíã; 6 ðàáî÷èé ðîëüãàíã; 7 ëèíåéêè ìàíèïóëÿòîðà; 8 ýëåêòðîäâèãàòåëè; 9 ïåðåäàþùèé øëåïïåð; 10 ïðåññ-íîæíèöû (êîíâåéåð óáîðêè îáðåçêîâ íå ïîêàçàí)
Ðèñ. 10.2. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ áëþìèíãà 1300: 1 òåëüôåðíûå êðàíû; 2 íàãðåâàòåëüíûå êîëîäöû; 3 ïðèåìíûé ðîëüãàíã ñ áîêîâûì ñòàëêèâàòåëåì ñëèòêîâ; 4 ñëèòêîâîç (êîëüöåâàÿ ïîäà÷à); 5 áóíêåð äëÿ îêàëèíû; 6 áëþìèíã; 7 êîëîäåö äëÿ îêàëèíû; 8 ìàøèíà îãíåâîé çà÷èñòêè; 9 êîíâåéåð äëÿ îáðåçêîâ; 10 øëåïïåð äëÿ ãîòîâûõ áëþìîâ; 11 íîæíèöû; 12 ðîëüãàíã ê ÍÇÑ
223
áèíãå) è ïîñòîÿííî ðåøàåò çàäà÷ó îïòèìèçàöèè ãðàôèêà ðàáîò âñåõ ñëóæá ñèñòåìû ñòàëüïðîêàò, îáåñïå÷èâàÿ ìàêñèìàëüíî âîçìîæíóþ òåìïåðàòóðó ãîðÿ÷åãî âñàäà ñëèòêîâ â êîëîäåö 750850 °Ñ íà ïîâåðõíîñòè. Âðåìÿ íàãðåâà òàêèõ ñëèòêîâ ñîñòàâëÿåò 2,54 ÷àñà. Íàïðèìåð, íà íèæíåòàãèëüñêîì áëþìèíãå 1150 âíåäðåíèå àâòîìàòèçèðîâàííîé ñèñòåìû ñëåæåíèÿ â ñèñòåìå ñòàëüïðîêàò è îðãàíèçàöèÿ ãîðÿ÷åãî âñàäà ïîçâîëèëè ñîêðàòèòü çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ âðåìåíè íàãðåâà óãàð ìåòàëëà íà 1520 %, à óäåëüíûé ðàñõîä òîïëèâà íà 45 êã íà 1 ò ïðîêàòà. Íà êðóïíîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì çàâîäå ïðèìåðíî 5 % ñëèòêîâ (â ñðåäíåì çà ãîä) ïîñòóïàåò â êîëîäöû â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè ñî ñêëàäà. Íà ñêëàä ñëèòêè ïîïàäàþò òîëüêî â àâàðèéíûõ ñèòóàöèÿõ, êîãäà áëþìèíã èëè êîëîäöû íå â ñîñòîÿíèè ïðèíÿòü îòëèòûå ñëèòêè. Åñëè ñòàëåïëàâèëüíûé öåõ îñòàíîâëåí, òî ñëèòêè â îáæèìíîé öåõ ïîñòóïàþò ñî ñêëàäà. Âðåìÿ íàãðåâà õîëîäíûõ ñëèòêîâ óâåëè÷èâàåòñÿ â 34 ðàçà è ñîñòàâëÿåò 1014 ÷àñîâ. Îðãàíèçàöèÿ ãîðÿ÷åãî âñàäà ñëèòêîâ ïîëåçíà òàêæå äëÿ ïîâûøåíèÿ êà÷åñòâà ìåòàëëà: óìåíüøàþòñÿ òåðìè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ ìåæäó ïîâåðõíîñòíûìè è âíóòðåííèìè ñëîÿìè ìåòàëëà ïðè íàãðåâå, óìåíüøàåòñÿ áðàê ïî òðåùèíàì, ñîêðàùàåòñÿ äîëÿ îáåçóãëåðîæåííîãî ìåòàëëà. Çà ñ÷åò ïî÷òè ðàâíîìåðíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû ïî ñå÷åíèþ óâåëè÷èâàåòñÿ ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà è ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü äåôîðìàöèè â áîëåå èíòåíñèâíîì ðåæèìå. Ýòî ñïîñîáñòâóåò òàêæå ðàâíîìåðíîé åãî ïðîðàáîòêå ïî ñå÷åíèþ, óìåíüøåíèþ âîçìîæíîñòè ðàñêðûòèÿ âíóòðåííèõ òðåùèí, à òàêæå ñîêðàùåíèþ îáðåçè ïî êîíöàì. Íà çàâîäå ôèðìû Íèïïîí êîêàí â Ôóêóÿìå (ßïîíèÿ) âíåäðåíà ïðîêàòêà ñëèòêîâ áåç íàãðåâà èõ â êîëîäöàõ. Ñëèòêè êèïÿùåé ñòàëè ïîñëå ðàçëèâêè, èìåþùèå åùå æèäêóþ ñåðäöåâèíó, ïîñëå ðàçäåâàíèÿ óêëàäûâàþòñÿ íà ñïåöèàëüíûå ïëàòôîðìû è íàêðûâàþòñÿ òåïëîèçîëÿöèîííûì êîëïàêîì. Ïðè òðàíñïîðòèðîâêå â îáæèìíîé öåõ ïðîèñõîäèò âûðàâíèâàíèå òåìïåðàòóðû ïî ñå÷åíèþ äî òðåáóåìîé òåìïåðàòóðû ïðîêàòêè. Âðåìÿ òðàíñïîðòèðîâêè è íà÷àëà ïðîêàòêè ñòðîãî îòñëåæèâàåòñÿ è ðåãóëèðóåòñÿ â çàâèñèìèîñòè îò ìàðêè ñòàëè. Ïðèìåíåíèå òàêîãî ñïîñîáà ïðîêàòêè ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü âûõîä ãîäíîãî íà 1 % è ñíèçèòü êîíöåâóþ îáðåçü íà 0,59 %. Êîíå÷íî, ïðè òàêîé òåõíîëîãèè íåáîëüøîé ïðîìåæóòî÷íûé ñêëàä ñëèòêîâ è ÷àñòü êîëîäöåâ äîëæíû áûòü ñîõðàíåíû äëÿ õîëîäíûõ ñëèòêîâ, îáðàçóþùèõñÿ ïðè ñáîÿõ ïðîèçâîäñòâà. Íà íåêîòîðûõ çàâîäàõ ßïîíèè, à òàêæå íà íèæíåòàãèëüñêîì è ÷åëÿáèíñêîì áëþìèíãàõ îïðîáîâàíà òåõíîëîãèÿ íàãðåâà ñëèòêîâ, êîãäà ñåðäöåâèíà èõ åùå íå îñòûëà äî òâåðäîãî ñîñòîÿíèÿ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî íàèáîëåå öåëåñîîáðàçåí ãîðÿ÷èé âñàä ñëèòêîâ ñ 1020 % æèäêîé ôàçû âíóòðè. Íà÷èíàþò ïðîêàòêó ïðè ñîäåðæàíèè äî 5 % æèäêîãî ìåòàëëà â ñåðäöåâèíå. Ýòî îáåñïå÷èâàåò èíòåíñèôèêàöèþ ðåæèìîâ äåôîðìàöèè è ïîâûøåíèå âûõîäà ãîäíîãî íà 23 %. Ïðè áîëüøåì êîëè÷åñòâå æèäêîé ôàçû íà ïîâåðõíîñòè ðàñêàòà ïîÿâëÿþòñÿ âçäóòèÿ, îáðàçóþùèåñÿ ïðè âûäåëåíèè ãàçîâ èç æèäêîãî ìåòàëëà. Êðîìå òîãî, íå èñêëþ÷àåòñÿ ïðîðûâ æèäêîñòè ïðè ïðîêàòêå. Ýòî ñîâåðøåííî íåäîïóñòèìî ïî òåõíèêå áåçîïàñíîñòè. Ïîýòîìó áîëüøèíñòâî çàâîäîâ ïðåäïî÷èòàþò ïðîêàòûâàòü ìåòàëë òîãäà, êîãäà ñåðäöåâèíà ïîëíîñòüþ çàñòûâàåò è òåìïåðàòóðà åå ïðèìåðíî íà 150 °Ñ âûøå òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè. Íà ìåëêèõ çàâîäàõ òàêîé ÷åòêîé îðãàíèçàöèè íà ó÷àñòêå ñòàëüïðîêàò íåò, ìíîãèå ïðåäïðèÿòèÿ ðàáîòàþò íà ïîêóïíûõ ñëèòêàõ, ïîýòîìó äîëÿ ñëèòêîâ, 224
ïîñòóïàþùèõ â êîëîäåö â ãîðÿ÷åì âèäå, çíà÷èòåëüíî ìåíüøå èëè âîîáùå ðàâíà íóëþ. Êðîìå òîãî, õîëîäíûé âñàä èìååò îäíî ïðåèìóùåñòâî ïåðåä ãîðÿ÷èì: îí ïîçâîëÿåò îñìîòðåòü ñëèòîê ïåðåä íàãðåâîì è, åñëè òðåáóåòñÿ, èñïðàâèòü åãî. Ýòî î÷åíü âàæíî äëÿ ñëèòêîâ ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè, áðàê ïðè ïðîêàòêå êîòîðûõ îáõîäèòñÿ äîðîãî. Èíîãäà âñþ ïàðòèþ òàêèõ ñëèòêîâ â îáÿçàòåëüíîì ïîðÿäêå íà ñïåöèàëüíûõ ñòàíêàõ ïîëíîñòüþ îáäèðàþò, ÷òîáû óäàëèòü ìåëêèå ïîâåðõíîñòíûå òðåùèíêè, êîòîðûå íåèçáåæíî ïîÿâëÿþòñÿ â ïðîöåññå îòëèâêè è çàòâåðäåâàíèÿ ñëèòêîâ. Èç òåîðèè ÎÌÄ èçâåñòíî, ÷òî ïîâåðõíîñòíûå òðåùèíêè íà ìåòàëëå ïðè ïðîêàòêå ìîãóò òîëüêî óâåëè÷èâàòüñÿ, òàê êàê ñõåìà íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ ïðè ïðîêàòêå ñîäåðæèò ïðîäîëüíûå ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ. ×åì ðàíüøå òðåùèíû óäàëåíû, òåì áîëüøå ãîäíîãî ìåòàëëà áóäåò íà âûõîäå. Ïðè ãîðÿ÷åì âñàäå ñëèòêîâ áîðüáà ñ ïîâåðõíîñòíûìè òðåùèíàìè íà÷èíàåòñÿ, êàê ïðàâèëî, òîëüêî ïîñëå ïðîêàòêè íà îáæèìíîì ñòàíå, ÷òî ìîæåò áûòü óæå ïîçäíî. Ïðîäîëæèì äâèæåíèå ïî òåõíîëîãè÷åñêîé öåïî÷êå. Íàãðåòûå â êîëîäöå ñëèòêè òåì æå êîëîäöåâûì êðàíîì âûòàñêèâàþòñÿ è ïîìåùàþòñÿ íà îäíó èç ñâîáîäíûõ òåëåæåê, ïîñòîÿííî äâèãàþùèõñÿ ñî ñêîðîñòüþ ïðèìåðíî 5 ì/ñ â îäíîì íàïðàâëåíèè ïî êîëüöåâîé æåëåçíîé äîðîãå (êîëüöåâàÿ ïîäà÷à). Êîãäà òåëåæêà ñî ñëèòêîì îêàçûâàåòñÿ íà óðîâíå òðàíñïîðòíîãî ðîëüãàíãà, ñëèòîê ñ ïîìîùüþ ñòàëêèâàòåëÿ ïîäàåòñÿ íà ýòîò ðîëüãàíã. Ïåðâàÿ ñåêöèÿ åãî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âåñû, ïåðåäàþùèå ðåçóëüòàòû âçâåøèâàíèÿ â ÝÂÌ è äàëåå â àâòîìàòèçèðîâàííóþ ñèñòåìó ñëåæåíèÿ è ó÷åòà ìåòàëëà, êîòîðàÿ áóäåò ïîñòîÿííî îòñëåæèâàòü ñîñòîÿíèå ìåòàëëà äî ñàìîãî êîíöà òåõíîëîãè÷åñêîãî öèêëà. Ïî òðàíñïîðòíîìó ðîëüãàíãó ñëèòîê äâèæåòñÿ ê ðàáî÷åìó ðîëüãàíãó. Ðàáî÷èå ðîëèêè ðîëüãàíãà ðàñïîëîæåíû ñçàäè è ñïåðåäè ñòàíà è âûïîëíÿþò íå òîëüêî òðàíñïîðòíûå îïåðàöèè, íî è ïðèíèìàþò íåïîñðåäñòâåííîå ó÷àñòèå â ïðîêàòêå ñëèòêà. Ñàì ïðîöåññ ïðîêàòêè îñóùåñòâëÿåòñÿ â ðàáî÷åé êëåòè áëþìèíãà èëè ñëÿáèíãà â íåñêîëüêî ïðîïóñêîâ â ðåâåðñèâíîì ðåæèìå (ñî ñìåíîé íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ â êàæäîì ïðîïóñêå). Îáû÷íî âåäóò ïðîêàòêó îäíîâðåìåííî äâóõ ñëèòêîâ. Ïðîêàòàííûå áëþìû èëè ñëÿáû íà ìíîãèõ áëþìèíãàõ äàëåå äâèæóòñÿ ê ìàøèíå îãíåâîé çà÷èñòêè (ÌÎÇ) (ðèñ. 10.3). Íà áëþìèíãå-ñëÿáèíãå ×åðÌÊ (ñì. ðèñ. 10.1) ÌÎÇ îòñóòñòâóåò, ïîòîìó ÷òî îíà âûíåñåíà íà ñëåäóþùèé çà íèì íåïðåðûâíî-çàãîòîâî÷íûé ñòàí (ÍÇÑ). ÌÎÇ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðàìó, íàñòðàèâàåìóþ ïîä ðàçìåð ñëÿáà (áëþìà), ñ ðàñïîëîæåííûìè ïî ïåðèìåòðó ãàçîâûìè ãîðåëêàìè, ÷åðåç êîòîðûå íà ïîâåðõíîñòü äâèæóùåãîñÿ ìåòàëëà ïîäàåòñÿ òåõíè÷åñêè ÷èñòûé êèñëîðîä. Íà ãëóáèíó 3, 5 èëè 7 ìì â çàâèñèìîñòè îò ðåæèìà íàñòðîéêè ñæèãàåòñÿ ïîâåðõíîñòíûé ñëîé ñëÿáà (áëþìà) âìåñòå ñ ïîâåðõíîñòíûìè òðåùèíêàìè. Êîíå÷íî, ïðè òàêîì ñïîñîáå áîðüáû ñ ïîâåðõíîñòíûìè äåôåêòàìè âûæèãàåòñÿ ìíîãî çäîðîâîãî ìåòàëëà, åãî ïîòåðè ñîñòàâëÿþò 24 %. Íà ÌÌÊ, à òàêæå ðÿäå ÿïîíñêèõ çàâîäîâ Ðèñ. 10.3. Ñõåìà äåéñòâèÿ ìàøèíû îãíåâîé çà÷èñòêè (ÌÎÇ) ðåçêî ñíèçèëè ïîòåðè ìåòàëëà íà ÌÎÇ, âíå225
äðèâ âûáîðî÷íóþ çà÷èñòêó ìåòàëëà. Ïåðåä ÌÎÇ óñòàíàâëèâàåòñÿ áåñêîíòàêòíûé äåôåêòîñêîï, ïîçâîëÿþùèé îáíàðóæèâàòü ïîâåðõíîñòíûå òðåùèíû íà ãîðÿ÷åì ìåòàëëå. Çà÷èñòêå íà ÌÎÇ ïîäâåðãàþòñÿ òîëüêî ïîðàæåííûå òðåùèíàìè áëþìû. Íà çàâîäàõ ôèðìû Ñèí íèïïîí ñýéòýöó (ßïîíèÿ) íà ñðåäíåóãëåðîäèñòûõ ñòàëÿõ âíåäðåíà òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà ñëèòêîâ áåç ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ, è íåîáõîäèìîñòü â ÌÎÇ îòïàëà. Îäíàêî ïî ýòîé òåõíîëîãèè òðåáóþòñÿ: î÷åíü ñòðîãîå âûïîëíåíèå óñëîâèé ñèôîííîé ðàçëèâêè ñòàëè, æåñòêèå ðåæèìû íàãðåâà ñëèòêà ñ ìèíèìàëüíûì îêàëèíîîáðàçîâàíèåì è ñîîòâåòñòâóþùèå ðåæèìû äåôîðìàöèè.  öåëîì ÌÎÇ âûãîäíà ïðè êðóïíîì ïðîèçâîäñòâå, êîãäà ðàáîòàþò ïî òåõíîëîãèè ãîðÿ÷åãî âñàäà è íåò âîçìîæíîñòè êîíòðîëèðîâàòü ïîâåðõíîñòü êàæäîãî ñëèòêà, ïðîöåíò ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ âûñîê, è çà ñ÷åò âûñîêîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè äîïîëíèòåëüíûå ïîòåðè ïîëíîñòüþ îïðàâäûâàþòñÿ. Ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïðè ïðîèçâîäñòâå ïðèìåðíî 3 ìëí. ò è áîëåå áëþìîâ â ãîä çàâîäó âûãîäíåå óñòàíîâèòü ÌÎÇ, ÷åì âûäåðæèâàòü æåñòêèå òðåáîâàíèÿ òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà ñëèòêîâ áåç ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ. Íà áîëåå ìåëêèõ çàâîäàõ ÌÎÇ îòñóòñòâóåò, ïðèìåíÿåòñÿ òîëüêî õîëîäíûé âñàä, è ýôôåêòèâíû ïðåäâàðèòåëüíûé îñìîòð, ðåìîíò è ñîðòèðîâêà ñëèòêîâ ïåðåä ïîñàäêîé èõ â êîëîäåö. Ñëåäóþùåé òåõíîëîãè÷åñêîé îïåðàöèåé ÿâëÿåòñÿ ðåçêà ïðîêàòà íà ïðåññíîæíèöàõ. Ðàíåå óêàçûâàëîñü, ÷òî ñëèòêè ñïîêîéíûõ ìàðîê ñòàëè ñîäåðæàò ãîëîâíóþ ÷àñòü (ïðèìåðíî îò 10 äî 12 % ìàññû ñëèòêà), â êîòîðîé êîíöåíòðèðóþòñÿ ïðèìåñè, íåìåòàëëè÷åñêèå âêëþ÷åíèÿ è ïðî÷àÿ ãðÿçü, ïîýòîìó åå íåîáõîäèìî îòäåëèòü îò çäîðîâîé ÷àñòè ñëèòêà è ðàçðåçàòü íà îòäåëüíûå êóñî÷êè äëèíîé íå áîëåå 700 ìì, óäîáíûå äëÿ òðàíñïîðòèðîâêè â ñòàëåïëàâèëüíûå öåõà. Òàêæå îòðåçàåòñÿ äîííàÿ ÷àñòü ñëèòêà (1,53 % ìàññû ñëèòêà), èìåþùàÿ ïðèìåñè è óòÿæêó ïî ñðåäíåé ÷àñòè ñå÷åíèÿ (ðèñ. 10.4). Ïðîöåíò îáðåçè ãîëîâíîé è îñîáåííî äîííîé ÷àñòè ñëèòêà â çíà÷èòåëüíîé ìåðå çàâèñèò îò ðåæèìà îáæàòèÿ. Äëÿ óäàëåíèÿ îáðåçêîâ íîæíèöû ãîðÿ÷åé ðåçêè îáîðóäîâàíû íàêëîííûì êîíâåéåðîì äëÿ òðàíñïîðòèðîâêè îáðåçêîâ è ñáðàñûâàíèÿ èõ â ñïåöèàëüíûå æåëåçíîäîðîæíûå âàãîíû (äóìïêàðû). Çäîðîâàÿ ÷àñòü ñëèòêà (8085 % ìàññû) äàëåå ïðîêàòûâàåòñÿ íà íåïðåðûâíî-çàãîòîâî÷íîì ñòàíå èëè òàêæå ðàçðåçàåòñÿ íà ìåðíûå äëèíû è îòïðàâëÿåòñÿ ïîòðåáèòåëÿì êàê òîâàðíàÿ ïðîäóêöèÿ. Íîæíèöû óïðàâëÿþòñÿ ñ ïîìîùüþ ÝÂÌ, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò âåñòè ó÷åò äëèíû êàæäîãî áëþìà è èõ ñóììàðíóþ äëèíó â ñèñòåìå àâòîìàòèçèðîâàííîãî ó÷åòà ïðîêàòà. Íà íåêîòîðûõ çàâîäàõ, íàïðèìåð, íà ñëÿáèíãå ÌÌÊ, íà ó÷àñòêå íîæíèö óñòàíîâëåíà ñèñòåìà àâòîìàòèçàöèè êîíòðîëÿ è ó÷åòà îáðåçè ìåòàëëà, ïîçâîëÿþùàÿ ýêîíîìèòü îêîëî 5 òûñ. ò ìåòàëëà â ãîä çà ñ÷åò áîëåå òî÷íîé óñòàíîâêè íîðìû îáðåçè ìåòàëëà. Ïåðåä íîæíèöàìè óñòàíîâëåí ðîëèê, âðàùàþùèéñÿ ïðè
Ðèñ. 10.4. Ñõåìà ðåçêè ðàñêàòà ïîñëå áëþìèíãà (ñëÿáèíãà) 226
êîíòàêòå ñ äâèæóùèìñÿ ìåòàëëîì, óãîë ïîâîðîòà êîòîðîãî ïðåîáðàçóåòñÿ â äëèíó ðàñêàòà. Çàòåì íà ÝÂÌ ïî çàëîæåííûì â íåå ñðåäíåñòàòèñòè÷åñêèì íîðìàì îáðåçè âû÷èñëÿþòñÿ äëèíû îòðåçàåìûõ ãîëîâíîé è äîííîé ÷àñòåé ñëèòêà, è ñîîòâåòñòâóþùèå ðàñ÷åòíûå äàííûå íàïðàâëÿþòñÿ íà ìåõàíèçìû óñòàíîâêè óïîðà íîæíèö è ðåàëèçóþòñÿ â àâòîìàòè÷åñêîì ðåæèìå. Êîíå÷íî, óñòàíîâëåíèå íîðì îáðåçè äëÿ êàæäîé ìàðêè ñòàëè è êàæäîãî òèïà ñëèòêà, à òàêæå àâòîìàòè÷åñêàÿ êîððåêöèÿ èõ â çàâèñèìîñòè îò ðåæèìà îáæàòèÿ ïðåäñòàâëÿåò îòäåëüíóþ ïðîáëåìó ïðè âíåäðåíèè òàêîé ñèñòåìû. Ïîñëå ðàçðåçêè ïðîèçâîäèòñÿ êëåéìåíèå íà õîäó ïîëó÷åííîãî ñëÿáà èëè áëþìà ñ ïîìîùüþ ðû÷àæíîãî àâòîìàòè÷åñêîãî êëåéìèòåëÿ. Ïðè ýòîì óêàçûâàþòñÿ ìàðêà ñòàëè, ïëàâêà è äðóãèå äàííûå î ìåòàëëå. Ñìåíà êëåéì îñóùåñòâëÿåòñÿ äèñòàíöèîííî ñ ïóëüòà îïåðàòîðà. Íà ëó÷øèõ îáæèìíûõ ñòàíàõ èìåþòñÿ àâòîìàòè÷åñêèå äèñêîâûå êëåéìèòåëè, êîòîðûå îñóùåñòâëÿþò êëåéìåíèå òàêæå îáðåçêîâ ãîëîâíîé è äîííîé ÷àñòåé ñëèòêà, íàïðàâëÿåìûõ â ïåðåïëàâêó. Îñíîâíàÿ äîëÿ áëþìîâ äâèæåòñÿ äàëåå ïî ðîëüãàíãó ê íåïðåðûâíî-çàãîòîâî÷íîìó ñòàíó. Òîâàðíûå (íà ïðîäàæó) áëþìû ñ ïîìîùüþ øëåïïåðà ïåðåäàþòñÿ íà ïðèåìíûå ñòåëëàæè è äàëåå íà îõëàæäåíèå. Îíè îõëàæäàþòñÿ ïî îïðåäåëåííîìó ðåæèìó â çàâèñèìîñòè îò ìàðêè ñòàëè. Ïðîñòûå óãëåðîäèñòûå ìàðêè ñòàëè ñ íèçêèì è ñðåäíèì ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà, ïðåäñòàâëÿþùèå îñíîâíóþ äîëþ ñîðòàìåíòà êðóïíîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà, ïðè ëþáîé ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ íå îáðàçóþò òðåùèí, ïîýòîìó ïðè èõ îõëàæäåíèè ñòðåìÿòñÿ äàæå óâåëè÷èòü ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ, ÷òîáû ñýêîíîìèòü ïëîùàäè õîëîäèëüíèêîâ è îáåñïå÷èòü ïðîõîæäåíèå îãðîìíîãî ïîòîêà ïðîêàòàííîãî ìåòàëëà. Òàê, íà çàâîäàõ ßïîíèè è Ãåðìàíèè ñòàëè ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà äî 0,25 % ïîñëå îáæèìíîãî ñòàíà îõëàæäàþò íà õîëîäèëüíèêàõ, íà êîòîðûõ ÷àñòü ïóòè çàãîòîâêè ïðîõîäÿò ïîä âîäîé èëè îáðûçãèâàþòñÿ âîçäóøíî-âîäÿíûìè ñòðóÿìè. Ïðè ýòîì íå òîëüêî ýêîíîìÿòñÿ ïëîùàäè õîëîäèëüíèêà, íî è óìåíüøàåòñÿ íà 0,5 % êîëè÷åñòâî âòîðè÷íîé îêàëèíû, îáðàçóþùåéñÿ ïðè îõëàæäåíèè ïðîêàòà. Îñíîâíûå ïðîáëåìû âîçíèêàþò ïðè îõëàæäåíèè ëåãèðîâàííûõ è âûñîêîóãëåðîäèñòûõ ìàðîê ñòàëè. Ôëîêåíî÷óâñòâèòåëüíûå ìàðêè ñòàëè îõëàæäàþòñÿ ïî îñîáîìó ðåæèìó.  ñâÿçè ñ ïîíèæåííîé ïëàñòè÷íîñòüþ âûñîêîóãëåðîäèñòûõ è ìíîãèõ êîíñòðóêöèîííûõ ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè ïðè åñòåñòâåííîé ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ ìîãóò âîçíèêíóòü âûñîêèå òåðìè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ ñ îáðàçîâàíèåì òðåùèí, ïîýòîìó äëÿ íèõ ïðèìåíÿþò çàìåäëåííîå îõëàæäåíèå â íåîòàïëèâàåìûõ êîëîäöàõ èëè îòàïëèâàåìûõ ïå÷àõ ñ ðåæèìíûì èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû. Äëÿ áîëåå ïðîñòûõ ìàðîê ñòàëè ïðèìåíÿþò çàìåäëåííîå îõëàæäåíèå ìåòàëëà â øòàáåëÿõ. 10.2. Íàãðåâ ñëèòêîâ Âñå êîëîäöû â ÎÍÊ ðàçäåëåíû ïî ãðóïïàì íàãðåâàåìûõ ñòàëåé (íà ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü øåñòü ãðóïï, íà ìíîãèõ çàâîäàõ èõ áîëüøå çà ñ÷åò âûñîêîé äîëè ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè).  êàæäîé ãðóïïå óñòàíàâëèâàåòñÿ ñâîé ðåæèì íàãðåâà. Êàæäûé êîëîäåö, êàê ïðàâèëî, ñîñòîèò èç 24 îäèíàêîâûõ ÿ÷ååê.  îäíó ÿ÷åéêó çàãðóæàþò îò 6 äî 14 ñëèòêîâ îäíîé ïëàâêè (ðåäêî äâóõ ïëàâîê 227
à)
á)
â)
Ðèñ. 10.5. Íàãðåâàòåëüíûå êîëîäöû
òîé æå ìàðêè èëè îäíîé ãðóïïû ìàðîê ñòàëè ïî íàãðåâó). Ñëèòêè ðàñïîëàãàþòñÿ ðàâíîìåðíî ïî ïåðèìåòðó ðàáî÷åãî ïðîñòðàíñòâà ÿ÷åéêè, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 10.5, à (âèä ñâåðõó). Íà ðèñ. 10.5, á ïðåäñòàâëåíà ñõåìà ÿ÷åéêè (ïðîåêöèÿ ñáîêó). Îíà èìååò öåíòðàëüíî ðàñïîëîæåííóþ ãîðåëêó, ÷åðåç êîòîðóþ ïîäàåòñÿ ïîäîãðåòûå ãàç (ðåæå æèäêîå òîïëèâî) è âîçäóõ. Ïëàìÿ îò ñãîðàíèÿ òîïëèâà ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ââåðõ, îòðàæàåòñÿ îò êðûøêè êîëîäöà è, ðàâíîìåðíî îãèáàÿ âñå ñëèòêè, óñòðåìëÿåòñÿ âíèç ê äûìîâîé òðóáå. Òàêîå äâèæåíèå ïå÷íûõ ãàçîâ áëàãîïðèÿòíî ñ òî÷êè çðåíèÿ êà÷åñòâà íàãðåâà, òàê êàê ñëèòîê áûñòðî è ðàâíîìåðíî îìûâàåòñÿ ãàçàìè è ïðîãðåâàåòñÿ ïî äëèíå è ïîïåðå÷íîìó ñå÷åíèþ. Îäíàêî óñëîâèÿ ðàáîòû íà êîëîäöàõ òàêîé êîíñòðóêöèè òÿæåëûå. Ïëàìÿ, óäàðÿÿñü â êðûøêó, áûñòðî èçíàøèâàåò åå, òåìïåðàòóðà â çîíå îáñëóæèâàíèÿ êîëîäöåâ î÷åíü âûñîêà êàê äëÿ ïåðñîíàëà, òàê è äëÿ îáñëóæèâàþùèõ ìåõàíèçìîâ.  êîëîäöàõ ñ áîêîâîé ïîäà÷åé òîïëèâà (ðèñ. 10.5, â) ïëàìÿ ñêîëüçèò âäîëü êðûøêè è íå ñòîëü ñèëüíî ðàçîãðåâàåò è ðàçðóøàåò åå. Íî êà÷åñòâî íàãðåâà â òàêèõ êîëîäöàõ ðåçêî óõóäøàåòñÿ. Ïå÷íûå ãàçû ïðè äëèííîì ïëàìåíè îìûâàþò äàëüíèå ñëèòêè, à áëèæíèå ïðîãðåâàþòñÿ çà ñ÷åò èçëó÷åíèÿ îò ñòåíîê êîëîäöà ïðàêòè÷åñêè òîëüêî ñ îäíîé ñòîðîíû. ×òîáû ïðîãðåòü âñå ãðàíè ñëèòêîâ, íóæíî íåïðåðûâíî èçìåíÿòü äëèíó ïëàìåíè ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîé ñèñòåìû àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ. Íàãðåâ ñëèòêîâ ïîä ïðîêàòêó ñîñòîèò èç äâóõ ïåðèîäîâ. Ïåðâûé ïåðèîä õàðàêòåðèçóåòñÿ ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûì ðàñõîäîì âîçäóõà è ãàçà, îáåñïå÷èâàþùèì äëÿ ïðîñòûõ ìàðîê ñòàëè ìàêñèìàëüíóþ ñêîðîñòü ïîäúåìà òåìïåðàòóðû ñëèòêà äî çàäàííîãî çíà÷åíèÿ. Äëÿ ìíîãèõ ëåãèðîâàííûõ ñòàëåé äî 700 800 °Ñ ñêîðîñòü ïîäúåìà òåìïåðàòóðû îãðàíè÷èâàåòñÿ íèçêîé ïëàñòè÷íîñòüþ ìåòàëëà. Èç-çà áîëüøîãî ïåðåïàäà òåìïåðàòóð ïî ñå÷åíèþ ñëèòêà âîçìîæíî îáðàçîâàíèå òðåùèí. Ïðè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ñêîðîñòü ïîäúåìà òåìïåðàòóðû ìîæåò áûòü çíà÷èòåëüíî óâåëè÷åíà. Âòîðîé ïåðèîä òîìëåíèå ñëèòêà ïðîòåêàåò ïðè óìåðåííîì ðàñõîäå ãàçà è âîçäóõà, îí íåîáõîäèì ëèøü äëÿ ïîääåðæàíèÿ òðåáóåìîé òåìïåðàòóðû â êîëîäöå è âûðàâíèâàíèÿ òåìïåðàòóðû ìåòàëëà ïî ñå÷åíèþ ñëèòêà. Òåìïåðàòóðà òîìëåíèÿ â êîëîäöå îïðåäåëÿåòñÿ äèàãðàììîé ñîñòîÿíèÿ ìåòàëëà (ðèñ. 10.6) è âûáèðàåòñÿ íà 50100 °Ñ íèæå ëèíèè ñîëèäóñà (íà÷àëà ïëàâëåíèÿ ñïëàâà). Äëÿ ñòàëåé ïåðâîé ãðóïïû, êóäà âõîäÿò íèçêîóãëåðîäèñòûå ñòàëè ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà íå âûøå 0,37 %, òåìïåðàòó228
ðà ãàçîâ â ÿ÷åéêå ïðè òîìëåíèè ñîñòàâëÿåò 13401360 °Ñ, à òåìïåðàòóðà ìåòàëëà ïðè âûäà÷å èç êîëîäöà 12701300 °Ñ. Ê ýòîé ãðóïïå îòíîñÿòñÿ êèïÿùèå ñòàëè ìàðîê Ñò0Ñò4, 0820, 08Þ, 08êï è ïîëóñïîêîéíûå ñòàëè Ñò3ïñÑò5ïñ, Ñò3Ãïñ è äð. Ñëåäóþùóþ ãðóïïó ìàðîê ñîñòàâëÿþò ñðåäíåóãëåðîäèñòûå è íèçêîëåãèðîâàííûå êîíñòðóêöèîííûå ñòàëè òèïà 4055, Ñò6ïñ, 22Ã, 12ÕÍ, 09Ã2, 17ÃÑ, 35ÃÑ, 14ÕÃÑ, 25ÕÃÒ, 20Õ45Õ, 30ÕÃÑÀ è äð. Òåìïåðàòóðà âûäà÷è òàêèõ ñëèòêîâ èç ïå÷è 12601290 °Ñ. Åäèíóþ ãðóïïó îáðàçóþò ñòàëè 60, 60Ã65Ã, 50Õ, 40ÕÍ, 20 Õ Ã Ñ Í Ì , 18ÕÃÒ, 1 2Õ 1 7 , Ðèñ. 10.6. Äèàãðàììà ñîñòîÿíèÿ 22Õ2Ã2ÀÞ, 38ÕÃÍ è äðóãèå, òåìæåëåçîóãëåðîäèñòûõ ñïëàâîâ ïåðàòóðà èõ íàãðåâà ñíèæàåòñÿ äî 12501270 °Ñ. Äëÿ âûñîêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà 0,7 0,9 % (7085, 60Ñ2ÕÀ, 5ÕÍÂ, 6ÕÂ2Ñ, Ó7Ó8 è äð.) òåìïåðàòóðà ìåòàëëà ïðè âûäà÷å 12201250 °Ñ. Ïðè áîëåå âûñîêîì ñîäåðæàíèè óãëåðîäà (óãëåðîäèñòûå Ó9Ó12 è ìíîãèå âûñîêîëåãèðîâàííûå èíñòðóìåíòàëüíûå è øòàìïîâûå ñòàëè òèïà ØÕ6ØÕ15, 9Õ, ÕÂÃ, ÕÃÑ, 85ÕÑ è äð.) òåìïåðàòóðà âûäà÷è ìåòàëëà ñíèæàåòñÿ äî 11001150 °Ñ. Åñëè äëÿ óãëåðîäèñòûõ è íèçêîëåãèðîâàííûõ ñòàëåé òåìïåðàòóðà íàãðåâà îïðåäåëÿåòñÿ ïî ïðèâåäåííîé äèàãðàììå, òî äëÿ ëåãèðîâàííûõ è âûñîêîëåãèðîâàííûõ ñòàëåé äèàãðàììà ñîñòîÿíèÿ ñèëüíî èñêàæàåòñÿ, è òåìïåðàòóðó íàãðåâà îïðåäåëÿþò ïî ñïðàâî÷íèêàì ïî íàãðåâó. Ïðè áîëåå âûñîêîé òåìïåðàòóðå òîìëåíèÿ, ÷åì ðåêîìåíäîâàíî òåõíîëîãè÷åñêîé èíñòðóêöèåé, ïîëó÷èòñÿ íåèñïðàâèìûé áðàê, êîòîðûé íàçûâàåòñÿ ïåðåæîãîì, êîãäà ãðàíèöû çåðåí ìåòàëëà íà÷èíàþò îïëàâëÿòüñÿ. Íàãðåâ ñëèòêà ïåðåä ïðîêàòêîé ÿâëÿåòñÿ âåñüìà îòâåòñòâåííîé òåõíîëîãè÷åñêîé îïåðàöèåé, â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îïðåäåëÿþùåé êà÷åñòâî ãîòîâîãî ìåòàëëà. Ïîìèìî òåìïåðàòóðû ìíîãî äðóãèõ ïàðàìåòðîâ íàãðåâà âëèÿþò íà êà÷åñòâî ìåòàëëà. Åñëè äëÿ íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé ñêîðîñòü ïîäúåìà òåìïåðàòóðû íå ëèìèòèðîâàíà, òî äëÿ âûñîêîóãëåðîäèñòûõ è ìíîãèõ ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè îíà îãðàíè÷èâàåòñÿ, òàê êàê òåìïåðàòóðíûå íàïðÿæåíèÿ ìåæäó íàðóæíûìè è âíóòðåííèìè ñëîÿìè ìåòàëëà ìîãóò ïðèâåñòè ê îáðàçîâàíèþ âíóòðåííèõ òðåùèí. Âíóòðåííèå ðàçðûâû ìîãóò âûõîäèòü íà áîêîâûå ãðàíè ñëèòêà â âèäå ïîïåðå÷íûõ íàðóæíûõ òðåùèí, êîòîðûå íîñÿò íàçâàíèå ñêâîðå÷íèêîâ. Âàæíûì ïàðàìåòðîì íàãðåâà ÿâëÿåòñÿ âðåìÿ òîìëåíèÿ ñëèòêà. Èçâåñòíî, ÷òî ïðè âûñîêîé òåìïåðàòóðå ïðîèñõîäèò ðîñò çåðíà ìåòàëëà çà ñ÷åò ðåêðèñòàëëèçàöèè. Çàòåì ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè íàñëåäñòâåííî êðóïíîå çåðíî ìîæåò ÷àñòè÷íî ñîõðàíèòüñÿ, ñóììàðíàÿ ñòåïåíü äåôîðìàöèè ìîæåò áûòü íåäîñòàòî÷íîé, ÷òîáû äîñòèãíóòü ìåëêîçåðíèñòîé êîíå÷íîé ñòðóêòóðû. Äëÿ êðóï229
íîãî çåðíà â ãîòîâîì èçäåëèè õàðàêòåðíà ïîíèæåííàÿ ïëàñòè÷íîñòü. Îñîáåííî ÷óâñòâèòåëüíà ê âåëè÷èíå çåðíà óäàðíàÿ âÿçêîñòü ìåòàëëà. Êðóïíîå çåðíî íåæåëàòåëüíî äëÿ íåêîòîðûõ ëåãèðîâàííûõ (èíñòðóìåíòàëüíûõ) ñòàëåé, ïîòîìó ÷òî ïðè ïðîêàòêå îíè ñòàíîâÿòñÿ íåäîñòàòî÷íî ïëàñòè÷íûìè. Êðóïíîå çåðíî îáðàçóåòñÿ ïðè äëèòåëüíîì ïðåáûâàíèè ìåòàëëà â ïå÷è. Òàêèå ñèòóàöèè âîçíèêàþò ïðè ïîëîìêàõ ñòàíà, ïðè àâàðèÿõ è ãðóáûõ íàðóøåíèÿõ òåõíîëîãè÷åñêîé èíñòðóêöèè ïî íàãðåâó. Îáðàçóþùèéñÿ ïðè ýòîì áðàê íàçûâàåòñÿ ïåðåãðåâîì. Îí ìîæåò áûòü èñïðàâëåí ïóòåì ïåðåêðèñòàëëèçàöèè ìåòàëëà. Íåîáõîäèìî îõëàäèòü ìåòàëë äî òåìïåðàòóðû íèæå íà÷àëà ðåêðèñòàëëèçàöèè è âíîâü íàãðåòü äî çàäàííîé òåìïåðàòóðû â ñîîòâåòñòâèè ñ òåõíîëîãè÷åñêîé èíñòðóêöèåé. Äëÿ âûñîêîóãëåðîäèñòûõ è èíñòðóìåíòàëüíûõ ñòàëåé äëèòåëüíîå ïðåáûâàíèå ìåòàëëà ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ñâÿçàíî ñ îáðàçîâàíèåì åùå îäíîãî âèäà áðàêà îáåçóãëåðîæèâàíèÿ. Óãëåðîä â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ ñëèòêà, ñîåäèíÿÿñü ñ êèñëîðîäîì, âîäîðîäîì è îêèñüþ óãëåðîäà, íàõîäÿùèìèñÿ â ïðîäóêòàõ ãîðåíèÿ òîïëèâà, óäàëÿåòñÿ èç ìåòàëëà. Ïîñëå ïðîêàòêè òàêîé ìåòàëë äëÿ èíñòðóìåíòà íå áóäåò îáåñïå÷èâàòü ðåæóùèå êà÷åñòâà. Îáåçóãëåðîæèâàíèå ñíèæàåò òâåðäîñòü ìåòàëëà, ñîïðîòèâëåíèå ñæàòèþ, èñòèðàåìîñòü è äðóãèå âàæíûå ýêñïëóàòàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè ìåòàëëà. Áîðîòüñÿ ñ îáåçóãëåðîæèâàíèåì ìîæíî äâóìÿ ñïîñîáàìè. Ïåðâûé ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû óìåíüøèòü â àòìîñôåðå êîëîäöà ñîäåðæàíèå êèñëîðîäà Î2, îêèñè óãëåðîäà ÑÎ è âîäîðîäà Í2, îïðåäåëÿþùèõ ðåàêöèè îáåçóãëåðîæèâàíèÿ. Âòîðîé (âàðâàðñêèé, íî ëåãêî ðåàëèçóåìûé) ñïîñîá, èíîãäà ïðèìåíÿåìûé íà ñòàðûõ çàâîäàõ, çàêëþ÷àåòñÿ â íàâåäåíèè, íàîáîðîò, ñèëüíî îêèñëèòåëüíîé àòìîñôåðû â êîëîäöå ïóòåì äîïîëíèòåëüíîé ïîäà÷è êèñëîðîäà. Ïðè ýòîì ïîâåðõíîñòíûå ñëîè ìåòàëëà îêèñëÿþòñÿ áûñòðåå, ÷åì îáåçóãëåðîæèâàþòñÿ. Ïîñëå óäàëåíèÿ îêàëèíû íà ïðîêàòíîì ñòàíå çäîðîâàÿ ÷àñòü ìåòàëëà îêàçûâàåòñÿ ñ íîðìàëüíûì ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà. Êîíå÷íî, òàêîé ïðèåì ñâÿçàí ñ áîëüøèì îòõîäîì ìåòàëëà â îêàëèíó. Îêàëèíà ýòî òàêæå ñâîåãî ðîäà áðàê, êîòîðûé îïðåäåëÿåò óãàð ìåòàëëà. Ïðè íîðìàëüíîì íàãðåâå ñëèòêîâ óãàð ñîñòàâëÿåò 1 2 % ìàññû ñëèòêà, à ïðè îêèñëèòåëüíîì íàãðåâå îí óâåëè÷èâàåòñÿ äî 45 %. 10.3. Âàëêè áëþìèíãà è ðåæèìû îáæàòèÿ íà áëþìèíãå Êëåòü áëþìèíãà èëè áëþìèíãà-ñëÿáèíãà ñîäåðæèò äâà âàëêà îäèíàêîâîãî äèàìåòðà (îò 850 äî 1500 ìì). Äèàìåòð âàëêîâ òèïîâûõ áëþìèíãîâ è ñëÿáèíãîâ D = 1300 ìì. Îí âñåãäà óêàçûâàåòñÿ â íàçâàíèè ñòàíà (íàïðèìåð, áëþìèíã 1250, áëþìèíã 900) êàê íàèáîëåå ïîëíàÿ õàðàêòåðèñòèêà åãî âîçìîæíîñòåé ïî ïðîèçâîäèòåëüíîñòè, ìîùíîñòè, ñîñòàâó îáîðóäîâàíèÿ, òåõíîëîãèè è ïð. Âàëêè áëþìèíãà èìåþò ó÷àñòîê ãëàäêîé áî÷êè è 25 ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ. Íà ðèñ. 10.7 ïðèâåäåíû âàëêè íåñêîëüêèõ äåéñòâóþùèõ ñòàíîâ. Ãëàäêàÿ áî÷êà âûïîëíåíà ñ íåáîëüøèì âðåçîì â âàëîê (íà 50150 ìì) äëÿ óäîáñòâà ðàáîòû îïåðàòîðà. Îí ëó÷øå âèäèò ýòîò ó÷àñòîê, ìåíüøå îïàñàåòñÿ íàïðàâèòü ñëèòîê ìèìî ãëàäêîé áî÷êè, áûñòðåå ðàáîòàåò. Áîëüøîé âðåç îñëàáëÿåò ñå÷åíèå âàëêà.  ÷. 1 ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ (ñì. ðèñ. 6.3) ïðèâåäåíà êîíñòðóêöèÿ ÿùè÷íîãî êàëèáðà è åãî ýëåìåíòû. Âûïóñê íà áëþìèíãå ñîñòàâëÿåò 1025 %. 230
à)
á)
â)
Ðèñ. 10.7. Êàëèáðîâêè âàëêîâ íåêîòîðûõ áëþìèíãîâ
Ïðè ïðîêàòêå â êàëèáðå øèðèíà ïîëîñû b íå äîëæíà ïðåâûøàòü øèðèíû êàëèáðà ïî äíó b1 è ïî áóðòàì b2 (ñì. íàïðèìåð, ðèñ. 10.7, à äëÿ êàëèáðà II â ïðåäåëàõ 405445 ìì). Ïðè ýòîì áîêîâûå ñòåíêè êàëèáðà âîçäåéñòâóþò íà ïîëîñó, ñîçäàâàÿ ñòåñíÿþùåå âîçäåéñòâèå. Áëàãîäàðÿ ýòîìó: 1) áîëüøå ìåòàëëà óñòðåìëÿåòñÿ â âûòÿæêó, áûñòðåå è ñ ìåíüøèìè ñóììàðíûìè çàòðàòàìè ýíåðãèè ïðîòåêàåò ïðîöåññ ïðîêàòêè äî òðåáóåìîãî ñå÷åíèÿ (â ýòîì ñìûñëå óøèðåíèå âðåäíûé ïðîöåññ); 2) îáðàçóåòñÿ ïîäïîð òå÷åíèþ ìåòàëëà â øèðèíó; çà ñ÷åò ýòîãî â áîëüøåé ñòåïåíè äåôîðìèðóþòñÿ öåíòðàëüíûå ïî âûñîòå ñëîè ñëèòêà, îíè ëó÷øå ïðîðàáàòûâàþòñÿ, äåôîðìàöèÿ ïî âûñîòå áîëåå ðàâíîìåðíà, ÷åì áåç ïîäïîðà; 3) îáåñïå÷èâàþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ñèëû òðåíèÿ ïî ñòåíêàì êàëèáðà, ïðè ýòîì óëó÷øàåòñÿ çàõâàò ìåòàëëà âàëêàìè, âîçìîæíî óâåëè÷åíèå îáæàòèÿ çà îäèí ïðîïóñê ïî ñðàâíåíèþ ñ ãëàäêîé áî÷êîé; 4) óëó÷øàåòñÿ óñòîé÷èâîñòü ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå; ïðè âûñîêèõ è óçêèõ ïîëîñàõ âîçíèêàåò ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè, â ðåçóëüòàòå êîòîðîé ïîëîñà íå îáæèìàåòñÿ, à èñêðèâëÿåòñÿ â âàëêàõ; â êàëèáðàõ ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè ìåíåå âåðîÿòíà, ÷åì íà ãëàäêîé áî÷êå. Âèäíî (ñì. ðèñ. 10.7), ÷òî äíî íåêîòîðûõ êàëèáðîâ èìååò âîãíóòîñòü. Êîãäà ïîëîñà óæå äîñòàòî÷íî ïðîêàòàíà è èç ðàçðÿäà âûñîêèõ ïåðåõîäèò â ðàçðÿä ñðåäíèõ, òî âîãíóòîñòü áîêîâîé ãðàíè ðàñêàòà êîìïåíñèðóåòñÿ óøèðåíèåì öåíòðàëüíûõ ñëîåâ. Êðîìå òîãî, âîãíóòàÿ ôîðìà äíà êàëèáðà ñïîñîáñòâóåò áîëüøåìó ïðîíèêíîâåíèþ äåôîðìàöèè âãëóáü ñå÷åíèÿ.  ïîñëåäíåì êàëèáðå, èç êîòîðîãî âûõîäèò ãîòîâûé áëþì, äíî êàëèáðà âûïîëíÿåòñÿ áåç çàãëóáëåíèÿ, ÷òîáû îáåñïå÷èòü òî÷íûå ðàçìåðû áëþìà. Íåöåëåñîîáðàçíî çàãëóáëåíèå òàêæå íà ãëàäêîé áî÷êå è â ïåðâîì êàëèáðå, êîãäà ïîëîñà åùå âûñîêàÿ. Ïðèìåíÿþòñÿ äâå ñõåìû ðàñïîëîæåíèÿ êàëèáðîâ íà âàëêàõ. Ïåðâàÿ íàçûâàåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîé (ðèñ. 10.8). Ïðîêàòêà íà òàêèõ âàëêàõ îñóùåñòâëÿåòñÿ â ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, ïîêàçàííîé ñòðåëêàìè. Ïîñëå íåñêîëüêèõ ïðîïóñêîâ íà ãëàäêîé áî÷êå îñóùåñòâëÿåòñÿ êàíòîâêà ïîëîñû, ò. å. ñìåíà íàïðàâëåíèÿ îáæàòèÿ. Ïîñëå êàíòîâêè ðàñêàò ïåðåäàåòñÿ â ñëåäóþùèé êàëèáð. Òàêèì îáðàçîì, ìåòàëë ïîñëåäîâàòåëüíî ïåðåäâèãàåòñÿ ïî âñåì êàëèáðàì ñëåâà íàïðàâî â îäíîì íàïðàâëåíèè, ÷òî óäîáíî è óïðîùàåò ïðîöåññ ïðîêàòêè (ñì. ðèñ. 10.7, à, á). Îäíàêî â íàèáîëåå íàãðóæåííûõ ïåðâûõ ïðîïóñêàõ íà ãëàäêîé áî÷êå ëåâûé ïîäøèïíèê âîñïðèíèìàåò áîëüøóþ íàãðóçêó, ÷åì ïðàâûé, ïîýòîìó ïîä-
Ðèñ. 10.8. Ïîñëåäîâàòåëüíîå ðàñïîëîæåíèå êàëèáðîâ 232
Ðèñ. 10.9. Ñèììåòðè÷íîå ðàñïîëîæåíèå êàëèáðîâ
øèïíèêè íåðàâíîìåðíî èçíàøèâàþòñÿ. Êðîìå òîãî, ñ âîäîé, ïîäàâàåìîé íà âàëêè ñòàíà äëÿ èõ îõëàæäåíèÿ è óäàëåíèÿ îêàëèíû, îêàëèíà ïîïàäàåò â ëåâûé ïîäøèïíèê, óñëîæíÿÿ óñëîâèÿ åãî ðàáîòû. ×òîáû óñòðàíèòü ýòè íåäîñòàòêè, ïðèìåíÿåòñÿ ñèììåòðè÷íîå ðàñïîëîæåíèå êàëèáðîâ íà âàëêàõ (ðèñ. 10.9, ñòðåëêàìè ïîêàçàíà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðîêàòêè). Ñ ãëàäêîé áî÷êè ìåòàëë ñíà÷àëà äâèæåòñÿ âëåâî ê ïåðâîìó êàëèáðó, çàòåì èç ïåðâîãî êàëèáðà âïðàâî âî âòîðîé êàëèáð (ñì. ðèñ. 10.7, â). Âèäíî, ÷òî óñëîâèÿ ýêñïëóàòàÐèñ. 10.10. Ñõåìà îáæàòèé öèè ïîäøèïíèêîâ óëó÷øåíû, íî ïðîöåññ ïðîíà áëþìèíãå êàòêè ñòàë ìåíåå óäîáíûì è áîëåå äëèòåëüíûì. Íà êàæäîì çàâîäå âûáèðàþò ñâîé âàðèàíò ðàñïîëîæåíèÿ êàëèáðîâ íà âàëêàõ, íî áîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíûì ñ÷èòàåòñÿ ñèììåòðè÷íûé, îñîáåííî òîãäà, êîãäà íå òðåáóåòñÿ ìàêñèìàëüíîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñòàíà. Ñõåìà ïðîêàòêè íà áëþìèíãå ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 10.10, íà êîòîðîì ïîêàçàíû íàïðàâëåíèÿ îáæàòèÿ è êàíòîâêè ñëèòêà. Ñõåìó ìîæíî çàïèñàòü òàê: 4 4 2 2 1 = 13, ÷òî îòðàæàåò ÷èñëî ïðîïóñêîâ ìåæäó êàíòîâêàìè è îáùåå ÷èñëî ïðîïóñêîâ. Íà áëþìèíãàõ ïðèìåíÿþò ñàìûå ðàçëè÷íûå ñõåìû ïðîêàòêè. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûìè ÿâëÿþòñÿ ñëåäóþùèå: 4 2 2 6 4 2 4
4 4 4 4 4 6 4
1 = 9; 2 1 = 9; 4 1 = 11; 1 = 11; 2 1 = 11; 4 1 = 13; 4 2 1 =15;
2 6 4 2 6 4 2
4 4 4 4 4 4 6
4 2 4 4 2 4 4
2 1 = 13; 1 = 13; 2 1 = 15; 2 2 1 = 2 2 1 = 2 2 1 = 2 2 1 =
15; 17; 17; 17.
Ïðèâåäåííûå ñõåìû ïðîêàòêè ìîæíî ïðàêòè÷åñêè èñïîëüçîâàòü ïðè ðàçðàáîòêå ðåæèìîâ îáæàòèÿ ñëèòêà íà áëþìèíãå. Êàíòîâêè ìåòàëëà îñóùåñòâëÿþò ïðè ñëåäóþùèõ óñëîâèÿõ: ïîñëå ÷åòíîãî (íå êàæäîãî) ïðîïóñêà, òàê êàê ïðîêàò íà ïåðåäíåé ñòîðîíå ñòàíà õîðîøî âèäåí îïåðàòîðó, êîòîðûé â òàêîì ñëó÷àå ìîæåò íåïîñðåäñòâåííî óïðàâëÿòü ïðîöåññîì êàíòîâêè; ïðè ïåðåäà÷å ñëèòêà èç îäíîãî êàëèáðà â äðóãîé; ïðè ýòîì îïåðàöèÿ êàíòîâêè ïî âðåìåíè ñîâìåùàåòñÿ ñ ïîïåðå÷íîé òðàíñïîðòèðîâêîé ñëèòêà èç êàëèáðà â êàëèáð, è îáùåå âðåìÿ ïðîêàòêè ñîêðàùàåòñÿ; îáÿçàòåëüíî ïåðåä ïîñëåäíèì ïðîïóñêîì, ÷òîáû óìåíüøèòü èçíîñ ïîñëåäíåãî êàëèáðà è óâåëè÷èòü ñðîê ñëóæáû âàëêîâ äî ïåðåòî÷êè; êàíòîâêà ïåðåä ýòèì êàëèáðîì ñïîñîáñòâóåò ïîâûøåíèþ òî÷íîñòè ïðîêàòà; ïðè äîñòèæåíèè îòíîøåíèÿ øèðèíû ê âûñîòå ðàñêàòà b/h, áëèçêîãî ê êðèòè÷åñêîìó, ïðè êîòîðîì íàñòóïàåò ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè, âåäóùàÿ ê èñêðèâëåíèþ ñëèòêà; ïðè ïðîêàòêå íà ãëàäêîé áî÷êå ýòî îòíîøåíèå ïðèìåðíî ðàâíî 1,7, â êàëèáðå, ðàáîòàþùåì ñî ñòåñíåíèåì óøèðåíèÿ, ðàâíî 2,0. 233
Èññëåäîâàíèÿ, ïðîâåäåííûå íà êðèâîðîæñêîì áëþìèíãå 1300, ïîêàçàëè, ÷òî äëÿ óìåíüøåíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ òðåùèí íà áëþìàõ ïðè ïðîêàòêå öåëåñîîáðàçíî óìåíüøàòü êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ íà ãëàäêîé áî÷êå è îñóùåñòâëÿòü ïðè ýòîì êàíòîâêó ïîñëå êàæäûõ äâóõ ïðîïóñêîâ. Èç ñõåì ïðîêàòêè âèäíî, ÷òî îáùåå êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ n âñåãäà íå÷åòíîå, òàê êàê ïðîêàòêà çàêàí÷èâàåòñÿ íà çàäíåé ñòîðîíå ñòàíà. Íàïðàâëåíèå ïðîêàòêè â ïîñëåäíåì ïðîïóñêå â ïîñëåäíåì êàëèáðå âñåãäà çàäàíî. Ýòî çíà÷èò, ÷òî îäíà ñòîðîíà ñëèòêà, íàïðèìåð âûñîòà H, ïîëó÷àåò íà îäèí ïðîïóñê áîëüøå, ÷åì øèðèíà B: n +1 n −1 ; nB = . 2 2
nH =
×òîáû âûðàâíÿòü ñðåäíèå îáæàòèÿ ïî îáåèì ñòîðîíàì, ÷àñòî ëèáî ñëèòîê îòëèâàþò íå êâàäðàòíûì (ñ ðàçíèöåé â ðàçìåðàõ H è B ïðèìåðíî 100 ìì), ëèáî ïðîêàòûâàþò áëþì íåêâàäðàòíîãî ñå÷åíèÿ. 10.4. Îñîáåííîñòè ðåæèìà îáæàòèÿ íà ñëÿáèíãå  îòëè÷èå îò áëþìèíãà âàëêè ñëÿáèíãà íå èìåþò êàëèáðîâ, áî÷êà èõ âûïîëíåíà â âèäå ãëàäêîãî öèëèíäðà. Ñòàí ñîäåðæèò äâå ïàðû âàëêîâ: âåðòèêàëüíóþ è ãîðèçîíòàëüíóþ. Âåðòèêàëüíûå âàëêè èìåþò ìåíüøèé äèàìåòð, ÷åì ãîðèçîíòàëüíûå, è ðàñïîëîæåíû, êàê ïðàâèëî, ïåðåä ãîðèçîíòàëüíûìè. Íà ñõåìå ñòàíà èçîáðàæàþò êëåòè â âèäå ñòèëèçîâàííîé ïðîåêöèè âàëêîâ ñâåðõó, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 10.11. Ãîðèçîíòàëüíûå âàëêè ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ñíÿòèÿ ìåòàëëà ïî âûñîòå, à âåðòèêàëüíûå ïî øèðèíå, êàíòîâêè ìåòàëëà ïðè ýòîì íå íóæíû. Ïðîöåññ ïðîêàòêè ïðîõîäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ëèñòîâîé ñëèòîê ïîñòóïàåò íà ñòàí íà ðåáðî, ò. å. â âåðòèêàëüíîì ïîëîæåíèè. Ïåðâûå îáæàòèÿ îñóùåñòâëÿþò òîëüêî ãîðèçîíòàëüíûìè âàëêàìè, óìåíüøàÿ øèðèíó ñëèòêà. Òàêèõ âåðòèêàëüíûõ ïðîïóñêîâ äîëæíî áûòü 13 (ðèñ. 10.12, à). Îíè íåîáõîäèìû äëÿ à) á)
Ðèñ. 10.11. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ âàëêîâ ñëÿáèíãà 234
Ðèñ. 10.12. Ñõåìà ïðîêàòêè ñëèòêà íà ñëÿáèíãå ñ òðåìÿ ðåáðîâûìè è ïÿòüþ ïëàñòîâûìè ïðîïóñêàìè
òîãî, ÷òîáû ðàçðûõëèòü îêàëèíó íà øèðîêèõ ãðàíÿõ ñëèòêà, êîòîðàÿ çàòåì óäàëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ãèäðîñáèâà. Ïîñëå âåðòèêàëüíûõ ïðîïóñêîâ ñëèòîê íàõîäèòñÿ íà çàäíåé ñòîðîíå ñòàíà, çäåñü îí êàíòóåòñÿ íà 90°, è äàëüíåéøàÿ ïðîêàòêà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïëàøìÿ áåç êàíòîâîê (ðèñ. 10.12, á). Ïðè ýòîì çà nã ïðîïóñêîâ ãîðèçîíòàëüíûå âàëêè ôîðìèðóþò âûñîòó, à âåðòèêàëüíûå çà nâ ïðîïóñêîâ øèðèíó ñëÿáà. Âñåãäà nâ ≤ nã . Ïîñêîëüêó ãîðèçîíòàëüíûå è âåðòèêàëüíûå âàëêè ðàñïîëîæåíû áëèçêî, òî íåêîòîðîå âðåìÿ ðàñêàò íàõîäèòñÿ îäíîâðåìåííî â îáåèõ êëåòÿõ. Ïîñëå òðåõ ðåáðîâûõ ïðîïóñêîâ ñëèòîê ïëàøìÿ íà÷èíàåò ïðîêàòûâàòüñÿ â ãîðèçîíòàëüíûõ, à çàòåì ïîñòóïàåò â âåðòèêàëüíûå âàëêè. Òàêîé ïðîïóñê îáîçíà÷àþò Ã-Â.  îáðàòíîì íàïðàâëåíèè ïðîêàòêà áóäåò îñóùåñòâëåíà â ïîðÿäêå Â-Ã. Ïîñëåäíèé ïðîïóñê âñåãäà îñóùåñòâëÿþò â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ ïðè ðàçâåäåííûõ ãîðèçîíòàëüíûõ âàëêàõ, êîòîðûå â ýòî âðåìÿ ãîòîâÿòñÿ ê ïðèåìó ñëåäóþùåãî ñëèòêà. Ýòî ïîçâîëÿåò íå òîëüêî ñýêîíîìèòü âðåìÿ íà ïîäúåì âåðõíåãî âàëêà è ïîâûñèòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà, íî è óëó÷øèòü ôîðìó áîêîâûõ ãðàíåé ãîòîâîãî ñëÿáà (ñì. ðèñ. 10.12, á ñõåìà ðåæèìîâ îáæàòèé ñ ïÿòüþ ïðîïóñêàìè ïëàøìÿ: Ã, Ã-Â, Â-Ã, Ã- è Â. 10.5. Ñêîðîñòíîé ðåæèì äåôîðìàöèè Ïðîêàòêà íà áëþìèíãå è ñëÿáèíãå âåäåòñÿ â ðåâåðñèâíîì ðåæèìå. Äèàãðàììà èçìåíåíèÿ ñêîðîñòè âàëêîâ áëþìèíãà â íåêîòîðîì i-ì ïðîïóñêå ïðèâåäåíà íà ðèñ. 10.13, à. Ñíà÷àëà âàëêè íà÷èíàþò âðàùàòüñÿ â òðåáóåìîì íàïðàâëåíèè ñ óñêîðåíèåì A, îá/ìèí/ñ. Ïðè íåêîòîðîé ñêîðîñòè nçàõ (îá/ìèí) â âàëêè çàäàåòñÿ ñëèòîê, è äàëåå âàëêè â ïðîöåññå äåôîðìàöèè óñêîðÿþòñÿ âìåñòå ñî ñëèòêîì. Çàòåì ïðîêàòêà ïðîäîëæàåòñÿ ïðè ïîñòîÿííîé ñêîðîñòè âàëêîâ nmax.  êîíöå ïðîêàòêè ñêîðîñòü âàëêîâ ñíèæàåòñÿ ñ çàìåäëåíèåì B, îá/ìèí/ñ, è íà ñêîðîñòè nâûá ïðîèñõîäèò âûáðîñ ìåòàëëà èç âàëêîâ. ×åì íèæå ýòà ñêîðîñòü, òåì ìåíüøå ðàññòîÿíèå, íà êîòîðîå îòáðàñûâàåòñÿ ñëèòîê, òåì ìåíüøå âðåìåíè áóäåò çàòðà÷åíî íà åãî òðàíñïîðòèðîâêó äëÿ ïðîêàòêè â ñëåäóþùåì ïðîïóñêå. Ïîñëå ñíèæåíèÿ ñêîðîñòè âàëêîâ áåç ìåòàëëà äî íóëÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîêàòêà â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè ïî òàêîé æå äèàãðàììå. Åñëè ñëèòîê êîðîòêèé, òî äèàãðàììà ñêîðîñòåé ïðåâðàùàåòñÿ â òðåóãîëüíóþ, òàê êàê ó÷àñòîê ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ îòñóòñòâóåò (ðèñ. 10.13, á). Òàêèì îáðàçîì, íà òðàïåöèåâèäíîé äèàãðàììå èìååòñÿ ïÿòü ó÷àñòêîâ, à íà òðåóãîëüíîé ÷åòûðå. Íà ïåðâîì ó÷àñòêå ïðîèñõîäèò ðàçãîí âàëêîâ áåç ìåòàëëà îò 0 äî nçàõ ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ τ1 = nçàõ /A, íà âòîðîì ðàçãîí âàëêîâ ñî ñëèòêîì îò nçàõ äî nmax ñ âðåìåíåì τ2 = (nmax nçàõ)/A, íà òðåòüåì ñòàöèîíàðíàÿ ïðîêàòêà ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ τ3 ïðè ñêîðîñòè nmax. ×åòâåðòûé è ïÿòûé ó÷àñòêè ñîîòâåòñòâóþò îñòàíîâêå äâèãàòåëÿ ñíà÷àëà ñ ìåòàëëîì â âàëêàõ äî ñêîðîñòè nâûá è çàòåì áåç ìåòàëëà äî ñêîðîñòè n = 0 ñ âðåìåíàìè τ4 = (nmax nâûá)/B è τ5 = nâûá /B. Äàëåå âîçìîæíà ïàóçà ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ τ0 îò 0 äî íåñêîëüêèõ ñåêóíä, ïîñëå êîòîðîé îñóùåñòâëÿåòñÿ ðåâåðñ äâèãàòåëÿ äëÿ ñëåäóþùåãî ïðîïóñêà. Ðåâåðñèâíàÿ ïðîêàòêà îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà çàãðóçêó äâèãàòåëÿ. Íàïîìíèì, ÷òî êàæäûé âàëîê áëþìèíãà (è ñëÿáèíãà) ïðèâîäèòñÿ îò èíäèâèäóàëüíîãî äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà ìîùíîñòüþ îò 4000 äî 6000 êÂò ÷åðåç øïèí235
à)
äåëü.  ëèíèè ïðèâîäà îòñóòñòâóþò øåñòåðåííàÿ êëåòü è ðåäóêòîðû, ïîýòîìó ìîìåíò íà âàëêå è âàëó äâèãàòåëÿ ñîâïàäàþò, ïåðåäàòî÷íîå îòíîøåíèå ïðèâîäà ðàâíî åäèíèöå. Íà ïåðâîì ó÷àñòêå ñêîðîñòíîé äèàãðàììû äâèãàòåëü ïðåîäîëåâàåò ìîìåíò Ìõ.õ, èäóùèé íà âðàùåíèå ñòàíà íà õîëîñòîì õîäó, à òàêæå äèíàìè÷åñêèé ìîìåíò Ìäèí íà ïðåîäîëåíèå ñèë èíåðöèè, âîçíèêàþùèõ ïðè ðàçãîíå ïðèâîäà: Ì1 = Ìõ.õ + Ìäèí. Íà âòîðîì ó÷àñòêå Ì2 = Ìõ.õ + Ìïð + Ìòð + Ìäèí. Äîáàâèëèñü ìîìåíòû ïðîêàòêè Ìïð è òðåíèÿ Ìòð. Íà òðåòüåì ó÷àñòêå ñêîðîñòü ïîñòîÿííà, ïîýòîìó Ìäèí = 0 è Ì3 = Ìõ.õ + Ìïð + Ìòð.
á)
Ñîîòâåòñòâåííî íà ÷åòâåðòîì è ïÿòîì ó÷àñòêàõ Ì4 = Ìõ.õ + Ìïð + Ìòð Ìäèí è Ì5 = Ìõ.õ Ìäèí (äèíàìè÷åñêèé ìîìåíò íàïðàâëåí â îáðàòíóþ ñòîðîíó, ïîìîãàÿ âðàùåíèþ äâèãàòåëÿ). Ðèñ. 10.13. Òðàïåöèåâèäíàÿ (à) Èíà÷å äîëæíà âûãëÿäåòü äèàãðàììà ñêîè òðåóãîëüíàÿ (á) äèàãðàììû ðîñòåé ïðè ïðîêàòêå íà ñëÿáèíãå, ïîñêîëüêó ñêîðîñòåé îí ñîäåðæèò äâå ïàðû âàëêîâ. Äëÿ ïðîïóñêà Â-Ã, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 10.14, à, çàõâàò ìåòàëëà îñóùåñòâëÿåòñÿ âåðòèêàëüíûìè âàëêàìè, çàòåì íà âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ ìåòàëë çàõâàòûâàåòñÿ ãîðèçîíòàëüíûìè âàëêàìè. Âûáðîñ ðàñêàòà ïðîèñõîäèò â òîé æå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, ò. å. ñíà÷àëà èç âåðòèêàëüíûõ, à çàòåì èç ãîðèçîíòàëüíûõ âàëêîâ. Ïðîäîëæèòåëüíîñòü è ìîìåíòû ïðîêàòêè íà êàæäîì ó÷àñòêå íåîáõîäèìî ðàññ÷èòûâàòü äëÿ êàæäîãî âàëêà îòäåëüíî. Íà ñëÿáèíãå â ëþáîé ìîìåíò ïðîêàòêè ëèíåéíûå ñêîðîñòè îáåèõ ïàð âàëêîâ äîëæíû áûòü îäèíàêîâûìè, ÷òî ïîääåðæèâàåòñÿ àâòîìàòè÷åñêîé ñèñòåìîé óïðàâëåíèÿ ïðèâîäàìè. Âåðòèêàëüíûå âàëêè ïî äèàìåòðó ìåíüøå ãîðèçîíòàëüíûõ, ïîýòîìó äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ ñîîòíîøåíèå nã D = â. nâ Dã
Ïðè ðàññîãëàñîâàíèè ñêîðîñòåé îäíà ïàðà âàëêîâ âîçäåéñòâóåò ÷åðåç ñëèòîê íà äðóãóþ, ïðèíóäèòåëüíî óñêîðÿÿ èëè çàìåäëÿÿ èõ âðàùåíèå. Ïðè ýòîì â ïàðå âàëêîâ, âðàùàþùèõñÿ áûñòðåå, ÷åì ïîëîæåíî, ìîìåíò ïðîêàòêè ðåçêî âîçðàñ236
à)
á)
Ðèñ. 10.14. Äèàãðàììû ñêîðîñòåé ïðè ïðîêàòêå íà ñëÿáèíãå (ïðîïóñê Â-Ã) (à) è íà áëþìèíãå ïðè ñäâîåííîé ïðîêàòêå (á)
òàåò, à â äðóãîé ïàðå, íàîáîðîò, ðåçêî ïàäàåò. Íåðàâíîìåðíàÿ çàãðóçêà ïðèâîäîâ î÷åíü âðåäíà. Äëÿ ïîâûøåíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè íà âñåõ áëþìèíãàõ è ñëÿáèíãàõ ïðèìåíÿþò òàê íàçûâàåìóþ ñäâîåííóþ ïðîêàòêó.  ïåðâûõ ïðîïóñêàõ ñëèòîê êîðîòêèé è äèàãðàììà ñêîðîñòåé âñåãäà òðåóãîëüíàÿ. Ìîæíî ïðîêàòûâàòü îäèí çà äðóãèì äâà ñëèòêà ñðàçó.  ïîñëåäíèõ ïðîïóñêàõ êàæäûé èç ñëèòêîâ äîêàòûâàåòñÿ ðàçäåëüíî.  ñäâîåííûõ ïðîïóñêàõ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 10.14, á, çàõâàò ïåðâîãî ñëèòêà ïðîèñõîäèò òàê æå, êàê ïðè îäèíî÷íîé ïðîêàòêå, à äëÿ âûáðîñà ïåðâîãî è çàõâàòà âòîðîãî ñëèòêà ñêîðîñòü âàëêîâ ïðèõîäèòñÿ ñíèæàòü. Îäíàêî ñêîðîñòè âûáðîñà ïåðâîãî è çàõâàòà âòîðîãî ñëèòêîâ âñåãäà âûøå, ÷åì ïðè îäèíî÷íîé ïðîêàòêå. Ñîîòâåòñòâåííî, nmax è ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü ïðîêàòêè âòîðîãî ñëèòêà âûøå, ÷åì ïåðâîãî. Çà ñ÷åò ýòîãî, à òàêæå ïðè ñîêðàùåíèè âðåìåíè íåêîòîðûõ âñïîìîãàòåëüíûõ îïåðàöèé è äîñòèãàåòñÿ ïîâûøåíèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè. 10.6. Õàðàêòåð äåôîðìàöèè ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå Íà áëþìèíãå è ñëÿáèíãå ïðåîáëàäàþò âûñîêèå î÷àãè äåôîðìàöèè, äëÿ êîòîðûõ õàðàêòåðíû îòíîøåíèÿ äëèíû î÷àãà äåôîðìàöèè l ê ñðåäíåé òîëùèíå ðàñêàòà hcp â ïðåäåëàõ l /hcp = 0,11,0.  ñâÿçè ñ ýòèì â ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè ñëèòêà äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà ïðîòåêàåò êðàéíå íåðàâíîìåðíî, è ýòîé íåðàâíîìåðíîñòüþ îïðåäåëÿþòñÿ âñå ãëàâíûå ñèëîâûå è äåôîðìàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè ïðîöåññà. Íà âûñîêèõ î÷àãàõ ñèëû òðåíèÿ ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿþò íà õàðàêòåð äåôîðìàöèè. Íà ñðåäíèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè, êîòîðûå âîçìîæíû íà áëþìèíãå è ñëÿáèíãå â ïîñëåäíèõ ïðîïóñêàõ, íàîáîðîò, õàðàêòåð òå÷åíèÿ ìåòàëëà ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ ðàñïðåäåëåíèåì ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå.  ÷. 1 (ñì. ðàçä. 4.2) áûëî ïîêàçàíî, ÷òî íà âûñîêèõ î÷àãàõ íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè ïî âûñîòå ñëèòêà ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ôîðìà ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ðàñêàòà ïðèáëèæàåòñÿ ê ôîðìå äâîéíîé áî÷êè. Ïàññèâíûå öåíòðàëüíûå çîíû, â êîòîðûå íå ïðîíèêàåò àêòèâíàÿ äåôîðìàöèÿ îò äåéñòâèÿ ïðîêàòíûõ âàëêîâ, ïðåïÿòñòâóþò óäëèíåíèþ ìåòàëëà àêòèâíûõ çîí, è â ïîñëåäíèõ âîçðàñòàåò óøèðåíèå. ×åì âûøå î÷àã äåôîðìàöèè (ìåíüøå l /hcp ), òåì áîëüøå óøèðåíèå â àêòèâíûõ 237
çîíàõ. Íà ðèñ. 10.15 (êðèâàÿ 1) ïîêàçàí õàðàêòåð èçìåíåíèÿ ïîêàçàòåëÿ óøèðåíèÿ À â ïðèêîíòàêòíûõ ñëîÿõ ïî ìåðå èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðà l /hcp . Íà î÷åíü âûñîêèõ î÷àãàõ À áëèçêî ê åäèíèöå, à ïî ìåðå ñíèæåíèÿ âûñîòû î÷àãà (äî l /hcp = 1) ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ. Ïðè ïåðåõîäå ê ñðåäíèì î÷àãàì ( l /hcp > 1) âçàèìîäåéñòâèå çîí èñ÷åçàåò, íî çà ñ÷åò ñèë òðåíèÿ, ñòåïåíü ðàçâèòèÿ êîòîðûõ âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷åíèåì l /hcp , óøèðåíèå íà÷èíàåò ðàñòè.  ïàññèâíûõ çîíàõ (êðèâàÿ 2) ñ ðîñòîì ïàðàìåòðà l /hcp óøèðåíèå âñåãäà âîçðàñòàåò, íî ïðè Ðèñ. 10.15. Èçìåíåíèå óøèðåíèÿ çíà÷åíèÿõ l /hcp < 0,2 îíî ïðàêòè÷åñêè ðàâíî â ïðèêîíòàêòíûõ (1) è îñåâûõ íóëþ, è íà ñðåäíèõ î÷àãàõ óøèðåíèå â öåíò(2) çîíàõ íà âûñîêèõ è ñðåäíèõ ðàëüíûõ ñëîÿõ âûøå, ÷åì â ïðèêîíòàêòíûõ. î÷àãàõ äåôîðìàöèè Òàêîé õàðàêòåð äåôîðìàöèè ìåòàëëà î÷åíü íåâûãîäåí íà ñëÿáèíãå. Ïðè ïðîêàòêå â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ î÷àã äåôîðìàöèè î÷åíü âûñîêèé.  ïðèêîíòàêòíûõ çîíàõ ìåòàëë ïðàêòè÷åñêè öåëèêîì óñòðåìëÿåòñÿ â øèðèíó, îáðàçóÿ íà îñíîâíûõ ãðàíÿõ ñëÿáà áîëüøèå íàïëûâû (ðèñ. 10.16, à). Ïðè ïðîêàòêå òàêîãî ðàñêàòà â ãîðèçîíòàëüíûõ âàëêàõ íàïëûâû ðàíüøå îñíîâíîé ìàññû ìåòàëëà êàñàþòñÿ âàëêîâ è âûíóæäåíû òå÷ü â øèðèíó, îáðàçóÿ íàïëûâû íà áîêîâûõ ãðàíÿõ (ðèñ. 10.16, á). Ïðàêòè÷åñêè íà ñëÿáèíãå ñ íàïëûâàìè áîðîòüñÿ íåâîçìîæíî, õîòÿ ïðè ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåæèìàõ îáæàòèÿ èõ ìîæíî óìåíüøèòü. Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü îáæàòèÿ ïðè ïðîêàòêå â ãîðèçîíòàëüíûõ âàëêàõ, óâåëè÷èâàÿ ïàðàìåòð l /hcp .  âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ, íàîáîðîò, îáæàòèÿ äîëæíû áûòü ìàëûìè. Ïðè òàêèõ îáæàòèÿõ âåðòèêàëüíûå âàëêè òîëüêî ñëåãêà îáæèìàþò íàïëûâû, âûðàâíèâàÿ èõ. Îïûò ïðîêàòêè íà ñëÿáèíãå ÊàðÌÊ ïîêàçûâàåò, ÷òî òàêèì ñïîñîáîì óäàåòñÿ óìåíüøèòü âåëè÷èíó íàïëûâîâ íà ñëÿáàõ. Îäíàêî êîíå÷íûé ñëÿá áóäåò âñåãäà íåïðÿìîóãîëüíûì. Ïî äàííûì çàâîäà èì. Èëüè÷à (ã. Ìàðèóïîëü) íà ñëÿáèíãå âûñîòà íàïëûâîâ íà ñëÿáå äîñòèãàåò 18 ìì. Ýòî áîëüøîé íåäîñòàòîê êàòàíûõ ñëÿáîâ ïî ñðàâíåíèþ ñ ëèòûìè. Òàê êàê êàòàíûé ñëÿá äàëåå íàãðåâàåòñÿ â ìåòîäè÷åñêîé ïå÷è ëèñòîâîãî ñòàíà, òî äëÿ ïðîòàëêèâàíèÿ ñàäêè ÷åðåç ïå÷ü ëó÷øå èìåòü ïðÿìóþ áîêîâóþ êðîìêó ñëÿáà (ñì. ðèñ. 10.16, à), ñëåäîâàòåëüíî, çàêàí÷èâàòü ïðîêàòêó íà ñëÿáèíãå ñëåäóåò â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ. à)
á)
Ðèñ. 10.16. Ôîðìà ñëÿáà ïîñëå ïðîêàòêè â âåðòèêàëüíîì (à) è ãîðèçîíòàëüíîì (á) ïðîïóñêàõ 238
Ðàññìàòðèâàÿ â ðàçä. 4.2 ñèëîâóþ êàðòèíó äåôîðìàöèè, ìû ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî íà âûñîêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè ïîâûøàåòñÿ ñ ðîñòîì âûñîòû ïîëîñû (ñ óìåíüøåíèåì ôàêòîðà l /hcp ). Îòíîøåíèå ð ñð Ê = nç ð ñð Ê áàç
õàðàêòåðèçóåò âëèÿíèå ïîäïîðà àêòèâíûõ çîí íà óâåëè÷åíèå äàâëåíèÿ ìåòàëëà íà âàëêè (êàê ñëåäñòâèÿ íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè) è íàçûâàåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ïîäïîðà. Íà âûñîêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè nç = 2 − l /hcp (ôîðìóëà Â.Ñ. Ñìèðíîâà). Íà ñðåäíèõ î÷àãàõ, êîãäà àêòèâíûå çîíû ñìûêàþòñÿ, nç = 1.  áàçèñíûõ óñëîâèÿõ ïðè l /hcp = 1 äàâëåíèå íà âàëêè ðàâíî ïðåäåëó òåêó÷åñòè ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå Ê (ðèñ. 10.17). Íà ñðåäíèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè ïðè ñíèæåíèè âûñîòû î÷àãà äåôîðìàöèè äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè óâåëè÷èâàåòñÿ èç-çà ñèë òðåíèÿ íà êîíòàêòíûõ ïîâåðõíîñòÿõ. Îòíîøåíèå ð ñð Ê = nσ ð ñð Ê áàç
õàðàêòåðèçóåò âëèÿíèå ñèë òðåíèÿ íà äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè.  ðàçä. 4.2 òàêæå îòìå÷åíî, ÷òî ïðè ïðîêàòêå íà áëþìèíãå è ñëÿáèíãå àêòèâíûå çîíû ìåòàëëà, áëàãîäàðÿ äîïîëíèòåëüíîìó ïîäïîðó, ìîãóò íàõîäèòüñÿ â ñîñòîÿíèè òðåõñòîðîííåãî ñæàòèÿ, ÷òî áëàãîïðèÿòíî âëèÿåò íà ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà. Íàîáîðîò, äîïîëíèòåëüíûå ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ â ïàññèâíûõ çîíàõ ñíèæàþò ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà, ïîýòîìó â öåíòðàëüíûõ çîíàõ ðàñêàòà âîçìîæíû òðåùèíû. Ïðè ïðîêàòêå â óñëîâèÿõ ñðåäíèõ î÷àãîâ äåôîðìàöèè ïîÿâèâøèåñÿ ðàíåå òðåùèíû ìîãóò çàâàðèâàòüñÿ. Íî ïðè îêèñëåíèè îíè, íàîáîðîò, ðàñêðûâàþòñÿ è âûõîäÿò íà ïîâåðõíîñòü ðàñêàòà. Òàêèì îáðàçîì, ïðè ïðîêàòêå íà áëþìèíãå è ñëÿáèíãå ñî âñåõ ïîçèöèé âðåäíû ìàëûå îáæàòèÿ, îáåñïå÷èâàþùèå âûñîêèå î÷àãè äåôîðìàöèè. Íåîáõîäèìî äåôîðìè- Ðèñ. 10.17. Èçìåíåíèå êîýôôèöèåíòîâ ðîâàòü ìåòàëë ñ ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûïîäïîðà nç è âëèÿíèÿ òðåíèÿ nσ íà âûñîêèõ è ñðåäíèõ î÷àãàõ ìè îáæàòèÿìè, îñîáåííî â ïåðâûõ ïðîïóñäåôîðìàöèè êàõ, êîãäà âûñîòà ïðîêàòà åùå âåëèêà. 239
10.7. Ôîðìèðîâàíèå òåõíîëîãè÷åñêîé îáðåçè Õàðàêòåð äåôîðìàöèè ìåòàëëà íà áëþìèíãå è ñëÿáèíãå îòðàæàåòñÿ íà ôîðìå ãðàíèö, îòäåëÿþùèõ çäîðîâóþ ÷àñòü ìåòàëëà îò çàãðÿçíåííîé ñî ñòîðîíû ãîëîâíîé è äîííîé ÷àñòåé ñëèòêà. Ýòè ãðàíèöû âñåãäà èñêðèâëåíû è òåì áîëüøå, ÷åì íåðàâíîìåðíåå äåôîðìàöèÿ ïðè ïðîêàòêå. Îò ýòîãî çàâèñèò îáðåçü ïåðåäíåãî è çàäíåãî êîíöîâ ïðè ðàñêðîå ïðîêàòàííîãî ìåòàëëà. Íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè îñîáåííî ñèëüíî âëèÿåò íà êîíôèãóðàöèþ äîííîãî ó÷àñòêà ïðîêàòàííîãî áëþìà, êîòîðûé èìååò ãëóáîêóþ óòÿæèíó ïî öåíòðó ñå÷åíèÿ (ñì. ðèñ. 10.4).  ñâÿçè ñ ýòèì îñîáåííî ýôôåêòèâíî âûðàâíèâàíèå äåôîðìàöèè è óìåíüøåíèå óòÿæèíû ïî äîííîé ÷àñòè ñëèòêà, ÷òî ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî óìåíüøèòü äîííóþ îáðåçü. Íà ðÿäå ÿïîíñêèõ çàâîäîâ èñïîëüçóþò òàê íàçûâàåìóþ îäíîñòîðîííå-ðåâåðñèâíóþ ïðîêàòêó.  ïåðâîì ïðîïóñêå ñëèòîê ïðîêàòûâàþò òîëüêî äî ïîëîâèíû äëèíû, çàòåì ïîäíèìàþò âåðõíèé âàëîê è ïðîïóñêàþò ñëèòîê áåç îáæàòèÿ.  ñëåäóþùåì ïðîïóñêå íåîáæàòàÿ ðàíåå õâîñòîâàÿ ÷àñòü ñëèòêà ïîëó÷àåò äâîéíîå îáæàòèå, îò÷åãî ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ çíà÷åíèå l /hcp (äî çíà÷åíèé áîëüøå 0,8). Î÷àã äåôîðìàöèè ïîïàäàåò â ðàçðÿä ñðåäíèõ, è öåíòðàëüíûå ñëîè ìåòàëëà ïîëó÷àþò áîëüøóþ äåôîðìàöèþ, âûðàâíèâàÿ òîðöåâóþ ïîâåðõíîñòü õâîñòîâîé ÷àñòè ðàñêàòà, è ñòðåìÿòñÿ âìåñòî âîãíóòîé ïîëó÷èòü âûïóêëóþ ôîðìó òîðöà. Ïðè ýòîì âíóòðåííèå äåôåêòû ìåòàëëà áóäóò âûõîäèòü íà òîðåö è óéäóò â îáðåçü ïðè ìèíèìàëüíûõ îòõîäàõ ìåòàëëà. Âûõîä ãîäíîãî óâåëè÷èâàåòñÿ íà 3,5 %. Îñîáåííî ïîëåçåí ýòîò ñïîñîá ïðîêàòêè ïðè èñïîëüçîâàíèè ñëèòêîâ, îòëèòûõ ñèôîííûì ñïîñîáîì â èçëîæíèöû ñ êþìïåëüíûì (âûïóêëûì) äíîì. Âûïóêëîñòü äíà ñëèòêà, âî-ïåðâûõ, ñïîñîáñòâóåò êîíöåíòðàöèè ïðèìåñåé â ýòîé ÷àñòè; âî-âòîðûõ, êîìïåíñèðóåò óòÿæèíó ïðè íåðàâíîìåðíîé äåôîðìàöèè. Êþìïåëüíûå èçëîæíèöû ïðèìåíÿþòñÿ è íà îòå÷åñòâåííûõ çàâîäàõ, òàê êàê ñïîñîáñòâóþò ñîêðàùåíèþ îáðåçè ïðè îáû÷íîé ïðîêàòêå. Íà êîìáèíàòå Êðèâîðîæñòàëü èññëåäîâàí äðóãîé ïóòü ñîêðàùåíèÿ îáðåçè ìåòàëëà. Ïîñëå ïðîêàòêè íà áëþìèíãå òàì îòðåçàþò ãîëîâíóþ è äîííóþ ÷àñòè ìåòàëëà íå ïîëíîñòüþ, à òîëüêî íà 4065 % íîðìû ïî òåõíîëîãè÷åñêîé èíñòðóêöèè. Ïðè ýòîì â ñðåäíåé ÷àñòè ñå÷åíèÿ â ïåðåäíåé è õâîñòîâîé ÷àñòÿõ ðàñêàòà ñîõðàíÿþòñÿ äåôåêòû â âèäå ó÷àñòêîâ óñàäî÷íîé ðàêîâèíû, íåìåòàëëè÷åñêèõ âêëþ÷åíèé è ïð. Ïðè äàëüíåéøåé ïðîêàòêå áëþìà íà íåïðåðûâíîçàãîòîâî÷íîì ñòàíå (ÍÇÑ) l /hcp ïðàêòè÷åñêè âñåãäà áîëüøå åäèíèöû, ñðåäíèå ñëîè ðàñêàòà äåôîðìèðóþòñÿ èíòåíñèâíåå ïîâåðõíîñòíûõ è òîðöû ñòàíîâÿòñÿ âûïóêëûìè, à äåôåêòû âûõîäÿò íà òîðöåâûå ïîâåðõíîñòè. Ïîëíîå óäàëåíèå äåôåêòíûõ ó÷àñòêîâ ñëèòêà ïðîèñõîäèò íà íîæíèöàõ ÍÇÑ. Òàêèì ñïîñîáîì óäàåòñÿ ñîêðàòèòü îáùóþ îáðåçü íà îáîèõ ñòàíàõ íà 1012 % è ïîâûñèòü âûõîä ãîäíîãî ïðîêàòà íà 34 %. Áîëüøîå âëèÿíèå íà õàðàêòåð äåôîðìàöèè ìåòàëëà íà áëþìèíãå îêàçûâàåò ôîðìà ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ñëèòêà. Îíà äîëæíà îáåñïå÷èâàòü íàèëó÷øèé òåïëîîáìåí ìåæäó èçëîæíèöåé è ñëèòêîì ïðè êðèñòàëëèçàöèè è ìåæäó ñëèòêîì è ïå÷íûìè ãàçàìè ïðè íàãðåâå, ÷òî ïîçâîëÿåò èçáåæàòü ïîÿâëåíèÿ ãîðÿ÷èõ òðåùèí â ñëèòêàõ ñïîêîéíîé ñòàëè è ñîòîâûõ ðâàíèí â ñëèòêàõ êèïÿùåé ñòàëè íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ äåôåêòîâ äëÿ ýòèõ ñòàëåé. Êàê ïîêàçàë îïûò ÍÒÌÊ, òà240
êèì óñëîâèÿì óäîâëåòâîðÿþò ñëèòêè ñ âûïóêëîé áîêîâîé ïîâåðõíîñòüþ ñî ñòðåëîé âûïóêëîñòè 710 % øèðèíû ãðàíè. Íà ìíîãèõ çàâîäàõ ïî òîé æå ïðè÷èíå ïðèìåíÿþò ñëèòêè ñ âîëíèñòîé ïîâåðõíîñòüþ ãðàíåé. Ïðè ïðîêàòêå íà áëþìèíãå âûïóêëàÿ èëè âîëíèñòàÿ ôîðìà ãðàíåé ÷àñòè÷íî óìåíüøàåò äâîéíîå áî÷êîîáðàçîâàíèå, ñíèæàåò äîëþ ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé è âåðîÿòíîñòü ðàçðóøåíèÿ, ÷òî ÿâëÿåòñÿ ýôôåêèâíûì ñðåäñòâîì áîðüáû ñ ãîðÿ÷èìè òðåùèíàìè.
Ãëàâà 11 ÐÀÑ×ÅÒ ÐÅÆÈÌΠÎÁÆÀÒÈß 11.1. Ôàêòîðû, îãðàíè÷èâàþùèå îáæàòèÿ Òàê êàê íà áëþìèíãå ñëàáûå îáæàòèÿ âðåäíû, òî ðàññìîòðèì ïîäðîáíî îñíîâíûå ôàêòîðû, îãðàíè÷èâàþùèå îáæàòèÿ. Óãîë çàõâàòà Èç òåîðèè ïðîêàòêè èçâåñòíî, ÷òî â íà÷àëüíûé ìîìåíò çàõâàòà âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî α ≤ µ , ò. å. óãîë çàõâàòà (â ðàäèàíàõ) íå ìîæåò ïðåâûøàòü çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ. Ïðåäåëüíîå îáæàòèå ñâÿçàíî ñ ïðåäåëüíûì óãëîì çàõâàòà α max ôîðìóëîé ∆h max = D (1 − cos α max ) .
Ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå γ ≤ µ , ãäå çíà÷åíèå íåéòðàëüíîãî óãëà γ ïðèìåðíî â äâà ðàçà ìåíüøå óãëà α , ïîýòîìó ñàìîå òðóäíîå ïðè ïðîêàòêå ýòî íà÷àëüíûé ìîìåíò çàõâàòà ìåòàëëà âàëêàìè. Åñëè çàõâàò ïðîèçîøåë, òî â î÷àãå äåôîðìàöèè ïîÿâëÿåòñÿ ïî÷òè äâóêðàòíûé çàïàñ ñèë òðåíèÿ, ò. å. ïðàêòè÷åñêè èìååòñÿ âîçìîæíîñòü óâåëè÷èòü îáæàòèå ïî÷òè â äâà ðàçà. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî èñïîëüçóåòñÿ ïðè ïîñòðîåíèè ðàçíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ïðîêàòêè äëÿ óâåëè÷åíèÿ îáæàòèÿ óæå ïîñëå çàõâàòà. Íà áëþìèíãå, îñîáåííî â ïîñëåäíèõ ïðîïóñêàõ, ìîæíî çàäíèé êîíåö ïîëîñû â ïðîöåññå ïðîêàòêè äîïîëíèòåëüíî ïîäæàòü, åñëè ïðèâîä íàæèìíûõ âèíòîâ äîñòàòî÷íî ìîùíûé.  ñëåäóþùåì ïðîïóñêå ïîëîñà çàäàåòñÿ â âàëêè ýòèì óòîíåííûì êîíöîì, à ïðîêàòêà âñåé îñòàëüíîé ÷àñòè ïîëîñû ïðîèñõîäèò ïðè ïîâûøåííûõ îáæàòèÿõ. Ïðè ýòîì óâåëè÷èâàåòñÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü áëþìèíãà, óëó÷øàåòñÿ ïðîðàáàòûâàåìîñòü ìåòàëëà è ñîêðàùàåòñÿ îáðåçü ìåòàëëà. Âñå ìåðîïðèÿòèÿ, ñïîñîáñòâóþùèå óâåëè÷åíèþ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ µ ïîëåçíû ïðè ïðîêàòêå íà áëþìèíãå. Ïîñëåäíèé ñèëüíî çàâèñèò îò ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè âàëêîâ (è ñëàáî îò ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè ñàìîãî ìåòàëëà). Íà ãëàäêèõ âàëêàõ ïîñëå èõ òîêàðíîé îáðàáîòêè îáû÷íî ïðèíèìàþò α max = 2224°.  ïåðâîì êàëèáðå áëþìèíãà, ïðåäñòàâëÿþùåì ñîáîé ó÷àñòîê ãëàäêîé áî÷êè, ìîæíî çàãðóáèòü ïîâåðõíîñòü âàëêîâ ïóòåì íàâàðêè ñâàðî÷íûì ýëåêòðîäîì áóãðîâ èëè íàðóáêè òîïîðîì âûåìîê. Ïðè ýòîì α max óäàåòñÿ óâåëè÷èòü äî 30°.  ïîñëåäíèõ êàëèáðàõ, êîãäà ôîðìèðóåòñÿ êîíå÷íàÿ ïðîäóêöèÿ (áëþì), ýòîãî, êîíå÷íî, äåëàòü íåëüçÿ. Ïîâåðõíîñòü âàëêîâ ñëÿáèíãà òàêæå íå çàãðóáëÿþò. 241
Ñèëû òðåíèÿ áóäóò òàêæå óâåëè÷èâàòüñÿ, åñëè â ìîìåíò çàõâàòà áîêîâûå ñòåíêè êàëèáðà çàùåìëÿþò ìåòàëë. Íåîáõîäèìî òàê ñòðîèòü êàëèáðû, ÷òîáû èõ øèðèíà ïî äíó áûëà ìåíüøå, à ïî áóðòàì áîëüøå øèðèíû ðàñêàòà. Ïðè ïðîêàòêå â íåñêîëüêî ïðîïóñêîâ â îäíîì êàëèáðå ýòè óñëîâèÿ âî âñåõ ïðîïóñêàõ íå îáåñïå÷èòü: ïåðâûå ïðîïóñêè îáû÷íî ïðîõîäÿò áåç çàùåìëåíèÿ (êàê íà ãëàäêîé áî÷êå), ÷òîáû íå ïðîèçîøëî ïåðåïîëíåíèÿ êàëèáðà â ïîñëåäíèõ ïðîïóñêàõ. Çà ñ÷åò ñòåñíåííîé ïðîêàòêè â êàëèáðàõ α max ìîæåò áûòü óâåëè÷åí äî 2628°. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû ìåòàëëà: ÷åì âûøå òåìïåðàòóðà, òåì àêòèâíåå ïðîòåêàþò ïðîöåññû ñöåïëåíèÿ ìåòàëëà ñ âàëêàìè, òåì âûøå êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Ëèøü ïðè òåìïåðàòóðàõ 500600 °Ñ, êîãäà îáðàçóåòñÿ îêàëèíà, ðàçäåëÿþùàÿ òðóùèåñÿ ïîâåðõíîñòè, êîýôôèöèåíò òðåíèÿ óìåíüøàåòñÿ, íî çàòåì ïðè óâåëè÷åíèè òåìïåðàòóðû âíîâü ïðåîáëàäàþò òåíäåíöèè ñõâàòûâàíèÿ ìåòàëëîâ, è êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ðàñòåò.  òåîðèè ïðîêàòêè ýòà çàâèñèìîñòü áûëà ïðåäñòàâëåíà ãðàôè÷åñêè (ñì. ðèñ. 1.19, à). Äëÿ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè ÷åì âûøå òåìïåðàòóðà, òåì áîëüøå ïðåäåëüíûé óãîë çàõâàòà. Ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ïðè âûñîêîé òåìïåðàòóðå îêàçûâàåò ñêîðîñòü ïðîêàòêè. Ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ êîíòàêò ìåòàëëà ñ âàëêàìè äëèòåëüíåå, ñëåäîâàòåëüíî, ñöåïëåíèå ïðî÷íåå, ÷åì ïðè âûñîêèõ, ïîýòîìó êîýôôèöèåíò òðåíèÿ óìåíüøàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè ïðîêàòêè (ñì. ðèñ. 1.19, á). Ýòî íåæåëàòåëüíî, òàê êàê äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íàäåæíîãî çàõâàòà ïðèõîäèòñÿ ñíèæàòü ñêîðîñòè ïðîêàòêè. Îáû÷íî çàõâàò ïîëîñû îñóùåñòâëÿþò ïðè íèçêèõ ñêîðîñòÿõ â ìîìåíò ðàçãîíà äâèãàòåëÿ. Ïîñëå çàõâàòà ïðîäîëæàåòñÿ ðàçãîí âàëêîâ âìåñòå ñ ïîëîñîé, ÷òî òðåáóåò âûñîêîé êâàëèôèêàöèè îïåðàòîðà è ïðèâîäèò ê ïåðåãðóçêå äâèãàòåëÿ. Âèäèìî, ñóùåñòâóåò íåêîòîðàÿ îïòèìàëüíàÿ ñêîðîñòü çàõâàòà, ïðè êîòîðîé è çàõâàò íàäåæåí, è ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü ïðîêàòêè ïîëîñû äîñòàòî÷íî âåëèêà. Îáû÷íî ñ÷èòàþò îïòèìàëüÐèñ. 11.1. Âîçìîæíàÿ íûìè ñêîðîñòè çàõâàòà íà áëþìèíãå â ïðåäåëàõ äèàãðàììà ñêîðîñòåé íà nçàõ = 1525 îá/ìèí (ñì. ðèñ. 10.13). áëþìèíãå Íà áëþìèíãàõ, ãäå íå òðåáóåòñÿ âûñîêàÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü è äîïóñòèìû ìÿãêèå ðåæèìû ïðîêàòêè, ñêîðîñòíàÿ äèàãðàììà ïðîêàòêè èìååò âèä, ïðåäñòàâëåííûé íà ðèñ. 11.1. Îïåðàòîð ñòàíà ïîäâîäèò ðàñêàò ê âàëêàì íà ïîëçó÷èõ ñêîðîñòÿõ è òîëüêî òîãäà, êîãäà óáåäèòñÿ, ÷òî çàõâàò ïðîèçîøåë, íà÷èíàåò ðàçãîíÿòü âàëêè. Öèêë ïðîêàòêè î÷åíü ðàñòÿíóò. Äëÿ òàêîé ïðîêàòêè íå òðåáóåòñÿ âûñîêîé êâàëèôèêàöèè îïåðàòîðà. Ñèëà ïðîêàòêè Ñèëà ïðîêàòêè Ð íå äîëæíà ïðåâûøàòü íåêîòîðîãî ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ [P ], êîòîðîå íà êàæäîì ñòàíå îïðåäåëÿåòñÿ èëè çàäàåòñÿ, èñõîäÿ èç ïðî÷íîñòè äåòàëåé è ðàáîòîñïîñîáíîñòè ìåõàíèçìîâ ñòàíà. Ýòà õàðàêòåðèñòèêà äîëæíà áûòü çàïèñàíà â ïàñïîðò ñòàíà. Ïðè ðàñ÷åòàõ ðåæèìîâ îáæàòèÿ îíà ñëóæèò âàæíûì îãðàíè÷åíèåì ïðåäåëüíûõ çíà÷åíèé. 242
Ñèëà ïðîêàòêè (â íüþòîíàõ, Í) Ð = ðñðbl, ãäå b ñðåäíÿÿ øèðèíà î÷àãà äåôîðìàöèè: b = 0,5(b0 + b1); l äëèíà î÷àãà:
l = 0,5∆hD . Íà áëþìèíãàõ ñèëó ïðîêàòêè âûðàæàþò â êèëîíüþòîíàõ (êÍ), ðàçäåëèâ íà 1000.  ñòàðîé ñïðàâî÷íîé ëèòåðàòóðå ïðèìåíÿåòñÿ óñòàðåâøàÿ åäèíèöà èçìåðåíèé ñèëû ïðîêàòêè òîííà-ñèëà (òñ). Ñðåäíåå äàâëåíèå íà âàëêè ðñð (Í/ìì2) â îáùåì ñëó÷àå ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå pñð = nσ nç nβ níàò K . Êîýôôèöèåíò, ó÷èòûâàþùèé øèðèíó ïðîêàòà nβ, íà óçêèõ ïîëîñàõ ïðè b0 < h0 ðàññ÷èòûâàþò ïî ôîðìóëå nβ = 1 +
µ b0 . 3 h0
Íà øèðîêèõ ïîëîñàõ, êîãäà ïî ôîðìóëå ïîëó÷àåòñÿ nβ > 1,155, ïðèíèìàþò nβ = 1,155.
Êîýôôèöèåíò níàò , ó÷èòûâàþùèé âëèÿíèå íà äàâëåíèå íàïðÿæåíèé ïåðåäíåãî è çàäíåãî íàòÿæåíèé ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå, íà áëþìèíãå ðàâåí åäèíèöå. Ïðåäåë òåêó÷åñòè ïðè ïðîêàòêå Ê (Í/ìì2) çàâèñèò îò ìàðêè ñòàëè ïðîêàòûâàåìîãî ìåòàëëà, òåìïåðàòóðû Ò, ñòåïåíè ε è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè U.  òåîðèè ÎÌÄ îòìå÷àëîñü, ÷òî ýòèõ ôàêòîðîâ íåäîñòàòî÷íî, ÷òîáû ïîëíîñòüþ îïèñàòü ïðåäåë òåêó÷åñòè ïðè ïðîêàòêå. Îäíàêî â ðàñ÷åò ïðèíèìàþòñÿ òîëüêî òðè óïîìÿíóòûõ ïàðàìåòðà. Ìîæíî ñ÷èòàòü òàêæå, ÷òî ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå íàêëåï, îïðåäåëÿþùèéñÿ ñòåïåíüþ äåôîðìàöèè ε = ∆h/h0 , ïðàêòè÷åñêè ìãíîâåííî ñíèìàåòñÿ áëàãîäàðÿ ïðîöåññàì ðàçóïðî÷íåíèÿ, ïîýòîìó ñòåïåíü äåôîðìàöèè ñëàáî âëèÿåò íà ïðåäåë òåêó÷åñòè Ê. Ñêîðîñòü äåôîðìàöèè, êîòîðóþ ìîæíî âû÷èñëÿòü ïî ôîðìóëå U = C ε/l ,
íàîáîðîò, ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà çíà÷åíèå Ê. Ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü âàëêîâ Ñ (ìì/ñ) âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå C = πDê n/60,.
Äèàìåòð âàëêîâ ïî äíó êàëèáðà Dê (ìì) áåðåòñÿ èç ÷åðòåæà âàëêîâ, à ñðåäíåå ÷èñëî îáîðîòîâ çà ïðîõîä n âûáèðàþò ðàâíûì ïåðâîé ïðåäåëüíîé ñêîðîñòè n1, óêàçàííîé â ïàñïîðòå äâèãàòåëÿ.
Ðèñ. 11.2. Õàðàêòåð çàâèñèìîñòè ïðåäåëà òåêó÷åñòè ïðè ïðîêàòêå îò òåìïåðàòóðû è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè 243
Ãðàôèêè çàâèñèìîñòè K = f(U) äëÿ ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóð è ðàçíûõ ìàðîê ñòàëè íàõîäÿò â ñïðàâî÷íèêàõ, íàïðèìåð, â [7]. Íà ðèñ. 11.2 ïîêàçàí ïðèìåðíûé âèä òàêèõ êðèâûõ. Ñ óâåëè÷åíèåì øèðèíû ïîëîñû ðàñòåò óñèëèå ïðîêàòêè, ñëåäîâàòåëüíî, óìåíüøàåòñÿ îáæàòèå, ïðè êîòîðîì äîñòèãàåòñÿ ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå [P ]. Ìîìåíò íà âàëó äâèãàòåëÿ Íà äèàãðàììå ìîìåíòîâ (ñì. ðèñ. 10.13) âèäíî, ÷òî íàèáîëüøèé ìîìåíò ïðîêàòêè â êàæäîì ïðîïóñêå çàòðà÷èâàåòñÿ íà ðàçãîí ñòàíà ïîñëå çàõâàòà ñëèòêà: Ì2 =Ìõõ + Ìïð + Ìòð + Ìäèí. Ýòîò ìîìåíò íå äîëæåí ïðåâûøàòü çíà÷åíèÿ, ïðè êîòîðîì ïðîèñõîäèò îòêëþ÷åíèå äâèãàòåëÿ îò ñåòè: Ì2 < Ìîòêë. Îòêëþ÷àþùèé ìîìåíò Ìîòêë = kÌí. Íîìèíàëüíûé ìîìåíò Ìí ÿâëÿåòñÿ îñíîâíîé ïàñïîðòíîé õàðàêòåðèñòèêîé äâèãàòåëÿ è âñåãäà èçâåñòåí. Êîýôôèöèåíò ïåðåãðóçêè äâèãàòåëÿ k çàïèñàí â ïàñïîðòå äâèãàòåëÿ è â çàâèñèìîñòè îò èñïîëíåíèÿ îòêëþ÷àþùåé ñèñòåìû èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ k = 2,252,75. Ðàññìîòðèì êàæäóþ èç ñîñòàâëÿþùèõ ìîìåíòà Ì2. Ìîìåíò õîëîñòîãî õîäà ðàñõîäóåòñÿ íà âðàùåíèå äâèãàòåëÿ âõîëîñòóþ, ïîýòîìó îí íå ìîæåò áûòü âû÷èñëåí, à äîëæåí áûòü èçìåðåí. Áëèçêèé ðåçóëüòàò ïîëó÷àåòñÿ, åñëè â ðàñ÷åòàõ ïðèíÿòü Ìõ.õ = 0,05Ìí. Ìîìåíò ïðîêàòêè Ìïð, êàê è îñòàëüíûå ìîìåíòû, íà âàëó äâèãàòåëÿ è íà âàëêå ñîâïàäàåò, òàê êàê íà áëþìèíãå êàæäûé âàëîê ïðèâîäèòñÿ îò ñîáñòâåííîãî äâèãàòåëÿ íàïðÿìóþ ÷åðåç øïèíäåëü. Äëÿ òàêîãî ïðèâîäà îí îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå M ïð = P ψl ,
ãäå ψ êîýôôèöèåíò ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé ñèë íîðìàëüíîãî äàâëåíèÿ íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå. Ýêñïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì óñòàíîâëåíî, ÷òî îí çàâèñèò îò ôàêòîðà l/hñð è íà âûñîêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè åãî ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå ψ = 0,500,58. Ñ ðîñòîì îòíîøåíèÿ l/hñð êîýôôèöèåíò ψ óìåíüøàåòñÿ è íà ëèñòîâûõ ñòàíàõ (l/hñð > 4) ïðèáëèæàåòñÿ ê çíà÷åíèþ ψ = 0,280,30. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî àïïðîêñèìàöèé ýòîé çàâèñèìîñòè, íàïðèìåð: 0, 28
ψ=
l − 0,045 hñð
l − 0,53 hñð
, åñëè l/hñð > 1,
ïðè l/hñð < 1 ψ = 0,58 (ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå). Ïî ôîðìóëå ×åêìàðåâà: ψ = = 0,790,887l/hcp + 0,444(l/h cp) 2. Ìîìåíò òðåíèÿ äëÿ áëþìèíãîâ ñ èíäèâèäóàëüíûì ïðèâîäîì âàëêîâ îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå Mòð = P µ ødø /2, 244
ãäå dø äèàìåòð øåéêè âàëêà, êîòîðûé äîëæåí áûòü âçÿò èç ÷åðòåæà âàëêîâ. Îäíàêî íà áîëüøèíñòâå ñòàíîâ óñòàíîâèëèñü îïòèìàëüíûå ñîîòíîøåíèÿ ðàçìåðîâ øåéêè è íîìèíàëüíîãî äèàìåòðà áî÷êè âàëêà D0: íà áëþìèíãàõ è ñîðòîâûõ ñòàíàõ, èìåþùèõ ïîäøèïíèêè ñêîëüæåíèÿ îòêðûòîãî òèïà, dø = (0,60,65)D0; íà ëèñòîâûõ ñòàíàõ dø = (0,650,75)D0. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ â ïîäøèïíèêàõ µ ø çàâèñèò îò èõ òèïà, è äëÿ ïîäøèïíèêîâ ñêîëüæåíèÿ îòêðûòîãî òèïà (òåêñòîëèòîâûõ), ïðèìåíÿåìûõ íà áëþìèíãå, îí ÷ðåçâû÷àéíî íèçîê: µ ø = 0,0040,006. Äëÿ ñðàâíåíèÿ: íà áðîíçîâûõ ïîäøèïíèêàõ ñêîëüæåíèÿ µ ø = 0,060,10, íà ðîëèêîâûõ ïîäøèïíèêàõ êà÷åíèÿ µ ø = 0,0020,005, íà ïîäøèïíèêàõ æèäêîñòíîãî òðåíèÿ (ïîäøèïíèêàõ ñêîëüæåíèÿ çàêðûòîãî òèïà) µ ø = 0,0010,005. Äèíàìè÷åñêèé ìîìåíò, ïðîÿâëÿþùèéñÿ òîëüêî ïðè ðàçãîíå è çàìåäëåíèè äâèãàòåëÿ, îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå
M äèí =
∑Gi Di 4
2
dù = dt
∑Gi Di 37,5
2
dn , êÍ·ì, dt
ãäå çíàê ∑ îçíà÷àåò ñóììèðîâàíèå ïî âñåì äåòàëÿì, âðàùàþùèìñÿ îò îäíîãî äâèãàòåëÿ (äëÿ áëþìèíãà ýòî âàëîê, øïèíäåëü, ìóôòà, ñîåäèíÿþùàÿ øïèíäåëü ñ âàëîì äâèãàòåëÿ, è ÿêîðü äâèãàòåëÿ), G ìàññà âðàùàþùåéñÿ äåòàëè, ò; D åå äèàìåòð, ì. Ïðîèçâåäåíèå GiDi2 íàçûâàåòñÿ ìàõîâûì ìîìåíòîì, ò·ì2, i-é âðàùàþùåéñÿ äåòàëè; äëÿ ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ ìàõîâûé ìîìåíò GDÿ2 çàïèñàí â ïàñïîðòå äâèãàòåëÿ è ñ÷èòàåòñÿ èçâåñòíûì; ìàõîâûå ìîìåíòû îñòàëüíûõ äåòàëåé íåîáõîäèìî ðàññ÷èòûâàòü, èìåÿ èõ ÷åðòåæè. îá/ìèí Èçìåíåíèå óãëîâîé ñêîðîñòè âðàùåíèÿ âî âðåìåíè dn / dt ( ) ÿâëÿñ åòñÿ òàêæå ïàñïîðòíîé õàðàêòåðèñòèêîé äâèãàòåëÿ, íà ñîâðåìåííûõ áëþìèíãàõ óñêîðåíèå À = 5060, à çàìåäëåíèå  = 6070 îá/ìèí/ñ.  òàáë. 11.1 ïðèâåäåíû ïàñïîðòíûå äàííûå íåêîòîðûõ äâèãàòåëåé, óñòàíîâëåííûõ íà ñóùåñòâóþùèõ îòå÷åñòâåííûõ áëþìèíãàõ è ñëÿáèíãàõ è äðóãèõ êðóïíûõ ðåâåðñèâíûõ ñòàíàõ. Äëÿ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà, ïîçâîëÿþùèõ ïëàâíî ðåãóëèðîâàòü ñêîðîñòü âðàùåíèÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ, íîìèíàëüíûé ìîìåíò Ìí çàâèñèò îò ñêîðîñòè âðàùåíèÿ. Ïðè ðåãóëèðîâàíèè ñêîðîñòè (îáîðîòîâ) îò 0 äî n1 íîìèíàëüíûé ìîìåíò Ìí íå çàâèñèò îò ñêîðîñòè, òàê êàê ðåãóëèðîâàíèå åå îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ òîêà ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ. Ýòî çíà÷åíèå Ìí çàïèñûâàåòñÿ â ïàñïîðò äâèãàòåëÿ. Ïðè äàëüíåéøåì ïîâûøåíèè ñêîðîñòè äî âîçìîæíîãî çíà÷åíèÿ n2 óìåíüøàåòñÿ òîê âîçáóæäåíèÿ ñòàòîðà äâèãàòåëÿ, è ýòî âûçûâàåò ñíèæåíèå íîìèíàëüíîãî ìîìåíòà. Íà ðèñ. 11.3 ïðåäñòàâëåíà îïèñûâàåìàÿ çàâèñèìîñòü. Ïðè ñêîðîñòè äâèãàòåëÿ n < n1 Ìí = const â äèàïàçîíå ñêîðîñòåé n1 < n < n2 ìîìåíò Ìí óìåíüøàåòñÿ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî ñêîðîñòè: Ìí =
n Ì íï . n1
245
Òàáëèöà 11.1 Òåõíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà íåêîòîðûõ êðóïíûõ ðåâåðñèâíûõ ïðîêàòíûõ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà
Òèï äâèãàòåëÿ ÌÏ20-4000 ÏÁÊ250/145 ÌÏ6250-50 ÏÁÊ380/125 ÏÁÊ285/120 ÌÏ24-7000-50 ÌÏ20-5000 ÌÏ6250-50 ÏÁÊ380/125 ÏÁÊ250/145 ÌÏ6200-80 ÌÏ5000-110 ÌÏ7000-50 ÑÌ840/75 ÌÏ12000-65 ÌÏ10000-60 ÌÏ5000-50 Ï24/160-6,8 ÌÏ5350-70 ÏÊ24-160-9Ê ÌÏ4-500-50 ÌÏ7900-70 ÌÏ7600-70 ÄÏÏ310/150-18 ÌÏ9250-60 ÌÏ6250-60 ÌÏ7300-70 ÌÏ11000-65 ÏÁÊ380/125 ÌÏ2500-125 ÌÏ2500-80 ÌÏ2950-25 ÌÏ3000-100 ÏÁÊ285/95 ÌÏ22-4000 ÌÏ3100-75 ÌÏ2500-80 ÌÏ2500-125 ÌÏ16-3500 ÌÏ12-2500 ÌÏ300-100 246
Íîìèíàëüíàÿ Ñêîðîñòü, Íîìèíàëüîá/ìèí íûé ìîìåíò ìîùíîñòü Ní, n1 n2 Ìí, êÍ·ì êÂò 2940 4560 5500 7400 4100 5150 3670 5500 7400 4600 4560 3680 5150 5450 8825 7360 3680 6800 5350 7250 3310 5805 5585 4600 6800 5510 5365 6765 7350 1840 1840 2170 2200 2940 2050 2280 1840 1840 2575 1840 2205
60 70 60 60 70 50 50 60 60 70 80 110 50 70 65 60 50 60 70 65 50 70 70 50 60 60 70 60 60 125 80 25 100 60 60 75 80 125 70 100 100
120 120 120 90 120 120 120 120 90 120 160 220 120 120 90 90 100 90 120 90 100 120 120 100 90 120 120 90 90 250 160 60 200 120 120 150 160 225 120 275 200
476 634 895 1200 570 1000 716 900 1200 640 556 325 1000 770 1323 1200 720 1100 745 1090 640 800 780 900 1100 805 745 1100 1200 144 275 845 214 480 455 296 225 143 358 180 214
Ìàõoâûé ìîìåíò
Êîýôôèöèåíò ïåðåãðóçêè k
GDÿ2, ò⋅ì2
2,50 2,75 2,75 3,00 2,75 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,45 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,75 2,75 2,75 2,75 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50
220 135 270 455 200 385 253 275 465 135 260 160 385 310 450 455 250 300 172 300 145 230 230 275 300 275 170 300 455 44 60 270 33 144 360 165 62 44 81,5 28,8 21
Íà ïåðâîì ó÷àñòêå êðèâîé ìîùíîñòü äâèãàòåëÿ N = Ìíïn. Îíà íàðàñòàåò ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ îáîðîòîâ, à íà âòîðîì îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé è ðàâíîé íîìèíàëüíîé:
Ní =
M íï n1 M í n = , êÂò. 975 975
Ïðè âûáîðå ìàêñèìàëüíîé ñêîðîñòè ïðîêàòêè íà áëþìèíãå ïmax (ñì. ðèñ. 10.13), ñ îäíîé ñòîðîíû, íåîáõîäèìî ñòðåìèòüñÿ ê ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûì çíà÷åíèÿì (íàïðèìåð, 0,95n2), íî, ñ äðóãîé ñòîðîíû, âûñîêèå ñêîðîñòè, ïðèáëèæàþùèåñÿ ê n2, îïàñíû ïî óñëîâèþ îòêëþ÷åíèÿ äâèãàòåëÿ ïðè ïðîêàòêå. Ðèñ. 11.3. Çàâèñèìîñòü Âèäèìî, ñóùåñòâóþò íåêîòîðûå îïòèìàëüíûå íîìèíàëüíîãî ìîìåíòà äâèãàòåëÿ çíà÷åíèÿ ñêîðîñòè ïmax è Ìí, ïðè êîòîðûõ ïðîîò ñêîðîñòè âðàùåíèÿ èçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà áóäåò ìàêñèìàëüíîé. Ïðåäëàãàåòñÿ ñëåäóþùèé àëãîðèòì èõ íàõîæäåíèÿ. Ïðè òðàïåöèåâèäíîé ñêîðîñòíîé äèàãðàììå â i-ì ïðîïóñêå äëèíà ðàñêàòà Li ðàñêëàäûâàåòñÿ íà òðè ó÷àñòêà ñ âðåìåíàìè τ2 , τ3 è τ4 : Li = V 2 τ2 + V3 τ3 + V 4 τ4 .
Ñðåäíèå ñêîðîñòè íà ïåðâîì è ïîñëåäíåì ó÷àñòêàõ, ñîîòâåòñòâåííî,
V2 = ðD (nmax + nçàõ ) / 60 è V4 = ðD (nâûá + nmax ) / 60 . Îòñþäà Li =
2 2 2 n 2 − nâûá − nçàõ ðD nmax + nmax ô3 + max 60 2À 2B
.
Äîïóñòèì, òðåòèé ó÷àñòîê äèàãðàììû îòñóòñòâóåò, ìû èìååì òðåóãîëüíóþ äèàãðàììó ñêîðîñòåé, áîëåå ïðîèçâîäèòåëüíóþ, ÷åì òðàïåöèåâèäíàÿ. Òîãäà τ3 = 0 , è èç ïîñëåäíåãî óðàâíåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ åäèíñòâåííîå íåèçâåñòíîå ñêîðîñòü nmax. Åñëè nmax ìåíüøå ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ 0,95n2, òî âûãîäíî ïðîêàòêó ïðîèçâîäèòü ïî òðåóãîëüíîé äèàãðàììå. Åñëè ïðè ýòîé ñêîðîñòè ïðîâåðêà ïî îòêëþ÷àþùåìó ìîìåíòó ïðîõîäèò, òî âûáðàííàÿ ñêîðîñòü äîïóñòèìà. Åñëè nmax ïî ðàñ÷åòó áîëüøå çíà÷åíèÿ n2 = 0,95n2 èëè íåäîïóñòèìà ïî îòêëþ÷àþùåìó ìîìåíòó, òî ñíèæàåì åå, ò. å. çàäàåì íîâîå çíà÷åíèå. Äèàãðàììà ñêîðîñòåé ñòàíîâèòñÿ òðàïåöèåâèäíîé. Ïðè çàäàííîì nmax âû÷èñëÿåì τ3 . Åñëè ïðè îáîèõ òèïàõ äèàãðàìì ïðè ïîëó÷åííîì nmax îòêëþ÷àþùèé ìîìåíò ïðåâûøåí, òî ìîæíî ïîïûòàòüñÿ ïðîéòè ýòî îãðàíè÷åíèå çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ nmax. Åñëè ñíèæåíèå ñêîðîñòè âïëîòü äî çíà÷åíèÿ n1 íå ïðèâîäèò ê ðåçóëüòàòó, òî ñëåäóåò óìåíüøàòü îáæàòèå. Ýòîò àëãîðèòì ëåãêî ðåàëèçóåòñÿ íà ÝÂÌ, õîòÿ íåñëîæåí è äëÿ ðó÷íûõ ðàñ÷åòîâ. Çàìåòèì òàêæå, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì øèðèíû ïîëîñû ìîìåíò íà âàëó äâèãàòåëÿ ðàñòåò è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðåäåëüíîå îáæàòèå, îãðàíè÷åííîå îòêëþ÷àþùèì ìîìåíòîì, ñíèæàåòñÿ. 247
Ïåðåãðåâ äâèãàòåëÿ Ïåðåãðåâ äâèãàòåëÿ îïðåäåëÿåòñÿ ñðåäíåé ñèëîé òîêà, ïðîòåêàþùåãî ïî îáìîòêàì ÿêîðÿ. Òîê ÿêîðÿ ïðîïîðöèîíàëåí ìîìåíòàì, äåéñòâóþùèì íà êàæäîì èç ïÿòè ó÷àñòêîâ ñêîðîñòíîé äèàãðàììû, è ñðåäíèé òîê ïðîïîðöèîíàëåí ñðåäíåìó (ýêâèâàëåíòíîìó) ìîìåíòó, êîòîðûé äëÿ i-ãî ïðîïóñêà îïðåäåëÿåòñÿ êàê ñðåäíåêâàäðàòè÷íûé: M ýêâ i =
2 2 2 2 2 (M1 τ1 + M 2 τ2 + M 3 τ3 + M 4 τ4 + M 5 τ5 )i . (τ0 + τ1 + τ2 + τ3 + τ4 + τ5 )i
 i-ì ïðîïóñêå äâèãàòåëü íå ïåðåãðåâàåòñÿ, åñëè Ìýêâ i < Ìí. Åñëè äâèãàòåëü â ðàññ÷èòûâàåìîì ïðîïóñêå ïåðåãðåâàåòñÿ, òî íåîáÿçàòåëüíî ñíèæàòü îáæàòèå. Ïåðåãðåâ â îäíîì ïðîïóñêå åùå íåîïàñåí, åñëè çà âñå n ïðîïóñêîâ äâèãàòåëü íå ïåðåãðåâàåòñÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, ñëåäóåò ðàññ÷èòàòü îáùèé ýêâèâàëåíòíûé ìîìåíò çà âåñü öèêë ïðîêàòêè ñëèòêà:
M ýêâ =
∑ (M i
2 1
2
2
2
2
τ1 + M 2 τ 2 + M 3 τ 3 + M 4 τ 4 + M 5 τ 5 ) i
∑
( τ 0 + τ1 + τ 2 + τ 3 + τ 4 + τ 5 ) i
.
i
Åñëè çà n ïðîïóñêîâ ýêâèâàëåíòíûé ìîìåíò ïðåâûøàåò íîìèíàëüíûé, òî òîëüêî òîãäà ñëåäóåò ïðèçíàòü âåñü ðåæèì îáæàòèé íåóäà÷íûì. Ïðåäñòîèò ïåðåñ÷èòàòü âñå ñ íà÷àëà. Ðàññìîòðèì âñå îãðàíè÷åíèÿ îáæàòèé íà ðèñ. 11.4 â çàâèñèìîñòè îò øèðèíû ïîëîñû Â. Ïðåäåëüíîå îáæàòèå ïî óãëó çàõâàòà íå çàâèñèò îò øèðèíû ïîëîñû, à ïî ïðåäåëüíîé ñèëå è îòêëþ÷àþùåìó ìîìåíòó ñíèÐèñ. 11.4. Çàâèñèìîñòü ïðåäåëüíîãî æàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì øèðèíû. Èç äèàãðàìîáæàòèÿ îò øèðèíû ðàñêàòà ìû ñëåäóåò, ÷òî ìàêñèìàëüíîå îáæàòèå óçêèõ ïîëîñ äî øèðèíû Â1 îïðåäåëÿåòñÿ ïðåäåëüíûì óãëîì çàõâàòà, íà ïîëîñàõ øèðèíîé äî Â2 ëèìèòèðóþùèì ôàêòîðîì áóäåò ïðåäåëüíàÿ ñèëà ïðîêàòêè, à íà áîëåå øèðîêèõ îòêëþ÷àþùèé ìîìåíò (íà íåêîòîðûõ äâèãàòåëÿõ îãðàíè÷åíèÿ ïî [P] è Ìîòêë ìåíÿþòñÿ ìåñòàìè).  çàøòðèõîâàííîé îáëàñòè (ñì. ðèñ. 11.4) íàõîäÿòñÿ äîïóñòèìûå îáæàòèÿ çà îäèí ïðîïóñê. Íà äèàãðàììå íå ïîêàçàíî îãðàíè÷åíèå ïî ïåðåãðåâó äâèãàòåëÿ, ïîñêîëüêó îíî ïðèìåíÿåòñÿ íå äëÿ îäíîãî, à äëÿ âñåõ ïðîïóñêîâ. 11.2. Ðàñ÷åò ðåæèìîâ îáæàòèÿ íà áëþìèíãå êàê îïòèìèçàöèîííàÿ çàäà÷à Ðàñ÷åò ðåæèìîâ îáæàòèÿ íà ëþáîì ñòàíå ýòî ïðîöåññ îïòèìèçàöèîííûé, ò. å. îñóùåñòâëÿåòñÿ êàê çàäà÷à íà ïîëó÷åíèå ìèíèìóìà èëè ìàêñèìóìà 248
(ýêñòðåìóìà) êàêîãî-íèáóäü òåõíîëîãè÷åñêîãî èëè òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêîãî êðèòåðèÿ ïðîêàòêè.  îáùåì ñëó÷àå çàäà÷à îïòèìèçàöèè âêëþ÷àåò â ñåáÿ ÷åòûðå îáÿçàòåëüíûå êîìïîíåíòû: êðèòåðèé îïòèìèçàöèè, çíà÷åíèå êîòîðîãî äîëæíî áûòü ìàêñèìàëüíûì (èëè ìèíèìàëüíûì); ìàòåìàòè÷åñêîå âûðàæåíèå êðèòåðèÿ íàçûâàþò ôóíêöèîíàëîì; îãðàíè÷åíèÿ; ìîäåëü ïðîöåññà; ìåòîä äîñòèæåíèÿ ýêñòðåìóìà (ìåòîä ðåøåíèÿ çàäà÷è).  ðåçóëüòàòå ðåøåíèÿ îïòèìèçàöèîííîé çàäà÷è ïîëó÷àþòñÿ çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ, âàðüèðóåìûõ ïðè ðåøåíèè, ïðè êîòîðûõ êðèòåðèé (ôóíêöèîíàë) äîñòèãàåò ýêñòðåìóìà. Îãðàíè÷åíèÿ ìîãóò áûòü: òåõíîëîãè÷åñêèìè (îáæàòèå ∆h < ∆hmax , ñèëà Ð < [P ] è ò. ä.); êîíñòðóêòèâíûìè (óñêîðåíèå À è çàìåäëåíèå  äâèãàòåëÿ íå äîëæíû ïðåâûøàòü ïàñïîðòíûõ çíà÷åíèé, äèàìåòð ãîëîâêè øïèíäåëÿ íå ìîæåò áûòü áîëüøå äèàìåòðà âàëêîâ, ìàêñèìàëüíûé ïîäúåì âàëêîâ îãðàíè÷åí êîíñòðóêöèåé ñòàíèíû è ïîäóøåê è ò. ä.); íå ñâÿçàííûìè ñî ñòàíîì (èñõîäÿùèìè èç òðåáîâàíèé çàêàç÷èêà èëè ïîñòàâùèêà ñëÿáîâ èëè ïðîäèêòîâàííûìè òðåáîâàíèÿìè ðûíêà è ò. ï.).  ñîâîêóïíîñòè âñå îãðàíè÷åíèÿ ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñèñòåìó íåðàâåíñòâ, îïðåäåëÿþùèõ îáëàñòü, âíóòðè êîòîðîé îòûñêèâàåòñÿ ýêñòðåìóì. Ìîäåëüþ ïðîöåññà íàçûâàåòñÿ ñîâîêóïíîñòü âñåõ ìàòåìàòè÷åñêèõ âûðàæåíèé, êîòîðûå åãî îïèñûâàþò. Äëÿ ðàñ÷åòà ìîäåëüþ áóäóò ñëóæèòü âñå ôîðìóëû, ïî êîòîðûì ðàññ÷èòûâàþòñÿ îáæàòèå, ñèëà ïðîêàòêè, ìîìåíòû, âðåìÿ ïðîêàòêè è îñòàëüíûå ïàðàìåòðû, èñïîëüçóåìûå â çàäà÷å. Ìåòîä ðåøåíèÿ ÿâëÿåòñÿ âàæíåéøèì ýëåìåíòîì îïòèìèçàöèîííîé çàäà÷è. Ïðîñòåéøèì ìåòîäîì ìîæåò ñëóæèòü íåêîòîðàÿ ëîãè÷åñêàÿ ñõåìà, â ñîîòâåòñòâèè ñ êîòîðîé ñíà÷àëà íàõîäÿò ëþáîå ðåøåíèå (â íàøåì ñëó÷àå ëþáîé ðåæèì îáæàòèé), à çàòåì îíî óëó÷øàåòñÿ íà îñíîâå íåêîòîðûõ ëîãè÷åñêèõ ðàññóæäåíèé. Äî äåéñòâèòåëüíî îïòèìàëüíîãî ðåøåíèÿ, îáåñïå÷èâàþùåãî ôàêòè÷åñêèé ìàêñèìóì èëè ìèíèìóì êðèòåðèÿ, êàê ïðàâèëî, íå äîõîäÿò, îãðàíè÷èâàþòñÿ ëó÷øèì èç íåñêîëüêèõ âàðèàíòîâ. Íàèáîëåå ñëîæíûìè ìåòîäàìè ïîèñêà îïòèìóìà ÿâëÿþòñÿ ìàòåìàòè÷åñêèå, òàêèå, êàê ìåòîäû ëèíåéíîé àëãåáðû, ìåòîä íåëèíåéíîãî è äèíàìè÷åñêîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ, ñïåöèàëüíûå ìåòîäû ïîèñêà è ò. ï. Äëÿ ðàñ÷åòà ðåæèìîâ îáæàòèÿ íà áëþìèíãå áûëè ïðèìåíåíû ìåòîäû äèíàìè÷åñêîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ, íî òàêèå çàäà÷è íàñòîëüêî ñëîæíû, ÷òî òðåáóþò ìíîãî ÷àñîâ ðàáîòû ñîâðåìåííûõ ÝÂÌ. Ïðàêòè÷åñêàÿ öåííîñòü òàêèõ ðåøåíèé òåðÿåòñÿ. Îíè ñëóæàò òîëüêî íåêîòîðûìè îðèåíòèðàìè äëÿ áîëåå ïðîñòûõ ìåòîäîâ ðàñ÷åòà. Ê òîìó æå èíæåíåð-òåõíîëîã ìûñëèò íå òàê, êàê ìàòåìàòèê: åìó ÷àñòî ñîâñåì íåîáÿçàòåëåí òî÷íûé ìàêñèìóì êðèòåðèÿ, åãî âïîëíå ìîæåò óñòðîèòü ëó÷øåå èç ðÿäà ðåøåíèé.  ñâÿçè ñ ýòèì øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ ÷åëîâåêî-ìàøèííûå ìåòîäû ðåøåíèÿ îïòèìèçàöèîííûõ çàäà÷, êîãäà â äèàëîãå ñ ÝÂÌ ÷åëîâåê ïåðåáèðàåò äîñòàòî÷íî áîëüøîå êîëè÷åñòâî ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ ðåøåíèÿ è î÷åíü áûñòðî èç íèõ âûáèðàåò åñëè íå îïòèìàëüíîå, òî áëèçêîå ê íåìó. 249
 êà÷åñòâå êðèòåðèåâ îïòèìèçàöèè íà áëþìèíãå ìîãóò âûñòóïàòü: ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà; êà÷åñòâî ìåòàëëà ïîñëå ïðîêàòêè; ðàñõîä ýíåðãèè çà âåñü öèêë ïðîêàòêè ñëèòêà; ðàñõîä ýíåðãèè íà 1 ò ïðîêàòàííîãî ìåòàëëà; ðàâíîìåðíîñòü çàãðóçêè îáîðóäîâàíèÿ; ñåáåñòîèìîñòü èëè ïðèáûëü è ò. ä. Íà ñëÿáèíãå âàæíûì êðèòåðèåì ìîæåò ñëóæèòü âåëè÷èíà íàïëûâîâ íà ãîòîâîì ñëÿáå. Ìîæíî ïîñòðîèòü òàêîé ðåæèì îáæàòèÿ, ïðè êîòîðîì íàïëûâû ìèíèìàëüíû. Âàæíåéøèì èç êðèòåðèåâ äëÿ ìíîãèõ áëþìèíãîâ è ñëÿáèíãîâ ÿâëÿåòñÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà (ò/÷) îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé Ï=
Q 3600 , tö
ãäå Q ìàññà ñëèòêà, ò; tö öèêë ïðîêàòêè ñëèòêà, ñ. Öèêë ïðîêàòêè ñêëàäûâàåòñÿ èç ìàøèííîãî è âñïîìîãàòåëüíîãî âðåìåíè ïî âñåì n ïðîïóñêàì:
tö =
n
∑ (tìàø i
i =1
+ t âñï i ) .
Òàêèì îáðàçîì, ìàòåìàòè÷åñêîé ôîðìîé êðèòåðèÿ ìàêñèìóìà ïðîèçâîäèòåëüíîñòè (ôóíêöèîíàëîì) ìîæåò ñëóæèòü âûðàæåíèå n
∑ (tìàø i
i =1
+ t âñï i ) → min .
Èç ñêîðîñòíûõ äèàãðàìì ïðîêàòêè íà áëþìèíãå (ñì. ðèñ. 10.13) âèäíî, ÷òî çà îäèí ïðîïóñê ìàøèííîå âðåìÿ, ò. å. âðåìÿ, êîãäà ìåòàëë íàõîäèòñÿ â âàëêàõ, t ìàø i = (τ2 + τ3 + τ4 )i .
C ïîçèöèé ìèíèìèçàöèè ìàøèííîãî âðåìåíè âûãîäíî óìåíüøàòü âðåìåíà τ2 è τ4 çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ñêîðîñòåé çàõâàòà è âûáðîñà. Íî ñ òî÷êè çðåíèÿ íàäåæíîñòè çàõâàòà ïåðâóþ ñêîðîñòü ïîëåçíî ñíèæàòü. Òàêæå íåëüçÿ çàâûøàòü ñêîðîñòü âûáðîñà, òàê êàê ðàñêàò äàëåêî îòëåòàåò îò ñòàíà, è íà îáðàòíóþ òðàíñïîðòèðîâêó ïîòðåáóåòñÿ ìíîãî âðåìåíè (ýòî âðåìÿ îòíîñèòñÿ ê âñïîìîãàòåëüíîìó). Òàêèì îáðàçîì, ñêîðîñòè çàõâàòà nçàõ è âûáðîñà nâûá ñëåäóåò îòíåñòè ê ÷èñëó âàðüèðóåìûõ ïàðàìåòðîâ çàäà÷è îïòèìèçàöèè. Î÷åâèäíî òàêæå, ÷òî âðåìÿ τ3 íåîáõîäèìî ñíèæàòü, ýòî âîçìîæíî ïðè óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè nmax. Íî ïîñëåäíÿÿ îãðàíè÷åíà íå òîëüêî ïðåäåëüíûì çíà÷åíèåì n2, íî è íîìèíàëüíûì ìîìåíòîì äâèãàòåëÿ. Ñêîðîñòü nmax îòíîñèòñÿ òàêæå ê ÷èñëó âàðüèðóåìûõ ïàðàìåòðîâ. Âñïîìîãàòåëüíûì íàçûâàåòñÿ âðåìÿ, êîòîðîå òðàòèòñÿ íà âñïîìîãàòåëüíûå îïåðàöèè, ñâÿçàííûå ñ ïðîêàòêîé ïîëîñû. Ðàññìîòðèì âñïîìîãàòåëüíûå îïåðàöèè, êîòîðûå âûïîëíÿþòñÿ â îäíîì i-ì ïðîïóñêå ïðîêàòêè. 1. Óñêîðåíèå è çàìåäëåíèå ñòàíà áåç ìåòàëëà, âêëþ÷àÿ âðåìÿ ïðîñòîÿ äâèãàòåëÿ äî íà÷àëà ñëåäóþùåãî ïðîïóñêà. Èç ñêîðîñòíûõ äèàãðàìì âèäíî, ÷òî ýòî âðåìÿ 250
τ1′ = τ1 + τ5 + τ0 .
Ïîëåçíî óìåíüøàòü åãî çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ ñêîðîñòåé çàõâàòà è âûáðîñà. 2. Îïóñêàíèå (èëè ïîäúåì) âàëêîâ äî íà÷àëà ïðîïóñêà. Äî íà÷àëà i-ãî ïðîïóñêà íåîáõîäèìî ëèáî îïóñòèòü âàëêè íà âåëè÷èíó îáæàòèÿ ∆hi , åñëè îòñóòñòâóåò êàíòîâêà ïîëîñû, çàòðàòèâ íà îïóñêàíèå âðåìÿ τ′2 = (hi −1 − hi ) / Ví.â, ëèáî ïîñëå êàíòîâêè ïîäíÿòü âàëêè, çàòðàòèâ âðåìÿ τ′2 = (bi −1 − hi ) / Ví.â, ãäå Ví.â ñêîðîñòü îïóñêàíèÿ è ïîäúåìà íàæèìíûõ âèíòîâ. 3. Êàíòîâêà ïîëîñû, íà ÷òî çàòðà÷èâàåòñÿ âðåìÿ τ3′ . Åñòåñòâåííî, åñëè â ðàññ÷èòûâàåìîì ïðîïóñêå êàíòîâêà îòñóòñòâóåò, òî τ3′ = 0 . 4. Ïåðåìåùåíèå ðàñêàòà èç êàëèáðà â êàëèáð. Ýòà îïåðàöèÿ òàêæå îñóùåñòâëÿåòñÿ íå â êàæäîì ïðîïóñêå. Îáîçíà÷èì âðåìÿ íà åå îñóùåñòâëåíèå τ′4 . 5. Òðàíñïîðòèðîâêà ïîëîñû ïî ðîëüãàíãó ê âàëêàì ñòàíà ïîñëå ðåâåðñà. Ýòó îïåðàöèþ ìû óæå ðàññìàòðèâàëè è óñòàíîâèëè, ÷òî äëèòåëüíîñòü åå τ5′ óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì ñêîðîñòè âûáðîñà ïîëîñû â ïðåäûäóùåì ïðîïóñêå. Âðåìåíà τ3′ , τ′4 è τ5′ ìîæíî âû÷èñëèòü, åñëè áóäóò èçâåñòíû ñêîðîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè ñîîòâåòñòâóþùèõ ìåõàíèçìîâ ñòàíà. Âñå ïåðå÷èñëåííûå âûøå âñïîìîãàòåëüíûå îïåðàöèè îñóùåñòâëÿþòñÿ îäíîâðåìåííî, ïîýòîìó â i-ì ïðîïóñêå âñïîìîãàòåëüíîå âðåìÿ îïðåäåëÿåòñÿ íàèáîëåå ïðîäîëæèòåëüíîé èç íèõ, è, âèäèìî, ìàêñèìàëüíîå èç ïåðå÷èñëåííûõ âðåìåí íåîáõîäèìî óìåíüøàòü, ÷òîáû óâåëè÷èâàòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà:
τâñï i = max {τ1′ , τ′2 , τ3′ , τ′4 , τ′5 } → min . Âèäíî, ÷òî ïîèñê îïòèìàëüíîãî ðåæèìà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì âàðüèðîâàíèÿ ÷èñëà ïðîïóñêîâ, îáæàòèé, à òàêæå ñêîðîñòåé nçàõ, nâûá è nmax â êàæäîì ïðîïóñêå. Çàäà÷à î÷åíü ñëîæíàÿ äàæå äëÿ ðåøåíèè íà ñîâðåìåííûõ ÝÂÌ. Âàæíû òàêæå äðóãèå êðèòåðèè îïòèìàëüíîñòè. Êà÷åñòâî ïðîêàòà, êàê óñòàíîâëåíî âûøå, â çíà÷èòåëüíîé ìåðå çàâèñèò îò âûñîòû î÷àãà äåôîðìàöèè, ò. å. ïàðàìåòðà l/hñð. Êîãäà l/hñð < 1, î÷àã äåôîðìàöèè âûñîêèé, è â öåíòðàëüíîé çîíå ñëèòêà âîçìîæíû òðåùèíû. Ñ ýòèõ ïîçèöèé ñëåäóåò ïðèçíàòü ëó÷øèì òàêîé ðåæèì îáæàòèÿ, ïðè êîòîðîì ìåòàëë ìåíüøå íàõîäèòñÿ â óñëîâèÿõ âûñîêèõ î÷àãîâ. Ìîæíî ïðåäëîæèòü ìàòåìàòè÷åñêóþ ôîðìó ýòîãî êðèòåðèÿ, íàïðèìåð, â âèäå Ê2 = Ï(l/hñði), ãäå çíàê Ï îçíà÷àåò ïðîèçâåäåíèå ïàðàìåòðîâ l/hñði ïî òåì ïðîïóñêàì, â êîòîðûõ èõ çíà÷åíèÿ ìåíüøå åäèíèöû. Òå ïðîïóñêè, â êîòîðûõ l/hñði > 1, ñëåäóåò íå âêëþ÷àòü â ïðîèçâåäåíèå (ïðèíÿòü â ïðîèçâåäåíèè l/hñði = 1). Ðàñõîä ýíåðãèè äëÿ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà A = UIt, ãäå íàïðÿæåíèå â îáìîòêå ÿêîðÿ U = const. Ñèëà òîêà ÿêîðÿ I ïðîïîðöèîíàëüíà äåéñòâóþùèì ìîìåíòàì. Îáùåå âðåìÿ t ñêëàäûâàåòñÿ èç âðåìåí äåéñòâèÿ êàæäîãî èç ìîìåíòîâ íà äèàãðàììå ìîìåíòîâ. Ìîæíî çàïèñàòü êðèòåðèé ðàñõîäà ýíåðãèè íà ñòàíå çà n ïðîïóñêîâ: 251
Ý=
5
n
∑ ∑ M ij τij . i =1 j =1
Çäåñü íàðÿäó ñî ñ÷åò÷èêîì ÷èñëà ïðîïóñêîâ i ââåäåí ñ÷åò÷èê j ïÿòè ó÷àñòêîâ ñêîðîñòíîé äèàãðàììû. Î÷åâèäíî, ïðè îïòèìàëüíîì ðåæèìå îáæàòèé Ý → min . Âìåñòî ïîñëåäíåãî êðèòåðèÿ ìîæåò áûòü âûáðàí ðàñõîä ýíåðãèè íà îäíó òîííó ïðîêàòà: Ý/Q, ãäå Q âåñ ãîäíîãî ïðîêàòà, ïîëó÷åííîãî èç îäíîãî ñëèòêà (â òîííàõ). Ðàçëè÷èå ìåæäó ýòèìè êðèòåðèÿìè áóäåò ëèøü â òîì ñëó÷àå, êîãäà èìååòñÿ âîçìîæíîñòü âàðüèðîâàòü ðàçâåñ ñëèòêà. Ìîæíî îïðåäåëèòü îïòèìàëüíûé ðàçâåñ ñëèòêà äëÿ äàííîé ñõåìû îáæàòèé èëè âûáðàòü íàèëó÷øåå ñî÷åòàíèå âåñà ñëèòêà è ðåæèìà îáæàòèÿ. Ïî êðèòåðèþ çàãðóçêè îáîðóäîâàíèÿ ðåæèì ïðîêàòêè áóäåò îïòèìàëüíûì, êîãäà ïî ïðîïóñêàì ðàñõîäóåìàÿ ìîùíîñòü ïðèìåðíî îäèíàêîâà èëè áëèçêà ê ðàâíîìåðíîé.  i-ì ïðîïóñêå ðàñõîä ìîùíîñòè ïî âñåì ïÿòè ó÷àñòêàì ñêîðîñòíîé äèàãðàììû âûðàçèòñÿ ñóììîé Si =
5
∑ M ij nijñ , j
ãäå nijc ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ âàëêîâ (îá/ìèí) íà j-ì ó÷àñòêå ñêîðîñòíîé äèàãðàììû. Íåîáõîäèìî âû÷èñëèòü ñðåäíþþ çàãðóçêó ïî n ïðîïóñêàì: S ñð =
1 n ∑ Si . n i =1 n
Ðåæèì ïðîêàòêè áóäåò îïòèìàëüíûì ïðè
∑ (Si i =1
− Scp ) → min . 2
Îñòàëüíûå êðèòåðèè îïòèìèçàöèè ðàññìàòðèâàòü íå áóäåì, ëèøü îòìåòèì, ÷òî äëÿ íèõ òàêæå íåîáõîäèìî íàéòè ìàòåìàòè÷åñêóþ ôîðìó çàïèñè, ýòî èíîãäà ïðåäñòàâëÿåò çíà÷èòåëüíóþ òðóäíîñòü. ×àñòî â çàäà÷å íåëüçÿ îáîéòèñü îäíèì êðèòåðèåì; èíîãäà íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü ìàêñèìóì ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïðè ìàêñèìàëüíîì êà÷åñòâå ìåòàëëà è ìèíèìóìå ðàñõîäà ýíåðãèè. Ïîñêîëüêó ðàçíûå êðèòåðèè, êàê ïðàâèëî, òðåáóþò ðàçíîé ñòðàòåãèè ïðîêàòêè, òî âûïîëíèòü èõ âñå îäíîâðåìåííî íåâîçìîæíî. Íî ìîæíî ñîñòàâèòü èç íèõ íåêèé êîìïëåêñíûé êðèòåðèé, óñòðåìëÿÿ êîòîðûé ê ìàêñèìóìó, ìîæíî ïîëó÷èòü ïðèåìëåìîå ðåøåíèå ïî âñåì êðèòåðèÿì. Êîìïîíîâêà òàêîãî êðèòåðèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ äâóõ îïåðàöèé. Ñíà÷àëà êàæäûé èç êðèòåðèåâ ïðåäñòàâëÿþò â áåçðàçìåðíîì âèäå. Ïðè ýòîì âàæíî, ÷òîáû ïîëó÷åííûå áåçðàçìåðíûå êðèòåðèè Ñ1, Ñ2, ..., Ñm èçìåíÿëèñü îò 0 äî 1 è â îïòèìàëüíîì ðåøåíèè ñòðåìèëèñü ê åäèíèöå. Çàòåì êàæäîìó èç êðèòåðèåâ ïðèäàþò âåñîâîé ìíîæèòåëü α1 , α 2 , ..., α m , ïðè÷åì α1 + α 2 + ... + αm = 1 . Çíà÷åíèå âåñîâîãî ìíîæèòåëÿ íàçíà÷àåòñÿ ñàìèì òåõíîëîãîì, èñõîäÿ èç îïûòà è ïðåäñòàâëåíèÿ î âàæíîñòè òîãî èëè èíîãî êðèòåðèÿ. Îáîáùåííûé êðèòåðèé äîëæåí áûòü óñòðåìëåí ê ìàêñèìóìó:
252
C1α1 + C 2 α 2 + ... + Cm αm → max .
Ïðè äîñòèæåíèè ìàêñèìóìà îáîáùåííûì êðèòåðèåì ðåøåíèå áóäåò îïòèìàëüíûì ïî âñåì êðèòåðèÿì îäíîâðåìåííî, õîòÿ ïî êàæäîìó êðèòåðèþ îòäåëüíî ñóùåñòâóþò ëó÷øèå ðåæèìû. 11.3. Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà áëþìèíãå Ñíà÷àëà ðàññìîòðèì ðó÷íóþ ìåòîäèêó ðàñ÷åòà ðåæèìîâ îáæàòèÿ, îñóùåñòâëÿåìóþ áåç ïðèìåíåíèÿ ÝÂÌ è ñëîæíûõ ìåòîäîâ ïîèñêà ýêñòðåìóìà, íàïðàâëåííóþ íà ïîëó÷åíèå ëþáîãî ðåøåíèÿ, ïðîõîäÿùåãî ïî îãðàíè÷åíèÿì. Ýòó ìåòîäèêó óäîáíî ïðåäñòàâèòü ïî ïóíêòèêàì, ïðîñëåæèâàÿ ëîãèêó è òåõíèêó ðàñ÷åòà. Åñòåñòâåííî, íàì èçâåñòíû âñå ðàçìåðû âàëêîâ, øïèíäåëåé, õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ, à òàêæå ïàðàìåòðû ïðîêàòûâàåìîãî ìåòàëëà: ðàçìåðû ñëèòêà, ðàçìåðû ãîòîâîãî áëþìà, ìàðêà ñòàëè, òåìïåðàòóðà ïðîêàòêè è ïðî÷èå ïàðàìåòðû, èñïîëüçóåìûå ïðè ðàñ÷åòàõ. Èçâåñòíû òàêæå âñå îãðàíè÷åíèÿ è ìîäåëü (ôîðìóëû) ïðîöåññà. 1. Ðàññ÷èòûâàåì ñóììàðíîå îáæàòèå ñëèòêà çà âåñü öèêë ïðîêàòêè. Ïðè èçâåñòíûõ ðàçìåðàõ ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ñëèòêà (ñì. ðèñ. 10.10) H ½ B è ãîòîâîãî áëþìà h ½ b ñóììàðíîå îáæàòèå
∑ ∆h = kb (H
− h) + kb (B − b ).
Çäåñü êîýôôèöèåíò kb õàðàêòåðèçóåò ñðåäíåå óøèðåíèå îäíîé ñòîðîíû ñëèòêà, êîãäà îáæàòèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî äðóãîé. Ìîæíî çàïèñàòü kb = 1 + (∆b/∆h)ñð .
Íà áëþìèíãàõ êîýôôèöèåíò kb â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ïðèíèìàþò ðàâíûì 1,15. Èñòèííîå óøèðåíèå áóäåò óòî÷íåíî ïî õîäó ðàñ÷åòà. Ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ âûñîòû ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû êîýôôèöèåíò kb ðàñòåò, íî ñ óâåëè÷åíèåì øèðèíû îí ñíèæàåòñÿ. Äëÿ ðàñ÷åòîâ íà äðóãèõ ñòàíàõ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðèáëèæåííóþ òàáëèöó çíà÷åíèé êîýôôèöèåíòà kb (òàáë. 11.2). 2. Ðàññ÷èòûâàåì ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå îáæàòèå íà áëþìèíãå. Ïðåäïîëàãàåì âíà÷àëå, ÷òî ïðîêàòûâàåìàÿ ïîëîñà ïî øèðèíå íå ïðåâûøàåò çíà÷åíèÿ Â1 (ñì. ðèñ. 11.4), ïîýòîìó îáæàòèå îãðàíè÷åíî ìàêñèìàëüíûì óãëîì çàõâàòà: ∆hmax = D (1 − cos α max ). Çàäàåì çíà÷åíèå α max â ïðåäåëàõ 2428°. 3. Êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ n, çà êîòîðîå ìîæíî îñóùåñòâèòü çàäàííîå ñóììàðíîå îáæàòèå, îïðåäåëÿåòñÿ íåðàâåíñòâîì n>
∑ ∆h / ∆hmax .
Êàê èçâåñòíî, ÷èñëî ïðîïóñêîâ n íå÷åòíî, è ïî îäíîé ñòîðîíå ñëèòêà (íàïðèìåð, ïî H)
Òàáëèöà 11.2
Çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà kb Òèï ñòàíà Áëþìèíã ÍÇÑ Êðóïíîñîðòíûé Ñðåäíåñîðòíûé Ìåëêîñîðòíûé
Çíà÷åíèå kb 1,15 1,20 1,25 1,30 1,351,45 253
nH = (n + 1) / 2, à ïî äðóãîé ñòîðîíå (ñòîðîíå Â) n = (n 1) / 2. Åñëè, ê ïðèìåðó, ïîëó÷èì ïî ðàñ÷åòó n > 7,3, òî ìîæíî âûáðàòü n = 9 èëè 11, õîòÿ óâåëè÷åíèå ÷èñëà ïðîïóñêîâ âåäåò ê ïîòåðå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñòàíà è ñíèæåíèþ èíòåíñèâíîñòè îáæàòèé. Îäíàêî ïðè ýòîì ìîæíî äîáèòüñÿ áîëåå ðàâíîìåðíîé çàãðóçêè ïðèâîäà, ñíèçèòü îïàñíîñòü ïåðåãðåâà, èíîãäà óìåíüøèòü ñóììàðíûé ðàñõîä ýíåðãèè íà ïðîêàòêó. 4. Ñðåäíåå îáæàòèå ïî ñòîðîíå H
∆hñð H = kb (H − h) / nH , ïî ñòîðîíå Â
∆hñð  = kb (B − b) / nB . 5. Äàëåå íåîáõîäèìî ðàñïðåäåëèòü êàíòîâêè, îïðåäåëèòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðîêàòêè ïî êàæäîé èç ñòîðîí, è íîìåð êàëèáðà íà âàëêàõ äëÿ êàæäîãî ïðîïóñêà. Âîñïîëüçóåìñÿ ñõåìîé êàíòîâîê, ïîêàçàííîé ðàíåå (ñì. ðèñ. 10.10). 6. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ìîæíî ïðåäñòàâèòü ãðàôè÷åñêè. Íà ðèñ. 11.5 ïðèâåäåíû ìàêñèìàëüíîå è ñðåäíåå îáæàòèÿ è ÷èñëî ïðîïóñêîâ äëÿ ñòîðîíû H è Â. ×åì áîëüøå ðàçíèöà ìåæäó ìàêñèìàëüíûì è ñðåäíèì îáæàòèåì, òåì áîëüøå âîçìîæíîñòåé ó òåõíîëîãà äëÿ âàðüèðîâàíèÿ ðåæèìà îáæàòèÿ ïî ïðîïóñêàì. Îí èìååò ïðàâî ïðàêòè÷åñêè ïðîèçâîëüíî íàçíà÷èòü ëþáûå îáæàòèÿ â ïðîïóñêå, ðóêîâîäñòâóÿñü òîëüêî äâóìÿ óñëîâèÿìè: âî-ïåðâûõ, îíî íå äîëæíî ïðåâûøàòü äîïóñòèìîå; âî-âòîðûõ, ñðåäíåå îáæàòèå ïî ïðîïóñêàì äîëæíî ðàâíÿòüñÿ çíà÷åíèþ, íàíåñåííîìó íà ãðàôèê. Ìîæíî íàçíà÷èòü âîçðàñòàþùèé (êðèâàÿ 2) èëè óáûâàþùèé (êðèâàÿ 1) ãðàôèêè îáæàòèÿ ïðè ïðîêàòêå. Ïðåäñòàâëåííûå êðèâûå íå äîëæíû áûòü îáÿçàòåëüíî ïëàâíûìè. Ïðèíöèïèàëüíî âîçìîæíû ðàñïðåäåëåíèÿ îáæàòèé ïî äðóãèì êðèâûì, íàïðèìåð ñ ìèíèìóìîì èëè ìàêñèìóìîì â ñðåäíèõ ïðîïóñêàõ. Ðàññìîòðèì ïîäðîáíî ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè êàæäîãî èç ãðàôèêîâ îáæàòèé. Åñëè ìû ðàñïðåäåëèì îáæàòèÿ ïî âîçðàñòàþùåìó ãðàôèêó 2, òî íåáîëüøèå îáæàòèÿ áóäóò ïðèõîäèòüñÿ íà ïåðâûå ïðîïóñêè, êîãäà âûñîòà ïîëîñà âåëèêà.  ýòèõ ïðîïóñêàõ ôàêòîð l/hñð áóäåò ìàëûì, î÷àã äåôîðìàöèè âûñîêèì, âîçìîæ-
Ðèñ. 11.5. Ðàñïðåäåëåíèå îáæàòèé ïî ïðîïóñêàì ïî ñòîðîíàì H è B 254
íû òðåùèíû â öåíòðàëüíûõ çîíàõ ñëèòêà, ïîÿâÿòñÿ áîëüøèå íàïëûâû, êà÷åñòâî ìåòàëëà áóäåò íåâûñîêèì (åãî, âîçìîæíî, íå óäàñòñÿ èñïðàâèòü â ïîñëåäíèõ ïðîïóñêàõ). Ñ ïîçèöèé êà÷åñòâà ìåòàëëà ãðàôèê îáæàòèé 1 áîëåå óäà÷åí, òàê êàê îáæàòèÿ óìåíüøàþòñÿ ïî ìåðå ñíèæåíèÿ âûñîòû ðàñêàòà, è ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ ïðîïóñêàõ ôàêòîð l/hñð ïðèáëèæàåòñÿ ê åäèíèöå. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü, íàîáîðîò, áóäåò âûøå, åñëè ïðîêàòûâàòü ïî ãðàôèêó 2. Ïðè òàêîì ðåæèìå ïðîêàòêè â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ ïîëîñà êîðîòêàÿ è ïðè íåâûñîêèõ îáæàòèÿõ óäëèíÿåòñÿ ìåäëåííî. Ìàøèííîå âðåìÿ ïðîêàòêè çàâèñèò îò äëèíû ïîëîñû è â ýòèõ ïðîïóñêàõ íåáîëüøîå. Îíî ñòàíåò áîëüøèì ëèøü â íåñêîëüêèõ ïîñëåäíèõ ïðîïóñêàõ. Ïðè ïðîêàòêå ïî ãðàôèêó 1 óæå â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ äëèíà ïîëîñû ñòàíîâèòñÿ áîëüøîé, ìàøèííîå âðåìÿ âåëèêî è ïðè äàëüíåéøåé ïðîêàòêå ñ íåáîëüøèìè îáæàòèÿìè ïîëîñà óæå áóäåò äëèííîé è ìàøèííîå âðåìÿ îñòàíåòñÿ áîëüøèì. Ñóììàðíàÿ äëèíà ïîëîñ ïî âñåì ïðîïóñêàì ïî ãðàôèêó 1 áîëüøå, ÷åì ïî ãðàôèêó 2, ÷òî è îïðåäåëÿåò ðàçëè÷èå ìàøèííûõ âðåìåí. Ïðè ïðîêàòêå ÷àñòî êðèòåðèé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè íåñîâìåñòèì ñ êðèòåðèåì êà÷åñòâà ìåòàëëà, ýòè êðèòåðèè òðåáóþò ïðÿìî ïðîòèâîïîëîæíîé ñòðàòåãèè îáæàòèÿ ìåòàëëà: ëèáî êà÷åñòâî, ëèáî êîëè÷åñòâî. Âïðî÷åì, òàêîå íàáëþäàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè âñåãäà è â äðóãèõ ñëó÷àÿõ. Çàãðóçêà îáîðóäîâàíèÿ ïî ìîùíîñòè áîëåå ðàâíîìåðíà, åñëè â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ îáæàòèÿ ìåíüøå, ÷åì â ïîñëåäíèõ, ò. å. ïðîêàòêà âåäåòñÿ ïî ãðàôèêó 2. Áîëüøèå ìîìåíòû â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ âîçíèêàþò êàê çà ñ÷åò âûñîêîé íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè ìåòàëëà, òàê è áîëüøîé øèðèíû ñëèòêà. Ê êîíöó ïðîêàòêè ýòè ïàðàìåòðû ñíèæàþòñÿ, è îáæàòèå ìîæíî óâåëè÷èòü. Åñëè ñòðåìèòüñÿ ê ìèíèìóìó ðàñõîäà ýíåðãèè íà ïðîêàòêó, òî ðàçëè÷èå â ãðàôèêàõ ïðîêàòêè 1 è 2 íå ñòîëü î÷åâèäíî. Òàê êàê Ý=
n
5
∑ ∑ M ij τij ,
i =1 j =1
òî ïî âîçðàñòàþùåìó ãðàôèêó 2 íèçêèå îáæàòèÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, íåáîëüøèå ìîìåíòû ïðèõîäÿòñÿ íà ïåðâûå ïðîïóñêè, â êîòîðûõ è ìàøèííîå âðåìÿ íåâåëèêî.  ïîñëåäíèõ ïðîïóñêàõ, êîãäà äëèíà ïîëîñû âûðàñòåò, äàæå ïðè áîëüøèõ îáæàòèÿõ ìîìåíòû íå ñòàíóò áîëüøèìè èç-çà íåáîëüøîé øèðèíû ðàñêàòà. Ñóììàðíîå ïî âñåì ïðîïóñêàì ïðîèçâåäåíèå ìîìåíòîâ íà âðåìÿ ïðîêàòêè äàñò íåêîòîðîå çíà÷åíèå Ý2. Åñëè ïðîêàòûâàòü ïî ãðàôèêó 1, òî â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ áóäóò ìàêñèìàëüíûå ìîìåíòû, êîãäà ïîëîñà åùå êîðîòêàÿ è τi íåâåëèêî. Çàòåì â ñëåäóþùèõ ïðîïóñêàõ äëèíà ïîëîñû áóäåò áûñòðî íàðàùèâàòüñÿ, íî ìîìåíò ïðîêàòêè áûñòðî ïàäàòü. Ñóììàðíîå çíà÷åíèå Ý1 íå âñåãäà ìîæåò îêàçàòüñÿ áîëüøå çíà÷åíèÿ Ý2, ïîëó÷åííîãî ïî ãðàôèêó 2 (ñì. ðèñ. 11.5). Ðóêîâîäñòâóÿñü ïðèâåäåííûìè ëîãè÷åñêèìè ðàññóæäåíèÿìè èëè áîëåå ñëîæíûìè ïîäñ÷åòàìè êðèòåðèåâ, òåõíîëîã íàçíà÷àåò îáæàòèÿ ïî ïðîïóñêàì ∆hi . Íåîáõîäèìî ïîä÷åðêíóòü ñëîâî íàçíà÷àåò, ïîòîìó ÷òî äàæå ïðè ïðèìåíåíèè ñëîæíûõ ìàòåìàòè÷åñêèõ ìåòîäîâ ðàñ÷åòà îáæàòèé, êîãäà íà ÝÂÌ âûáèðàþòñÿ îáæàòèÿ ïî ïðîïóñêàì, ðåøåíèå ïðèíèìàåò òåõíîëîã. 7. Ïî îáæàòèÿì ïî ïðîïóñêàì, ìîæíî ïîñòðîèòü òàáëèöó ðåæèìà îáæàòèÿ ïî ïðîïóñêàì (òàáë. 11.3). Ïåðâûå ñòîëáöû îòðàæàþò ðàçìåðû ïðîêàòà ïîñëå
255
Òàáëèöà 11.3 Îáæàòèÿ Íîìåð ïðîïóñêà
Íîìåð êàëèáðà
Íàïðàâëåíèå îáæàòèÿ
Ðàçìåðû ïðîêàòà B½H
∆hi
∆bi
Äëèíà ïîëîñû Li
...
P
M2
τìàø nmax
êàæäîãî ïðîïóñêà. Îñòàëüíûå ñòîëáöû ïîêà íå îáÿçàòåëüíû, òàê êàê îòðàæàþò çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ, ïî êîòîðûì ïðîèçâîäèòñÿ ïðîâåðêà ðåæèìà îáæàòèÿ. Òåïåðü ìîæíî óòî÷íèòü óøèðåíèå ïîëîñû ∆bi , ðàññ÷èòàâ åãî ïî îäíîé èç èçâåñòíûõ ôîðìóë, íàïðèìåð, ïî ôîðìóëå Á.Ï. Áàõòèíîâà ñ ïîïðàâêîé Â.Ñ. Ñìèðíîâà: í
Äb 1,15 Äh b0 , = 0,5Äh ⋅ D − 2ì h0 Äh 2h0
çäåñü µ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ; ν êîýôôèöèåíò Â.Ñ. Ñìèðíîâà: ν = 1 , åñëè b0 < h0; ν = 0 , åñëè b0 > h0. Óøèðåíèå, ðàññ÷èòàííîå ïî ýòîé ôîðìóëå, íå îáÿçàíî áûòü ðàâíûì ñðåäíåìó çíà÷åíèþ, çàëîæåííîìó êîýôôèöèåíòîì kb, ïîýòîìó êîíå÷íîå ñå÷åíèå áëþìà ìîæåò íåìíîãî íå ñîâïàäàòü ñ çàäàííûì b½h. Íåîáõîäèìî ïîäîãíàòü åãî ïîä çàäàííûå ðàçìåðû, íåìíîãî èçìåíèâ îáæàòèÿ â ëþáûõ ïðîïóñêàõ. Òåõíèêó êîððåêòèðîâêè ëó÷øå âñåãî ïðîñëåäèòü íà êîíêðåòíîì ïðèìåðå. 8. Ïîëó÷åííóþ òàáëèöó ïðîêàòêè (ñì. òàáë. 11.3) íåîáõîäèìî ïðîâåðèòü ïî äàâëåíèÿì è ìîìåíòàì ïðîêàòêè.  êàæäîì ïðîïóñêå äîëæíû âûïîëíÿòüñÿ èçâåñòíûå óñëîâèÿ: Pi < [P ] è M2 < Mîòêë. Åñëè â êàêèõ-òî ïðîïóñêàõ îäíî èç ýòèõ óñëîâèé íå âûïîëíÿåòñÿ, íåîáõîäèìî ñíèçèòü îáæàòèå â ýòîì ïðîïóñêå è ïåðåðàñïðåäåëèòü îáæàòèÿ â íåêîòîðûõ îñòàëüíûõ ïðîïóñêàõ. Ðåæèì ïðîêàòêè ïðèíèìàåòñÿ êàê âîçìîæíûé, åñëè ïðèâåäåííûå îãðàíè÷åíèÿ ïðîéäåíû âî âñåõ ïðîïóñêàõ. Ïðè ðó÷íîì ðàñ÷åòå ýòîò ðåæèì ìîæíî ñ÷èòàòü ïðèåìëåìûì. Íà ÝÂÌ ñëåäóåò ðàññ÷èòàòü íåñêîëüêî âàðèàíòîâ, âàðüèðóÿ ÷èñëî ïðîïóñêîâ, îáæàòèé ïî ïðîïóñêàì è ñêîðîñòíûå ïàðàìåòðû, è èç íèõ âûáðàòü ëó÷øèé ïî çàäàííîìó êðèòåðèþ. 11.4. Ïðèìåð ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà áëþìèíãå Ðàññ÷èòàåì ðåæèì îáæàòèÿ íà áëþìèíãå 1300 Êðèâîðîæñêîãî ìåòàëëóð820 × 720 × 2200 áëþ680 × 600 ìà ðàçìåðîì 360 ½ 360 èç ñòàëè ìàðêè Ñò45. Ñëèòîê áåç ãîëîâíîé íàñàäêè èìååò ôîðìó óñå÷åííîé ïèðàìèäû ñ ìàêñèìàëüíûì ñå÷åíèåì Í0 = 820, Â0 = = 720 ìì. (Äëÿ ïðèìåðà âûáðàí áëþìèíã Êðèâîðîæñêîãî êîìáèíàòà ïîòîìó, ÷òî äàííûå ïî ñòàíó è ðåæèìàì îáæàòèÿ óêàçàííîãî ñëèòêà îïóáëèêîâàíû.)
ãè÷åñêîãî êîìáèíàòà ïðè ïðîêàòêå èç ñëèòêà ðàçìåðîì
256
1. Ñóììàðíîå îáæàòèå
∑ ∆h
= 1,15(820 360) + 1,15(720 360) = 943 ìì.
2. Âñå äàííûå ïî áëþìèíãó 1300 áóäóò ââåäåíû ïî õîäó ðàñ÷åòà. Ïî ÷åðòåæó äèàìåòð âàëêà ïî äíó ïåðâîãî êàëèáðà Dê = 1100 ìì. Ìàêñèìàëüíûé óãîë çàõâàòà â ñðåäíåì ïî âñåì ïðîïóñêàì ìîæíî ïðèíèìàòü â ïðåäåëàõ 2428°. Âûáèðàåì α max = 27°. Òîãäà ∆hmax = 1100(1 cos 27°) = 119,9 ìì.
3. Êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ n>
943 > 7,86. 119, 9
Ïðèìåì n = 9 ( ìîæíî 11 èëè 13). Èìååì ïî ñòîðîíàì H è Â: nÍ = 5; n = 4. Ñðåäíèå îáæàòèÿ: ïî ñòîðîíå Í ∆hñð H = 1,15(820 360)/5 = 105,8; ïî ñòîðîíå  ∆hñð B = 1,15(720 360)/4 = 103,5. Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ñðåäíèå îáæàòèÿ ïî îáåèì ñòîðîíàì ïðèìåðíî ðàâíû. Ýòî ïðèçíàê òîãî, ÷òî ðàçìåðû ñëèòêà âûáðàíû ïðàâèëüíî, è ïî îáåèì ñòîðîíàì áóäóò ïðèìåðíî îäèíàêîâûå îáæàòèÿ, ÷òî ïîëåçíî ïðè çàãðóçêå ñòàíà. 4. Ñòðîèì ñõåìó îáæàòèé è êàíòîâêè. Äëÿ ïðèìåðà íà ðèñ. 11.6 ïðèâåäåíû äâå âîçìîæíûå ñõåìû äåôîðìàöèè, ðåàëèçóåì ïåðâóþ èç íèõ, â êîòîðîé îáæàòèÿ íà÷èíàþòñÿ ñ óìåíüøåíèÿ ñòîðîíû Í è êàíòîâêè îñóùåñòâëÿþòñÿ ïîñëå êàæäîãî âòîðîãî ïðîïóñêà (ñõåìà 2 2 2 2 1 = 9). Ïî âòîðîé ñõåìå 2421=9 êàíòîâîê íà îäíó ìåíüøå, íî ïîñëå ïåðâîé êàíòîâêè åñòü Ðèñ. 11.6. Ñõåìà êàíòîâîê îïàñíîñòü ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè ïîëîñû. Çàìåòèì, ÷òî äàæå ïðè ðàñ÷åòå ðåæèìîâ îáæàòèÿ íà ÝÂÌ ñõåìó îáæàòèé ïîëåçíî ñîñòàâëÿòü âðó÷íóþ. 5. Ñòðîèì ãðàôèêè îáæàòèé ïî êàæäîé èç ñòîðîí (ðèñ. 11.7). Äîïóñòèì, êðèòåðèåì îïòèìèçàöèè ÿâëÿåòñÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà, ïîýòîìó âûáåðåì âîçðàñòàþùèå îáæàòèÿ ê êîíöó ïðîêàòêè. Ïî êðèòåðèþ ðàâíîìåðíîñòè çàãðóçêè îáîðóäîâàíèÿ ýòîò ãðàôèê îáæàòèé òàêæå ïðåäïî÷òèòåëüíåå. Ïóñòü îáæàòèÿ ïî ïðîïóñêàì òàêèå: ïî ñòîðîíå Í: 90 100 100 110 115, ñðåäíåå 103; ïî ñòîðîíå Â: 90 100 110 115, ñðåäíåå 103. Ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå íà òî, ÷òî îáæàòèÿ îêðóãëåíû äî 5 ìì, òàê êàê ñ òàêîé òî÷íîñòüþ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîêàòêà íà áëþìèíãå.  ñâÿçè ñ ýòèì âñå 257
Ðèñ. 11.7. Ðàñïðåäåëåíèå îáæàòèé ïî ïðîïóñêàì
ðàñ÷åòû íà áëþìèíãå íåîáõîäèìî îñóùåñòâëÿòü ñ òî÷íîñòüþ äî 1 ìì ñ êîíå÷íûì îêðóãëåíèåì âûñîòû äî 5 ìì è óøèðåíèÿ äî 1 ìì. 6. Ñòðîèì òàáëèöó îáæàòèé, òî÷íåå, çàïîëíÿåì ïîêà ïåðâûå øåñòü ñòîëáöîâ òàáë. 11.4. Ïóñòü íà âàëêàõ ñòàíà íàðåçàíî ÷åòûðå êàëèáðà, òîãäà ïåðâûå ÷åòûðå ïðîïóñêà áóäåì îñóùåñòâëÿòü â ïåðâîì, ñëåäóþùèå äâà âî âòîðîì, î÷åðåäíûå äâà â òðåòüåì è ïîñëåäíèé ïðîïóñê â ÷åòâåðòîì êàëèáðàõ. Âûñîòà ïîëîñû â ïðîïóñêàõ áåç êàíòîâêè (â íàøåì ñëó÷àå âî âñåõ ÷åòíûõ ïðîïóñêàõ) âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå H i = H i −1 − ∆hi ,
óøèðåíèå ∆bi ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå Áàõòèíîâà áåç ïîïðàâêè Â.Ñ. Ñìèðíîâà (ν = 0 ), òàê êàê â ýòèõ ïðîïóñêàõ bi1 ðàâíî èëè áîëüøå hi1. Øèðèíà ïðè ýòîì Bi = Bi −1 + ∆bi .
Âî âñåõ ïðîïóñêàõ ïîñëå êàíòîâêè (ó íàñ âî âñåõ íå÷åòíûõ, âêëþ÷àÿ ïåðâûé) âûñîòà H i = Bi −1 − ∆hi ,
à â ôîðìóëå óøèðåíèÿ ñëåäóåò ïðèíÿòü ïîïðàâêó è ïðèíÿòü ν = 1 , òàê êàê ïîëîñà ïîñëå êàíòîâêè âñåãäà óçêàÿ. Øèðèíà îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå Bi = H i −1 + ∆bi .
Íàïðèìåð, äëÿ ïåðâîãî ïðîïóñêà (ïðè µ = 0,5) Í1 = 820 90 = 730 ìì, ∆b1 =
1,15 ⋅ 90 90 720 0,5 ⋅ 90 ⋅ 1100 − = 7,3. ⋅ 2 820 2 ⋅ 0,5 820
Îêðóãëÿåì äî ëþáîãî áëèæàéøåãî öåëîãî çíà÷åíèÿ, íàïðèìåð 8, è çàíîñèì â òàáë. 11.4. Øèðèíà B1 = 720 + 8 = 728 ìì. Äëÿ âòîðîãî ïðîïóñêà 258
Òàáëèöà 11.4 Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà Íîìåð ïðîïóñêà
Íîìåð êàëèáðà
Ñòîðîíà
Ðàçìåðû ïðîêàòà ͽÂ
∆hi
∆bi
Êîððåêòèðîâêà ðàçìåðîâ ∆h
Í×Â
105
444×571
L
P
M2 τìàø nmax
820×720 1
1
Í
730×728
90
8
2
1
Í
630×738
100
10
3
1
Â
648×638
90
8
4
1
Â
548×649
100
11
5
2
Í
549×558
100
10
6
2
Í
439×571
110
13
×
×
×
×
7
3
Â
461×450
110
11
110
461×455
8
3
Â
346×465
115
15
115
346×470
9
4
Í
350×360
115
14
110
360×360
×
∆b2 =
×
1,15 ⋅ 100 100 = 10,4 . ⋅ 0,5 ⋅ 100 ⋅ 1100 − 2 ⋅ 730 2 ⋅ 0,5
Îêðóãëÿåì äî 10. Ïî ðàñ÷åòàì ïîëó÷èëñÿ áëþì ðàçìåðàìè 350 ½ 360, îòëè÷àþùèéñÿ îò çàäàííîãî, ïîòîìó ÷òî ñðåäíåå ðàñ÷åòíîå óøèðåíèå íå ñîâïàäàåò ñ çàäàííûì: ∆b/∆h = kb − 1 = 0,15. Ïîëó÷åííóþ òàáëèöó ïðîêàòêè íåîáõîäèìî ñêîððåêòèðîâàòü. Âèäíî, ÷òî ïî ñòîðîíå Í ñëÿá ïåðåæàò íà 10 ìì. Ñëåäóåò óìåíüøèòü îáæàòèÿ â îäíîì ïðîïóñêå íà 10 ìì èëè â äâóõ ïî 5 ìì. Óìåíüøèì îáæàòèÿ íà 5 ìì â øåñòîì è äåâÿòîì ïðîïóñêàõ. Óøèðåíèå ïðè ýòîì èçìåíèòñÿ íåçíà÷èòåëüíî, ïîýòîìó åãî ïåðåñ÷èòûâàòü íå áóäåì (õîòÿ ìîæíî), à âûñîòû, íà÷èíàÿ ñ øåñòîãî ïðîïóñêà, íåîáõîäèìî ïåðåñ÷èòàòü. 7.  ïîëó÷åííóþ òàáëèöó (ñì. òàáë. 11.4) íåîáõîäèìî âíåñòè äëèíó ïðîêàòà ïî ïðîïóñêàì Li. Òàê êàê äëèíà ñëèòêà çàäàíà è îáúåì åãî V ìîæíî âû÷èñëèòü, òî èç óñëîâèÿ ïîñòîÿíñòâà îáúåìà âî âñåõ ïðîïóñêàõ îïðåäåëÿåòñÿ äëèíà Li =V/(HiBi). Îäíàêî äëÿ íåñêîëüêèõ ïåðâûõ ïðîïóñêîâ, êîãäà óïëîòíÿþòñÿ ðûõëûå îáúåìû ñëèòêà, ýòà ôîðìóëà íå ïîäõîäèò. Ìîæíî ïðèìåðíî ïðèíÿòü â ýòèõ ïðîïóñêàõ äëèíó ñëèòêà íåèçìåííîé è ðàâíîé èñõîäíîé. Êîãäà èçâåñòåí âåñ ñëèòêà, ëó÷øå èñïîëüçîâàòü óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà âåñà: Q = γH i Bi Li .
Åñëè óäåëüíûé âåñ γ ïðèíÿòü ïîñòîÿííûì âî âñåõ ïðîïóñêàõ (äëÿ ñòàëè γ = 7,8 ò/ì3), òî ïðè ðàñ÷åòå ïî ôîðìóëå äëèíà Li â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ ìîæåò 259
îêàçàòüñÿ ìåíüøå äëèíû ñëèòêà.  ýòèõ ïðîïóñêàõ åå ñëåäóåò ïðèíÿòü ðàâíîé äëèíå ñëèòêà L0. Íàïðèìåð, èçâåñòíî, ÷òî çàäàííûé ñëèòîê âåñèò 8,5 ò. Ïðè ïëîòíîì ñòðîåíèè îí èìåë áû äëèíó ïîñëå ïåðâîãî ïðîïóñêà L1 = 8,5 / (7,8 · 0,730 · 0,728) = 2,05 ì. Ìû îñòàâëÿåì L1 = 2,2 ì. Äàëåå â êàæäîì ïðîïóñêå èëè â íàèáîëåå íàãðóæåííûõ èç íèõ íåîáõîäèìî ðàññ÷èòàòü ñèëó ïðîêàòêè Ði è ìàêñèìàëüíûé ìîìåíò Ì2i è îñóùåñòâèòü îñíîâíûå ïðîâåðêè ïî îãðàíè÷åíèÿì. Äëÿ ïðèìåðà ðàññ÷èòàåì ñèëó ïðîêàòêè â ïåðâîì ïðîïóñêå. Èìååì h0 = 820, b0 = 720, h1 = 730, b1 = 728, ∆h = 90,
l = 0,5 ⋅ 90 ⋅ 1100 = 222,5. Ñòåïåíü äåôîðìàöèè ε = ∆h / h0 = 90/820 = 0,11. Ïàðàìåòð l/hcp = 222,5·2/(820 + 730) = 0,29 < 1. Î÷àã äåôîðìàöèè âûñîêèé, ïîýòîìó nσ = 1 è
nç = 2 − 0,29 = 1, 46 . Êîýôôèöèåíò íàòÿæåíèÿ ïîëîñû níàò = 1. 0,5 720 ⋅ = 1,14 , ÷òî 3 820 ìåíüøå ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ 1,155, ïîýòîìó ïðèíèìàåì ðàñ÷åòíîå çíà÷åíèå.
Êîýôôèöèåíò, ó÷èòûâàþùèé øèðèíó ïîëîñû, nb =
Ñêîðîñòü äåôîðìàöèè u =
ðDn1å ð ⋅ 1100 ⋅ 60 ⋅ 0,11 = = 1,7 ñ1. 60l 60 ⋅ 222,5
Òåìïåðàòóðà íàãðåâà ñëèòêà ïîä ïðîêàòêó äëÿ ñòàëè 45, ñîãëàñíî äèàãðàììå FeC, ìîæåò ëåæàòü â ïðåäåëàõ 12501300 °Ñ. Òåìïåðàòóðà ïðîêàòêè áóäåò íà 50100 °Ñ íèæå.  ïðîöåññå ïðîêàòêè òåïëî, âûäåëÿåìîå çà ñ÷åò ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè, ïðèìåðíî êîìïåíñèðóåò ïîòåðè òåïëà çà ñ÷åò îñòûâàíèÿ ñëèòêà, ïîýòîìó îáû÷íî â ðàñ÷åòàõ íà áëþìèíãå è ñëÿáèíãå òåìïåðàòóðó ïðîêàòêè âî âñåõ ïðîõîäàõ ñ÷èòàþò íåèçìåííîé. Ïðèìåì òåìïåðàòóðó ïðîêàòêè T = 1150 °Ñ. Ïî ñïðàâî÷íèêó ([7], ñ. 185) èç ãðàôèêà K = f (ε, u,T ) íàõîäèì K = 3,8 êãñ/ìì2 = 38 Í/ìì2. Ïîëó÷àåì ðñð = 1,46 · 1,14 · 38 = 63,2 Í/ìì2, Ð = 63,2 · 222,5 · 0,5(720 + 728) = 10 180 000 Í = = 10,18 ÌÍ = 10180 êÍ =1018 òñ.  ñòàðîé ñïðàâî÷íîé ëèòåðàòóðå (âêëþ÷àÿ èñïîëüçîâàííóþ) áûëî ïðèíÿòî ñ÷èòàòü ñèëó ïðîêàòêè íà áëþìèíãå â òñ, à ìîìåíòû â òñ·ì (îáîçíà÷àþò îáû÷íî òì). Ìû ðåêîìåíäóåì âñå ðàñ÷åòû ïðîèçâîäèòü òîëüêî â ÑÈ. Òîëüêî äëÿ ñðàâíåíèÿ ñî ñïðàâî÷íûìè äàííûìè îñòàâèì çíà÷åíèÿ â ñòàðûõ åäèíèöàõ èçìåðåíèÿ. Îáû÷íî äîïóñòèìûå ñèëû ïðîêàòêè [Ð] íà áëþìèíãàõ ëåæàò â ïðåäåëàõ 20 25 ÌÍ (25003000 òñ). Íà ñëÿáèíãàõ îíè áîëüøå: [Ð] = 3040 ÌÍ. Ñàìûå âûñî260
êèå óñèëèÿ ïðîêàòêè âîçíèêàþò íà êðóïíûõ òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ, òàì [Ð ] = = 5070 ÌÍ (äàæå äî 150 ÌÍ). Èòàê, ïåðâûé ïðîïóñê ïî ñèëå ïðîêàòêè ïðîõîäèò. Ïðîâåðèì åãî ïî îòêëþ÷àþùåìó ìîìåíòó. à) Êîýôôèöèåíò ïëå÷à ðàâíîäåéñòâóþùåé ψ = 0,58. Ìîìåíò ïðîêàòêè Ìïð = 10180 · 0,58 · 222,5 · 10
-3
= 1314 êÍ·ì.
á) Ïðè êîýôôèöèåíòå òðåíèÿ â ïîäøèïíèêàõ µ ø = 0,005 è äèàìåòðå øååê dø = 0,6D (äèàìåòð øååê ëó÷øå áðàòü èç ÷åðòåæà âàëêîâ) ìîìåíò òðåíèÿ â ïîäøèïíèêàõ Ìòð = 10180 · 0,005 · 0,6 · 1100 · 0,5 · 103 = 16,8 êÍ·ì. â) Ìîìåíò õîëîñòîãî õîäà ñëåäóåò èçìåðèòü íà õîëîñòîì õîäó ñòàíà, îäíàêî ìîæíî ïðèíÿòü Ìõõ = 0,05Ìí. Íîìèíàëüíûé ìîìåíò, êàê è äðóãèå ïàñïîðòíûå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ, äîëæíû áûòü èçâåñòíû. Ïðè âûáîðå íîâîãî äâèãàòåëÿ èëè â ó÷åáíûõ öåëÿõ ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ òàáëè÷íûìè äàííûìè (ñì. òàáë. 11.1). Äîïóñòèì, äëÿ ïðèâîäà êàæäîãî âàëêà âûáðàí äâèãàòåëü ÌÏ5000-50 ìîùíîñòüþ Ní = 3680 êÂò ñ íîìèíàëüíûì ìîìåíòîì 720 êÍ·ì. Íà îäèí âàëîê Ìõ.õ = 0,05 · 720 = 36 êÍ·ì. 9) Ðàñ÷åò äèíàìè÷åñêîãî ìîìåíòà. Äëÿ âûáðàííîãî äâèãàòåëÿ íîìèíàëüíûå ñêîðîñòè âàëêîâ n1 = 50 è n2 = 100 îá/ìèí. Ìàõîâûé ìîìåíò ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ
GDÿ2 = 250 ò·ì2, êîýôôèöèåíò ïåðåãðóçêè k = 2,5. Âûáåðåì óñêîðåíèå À = dn/dt = = 60 îá/ìèí/ñ è çàìåäëåíèå Â = dn/dt = 60 îá/ìèí/ñ. Ïîëíûé ìàõîâûé ìîìåíò íà âàëó îäíîãî äâèãàòåëÿ 2 GD 2 = GDâ2 + GDøï + GDÿ2 .
Äëÿ âàëêà è øïèíäåëÿ íåîáõîäèìî ïî ÷åðòåæó èëè ïàñïîðòó íàéòè äèàìåòðû (â ìåòðàõ) è ìàññû âàëêà è øïèíäåëÿ (â òîííàõ). Ïîïûòàåìñÿ âîññòàíîâèòü ýòè äàííûå, ïîëüçóÿñü èìåþùèìèñÿ ñîîòíîøåíèÿìè ðàçìåðîâ. Èñõîäíûì è ãëàâíûì äëÿ áëþìèíãîâ (êàê äëÿ ñîðòîâûõ ñòàíîâ) ÿâëÿåòñÿ íîìèíàëüíûé äèàìåòð D âàëêà. Îñòàëüíûå ðàçìåðû ñâÿçàíû ñ íèì ïðèìåðíûìè ñîîòíîøåíèÿìè: äëÿ øåéêè âàëêà äëèíà lø = D, äèàìåòð øåéêè dø = 0,6D, äëèíà áî÷êè âàëêà L = (2,22,3)D, äëÿ øïèíäåëÿ ñðåäíÿÿ ÷àñòü (ðàñòî÷êà) äëèíîé L1øï = 812 ì è äèàìåòðîì D1øï = (0,40,5)D, äâå ãîëîâêè äèàìåòðîì D2øï = (0,91,0)D è äëèíîé L2øï = D2øï. Ìàõîâûé ìîìåíò âàëêà (ò·ì2), åñëè ðàçìåðû ïðîñòàâëåíû â ìåòðàõ, 2 2 2 2 GDâ2 = GDáî÷ l ø dø + 2GDø = π(D 2 LD 2 + 2dø )γ/4 =
= π (1,34 · 2,2 + 2 · 0,36 · 0,36 · 1,34 · 1,3) · 7,8 / 4 = 44,5 ò·ì2. Àíàëîãè÷íî ïðèáëèçèòåëüíî îöåíèâàåì ìàõîâûé ìîìåíò øïèíäåëÿ: 2 GDøï = GD12øï + 2GD22øï = π (0,54 · 1,34 · 10 + 2 · 1,34 · 1,3) · 7,8/4 =56,4 ò·ì2.
Ñóììàðíûé ìàõîâûé ìîìåíò íà âàëó îäíîãî äâèãàòåëÿ GD 2 = 44,5 + 56,4 + 250 = 350,9 ò·ì2. 261
Äèíàìè÷åñêèé ìîìåíò ïðè ðàçãîíå è îñòàíîâêå äâèãàòåëÿ Ìäèí = 350,9 · 60 / 37,5 = 561,4 êÍ·ì. Ìàêñèìàëüíûé ìîìåíò íà âàëó äâèãàòåëÿ, âîçíèêàþùèé íà âòîðîì ó÷àñòêå ñêîðîñòíîé äèàãðàììû, Ì2 = 1314 + 16,8 + 36 + 561,9 = 1928,7 êÍ·ì. Îáðàòèì âíèìàíèå íà ñîîòíîøåíèå ìîìåíòîâ, âõîäÿùèõ â ñóììó. Îòêëþ÷àþùèé ìîìåíò Ìîòêë = 2,5 · 720 =1800 êÍ·ì. Ïðîêàòêà ïî âûáðàííîìó ðåæèìó íåâîçìîæíà, äâèãàòåëü îòêëþ÷àåòñÿ. Íåîáõîäèìî âûáðàòü áîëåå ìîùíûé äâèãàòåëü, íàïðèìåð ÄÏÏ310/150-50, èìåþùèé ìîùíîñòü 4600 êÂò, íîìèíàëüíûé ìîìåíò 900 êÍ·ì è áîëüøèé ìàõîâûé ìîìåíò ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ GDÿ2 = 275 ò·ì2. Áóäåì èìåòü GD2 = 44,5 + 56,4 + 275 =375,9; Ìäèí = 375,9 · 60 / 37,5 = 601,4 êÍ·ì; Ì2 = 1314 + 16,8 + 36 + 601,4 = 1968,2 êÍ·ì; Ìîòêë = 2,5 · 900 = 2250 êÍ·ì. Òàêîé äâèãàòåëü ïîäõîäèò. Ïðîâåðèì âîçìîæíîñòü åãî ïåðåãðåâà â ðàññ÷èòûâàåìîì ïðîïóñêå. Ñíà÷àëà ïðåäïîëîæèì, ÷òî ðåàëèçóåòñÿ ïðîêàòêà ïî òðåóãîëüíîé äèàãðàììå ñêîðîñòåé. Òîãäà ïðè τ3 = 0 è ñêîðîñòÿõ nçàõ = 15 îá/ìèí è nâûá = 25 îá/ìèí ïîëó÷èì: L1 =
2 2 n 2 − nâûá 2 ð ⋅ 1,1 nmax 2 − 152 nmax 2 − 252 ðD nmax − nçàõ + max − = 60 2À 2B 60 2 ⋅ 60 2 ⋅ 60
.
Îòñþäà ïîëó÷èì nmax = 54,6 îá/ìèí. Ñêîðîñòü íå ïðåâûøàåò çíà÷åíèÿ n2, ïîýòîìó ïðèíèìàåì ïðîêàòêó ïî òðåóãîëüíîé äèàãðàììå. τ1 = nç /À = 15/60 = 0,25 ñ; τ2 = (54,615)/60 = 0,66 ñ; τ4 = (54,625)/60 = 0,49 ñ; τ5 = 25/60 = 0,42 ñ. Ââåäåì ïàóçó ïîñëå îñòàíîâêè äâèãàòåëÿ τ0 = 0,5 ñ. Ìîìåíòû íà âàëó äâèãàòåëÿ íà êàæäîì ó÷àñòêå ñêîðîñòíîé äèàãðàììû: Ì1 = 36 + 601,4 = 637,4 êÍ·ì; Ì2 = 1968,2 êÍ·ì; Ì4 = 1314 + 16,8 + 36 601,4 = 765,4 êÍ·ì; Ì5 = 36 601,4 = 565,4 êÍ·ì; Ìýêâ=
637,4 2 ⋅ 0,25 + 1968,2 2 ⋅ 0,66 + 765,4 2 ⋅ 0,49 + 565,4 2 ⋅ 0,42 = 0,25 + 0,66 + 0,49 + 0,42 + 0,5
= 1152,1 > 900 êÍ·ì. 262
 ïåðâîì ïðîïóñêå äâèãàòåëü ïåðåãðåâàåòñÿ, îäíàêî ýòî åùå íè÷åãî íå çíà÷èò. Ðåæèì ïðîêàòêè íå ïðèíèìàåòñÿ òîãäà, êîãäà ïî âñåì ïðîïóñêàì íå âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå ïåðåãðåâà. 11.5. Îñîáåííîñòè ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà ñëÿáèíãå Äëÿ ñëÿáèíãà ðàñ÷åò ðåæèìîâ îáæàòèÿ â öåëîì ïðîèçâîäèòñÿ ïî òîé æå ìåòîäèêå, ÷òî è äëÿ áëþìèíãà, íî äëÿ êàæäîé ïàðû âàëêîâ îòäåëüíî. Îäíàêî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ðÿä îñîáåííîñòåé. Ïåðâûé è èíîãäà åäèíñòâåííûé ïðîïóñê îñóùåñòâëÿåòñÿ íà ðåáðî.  íåì âûáèðàþò íåáîëüøèå îáæàòèÿ, äîñòàòî÷íûå òîëüêî äëÿ ðàçðûõëåíèÿ îêàëèíû íà îñíîâíûõ ãðàíÿõ ñëÿáà ( ∆h = 2040 ìì). Òîëüêî â òîì ñëó÷àå, êîãäà òðåáóåòñÿ óìåíüøèòü øèðèíó ñëÿáà, ïðèìåíÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ðåáðîâûå ïðîïóñêè.  ïëàñòîâûõ ïðîïóñêàõ ìåòàëë îáæèìàåòñÿ îäíîâðåìåííî ãîðèçîíòàëüíûìè è âåðòèêàëüíûìè âàëêàìè. Çäåñü êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ â âåðòèêàëüíûõ íå äîëæíî ïðåâûøàòü êîëè÷åñòâà ïðîïóñêîâ â ãîðèçîíòàëüíûõ âàëêàõ: nã ≥ nâ. Ðåæèì ïðîêàòêè íîðìàëüíûé, êîãäà â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ, âûïîëíèâøèõ ðàáîòó ïî äåôîðìàöèè ìåòàëëà äî òðåáóåìîé øèðèíû, â íåñêîëüêèõ ïîñëåäíèõ ïðîïóñêàõ óñòàíîâêè íå èçìåíÿþòñÿ, óáèðàåòñÿ ëèøü ïîÿâëÿþùååñÿ óøèðåíèå è âûðàâíèâàþòñÿ íàïëûâû.  ïëàñòîâûõ ïðîïóñêàõ îáæàòèÿ çà ïðîõîä äîëæíû âûáèðàòüñÿ ïî òåì æå ðåêîìåíäàöèÿì, ÷òî è íà áëþìèíãå. Äëÿ âåðòèêàëüíûõ âàëêîâ ëèìèòèðóþùèì îáæàòèå ôàêòîðîì ÿâëÿåòñÿ ìàêñèìàëüíûé óãîë çàõâàòà (ðåæå ìîìåíò ïðîêàòêè), ïîýòîìó ∆hmax â = Dâ (1 − cos α max ).
Äëÿ ãîðèçîíòàëüíûõ ïðîïóñêîâ ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå îáæàòèå ñëåäóåò âûáèðàòü ïî ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîìó óñèëèþ [P] è ïðîâåðÿòü îáæàòèå ïî îòêëþ÷àþùåìó ìîìåíòó. Åñëè [P] îïðåäåëÿåòñÿ ïðî÷íîñòüþ âàëêîâ, òî ìàêñèìàëüíîå îáæàòèå ∆hmax ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå 0,32D 5 [σ èçã ]
2
∆hmax ã =
(L + l − 0,5B ) pB
2
,
ãäå D äèàìåòð ãîðèçîíòàëüíîãî âàëêà, ìì; L è l äëèíà áî÷êè è øåéêè âàëêà, ìì;  øèðèíà ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû, ìì; [ σ èçã ] äîïóñòèìîå èçãèáíîå íàïðÿæåíèå, äëÿ ñòàëüíîãî âàëêà [ σ èçã ] = 100120 Í/ìì2; ð ñðåäíåå äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè, ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå óãëåðîäèñòûõ ñòàëåé ð = 7090 Í/ìì2. Íà ñëÿáèíãå îïòèìàëüíîñòü ðåæèìà îáæàòèÿ îöåíèâàþò òåìè æå êðèòåðèÿìè, ÷òî è íà áëþìèíãå, îäíàêî ñëåäóåò âûäåëèòü äîïîëíèòåëüíûé è âàæíåéøèé êðèòåðèé: òîëùèíà íàïëûâîâ íà ãîòîâîì ñëÿáå äîëæíà ñòðåìèòüñÿ ê ìèíèìóìó. Äëÿ áîðüáû ñ íàïëûâàìè ñëÿáîâûé ñëèòîê îòëèâàþò ñ ôîðìîé ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 11.8. Ñêîñû ïî áîêîâûì ãðàíÿì ïðè ïðîêàòêå çàïîëíÿþòñÿ íàïëûâàìè, è ôîðìà ñëÿáà ïðèáëèæàåòñÿ ê ïðÿìîóãîëüíîé. Êðîìå òîãî, ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà òîëùèíó è ôîðìó íàïëûâîâ íà ãîòîâîì ñëÿáå îêàçûâàåò ðåæèì îáæàòèÿ â âåðòèêàëüíûõ è ãîðèçîíòàëüíûõ 263
ïðîïóñêàõ è èõ ñîîòíîøåíèå.  ãîðèçîíòàëüíûõ ïðîïóñêàõ ìàêñèìàëüíûå îáæàòèÿ ïîëåçíû âñåãäà, îñîáåííî â ïîñëåäíèõ ïðîïóñêàõ: ñíèæåíèå âûñîòû î÷àãà äåôîðìàöèè ñïîñîáñòâóåò óìåíüøåíèþ íàïëûâîâ.  âåðòèêàëüíûõ æå ïðîïóñêàõ î÷àã äåôîðìàöèè î÷åíü âûñîêèé: ôàêòîð l/hñð, çäåñü ôàêòîð l/bñð, íå áîëüøå Ðèñ. 11.8. Ôîðìà 0,150,20. ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ñëèòêà äëÿ ïðîêàòêè Íà òàêèõ ñâåðõâûñîêèõ î÷àãàõ óâåëè÷åíèå îáæàñëÿáîâ òèÿ âûçûâàåò ïî÷òè ïðîïîðöèîíàëüíîå óâåëè÷åíèå óøèðåíèÿ â ïðèêîíòàêòíûõ çîíàõ, à óøèðåíèå öåíòðàëüíûõ ñëîåâ âñåãäà ðàâíî íóëþ.  âåðòèêàëüíûõ ïðîïóñêàõ ñ óâåëè÷åíèåì îáæàòèÿ íàïëûâû ðàñòóò, îñîáåííî ïðè áîëüøèõ îòíîñèòåëüíûõ øèðèíàõ ïîëîñû b/h. Ëèøü â ïåðâûõ ïî õîäó ïðîêàòêè ïëàñòîâûõ ïðîïóñêàõ, êîãäà îòíîøåíèå b/h åùå íå ñòîëü âåëèêî, â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ âîçìîæíû áîëüøèå îáæàòèÿ, ïðèáëèæàþùèåñÿ ê ìàêñèìàëüíûì ïî óãëó çàõâàòà, íî ê êîíöó ïðîêàòêè èõ ñëåäóåò ñíèæàòü. Ñ ïîçèöèé êà÷åñòâà ñëÿáà (ìèíèìàëüíûõ íàïëûâîâ) ïîëåçíî óâåëè÷èòü êîëè÷åñòâî ðåáðîâûõ ïðîïóñêîâ äî 35.  íèõ îñóùåñòâëÿåòñÿ âñÿ ðàáîòà ïî ôîðìèðîâàíèþ òðåáóåìîé øèðèíû. Ïðè ýòîì âåðòèêàëüíûå ïëàñòîâûå ïðîïóñêè ðàçãðóæåíû è áóäóò âûïîëíÿòü òîëüêî ðàçãëàæèâàíèå íàïëûâîâ, îáðàçóþùèõñÿ â ãîðèçîíòàëüíûõ ïðîïóñêàõ. Îäíàêî ïî ïðîèçâîäèòåëüíîñòè òàêàÿ ïðîêàòêà íåðàöèîíàëüíà, òàê êàê âñå ðåáðîâûå ïðîïóñêè, êðîìå ïåðâîãî, ëèøíèå è óâåëè÷èâàþò öèêë ïðîêàòêè ñëèòêà. Ïðîñëåæèâàåòñÿ èçâåñòíàÿ çàêîíîìåðíîñòü: ñòðàòåãèÿ ïðîêàòêè, íàïðàâëåííàÿ íà ïîëó÷åíèå êà÷åñòâåííîãî ïðîêàòà, ïðèõîäèò â ïðîòèâîðå÷èå ñ òðåáîâàíèÿìè ìàêñèìóìà ïðîèçâîäèòåëüíîñòè. Ïîèñê îïòèìàëüíîãî ðåæèìà îáæàòèÿ íà ñëÿáèíãå ñëîæíåå, ÷åì íà áëþìèíãå.
Ãëàâà 12 ÏÐÎÊÀÒÊÀ ÍÀ ÇÀÃÎÒÎÂÎ×ÍÛÕ ÑÒÀÍÀÕ 12.1. Òèïû íåïðåðûâíî-çàãîòîâî÷íûõ ñòàíîâ Ïðîêàòàííûå íà áëþìèíãå áëþìû íàïðàâëÿþòñÿ íà çàãîòîâî÷íûå ñòàíû. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû íåïðåðûâíî-çàãîòîâî÷íûå ñòàíû (ÍÇÑ), êîòîðûå ðàñïîëîæåíû íà îäíîé ëèíèè ïðîêàòêè ñ áëþìèíãîì. Íà ðèñ. 12.1 è 12.2 ïðåäñòàâëåíû óïðîùåííûå ñõåìû ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ òèïîâûõ ÍÇÑ. Ñòàíû ïåðâîãî òèïà ñîäåðæàò ãîðèçîíòàëüíûå è âåðòèêàëüíûå êëåòè, ïîýòîìó êàíòîâàòåëü ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå íå òðåáóåòñÿ. Ñòàíû âòîðîãî òèïà íå èìåþò âåðòèêàëüíûõ âàëêîâ. Íà ðèñ. 12.3 ïîêàçàíà ôàêòè÷åñêàÿ ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ îñíîâíîãî îáîðóäîâàíèÿ ÍÇÑ 900/700/500 ïåðâîãî òèïà, ñîñòîÿùåãî èç 14 êëåòåé äóî è óñòàíîâëåííîãî ïîñëå áëþìèíãà-ñëÿáèíãà íà çàâîäå ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü. Íàïîìíèì, ÷òî íà äàííîì ñòàíå ïåðåä ïåðâîé êëåòüþ 1000 ðàñïîëîæåíà ÌÎÇ, êîòîðàÿ íà áîëüøèíñòâå çàâîäîâ óñòàíàâëèâàåòñÿ ïåðåä íîæíèöàìè áëþìèíãà. Òàêîãî òèïà ÍÇÑ ðàáîòàþò òàêæå íà ×åëÿáèíñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì 264
Ðèñ. 12.1. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ êëåòåé ÍÇÑ ñ âåðòèêàëüíûìè âàëêàìè (ïåðâûé òèï)
Ðèñ. 12.2. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ êëåòåé ÍÇÑ áåç âåðòèêàëüíûõ âàëêîâ (âòîðîé òèï)
Ðèñ. 12.3. Íåïðåðûâíî-çàãîòîâî÷íûé ñòàí ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü: 1 êëåéìîâî÷íàÿ ìàøèíà â ñîñòàâå áëþìèíãà-ñëÿáèíãà 1300; 2 ðàáî÷èå êëåòè À è Á 1000; 3 ìàøèíà îãíåâîé çà÷èñòêè (ÌÎÇ); 4 ãîðèçîíòàëüíûå êëåòè 730 ÷åðíîâîé ãðóïïû; 5 âåðòèêàëüíûå êëåòè 730 ÷åðíîâîé ãðóïïû; 6 ïåðåäàòî÷íûé øëåïïåð; 7 ãîðèçîíòàëüíûå êëåòè 530 ÷èñòîâîé ãðóïïû; 8 âåðòèêàëüíûå êëåòè 530 ÷èñòîâîé ãðóïïû; 9 àâàðèéíûå íîæíèöû; 10 êàíòîâàòåëü øàéáîâûé; 11 ëåòó÷èå íîæíèöû; 12 êëåéìèòåëü; 13 øëåïïåð ê õîëîäèëüíèêó; 14 ïåðåäà÷à ñëÿáîâ ê ëèñòîâîìó ñòàíó 2800/1700
êîìáèíàòå ïîñëå êðèâîðîæñêîãî áëþìèíãà 1300, à òàêæå íà ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäàõ íåêîòîðûõ çàðóáåæíûõ ñòðàí. Äèàìåòðû âàëêîâ êàæäîé ãðóïïû ñòàíà óêàçàíû â åãî íàçâàíèè. Ïåðâûå äâå êëåòè ýòî îòäåëüíî ñòîÿùèå ÷åðíîâûå êëåòè, çà êîòîðûìè ñëåäóåò ÷åðíîâàÿ, à çàòåì ÷èñòîâàÿ íåïðåðûâíûå ãðóïïû êëåòåé. Ïðîêàòêà íà ÍÇÑ îñóùåñòâëÿåòñÿ â íåðåâåðñèâíîì ðåæèìå, ò. å. êëåòè âñåãäà âðàùàþòñÿ â îäíó ñòîðîíó, è çàãîòîâêà ïðîõîäèò ïîñëåäîâàòåëüíî ÷åðåç âñå êëåòè, íàõîäÿñü îäíîâðåìåííî âî âñåõ êëåòÿõ îäíîé ãðóïïû. Ìåæäó ãðóïïàìè êëåòåé ðàññòîÿíèå òàêîå, ÷òî çàãîòîâêà öåëèêîì óìåùàåòñÿ ìåæäó íèìè è âîçìîæíà êàíòîâêà çàãîòîâêè. Êàæäàÿ èç ãîðèçîíòàëüíûõ ÷åðíîâûõ è ÷èñòîâûõ êëåòåé ïðîèçâîäèò çàãîòîâêó ïî÷òè êâàäðàòíîãî ñå÷åíèÿ, êîòîðàÿ ìîæåò áûòü íàïðàâëåíà íà ñîðòîâîé ñòàí. Óêàçàííûé ñòàí ìîæåò ïðîèçâîäèòü êâàäðàòíóþ çàãîòîâêó ñî ñòîðîíîé îò 200 äî 60 ìì, ðàçíîîáðàçèåì âûïóñêàåìîé ïðîäóê265
öèè ñòàí íå îòëè÷àåòñÿ. Íà íåêîòîðûõ ÍÇÑ âûïóñêàþò òàêæå êðóãëóþ òðóáíóþ çàãîòîâêó ïðèìåðíî òåõ æå äèàìåòðîâ. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ÍÇÑ äî 6 ìëí. ò ïðîêàòà â ãîä. Ïðîñëåæèâàåòñÿ åùå îäíà çàêîíîìåðíîñòü, ñâîéñòâåííàÿ âñåìó ïðîêàòíîìó ïðîèçâîäñòâó: ÷åì âûøå ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà, òåì ìåíüøå ñîðòàìåíò âûïóñêàåìîé ïðîäóêöèè. Ïðåäñòàâëåííûé ñòàí ïðèçíàí ëó÷øèì â ìèðå ïî ìíîãèì êðèòåðèÿì ïðîêàòêè. Îäíàêî îí èìååò ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê. Îáû÷íî íà êàæäîì âàëêå íàðåçàþò 45 îäèíàêîâûõ êàëèáðà. Ñíà÷àëà ñòàí íàñòðàèâàþò òàê, ÷òîáû âñå ïåðâûå êàëèáðû êëåòåé ðàñïîëàãàëèñü íà îäíîé ëèíèè ïðîêàòêè. Ïîñëå ïðîêàòêè îïðåäåëåííîãî êîëè÷åñòâà ìåòàëëà âñå êàëèáðû ïåðâîé ëèíèè èçíàøèâàþòñÿ, è ñòàí ïåðåñòðàèâàåòñÿ íà âòîðóþ ëèíèþ êàëèáðîâ. Åñëè äëÿ ãîðèçîíòàëüíûõ êàëèáðîâ ïåðåõîä îñóùåñòâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íî ïðîñòî ïóòåì ïðîñòîãî ïåðåêëþ÷åíèÿ âõîäíîé ñòðåëêè íà ñëåäóþùèé êàëèáð ïåðâîé êëåòè, òî äëÿ âåðòèêàëüíûõ âàëêîâ ýòà ïðîöåäóðà ñëîæíà: âàëîê ïåðåìåùàåòñÿ ñðàçó â äâóõ ïëîñêîñòÿõ, à ïîëîæåíèå åãî îòíîñèòåëüíî ëèíèè ïðîêàòêè íåîáõîäèìî êîíòðîëèðîâàòü ñîîòâåòñòâóþùèìè äàò÷èêàìè. Ïîýòîìó áîëåå óäîáåí ÍÇÑ, óñòàíîâëåííûé íà Ìàãíèòîãîðñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì êîìáèíàòå (ñì. ðèñ. 12.2), êîòîðûé íå èìååò âåðòèêàëüíûõ êëåòåé. Íåêîòîðûå ðàçíîâèäíîñòè ñòàíîâ òàêîãî òèïà èìåþòñÿ íà äðóãèõ îòå÷åñòâåííûõ è çàðóáåæíûõ çàâîäàõ. Íà òàêèõ ñòàíàõ íà ñëåäóþùóþ ëèíèþ ïðîêàòêè ìîæíî ïåðåõîäèòü ïóòåì ïåðåêëþ÷åíèÿ ñòðåëêè â ïàóçå ìåæäó äâóìÿ çàãîòîâêàìè áåç îñòàíîâêè è íàñòðîéêè êëåòåé è ñáîÿ ðèòìà ïðîêàòêè. Íî âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü êàíòîâàòü ïîëîñó âíóòðè íåïðåðûâíîé ãðóïïû. Êàê ïðàâèëî, ïîñëå ÷åòíîé êëåòè óñòàíàâëèâàåòñÿ íåïðèâîäíàÿ êëåòü ñ äâóìÿ âàëêàìè, îáðàçóþùèìè êàëèáð, ïîâåðíóòûé íà óãîë α ê ãîðèçîíòàëè (ðèñ. 12.4). Âûõîäÿùèé èç âàëêà ïåðåäíèé êîíåö ïîëîñû ñâîðà÷èâàåòñÿ íà ýòîò óãîë, è ïðè äàëüíåéøåì äâèæåíèè äî âõîäà â ñëåäóþùóþ êëåòü óãîë ïîâîðîòà ïåðåäíåãî êîíöà ïîëîñû äîñòèãàåò 90°. Ñêðó÷èâàíèå ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå â êàêîé-òî ìåðå ìîæåò ñîõðàíèòüñÿ íà ãîòîÐèñ. 12.4. Êàíòóþùàÿ âîì ïðîêàòå, è íåò ìåõàíèçìîâ äëÿ óñòðàíåíèÿ ýòîãî êëåòü íà ÍÇÑ âèäà áðàêà, êîòîðûé èìåíóåòñÿ øòîïîð. Íî ïðè õîðîøåé íàñòðîéêå ñòàíà ñêðó÷èâàíèå ïîëîñû ïðîèñõîäèò ðåäêî. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ñóùåñòâóþùèå ÍÇÑ êîíñòðóêòèâíî ìîãóò çíà÷èòåëüíî îòëè÷àòüñÿ äðóã îò äðóãà. Êîëè÷åñòâî êëåòåé èçìåíÿåòñÿ îò 4 äî 14 (íî âñåãäà ÷åòíîå). Ïî òèïó ïðèâîäà ïðîñëåæèâàåòñÿ èñòîðèÿ åãî ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ïî ìåðå íàêîïëåíèÿ îïûòà. Áîëåå ñòàðûå ñòàíû èìåþò äåøåâûé ãðóïïîâîé ïðèâîä, ïðè êîòîðîì âñå êëåòè ïðèâîäÿòñÿ îò îäíîãî äâèãàòåëÿ, âðàùàþùåãîñÿ ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ, ÷åðåç ðåäóêòîðû, ïåðåäàòî÷íîå îòíîøåíèå êîòîðûõ ðàññ÷èòûâàåòñÿ èç óñëîâèÿ ïîñòîÿíñòâà ñåêóíäíîãî îáúåìà ìåòàëëà, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç êàæäóþ i-þ êëåòü: Vi Fi = const, ãäå Vi ëèíåéíàÿ cêîðîñòü ïðîêàòêè, ì/ñ; Fi ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïîëîñû ïîñëå i-ãî ïðîïóñêà. 266
Îäíàêî â ñâÿçè ñ èçíîñîì êàëèáðîâ è íåòî÷íîñòÿìè â íàñòðîéêå ñòàíà óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà ñåêóíäíîãî îáúåìà íå âûïîëíÿåòñÿ àáñîëþòíî òî÷íî, à âñåãäà èçìåíÿåòñÿ â êàêèõ-òî ïðåäåëàõ, ïîýòîìó ïîëîñà ïðè ïðîêàòêå â i-é êëåòè èñïûòûâàåò ëèáî ïîäïîð ñî ñòîðîíû ñëåäóþùåé êëåòè, ëèáî íàòÿæåíèå. Ñ ïîäïîðîì ïðîêàòûâàòü çàãîòîâêó íåëüçÿ, ïîòîìó ÷òî ÷åðåç íåå i-ÿ êëåòü áóäåò äîïîëíèòåëüíî ïðîâîðà÷èâàòü ñëåäóþùóþ êëåòü.  ýòîì ñëó÷àå ìîìåíò ïðîêàòêè â i-é êëåòè âîçðàñòàåò ïî÷òè âäâîå, à â ñëåäóþùåé êëåòè îí ïàäàåò ïî÷òè äî íóëÿ. Íà ÍÇÑ ïðîêàòûâàþò âñåãäà ñ íåáîëüøèì íàòÿæåíèåì, ïîýòîìó êàæäàÿ ñëåäóþùàÿ êëåòü èìååò ñêîðîñòü íà 12 % áîëüøå, ÷åì òðåáóåò óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà ñåêóíäíîãî îáúåìà: ViFi / (1,011,02) = const. Ïîÿâèëàñü ïîòðåáíîñòü â èíäèâèäóàëüíîì ðåãóëèðóåìîì ïðèâîäå ñ áîëåå äîðîãèì äâèãàòåëåì ïîñòîÿííîãî òîêà, êîòîðûé ïîçâîëÿåò ïëàâíî è òî÷íî ðåãóëèðîâàòü ñêîðîñòè. 12.2. Êàëèáðîâêà âàëêîâ ÍÇÑ Íà ðèñ. 12.5 ïðèâåäåí îäèí èç ïåðâûõ âàðèàíòîâ êàëèáðîâêè âàëêîâ 14-êëåòåâîãî ÷åðåïîâåöêîãî ÍÇÑ. Ïåðâûå ÷åðíîâûå êëåòè ñòàíà ñêàëèáðîâàíû ïî ñèñòåìå ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ. ßùè÷íûå êàëèáðû èìåþò íåáîëüøîé âðåç â âàëêè, çà ñ÷åò ñêðóãëåíèé ïî äíó êàëèáðà íå èìåþò êîíöåíòðàòîðîâ íàïðÿæåíèé, âñå ýòî îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ ïðî÷íîñòü âàëêîâ ïðè ïðîêàòêå. Îäíàêî ôîðìà ïðîêàòà â ÿùè÷íîì êàëèáðå îòëè÷àåòñÿ îò êâàäðàòíîé.  òàêèõ êàëèáðàõ ïðîèçâîäÿò áîëâàíêó ïî ÃÎÑÒ 4692 (ïî÷òè êâàäðàòíóþ çàãîòîâêó ñ çàêðóãëåííûìè óãëàìè è íåðîâíîé áîêîâîé ãðàíüþ).  ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé ïðèìåíÿþò ñèñòåìó ðîìáè÷åñêèõ êàëèáðîâ, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò âûäàâàòü èç êàæäîé ÷åòíîé êëåòè çàãîòîâêó â ôîðìå òî÷íîãî êâàäðàòà, êîòîðàÿ òàê è íàçûâàåòñÿ çàãîòîâêîé (ïî ÃÎÑÒ 4693). Òàêàÿ ñèñòåìà êàëèáðîâ íåïðèìåíèìà â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ (òî÷íåå, ïðè ñòîðîíå êâàäðàòà áîëåå 170175 ìì), òàê êàê âðåç â âàëêè ñòàíîâèòñÿ áîëüøèì è ïî óãëó êàëèáðà çà ñ÷åò êîíöåíòðàöèè íàïðÿæåíèé ðåçêî îñëàáëÿåòñÿ ñå÷åíèå âàëêà.  ïðèâåäåííîé êàëèáðîâêå êâàäðàò ñî ñòîðîíîé 175 ìì ïðîêàòûâàåòñÿ â ðîìáè÷åñêîì êàëèáðå ¹ 4 è ÷òîáû ñãëàäèòü íåäîñòàòêè êðóïíûõ ðîìáè÷åñêèõ êàëèáðîâ, â êëåòÿõ 2 è 3 (ñì. ðèñ. 12.5) íàðåçàíû ïðîìåæóòî÷íûå êàëèáðû âîñüìèãðàííîé è áëèçêîé ê íåé ôîðìû, îáåñïå÷èâàþùèå ïëàâíûé ïåðåõîä îò ÿùè÷íîé ê ðîìáè÷åñêîé ñèñòåìå. Ñèñòåìà ÷èñòîâûõ êàëèáðîâ ðàññ÷èòûâàåòñÿ òàê, ÷òîáû èç êàæäîé ÷åòíîé êëåòè âûõîäèëà êâàäðàòíàÿ çàãîòîâêà ïî ÃÎÑÒ 4693: ïî îäíîé âåòâè êàëèáðîâêè ñ ðàçìåðàìè 120, 100 è 80 ìì; ïî äðóãîé ñ ðàçìåðàìè 100, 80 è 60 ìì. Íåêîòîðûå çàãîòîâî÷íûå ñòàíû, â òîì ÷èñëå ðàññìàòðèâàåìûé ÷åðåïîâåöêèé, â íàñòîÿùåå âðåìÿ íå ïðîêàòûâàþò êâàäðàòíóþ çàãîòîâêó ñî ñòîðîíîé 60 è 80 ìì, òàê êàê òàêàÿ çàãîòîâêà íà ñîâðåìåííûõ ìåëêîñîðòíûõ è ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ óæå íå ïðèìåíÿåòñÿ, õîòÿ ìîæåò áûòü åùå âîñòðåáîâàíà íà ìèíè-çàâîäàõ. Ïîêà íà ×åðÌÊ âòîðàÿ âåòâü êàëèáðîâêè íå èñïîëüçóåòñÿ. Äëÿ òðóáíûõ ñòàíîâ çàãîòîâêó äèàìåòðîì 80220 ìì òàêæå ïîëó÷àþò íà ÍÇÑ. Íà òàêèõ ñòàíàõ ïîñëå ðÿäà ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ óñòàíîâëåíà ñèñòåìà êà267
Ðèñ. 12.5. Êàëèáðîâêà âàëêîâ ñòàíà 900/700/500
ëèáðîâ îâàëêðóã, â êîòîðîé êàæäûé ÷åòíûé êàëèáð ñïîñîáåí âûäàâàòü òîâàðíûé êðóã. ßùè÷íàÿ ñèñòåìà êàëèáðîâ ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè òàê æå, êàê è íà áëþìèíãå. Îäíàêî åñòü íåêîòîðûå îòëè÷èÿ. 1. Êîëè÷åñòâî ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ íà ÍÇÑ ïî÷òè âñåãäà çàäàíî êîíñòðóêöèåé ñòàíà. Êîëè÷åñòâî êëåòåé, îòäàííûõ ïîä ÿùè÷íóþ ñèñòåìó, êîëåáëåòñÿ îò 4 äî 8. Êðîìå òîãî, îíî âñåãäà ÷åòíîå, ïîýòîìó ïî ñòîðîíàì B è H êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ îäèíàêîâî, òàêæå îäèíàêîâû ñðåäíèå îáæàòèÿ è ìîãóò áûòü îäèíàêîâûìè ðåæèìû îáæàòèÿ. Âîçìîæíîñòü òàêèõ îáæàòèé ïðîâåðÿþò ïî ìàêñèìàëüíîìó óãëó çàõâàòà, äîïóñòèìîé ñèëå ïðîêàòêè è ìîìåíòó äâèãàòåëÿ. 2. Òàê êàê íà ÍÇÑ ïðèâîä âàëêîâ ïðèíöèïèÐèñ. 12.6. Ñõåìà ïðèâîäà äâóõ àëüíî èíîé, ÷åì íà áëþìèíãå, òî è ìåòîäèêà ïðîâàëêîâ îò îäíîãî äâèãàòåëÿ: âåðêè îáæàòèé ïî ìîìåíòó äâèãàòåëÿ áóäåò äðóãîé. 1 âàëêè; 2 øïèíäåëè; Íà ðèñ. 12.6 ïðèâåäåíà îáùàÿ ñõåìà èíäèâèäóàëü3 øåñòåðåííàÿ êëåòü; íîãî ïðèâîäà çàãîòîâî÷íûõ, ñîðòîâûõ è ëèñòîâûõ 4 ðåäóêòîð; 5 äâèãàòåëü ñòàíîâ (êðîìå íåêîòîðûõ òîëñòîëèñòîâûõ). Êàê âèäíî, çäåñü îáà âàëêà ïðèâîäÿòñÿ îò îäíîãî äâèãàòåëÿ ÷åðåç øïèíäåëè, øåñòåðåííóþ êëåòü è ðåäóêòîð (ïîñëåäíèé ìîæåò îòñóòñòâîâàòü). Íà ÍÇÑ ïðîêàòêà ïðîâîäèòñÿ â íåðåâåðñèâíîì ðåæèìå, ïîýòîìó äèíàìè÷åñêèé ìîìåíò îòñóòñòâóåò. Ñòàòè÷åñêèé ìîìåíò 2Ì ïð + 2Ì òð + Ìõ õ, Ì = çi ãäå 2 â ÷èñëèòåëå îçíà÷àåò, ÷òî ìîìåíòû îò îáîèõ âàëêîâ ïåðåäàþòñÿ íà îäèí âàë äâèãàòåëÿ; i ïåðåäàòî÷íîå îòíîøåíèå ðåäóêòîðà; η êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ ïðèâîäà, êîòîðûé ðàâåí ïðîèçâåäåíèþ ÊÏÄ âñåõ ïåðåäàþùèõ óçëîâ øïèíäåëÿ, øåñòåðåí ðåäóêòîðà è øåñòåðåííîé êëåòè: η = Ï η j ; j ñ÷åò÷èê ïàð øåñòåðåí è óçëîâ øïèíäåëÿ; ìîæíî ïðèíÿòü â êàæäîé ïàðå è óçëå η j = 0,98. Ñòàòè÷åñêèé ìîìåíò Ì íå äîñòèãàåò îòêëþ÷àþùèõ çíà÷åíèé, ïîñêîëüêó ðàíüøå íàñòóïàåò ïåðåãðåâ äâèãàòåëÿ, ïîýòîìó äëÿ òàêîãî ïðèâîäà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîâåðêà äâèãàòåëÿ òîëüêî ïî ïåðåãðåâó ïóòåì ñðàâíåíèÿ ñòàòè÷åñêîãî ìîìåíòà ñ íîìèíàëüíûì: Ì < Mí. 12.3. Ñèñòåìà ðåçêè çàãîòîâêè íà ìåðíûå äëèíû Äëÿ çàãîòîâî÷íîãî ñòàíà ïðîáëåìà ðåçêè ïðîêàòàííîé ïîëîñû íà ìåðíûå äëèíû î÷åíü àêòóàëüíà. Ñîðòîâûå ñòàíû èñïîëüçóþò çàãîòîâêó îïðåäåëåííîé äëèíû, ïîòîìó ÷òî äëèííàÿ íå ïîìåùàåòñÿ â íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷àõ, à êîðîòêàÿ çàñòðåâàåò íà íåêîòîðûõ ó÷àñòêàõ ðàñêàòíûõ ïîëåé ñòàíà, ê òîìó æå ïðè êîðîòêîé çàãîòîâêå ñíèæàåòñÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà. Äëÿ òèïîâûõ âûñîêîñêîðîñòíûõ íåïðåðûâíûõ ìåëêîñîðòíûõ è ïðîâîëî÷íûõ ñòàíîâ, êàê ïðàâèëî, òðåáóåòñÿ çàãîòîâêà äëèíîé îò 10,5 äî 12 ì. Äëÿ ñðåäíåñîðòíûõ ñòàíîâ äëèíà çàãîòîâêè îáû÷íî 4,56,0 ì. 269
Íà áëþìèíãå ïîñëå îáðåçêè ãîëîâíîé è äîííîé ÷àñòåé íå èçìåðÿëèñü îáúåì è äëèíà çäîðîâîé ÷àñòè ñëèòêà, à îíà ìîæåò êîëåáàòüñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ. Âîçìîæíîñòü èçìåðèòü äëèíó ïîëîñû ïîÿâëÿåòñÿ òîëüêî íà ÍÇÑ. Çäåñü æå ìîæíî ïîñòðîèòü ñèñòåìó àâòîìàòè÷åñêîãî ðàñêðîÿ åå íà ìåðíûå äëèíû, ò. å. ðàññ÷èòàòü êîëè÷åñòâî öåëûõ êóñêîâ, êàæäûé èç êîòîðûõ óêëàäûâàåòñÿ â çàäàííûå ïðåäåëû. Ñèñòåìà ðàñêðîÿ ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ïîñëå âòîðîé êëåòè ñòàíà, ãäå ðàññòîÿíèå ìåæäó êëåòÿìè áîëüøå äëèíû ïîëîñû, íà èçâåñòíîì ðàññòîÿíèè L óñòàíîâëåíû äâà ÔÝÏ (ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïèðîìåòðà), êîòîðûå çàñâå÷èâàþòñÿ â ìîìåíò ïðîõîæäåíèÿ ïåðåä íèìè ãîðÿ÷åãî ìåòàëëà, è â ýëåêòðè÷åñêîé öåïè ýòèõ ïðèáîðîâ ïîÿâëÿåòñÿ òîê. Âðåìåíà t1 è t2 íà÷àëà çàñâåòêè îáîèõ ïèðîìåòðîâ ïðè ïðîõîæäåíèè ïåðåäíåãî êîíöà ïîëîñû ôèêñèðóþòñÿ ëîêàëüíîé ñ÷åòíî-ðåøàþùåé ìàøèíîé. Îíà æå âû÷èñëÿåò ñêîðîñòü ïðîõîæäåíèÿ ïîëîñû ïî ðîëüãàíãó çà âòîðîé êëåòüþ: V = L / (t2 t1). Åñëè çàôèêñèðîâàòü òàêæå âðåìÿ t3 îêîí÷àíèÿ çàñâåòêè ïåðâîãî ïèðîìåòðà, òî âû÷èñëÿåòñÿ äëèíà ïîëîñû ïîñëå âòîðîé êëåòè: L2 = (t3 t1)V. Ïî êàëèáðîâêå âàëêîâ èçâåñòíû äîñòàòî÷íî òî÷íî ïëîùàäè Fi ïîñëå êàæäîé i-é êëåòè, ïîýòîìó âû÷èñëÿåòñÿ äëèíà ïîëîñû ïîñëå ïîñëåäíåé ÷åòûðíàäöàòîé êëåòè: L14 = L2F2 /F14. Ïîêà ïîëîñà ïðîêàòûâàåòñÿ â êëåòÿõ 314, ñ÷åòíî-ðåøàþùàÿ ìàøèíà óñïåâàåò ïðîâåñòè âñå ïðèâåäåííûå ðàñ÷åòû, à òàêæå âû÷èñëèòü äëèíó ðåçà, êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò áåçîòõîäíûé ðàñêðîé. Îíà æå ïîäàåò ñèãíàë íà àâòîìàòè÷åñêóþ óñòàíîâêó óïîðà íîæíèö íà òðåáóåìîå ðàññòîÿíèå ðåçà. Óïîð óñïåâàåò çàíÿòü ðàñ÷åòíîå ïîëîæåíèå ê ïîäõîäó ïðîêàòàííîé ïîëîñû. 12.4. Îñîáåííîñòè ïðîêàòêè è ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà 3-âàëêîâûõ îäíîêëåòåâûõ çàãîòîâî÷íûõ ñòàíàõ Íà ìíîãèõ çàâîäàõ ÷åðíîé ìåòàëëóðãèè óñïåøíî ðàáîòàþò ñòàðûå çàãîòîâî÷íûå ñòàíû, êîòîðûå ïî ïðîèçâîäèòåëüíîñòè óñòóïàþò ÍÇÑ, íî îíè çíà÷èòåëüíî äåøåâëå ïîñëåäíèõ, ëåãêî íàñòðàèâàþòñÿ è ïåðåñòðàèâàþòñÿ è ñïîñîáíû âûäàâàòü çàãîòîâêè áîëåå øèðîêîãî ñîðòàìåíòà, ÷åì ìàãèñòðàëüíûå âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûå ÍÇÑ.  îñíîâíîì òàêèå ñòàíû èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà çàãîòîâêè èç ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè íåáîëüøèìè ïàðòèÿìè, ïðîêàòêà êîòîðûõ íà ÍÇÑ íåöåëåñîîáðàçíà. Ñòàí èìååò îäíó èëè äâå îòäåëüíî ñòîÿùèå 3-âàëêîâûå êëåòè, êàæäàÿ èç êîòîðûõ ïðèâîäèòñÿ îò îòäåëüíîãî ñðàâíèòåëüíî äåøåâîãî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ïåðåìåííîãî òîêà, âðàùàþùåãî âàëêè ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ ÷åðåç ðåäóêòîð è 3-âàëêîâóþ øåñòåðåííóþ êëåòü. Íà ðèñ. 12.7 ïðèâåäåíà ñõåìà òàêîãî ïðèâîäà. Ñòàí íåðåâåðñèâíûé, îäíàêî ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü ïðîêàòêó â ðåâåðñèâíîì ðåæèìå: â îäíîì íàïðàâëåíèè ìåæäó âåðõíèì è ñðåäíèì âàëêîì (÷åòíûå ïðîïóñêè) è â äðóãîì ìåæäó ñðåäíèì è íèæíèì âàëêîì (íå÷åòíûå ïðî270
ïóñêè). Ïðè ïåðåõîäå ñ âåðõíåãî óðîâíÿ ïðîêàòêè íà íèæíèé (ïîñëå êàæäîãî ÷åòíîãî ïðîïóñêà) îñóùåñòâëÿåòñÿ êàíòîâêà ðàñêàòà. Ðàññòîÿíèå ìåæäó âàëêàìè óñòàíàâëèâàåòñÿ ïðè íàñòðîéêå ñòàíà è íå ìåíÿåòñÿ ïðè ïðîêàòêå, ïîýòîìó ðåæèì îáæàòèÿ ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ êàëèáðîâêîé âàëÐèñ. 12.7. Ñõåìà ïðèâîäà 3-âàëêîâîãî êîâ ñòàíà. ×òîáû ïðîêàòêà â êàëèáðàõ ïðîñòàíà (îáîçíà÷åíèÿ ñì. íà ðèñ. 12.6) õîäèëà ïî ðàñ÷åòíûì è íåçàâèñèìûì ðåæèìàì, âåðõíèé êàëèáð íå äîëæåí èìåòü îáùèõ ðó÷üåâ ñ íèæíèì êàëèáðîì. Ñðåäíèé âàëîê äîëæåí èìåòü ðó÷üè äëÿ âñåõ êàëèáðîâ, à âåðõíèé è íèæíèé òîëüêî äëÿ ÷åòíûõ èëè íå÷åòíûõ, ñîîòâåòñòâåííî. Îäíàêî ïðè òàêîé íàðåçêå êàëèáðîâ áî÷êà âàëêîâ èñïîëüçóåòñÿ íåðàöèîíàëüíî, ïî åå äëèíå óìåùàåòñÿ ìàëî êàëèáðîâ. ×òîáû èñïðàâèòü ýòî, ïðèìåíÿþò êàëèáðîâêó ñ ñîâìåùåííûìè êàëèáðàìè (ðèñ. 12.8), êîãäà ðó÷åé ñðåäíåãî âàëêà ÿâëÿåòñÿ îáùèì äëÿ âåðõíåãî è íèæíåãî êàëèáðîâ. Íà ðèñ. 12.9 ïîêàçàíà êàëèáðîâêà îäíîêëåòåâîãî çàãîòîâî÷íîãî ñòàíà 750 ñ ñîâìåùåííûìè êàëèáðàìè. Ðàññìîòðèì îñîáåííîñòè ïðîêàòêè â ïàðå ñîâìåùåííûõ êàëèáðîâ. Ïåðâûé ïðîïóñê ïðîèçâîäèòñÿ â íèæíåì êàëèáðå, à çàòåì áåç êàíòîâêè ïîëîñà ïåðåäàåòñÿ â âåðõíèé êàëèáð. Êàíòîâêà ïîëîñû îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè ïàäåíèè çàãîòîâêè ñ âåðõíåãî óðîâíÿ (ïîñëå ÷åòíîãî ïðîïóñêà) íà íèæíèé. Äëÿ ýòîãî äîñòàòî÷íî íà ïóòè åå ïîñòàâèòü íåêîòîðûé óïîð-êàíòîâàòåëü, íà êîòîðîì çàãîòîâêà ñàìà ïîâåðíåòñÿ íà 90°. Îáæàòèå â âåðõíåì êàëèáðå ∆h = h1 − h2 ,
Ðèñ. 12.8. Ñîâìåùåííûå
ãäå h1 è h2 âûñîòà íèæíåãî è âåðõíåãî êàëèáêàëèáðû 3-âàëêîâîãî ðîâ. Äèàìåòðû âàëêîâ ïî äíó êàëèáðîâ îáîçíàçàãîòîâî÷íîãî ñòàíà ÷èì Dðâ, Dðñ è Dðí, à ðàññòîÿíèÿ ìåæäó îñÿìè íèæíåé è âåðõíåé ïàðû âàëêîâ D1 è D2 (ñì. ðèñ. 12.8). ×òîáû ïîëîñà âûõîäèëà èç âàëêîâ ïðÿìîëèíåéíîé, ëèíåéíûå ñêîðîñòè âàëêîâ äîëæíû áûòü îäèíàêîâûìè, ïîýòîìó äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ ðàâåíñòâî Dðâ = Dðc = Dðí. Äèàìåòðû âñåõ âàëêîâ ïî äíó êàëèáðà äîëæíû áûòü îäèíàêîâûìè. Îäíàêî èìåííî â ýòîì ñëó÷àå ïîëîñà ðåäêî áûâàåò ïðÿìîëèíåéíîé, ïîñêîëüêó ïîìèìî ñêîðîñòåé íà ïðÿìîëèíåéíîñòü âëèÿþò ìíîãèå äðóãèå ôàêòîðû: íåðàâíîìåðíîñòü òåìïåðàòóðû ïî ñå÷åíèþ ïîëîñû, ðàçíîå ñîñòîÿíèå ïîâåðõíîñòè è íåðàâíîìåðíûé èçíîñ âåðõíåãî è íèæíåãî ðó÷üåâ êàëèáðà è ò. ä. Ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî îäíà ïîëîñà ïðè ïðîêàòêå ìîæåò çàãèáàòüñÿ ââåðõ, äðóãàÿ âíèç. Ïîýòîìó íà âñåõ ñòàíàõ äèàìåòðû âåðõíèõ âàëêîâ äåëàþò íà 34 ìì áîëüøå íèæíèõ (íà áîëåå ìåëêèõ ñîðòîâûõ ñòàíàõ ïîäîáíîå îòêëîíåíèå ñîñòàâëÿåò 13 ìì).  ýòîì ñëó÷àå ïîëîñà ïðè 271
Ðèñ. 12.9. Êàëèáðîâêà âàëêîâ 3-âàëêîâîãî çàãîòîâî÷íîãî ñòàíà 750
ïðîêàòêå âñåãäà ñòðåìèòñÿ ïðèæàòüñÿ ê íèæíåé ïðîâîäêå àðìàòóðû ñòàíà, óñòàíîâëåííîé íà âûõîäå èç êëåòè, è âûïðàâëÿåòñÿ çà ñ÷åò äâèæåíèÿ ïî ïðîâîäêå. Òîëüêî íà áëþìèíãàõ íèæíèé âàëîê íà 35 ìì âûøå íèæíåãî, ÷òîáû ïîëîñà íà âûõîäå èçãèáàëàñü ââåðõ (â âèäå ëûæè) è íå óäàðÿëà ïî ñòàíèííûì ðîëèêàì ðîëüãàíãà ñòàíà. Ïîêà áóäåì ñ÷èòàòü Dðâ = Dðc = Dðí. Èç ÷åðòåæà ñëåäóþò ðàâåíñòâà: D2 = Dðâ /2 + Dðñ /2 + h2; D1 = Dðñ /2 + Dðí /2 + h1. Âû÷òåì èç âòîðîãî ðàâåíñòâà ïåðâîå, ïîëó÷èì D1 D2 = (Dðí /2 Dðâ /2) + h1 h2 , îòêóäà ∆ h = D 1 D2 . Îáæàòèå â âåðõíåì êàëèáðå ðàâíî ðàçíîñòè ðàññòîÿíèé ìåæäó îñåâûìè ëèíèÿìè íèæíèõ è âåðõíèõ âàëêîâ, êîòîðûå îïðåäåëåíû êîíñòðóêöèåé ñòàíà. Îáæàòèå â âåðõíåì (÷åòíîì) ïðîïóñêå ñîâìåùåííûõ êàëèáðîâ íåëüçÿ íàçíà÷àòü ïðîèçâîëüíî, îíî çàäàíî êîíñòðóêöèåé ñòàíà. È, íàîáîðîò, ïðè êîíñòðóèðîâàíèè íîâûõ 3-âàëêîâûõ ñòàíîâ ñ ñîâìåùåííûìè êàëèáðàìè íåîáõîäèìî èçãîòîâëÿòü øåñòåðíè øåñòåðåííîé êëåòè ñòàíà, îïðåäåëÿþùèå ðàññòîÿíèÿ D1 è D2 â ñîîòâåòñòâèè ñ çàðàíåå ðàññ÷èòàííûìè îïòèìàëüíûìè îáæàòèÿìè â ÷åòíûõ ïðîïóñêàõ. 272
Ãëàâà 13 ÄÅÔÅÊÒÛ ÇÀÃÎÒÎÂÊÈ È ÈÕ ÓÑÒÐÀÍÅÍÈÅ 13.1. Âèäû äåôåêòîâ ñëèòêîâ è ëèòîé çàãîòîâêè Ïðè ïðîêàòêå êîíòðîëü êà÷åñòâà ìåòàëëà äîëæåí îñóùåñòâëÿòüñÿ íà âñåõ òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèÿõ, îäíàêî, êàê ìû âèäåëè, íà áëþìèíãå ýòîãî ñäåëàòü íå óäàåòñÿ. Òîëüêî ïîñëå ïðîêàòêè íà ÍÇÑ ïîñëå îñòûâàíèÿ ìåòàëëà âïåðâûå ïðåäîñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü ïðîâåñòè êîíòðîëü êà÷åñòâà çàãîòîâêè íà íàëè÷èå ïîâåðõíîñòíûõ è âíóòðåííèõ äåôåêòîâ. Íà çàãîòîâêå íåîáõîäèìî íå òîëüêî îáíàðóæèòü, íî è óñòðàíèòü äåôåêòû. Ëþáûå çàòðàòû íà ðåìîíò çàãîòîâêè îáû÷íî îêóïàþòñÿ óâåëè÷åíèåì âûõîäà ãîäíîãî â ñîðòîâîì ïðîèçâîäñòâå. Ââèäó áîëüøîãî îáúåìà ïðîêàòíîé ïðîäóêöèè íà êðóïíîì çàâîäå òðóäíî îðãàíèçîâàòü ñïëîøíîé êîíòðîëü çàãîòîâêè. ×àùå âñåãî çäåñü ïðèìåíÿþò âûáîðî÷íûé êîíòðîëü, ïîýòîìó åñòü âåðîÿòíîñòü ïðîïóñòèòü ÷àñòü ïðîêàòà ñ äåôåêòàìè â ñîðòîïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî. Äåôåêòû áûâàþò âíóòðåííèìè è íàðóæíûìè. Âíóòðåííèå îïàñíû òåì, ÷òî òðóäíî âûÿâëÿþòñÿ, íî ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ ïðè ïðîêàòêå îíè äðîáÿòñÿ, óòîíÿþòñÿ, âûòÿãèâàþòñÿ è çàêðûâàþòñÿ, ñòàíîâÿñü íåîïàñíûìè. Íàðóæíûå äåôåêòû îïàñíû âñåãäà, òàê êàê íå çàêðûâàþòñÿ ïðè ïðîêàòêå, ïîýòîìó èõ ìîæíî è íóæíî âûÿâëÿòü è óñòðàíÿòü ïåðåä ñëåäóþùèì ïåðåäåëîì. Òðàäèöèîííî âñå äåôåêòû äåëÿò ïî ïðîèñõîæäåíèþ: äåôåêòû, êîòîðûå âîçíèêàþò â ðåçóëüòàòå íåñîáëþäåíèÿ èëè íåñîâåðøåíñòâà òåõíîëîãèè â ñòàëåïëàâèëüíûõ öåõàõ, è äåôåêòû, êîòîðûå ïîÿâëÿþòñÿ â ïðîêàòíîì öåõå. Äåëåíèå ýòî óñëîâíî, òàê êàê íåêîòîðûå äåôåêòû ñòàëåïëàâèëüíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ èñïðàâèìû â ïðîêàòíîì öåõå, è â ïîÿâëåíèè èõ íà ìåòàëëå âèíîâàòû îáà ïðîèçâîäñòâà. Ðàññìîòðèì íåêîòîðûå òèïîâûå äåôåêòû ñòàëåïëàâèëüíîãî ïåðåäåëà. Òðåùèíû Òðåùèíû íà ïîâåðõíîñòè ñëèòêà èëè ëèòîãî áëþìà (ñëÿáà) ÿâëÿþòñÿ ñëåäñòâèåì áîëüøèõ ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé, âîçíèêàþùèõ ïðè íåñâîáîäíîé óñàäêå â ìîìåíò êðèñòàëëèçàöèè, ïðè íàëè÷èè ïðèìåñåé è íåìåòàëëè÷åñêèõ âêëþ÷åíèé íà ïîâåðõíîñòè, ïðè áûñòðîì èëè íåðàâíîìåðíîì îõëàæäåíèè ñëèòêîâ è ëèòûõ ñëÿáîâ è ò. ä. Ãîðÿ÷èå òðåùèíû îáðàçóþòñÿ îáû÷íî òîãäà, êîãäà òåðìè÷åñêèå è ìåõàíè÷åñêèå äåôîðìàöèè ðàñòÿæåíèÿ äîñòèãàþò 0,20,3 %, è íà ñëèòêàõ è ëèòûõ ñëÿáàõ ìíîãèõ ìàðîê ñòàëè ìåëêèå òðåùèíû ïîÿâëÿþòñÿ âñåãäà. Îíè ìîãóò ðàñïîëàãàòüñÿ âäîëü, ïîïåðåê èëè ïîä óãëîì ê îñè ñëèòêà, òðåùèíû âñåãäà èìåþò ñèëüíîîêèñëåííûå è îáåçóãëåðîæåííûå êðàÿ. Ñ óâåëè÷åíèåì óãëåðîäà, õðîìà, ñåðû, íèîáèÿ, îòíîøåíèÿ Mn/S, ãàçîâûõ ïðèìåñåé (íàïðèìåð, àçîòà) ñêëîííîñòü ñòàëè ê ðàçâèòèþ òðåùèí ïðè ðàçëèâêå âîçðàñòàåò. Ðàçíîâèäíîñòüþ òðåùèí ñëåäóåò ñ÷èòàòü âîëîñîâèíû âûòÿíóòûå âäîëü ïðîêàòà ìåëêèå ïðåðûâèñòûå ãðóïïîâûå òðåùèíû, âûõîäÿùèå íà ïîâåðõíîñòü. Ïðè÷èíîé èõ îáðàçîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå â ñëèòêàõ íåìåòàëëè÷åñêèõ 273
âêëþ÷åíèé, ãàçîâûõ ïîäêîðêîâûõ ïóçûðåé, âûäåëèâøèõñÿ â ðåçóëüòàòå ñíèæåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè ãàçîâ â ìåòàëëå èëè ïðè èñïîëüçîâàíèè íåêà÷åñòâåííîé (ãóñòîé) ñìàçêè èçëîæíèö. Âîëîñîâèíû îïàñíû òåì, ÷òî ïîä îêàëèíîé íà çàãîòîâêå òðóäíîîïðåäåëèìû. Òîíêèå è äëèííûå, îíè ìîãóò áûòü ëåãêî ïðîïóùåíû ïðè îñìîòðå. Íà èçëîìå îáðàçöà ìåòàëëà âèäíî, ÷òî âîëîñîâèíû ìîãóò áûòü äîñòàòî÷íî ãëóáîêèìè. Ïóçûðè Ïóçûðè íà ñëèòêàõ è ëèòûõ çàãîòîâêàõ ìîãóò áûòü ðàçëè÷íîãî ðàçìåðà è ðàñïîëàãàòüñÿ â ðàçíûõ çîíàõ. Ïðè÷èíû èõ îáðàçîâàíèÿ ìíîãî÷èñëåííû. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû ïîäêîðêîâûå ïóçûðè è ïîâåðõíîñòíûå ïóçûðè-ïîðû. Ïîäêîðêîâûå ïóçûðè ðàñïîëàãàþòñÿ ïîïåðåê îñè ñëèòêà â ïðèïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ. Ïðè÷èíîé èõ îáðàçîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ ñíèæåíèå ðàñòâîðèìîñòè ãàçîâ àçîòà, êèñëîðîäà è âîäîðîäà ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû ìåòàëëà äî íà÷àëà è â ïðîöåññå åãî êðèñòàëëèçàöèè.  æèäêîé ôàçå ïåðåä ôðîíòîì êðèñòàëëèçàöèè èíòåíñèâíî ïðîõîäèò òàêæå ðåàêöèÿ îêèñëåíèÿ óãëåðîäà. Íà îáà ïðîöåññà îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå îáðàçîâàíèå äåíäðèòîâ, çàòðóäíÿþùåå ïåðåìåøèâàíèå ðàñïëàâà è âûäåëåíèå ïóçûðåé ãàçà.  ãàçîâûõ ïóçûðÿõ ÷àñòî ñîäåðæàòñÿ ñêîïëåíèÿ íåìåòàëëè÷åñêèõ âêëþ÷åíèé. Ãëàâíûìè ïðè÷èíàìè ïîâûøåííîé ãàçîíàñûùåííîñòè æèäêîãî ìåòàëëà ÿâëÿþòñÿ ïîïàäàíèå âëàãè â ìåòàëë, ñèëüíûé ïåðåãðåâ ìåòàëëà â ïå÷è, íàðóøåíèå òåõíîëîãèè ðàñêèñëåíèÿ, ïîâûøåííàÿ ñêîðîñòü ðàçëèâêè, íåïðàâèëüíûé ïîäáîð ñìàçêè èçëîæíèö è ïð. Ïîäêîðêîâûå ïóçûðè õàðàêòåðíû äëÿ êèïÿùåé ñòàëè ïðè ïîçäíåì êèïåíèè, îñîáåííî ïðè âûñîêîì ñîäåðæàíèè ìàðãàíöà è õðîìà â åå ñîñòàâå. Ïðè ïðîêàòêå ãàçîâûå ïóçûðè âûòÿãèâàþòñÿ âäîëü îñè, îáðàçóÿ ïðåðûâèñòûå íåñïëîøíîñòè, ðàñïîëàãàþùèåñÿ ãðóïïàìè. Çàìå÷åíî, ÷òî ñ ïîâûøåíèåì ñîäåðæàíèÿ êðåìíèÿ â óãëåðîäèñòîé ñòàëè ðàçìåð ìèêðîïîð ñíèæàåòñÿ. Ïîâåðõíîñòíûå ïîðû ïðè ïðîêàòêå ìîãóò ðàñïîëàãàòüñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî íàïðàâëåíèþ ïðîêàòêè, îíè çàïîëíåíû îêàëèíîé è ÷àñòèöàìè îêñèäîâ è îáðàçóþòñÿ ïî òåì æå ïðè÷èíàì, ÷òî è ïóçûðè. Ïðè äëèòåëüíîì íàãðåâå ñëèòêîâ â êîëîäöàõ êîðî÷êà ìåòàëëà, îòäåëÿþùàÿ ïîäêîðêîâûå ïóçûðè îò ïîâåðõíîñòè, ìîæåò ïðîãîðåòü (îêèñëèòüñÿ), è ïîäêîðêîâûå ïóçûðè ñòàíóò ïîâåðõíîñòíûìè. Êîðî÷êè Êîðî÷êè îáðàçóþòñÿ ïðè ðàçëèâêå ñëèòêîâ ñèôîííûì ñïîñîáîì, êîãäà çåðêàëî ìåòàëëà îòêðûòî è èìååò íèçêóþ òåìïåðàòóðó. Ïðè ýòîì îòäåëüíûå ïîðöèè ìåòàëëà ìîãóò îòäåëèòüñÿ îò îñíîâíîãî ìåòàëëà è îêèñëèòüñÿ. Òàêèå îáúåìû áóäóò ïëàâàòü â îñíîâíîì ìåòàëëå, íå ñîåäèíÿÿñü ñ íèì. Çàòåì îíè ëèáî âñïëûâàþò è óõîäÿò â ïðèáûëüíóþ ÷àñòü ñëèòêà, ñòàâ íåîïàñíûìè, ëèáî ïðèâàðèâàþòñÿ ê êðàÿì èçëîæíèöû è çàëèâàþòñÿ æèäêèì ìåòàëëîì, îáðàçóÿ ïîâåðõíîñòíûé äåôåêò, ãëóáîêî óõîäÿùèé âíóòðü òåëà ñëèòêà. Âîçìîæíî òàêæå çàñòðåâàíèå êîðî÷êè âíóòðè ñëèòêà ñ îáðàçîâàíèåì âíóòðåííåãî äåôåêòà (òåìíàÿ êîðî÷êà). Îáû÷íî ïî ãðàíèöàì êîðî÷êè êîíöåíòðèðóþòñÿ îêèñëû íå òîëüêî æåëåçà, íî è äðóãèõ ìåòàëëîâ (îêñèäû), çäåñü æå ìîãóò áûòü ðàçëè÷íûå íåìåòàëëè÷åñêèå âêëþ÷åíèÿ, ãàçîâûå ñîåäèíåíèÿ. Êðàÿ êîðî÷åê îáû÷íî ñèëüíî îáåçóãëåðîæåíû. Ïîñëå ïðîêàòêè êîðî÷êà ÷àñòè÷íî ðàñïîëàãàåòñÿ íà ïîâåðõíîñòè, íî ðâàíûìè è îêèñëåííûìè êðàÿìè ìîæåò 274
ãëóáîêî óõîäèòü âíóòðü çàãîòîâêè. Òàêîé äåôåêò, à òàêæå òåìíàÿ êîðî÷êà î÷åíü òðóäíî óñòðàíÿþòñÿ. Îñíîâíûì ñïîñîáîì áîðüáû ñ êîðî÷êàìè ÿâëÿåòñÿ óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû çåðêàëà ìåòàëëà ïðè ðàçëèâêå. Äëÿ êàæäîé ìàðêè ñòàëè ñóùåñòâóåò ìèíèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà ðàçëèâêè, ïðè êîòîðîé êîðî÷êè ìàëîâåðîÿòíû. Îäíàêî óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû ðàçëèâêè óâåëè÷èâàåò ñêëîííîñòü ñòàëè ê òðåùèíîîáðàçîâàíèþ. Äëÿ óìåíüøåíèÿ êîðî÷åê ïîëåçíî òàêæå óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè ðàçëèâêè, çàùèòà çåðêàëà ìåòàëëà øëàêîì, ÷åøóéêàìè ñëþäû (âåðìèêóëèòîì) èëè ñïåöèàëüíûìè ñìåñÿìè. ×åì ÷èùå ìåòàëë, òåì ìåíüøå óñëîâèé äëÿ îáðàçîâàíèÿ êîðî÷åê. Ïðè íåïðåðûâíîé ðàçëèâêå ñòàëè òàêæå âîçìîæíî îáðàçîâàíèå êîðî÷åê, ïîýòîìó ñòðóþ ìåòàëëà ñëåäóåò çàùèùàòü àðãîíîì èëè àçîòîì, ñ ïîìîùüþ îãíåóïîðíûõ òðóáîê ìåæäó äåòàëÿìè ðàçëèâî÷íîãî è ïðîìåæóòî÷íîãî êîâøà è êðèñòàëëèçàòîðà. Ïëåíû Ïëåíû îáðàçóþòñÿ ïðè ðàçëèâêå ñëèòêîâ ñâåðõó, êîãäà ìåòàëë ðàçáðûçãèâàåòñÿ íà ñòåíêè èçëîæíèöû è çàñòûâàåò â âèäå îêèñëåííûõ ïîâåðõíîñòíûõ îáðàçîâàíèé. Ïðè ðàçëèâêå ñèôîíîì ïëåíû îáðàçóþòñÿ òîëüêî â äîííîé ÷àñòè ñëèòêà. Ïðèìåíåíèå èçëîæíèö ñ êþìïåëüíûì äíîì, èñïîëüçîâàíèå ðàçëè÷íûõ ìàíæåò è âîðîíîê, ðàçëèâêà ñî ñíèæåíèåì êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ñòðóè êîðî÷å, âñå, ÷òî óìåíüøàåò ðàçáðûçãèâàíèå ìåòàëëà ïðè ðàçëèâêå, ñïîñîáñòâóåò óìåíüøåíèþ ïëåí íà ïîâåðõíîñòè ñëèòêîâ. Ðàññëîé Ðàññëîåì íàçûâàåòñÿ íàðóøåíèå ñïëîøíîñòè ìåòàëëà â îñåâîé ÷àñòè ñëèòêà ïðè íåïðàâèëüíîé îòðåçêå ãîëîâíîé ÷àñòè íà áëþìèíãå. Óñàäî÷íûå äåôåêòû, îñòàâøèåñÿ íà çäîðîâîé ÷àñòè áëþìà, ïðè ïðîêàòêå ðàñêðûâàþòñÿ, è ñëèòîê ðàññëàèâàåòñÿ íà äâå ÷àñòè â ðàçíûå ñòîðîíû. Êîëè÷åñòâî ãîëîâíîé îáðåçè äëÿ êàæäîãî òèïà ñëèòêîâ îïðåäåëÿåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì íà îñíîâå íàêîïëåíèÿ ñòàòèñòè÷åñêîãî ìàòåðèàëà. Ðåçóëüòàò ïî ñòàòèñòèêå ñïðàâåäëèâ îáû÷íî äëÿ 95 % ñëèòêîâ. ×àñòü ñëèòêîâ áóäåò ñîäåðæàòü äåôåêòû óñàäî÷íîé ðàêîâèíû, êîòîðûå ìîãóò ïðèâåñòè ê ðàññëîþ. Çàáðàêîâàòü òàêèå ñëèòêè èíîãäà âûãîäíåå, ÷åì óâåëè÷èòü íîðìó îáðåçè ãîëîâíîé ÷àñòè äëÿ âñåõ ñëèòêîâ. Âèäèìî, âû÷èñëåíèå íîðìû îáðåçè äëÿ êàæäîãî òèïà ñëèòêîâ ÿâëÿåòñÿ îïòèìèçàöèîííîé òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêîé çàäà÷åé.  ñîâðåìåííûõ ñòàëåïëàâèëüíûõ öåõàõ âñå øèðå âíåäðÿþòñÿ êîìïëåêñíûå ìåòîäû áîðüáû ñðàçó ñ íåñêîëüêèìè âèäàìè äåôåêòîâ ñòàëåïëàâèëüíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ. Ê íèì ñëåäóåò îòíåñòè ðàçëèâêó ìåòàëëà ïîä ñèíòåòè÷åñêèìè øëàêàìè, çàùèòó ñòðóè èíåðòíûìè ãàçàìè èëè âàêóóìèðîâàíèå ñòðóè ïðè ðàçëèâêå. Ïðè íåïðåðûâíîé ðàçëèâêå ýëåêòðîìàãíèòíîå ïåðåìåøèâàíèå ìåòàëëà ñïîñîáñòâóåò ñíèæåíèþ òðåùèíîîáðàçîâàíèÿ, óìåíüøàåò ïîðèñòîñòü è îáðàçîâàíèå ãàçîâûõ ïóçûðåé, îäíîâðåìåííî ïîâûøàÿ ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå. Ïðèìåíÿåòñÿ î÷èñòêà ìåòàëëà ïóòåì ïåðåïëàâà åãî ìåòîäàìè ÝØÏ (ýëåêòðîøëàêîâîãî ïåðåïëàâà) èëè ÂÄÏ (âàêóóìíî-äóãîâîãî ïåðåïëàâà). Ôëîêåíû Ôëîêåíû îáðàçóþòñÿ â ñòàëåïëàâèëüíîì ïðîèçâîäñòâå, îäíàêî ïðîÿâëÿþòñÿ è óñòðàíÿþòñÿ â ïðîêàòíîì öåõå. Ïðè÷èíà èõ îáðàçîâàíèÿ âîäîðîä, 275
ðàñòâîðèìîñòü êîòîðîãî ðåçêî ñíèæàåòñÿ ïðè óìåíüøåíèè òåìïåðàòóðû ìåòàëëà.  æèäêîì ìåòàëëå âîäîðîäà ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî ìíîãî, çàòåì ïðè êðèñòàëëèçàöèè îí âûäåëÿåòñÿ è ñêàïëèâàåòñÿ â ðàçëè÷íûõ ìèêðîïîðàõ. Çäåñü îí ñîåäèíÿåòñÿ ñ óãëåðîäîì ìåòàëëà, îáðàçóÿ ìåòàí CH4. Äàâëåíèå ãàçà â ìèêðîïîðå ðåçêî âîçðàñòàåò, òàê êàê ìåòàí çàíèìàåò áîëüøèé îáúåì, ÷åì âîäîðîä, ðàçìåð ìèêðîïîð óâåëè÷èâàåòñÿ. Ýòîò ïðîöåññ ïðîòåêàåò òàêæå ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå è äàëüíåéøåì îõëàæäåíèè ìåòàëëà. Íà ãîòîâîì ïðîêàòå ôëîêåíû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ìåëêèå âíóòðåííèå òðåùèíû, íèêîãäà íå âûõîäÿùèå íà ïîâåðõíîñòü è èìåþùèå â èçëîìå îêðóãëóþ ôîðìó è ñâåòëóþ íåîêèñëåííóþ ïîâåðõíîñòü. Ôëîêåíû îñîáåííî îïàñíû ïðè öèêëè÷åñêîì íàãðóæåíèè äåòàëåé, èçãîòîâëåííûõ èç ýòîãî ìåòàëëà, êîãäà òàêèå ìåëêèå òðåùèíêè ñîåäèíÿþòñÿ ìåæäó ñîáîé â ñïëîøíûå òðåùèíû. Íà îáðàçîâàíèå ôëîêåíîâ âëèÿåò ñîäåðæàíèå âîäîðîäà â àòìîñôåðå ïëàâèëüíîé ïå÷è. Îíè âîçíèêàþò â òîì ñëó÷àå, êîãäà ñîäåðæàíèå âîäîðîäà ïðåâûøàåò 2 ñì2 íà 100 ã òâåðäîé ñòàëè. Êðîìå òîãî, â ñòàëè äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íî áîëüøîå ñîäåðæàíèå óãëåðîäà.  íèçêîóãëåðîäèñòûõ íåëåãèðîâàííûõ ñòàëÿõ, à òàêæå â ñòàëÿõ àóñòåíèòíîãî, ôåððèòíîãî, àóñòåíèòîôåððèòíîãî è ïîëóôåððèòíîãî êëàññîâ ôëîêåíû íå îáðàçóþòñÿ íèêîãäà. ×àùå âñåãî ôëîêåíû âîçíèêàþò â õðîìèñòûõ, õðîìîíèêåëåâûõ, õðîìîêðåìíèñòûõ, õðîìîíèêåëüâîëüôðàìîâûõ, øàðèêîïîäøèïíèêîâûõ è ïîäîáíûõ ñòàëÿõ. ×àñòî ïîÿâëÿþòñÿ îíè â ñòàëÿõ ìàðòåíñèòíîãî, áåéíèòíîãî, òðîîñòèòíîãî òèïà, â ëåãèðîâàííûõ ñòàëÿõ ïåðëèòíîãî êëàññà. Ñðåäíåóãëåðîäèñòûå è âûñîêîóãëåðîäèñòûå êîíñòðóêöèîííûå ñòàëè òàêæå ïîäâåðæåíû ôëîêåíîîáðàçîâàíèþ. Îñíîâíûìè ñïîñîáàìè áîðüáû ñ ôëîêåíàìè ÿâëÿåòñÿ óìåíüøåíèå ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà â ñòàëè, íàïðèìåð, ïóòåì âàêóóìèðîâàíèÿ ñòðóè ïðè ðàçëèâêå è îáåñïå÷åíèå óñëîâèé äëÿ ñâîáîäíîãî âûäåëåíèÿ âîäîðîäà èç ìåòàëëà ïðè åãî îõëàæäåíèè. Ïîñëå ïðîêàòêè ôëîêåíî÷óñòâèòåëüíûå ñòàëè ïîäâåðãàþòñÿ ñïåöèàëüíîé àíòèôëîêåííîé îáðàáîòêå. Íàèáîëåå ýôôåêòèâíî âîäîðîä óäàëÿåòñÿ èç ìåòàëëà ïðè òåìïåðàòóðå 650700 °Ñ (äëÿ ëåãèðîâàííûõ êîíñòðóêöèîííûõ ñòàëåé), ïîýòîìó ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ åãî î÷åíü ìåäëåííî îõëàæäàþò â îòàïëèâàåìûõ ïå÷àõ èëè êîëîäöàõ. ×åì ìåíüøå ñå÷åíèå ïðîêàòà, òåì ìåíüøå îí ïîðàæåí ôëîêåíàìè, ïîýòîìó, êàê ïðàâèëî, àíòèôëîêåííàÿ îáðàáîòêà ïðîèçâîäèòñÿ íà çàãîòîâêå, à íå íà ãîòîâîì ñîðòîâîì ïðîêàòå. Êðóïíîñîðòíûå ïðîôèëè òèïà ðåëüñîâ è ïð., ïîëó÷àåìûå èç ñëèòêîâ, òàêæå íóæäàþòñÿ â àíòèôëîêåííîé îáðàáîòêå. 13.2. Äåôåêòû, âîçíèêàþùèå ïðè íàãðåâå è ïðîêàòêå Äåôåêòû ìåòàëëà, âîçíèêàþùèå â ïðîêàòíûõ öåõàõ, ìíîãî÷èñëåííû. Áîëüøèíñòâî èç íèõ èìåþò îäíó è òó æå ïðèðîäó, õîòÿ âûãëÿäÿò ïî-ðàçíîìó. Ðàññìîòðèì îñíîâíûå äåôåêòû, îáúåäèíèâ ïîä îäíèì íàçâàíèåì íåñêîëüêî èõ ðàçíîâèäíîñòåé. Óñëîâíî âñå äåôåêòû, âîçíèêàþùèå â ïðîêàòíîì öåõå, ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå ãðóïïû: ñâÿçàííûå ñ íåïðàâèëüíûì íàãðåâîì ìåòàëëà ïîä ïðîêàòêó è âîçíèêàþùèå íåïîñðåäñòâåííî ïðè ïðîêàòêå èëè îõëàæäåíèè ìåòàëëà ïîñëå ïðîêàòêè. 276
13.2.1. Äåôåêòû, âîçíèêàþùèå ïðè íåïðàâèëüíîì íàãðåâå Ïåðåãðåâ è ïåðåæîã Íà ïîâåðõíîñòè ïðîêàòà ïåðåãðåâ è ïåðåæîã âûãëÿäÿò êàê ðàçðûâû â âèäå ðàêîâèí, ðâàíèí êëèíîâèäíîé ôîðìû, èìåþùèõ èíîãäà êðóïíûå ðàçìåðû. Ïðè íåáîëüøîé ñòåïåíè ïåðåãðåâà äåôåêò èìååò âèä ìåëêîé ñåòêè òðåùèí, ïîðàæàþùèõ âñå ãðàíè èëè îòäåëüíûå ìåñòà ãîòîâûõ áëþìîâ. Ïðè ïðîêàòêå ñåòêà òðåùèí îòñëàèâàåòñÿ â âèäå ÷åøóåê, ïîýòîìó òàêîé áðàê íàçûâàåòñÿ ÷åøóé÷àòîñòüþ. Ñêëîííîñòü ìåòàëëà ê ïåðåãðåâó è ïåðåæîãó ðàñòåò ñ óâåëè÷åíèåì ñîäåðæàíèÿ óãëåðîäà è ëåãèðîâàíèÿ ñòàëè ëåãêîîêèñëÿþùèìèñÿ ýëåìåíòàìè. Äëÿ ñòàëåé, ëåãèðîâàííûõ íèêåëåì, ìàðãàíöåì è ìåäüþ ïðè ïðîêàòêå ïåðåãðåòûõ ñëèòêîâ, õàðàêòåðíà áîëåå ãëóáîêàÿ ñåòêà òðåùèí, íàçûâàåìàÿ ñåòêîé ðàçãàðà. Ïðè÷èíîé ïåðåæîãà ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà íàãðåâà, äîñòèãàþùàÿ íà ïîâåðõíîñòè ñëèòêà ëèíèè ñîëèäóñà (íà÷àëà ïëàâëåíèÿ ãðàíèö çåðåí ìåòàëëà). Ïðè äëèòåëüíîì ïåðåæîãå ìåòàëë îïëàâëÿåòñÿ íå òîëüêî íà ïîâåðõíîñòè, íî è â ãëóáèíå ñëèòêà, ïîýòîìó îí ðàññûïàåòñÿ â êîëîäöå èëè â âàëêàõ ñòàíà. Ïåðåææåííûå ñëèòêè âîññòàíîâëåíèþ íå ïîäëåæàò. Ïåðåãðåâ ïðîèñõîäèò ïðè äëèòåëüíîì ïðåáûâàíèè ìåòàëëà ïðè âûñîêèõ (íî ïðàâèëüíî âûáðàííûõ) òåìïåðàòóðàõ, ïðè êîòîðûõ óñïåâàåò âûðàñòè çåðíî, îò÷åãî ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà ñíèæàåòñÿ, íà ïîâåðõíîñòè ñëèòêà ïðè ïðîêàòêå ïîÿâëÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ, ïðèâîäÿùèå ê ïîâåðõíîñòíûì òðåùèíàì. Ïåðåãðåâ ìîæíî óñòðàíèòü, åñëè ìåòàëë äî ïðîêàòêè îõëàäèòü äî òåìïåðàòóðû íà÷àëà ðåêðèñòàëëèçàöèè (ïðèìåðíî 700750 °Ñ), çà ñ÷åò ïåðåêðèñòàëëèçàöèè ïîëó÷èòü íîâûå ìåëêèå çåðíà ìåòàëëà, çàòåì ñíîâà íàãðåòü åãî ïî òåõíîëîãè÷åñêîé èíñòðóêöèè. Îêèñëåíèå è îáåçóãëåðîæèâàíèå Âûñîêîòåìïåðàòóðíûé íàãðåâ ìåòàëëà â îáû÷íîé àòìîñôåðå ïå÷è âûçûâàåò èíòåíñèâíîå ðàçâèòèå ãàçîâîé êîððîçèè íà ïîâåðõíîñòè, ðåçóëüòàò êîòîðîé îêàëèíîîáðàçîâàíèå è îáåäíåíèå ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ óãëåðîäîì (îáåçóãëåðîæèâàíèå). Ñëîé îêàëèíû íà ïîâåðõíîñòè ñëèòêà åùå íå ÿâëÿåòñÿ äåôåêòîì, òàê êàê ïðè ïðîêàòêå îí ëåãêî óäàëÿåòñÿ ãèäðîñáèâîì ñèñòåìîé ñîïåë, ïîäàþùèõ ñòðóè âîäû ïîä äàâëåíèåì äî 150 àòì. Îäíàêî íà ãîòîâîì ïðîêàòå, îñîáåííî â òðåùèíàõ, îêàëèíà ìîæåò ñîõðàíèòüñÿ. Ïðè ïðîêàòêå âîçìîæíî âäàâëèâàíèå êóñî÷êîâ îêàëèíû â îñíîâíîé ìåòàëë, îò÷åãî îáðàçóþòñÿ ðàçëè÷íûå âèäû áðàêà (íàïðèìåð, ðÿáèçíà, ìàçêè è ïð.). Ïðè áîëüøîì ñëîå îêàëèíû íà êèñëûõ ñòàëÿõ âîçìîæåí âûõîä íà ïîâåðõíîñòü ïîäêîðêîâûõ ãàçîâûõ ïóçûðåé ñ îáðàçîâàíèåì ïîâåðõíîñòíûõ òðåùèí ïðè ïðîêàòêå. Åñëè â àòìîñôåðå ïå÷è ñîäåðæèòñÿ ñâîáîäíûé êèñëîðîä, óãëåêèñëîòà, âîäîðîä è âîäÿíûå ïàðû, òî óãëåðîä ìåòàëëà, äèôôóíäèðóÿ èç ãëóáèííûõ ñëîåâ ê ïîâåðõíîñòè, âñòóïàåò â ðåàêöèþ ñ íèìè, îò÷åãî ïîâåðõíîñòíûé ñëîé ìåòàëëà îáåçóãëåðîæèâàåòñÿ. Îñîáåííî íåæåëàòåëüíî îáåçóãëåðîæèâàíèå äëÿ èíñòðóìåíòàëüíûõ ñòàëåé, äëÿ êîòîðûõ îáåçóãëåðîæåííûé ñëîé ìîæåò ïîâëèÿòü íà ñâîéñòâà ðåæóùåé êðîìêè ãîòîâîãî èíñòðóìåíòà. 277
Ïðîöåññû îêèñëåíèÿ è îáåçóãëåðîæèâàíèÿ ïðîòåêàþò îäíîâðåìåííî, ïîýòîìó îêîí÷àòåëüíàÿ òîëùèíà îáåçóãëåðîæåííîãî ñëîÿ çàâèñèò îò ñîîòíîøåíèÿ ñêîðîñòåé ïðîòåêàíèÿ ýòèõ ïðîöåññîâ.  êà÷åñòâå ìåðû áîðüáû ñ îáåçóãëåðîæèâàíèåì ìîæíî ïðåäëîæèòü íàâåäåíèå îêèñëèòåëüíîé àòìîñôåðû â ïå÷è, ÷òî ïðèâåäåò ê óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè îêèñëåíèÿ. Íà ïîâåðõíîñòè ïðîêàòà ïîÿâèòñÿ òîëñòûé ñëîé îêàëèíû, íî îáåçóãëåðîæåííûé ñëîé íå óñïååò îáðàçîâàòüñÿ. Íà ñêîðîñòü ïðîòåêàíèÿ îáîèõ ïðîöåññîâ îêàçûâàåò âëèÿíèå òåìïåðàòóðà, ñîñòàâ, äàâëåíèå ãàçîâ â ïå÷è, ðåæèì íàãðåâà, îñîáåííî õèìè÷åñêèé è ôàçîâûé ñîñòàâ ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ íàãðåâàåìîé ñòàëè. Ñ óâåëè÷åíèåì óãëåðîäà ñíèæàåòñÿ ñêîðîñòü è îêèñëåíèÿ, è îáåçóãëåðîæèâàíèÿ â ñâÿçè ñ èíòåíñèâíûì îáðàçîâàíèåì çàùèòíîãî ñëîÿ èç îêèñè óãëåðîäà. Òðóäíî ïðåäóïðåäèòü îáåçóãëåðîæèâàíèå ñðåäíåóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé (0,30,7 %). Ñåðà, ôîñôîð, ìàðãàíåö, íèêåëü ïî÷òè íå èçìåíÿþò ñêîðîñòü îêèñëåíèÿ, à òèòàí, ìåäü, êîáàëüò çàìåòíî åå ñíèæàþò. Î÷åíü ñèëüíî çàìåäëÿþò îêèñëåíèå ñòàëè õðîì, àëþìèíèé è êðåìíèé, îáðàçóÿ çàùèòíûå ïëåíêè íà ïîâåðõíîñòè. Íàîáîðîò, âàíàäèé, âîëüôðàì è ìîëèáäåí îáðàçóþò ëåãêîïëàâêèå è ëåòó÷èå îêñèäû, ïîýòîìó ñïîñîáíû çàìåòíî óñêîðèòü îêèñëåíèå ñòàëè. Ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ áîëåå óñòîé÷èâû ê îêèñëåíèþ îäíîðîäíûå îäíîôàçíûå ñòàëè (àóñòåíèò ñ ïîëíûì ðàñòâîðåíèåì â íåì äðóãèõ ñîñòàâëÿþùèõ), ÷åì äâóõôàçíûå, â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî íåîäíîðîäíûå ïëåíêè îêñèäîâ áûñòðåå ðàçðóøàþòñÿ. Òàêæå ìîæíî óíè÷òîæèòü çàùèòíûå ïëåíêè ïðè áûñòðîì èëè íåðàâíîìåðíîì íàãðåâå ìåòàëëà. Ñêîðîñòü îáåçóãëåðîæèâàíèÿ â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè çàâèñèò îò äèôôóçèè óãëåðîäà â ïîâåðõíîñòíûå ñëîè ìåòàëëà, ïîýòîìó êàðáèäîîáðàçóþùèå ýëåìåíòû (õðîì, âàíàäèé, ìîëèáäåí, ìàðãàíåö è äð.), ñâÿçûâàÿ àòîìû óãëåðîäà, ñíèæàþò èõ ïîäâèæíîñòü, ïðåïÿòñòâóþò äèôôóçèè. Ñòàëè, ñîäåðæàùèå íåñêîëüêî ëåãèðóþùèõ ýëåìåíòîâ, îáåçóãëåðîæèâàþòñÿ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì óãëåðîäèñòûå (Ó7Ó13). ×òîáû íå äîïóñòèòü èëè ñîêðàòèòü îäíîâðåìåííî îêèñëåíèå è îáåçóãëåðîæèâàíèå ìåòàëëà, ëåãèðîâàííûå ìàðêè ñòàëè ÷àñòî íàãðåâàþò ïî óñêîðåííûì ðåæèìàì â çàùèòíûõ àòìîñôåðàõ. Èíîãäà èñïîëüçóþò ðàçëè÷íûå çàùèòíûå îáìàçêè, êîòîðûå ïðè äåôîðìàöèè ñëóæàò òàêæå ñìàçêàìè. Ðâàíèíû è òðåùèíû Ïðè óñêîðåííîì èëè íåðàâíîìåðíîì íàãðåâå ìåòàëëà âîçìîæíû áîëüøèå òåðìè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå ìîãóò ïðèâåñòè ê ðàçðóøåíèþ ìåòàëëà, îñîáåííî â óñëîâèÿõ ïîíèæåííîé ïëàñòè÷íîñòè (íàïðèìåð, ïðè ôàçîâûõ ïðåâðàùåíèÿõ, ïðè ñòðóêòóðíîé íåîäíîðîäíîñòè è ïð.). Îñîáåííî ñêëîííû ê òåðìè÷åñêèì òðåùèíàì ñëèòêè ñðåäíå- è âûñîêîóãëåðîäèñòûõ ìàðîê ñòàëè (ØÕ15, Ó13, 30ÕÃÑÀ è äð.). Òàêèå òðåùèíû ìîãóò áûòü áîëüøèìè è ãðóáûìè (ñêâîðå÷íèêè â âèäå øèðîêî ðàñêðûòûõ ïîëîñòåé, íàäðûâû ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ è ïð.) èëè ñðàâíèòåëüíî íåãëóáîêèìè è ìåëêèìè, ÷àñòî ðàñïîëîæåííûìè ïî ãðàíèöàì çåðåí. Ñêëîííîñòü ñòàëè ê òåðìè÷åñêèì òðåùèíàì ðåçêî âîçðàñòàåò ïðè íàëè÷èè â íåé íåìåòàëëè÷åñêèõ âêëþ÷åíèé, ïðè âûïîòåâàíèè íà ïîâåðõíîñòè ëåãêîïëàâêèõ ôàç è õðóïêèõ ïëåíîê, ïðè íàëè÷èè äðóãèõ ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ, ïëîõîì êà÷åñòâå ïîâåðõíîñòè ñëèòêà è ò. ï. 278
13.2.2. Äåôåêòû, âîçíèêàþùèå ïðè ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè Äåôîðìàöèîííûå òðåùèíû (ðâàíèíû) Íàäðûâû ïîâåðõíîñòè ðàçëè÷íîé ãëóáèíû êîíöåíòðèðóþòñÿ îáû÷íî ó ðåáåð è ðàñïîëàãàþòñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî îñè ïðîêàòûâàåìîé çàãîòîâêè. Îíè îáðàçóþòñÿ ïðè ïðåâûøåíèè ðåêîìåíäîâàííûõ îáæàòèé, íèçêîé èëè íåðàâíîìåðíîé òåìïåðàòóðå ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå, â çîíàõ, ïîðàæåííûõ ðàçëè÷íûìè äåôåêòàìè ñëèòêà, îïèñàííûìè ðàíåå. Äåôîðìàöèîííûå íàïðÿæåíèÿ â çîíå ðàçðóøåíèÿ îáû÷íî îïàñíû íà òðåùèíî÷óâñòâèòåëüíûõ, ëåãèðîâàííûõ è âûñîêîóãëåðîäèñòûõ ìàðêàõ ñòàëè, èìåþùèõ ñðàâíèòåëüíî óçêèé òåìïåðàòóðíûé èíòåðâàë ïëàñòè÷íîñòè. Ïëåíû Ïðîêàòíûå ïëåíû èìåþò âèä îòñëîåíèé â ôîðìå ÿçûêîâ, îäíîñòîðîííå ñîåäèíåííûõ ñ îñíîâíûì ìåòàëëîì è îòäåëåííûõ îò íåãî ñëîåì îêàëèíû. Îíè îáðàçóþòñÿ âñëåäñòâèå ðàñêàòêè ðâàíèí è òðåùèí, ñëåäîâ íàñå÷êè íà âàëêàõ áëþìèíãà è ïð. Óñû è çàêàòû Ïðè ïåðåïîëíåíèè êàëèáðîâ ïðè ïðîêàòêå ïî âñåé äëèíå ðàñêàòà â ïëîñêîñòè ðàçúåìà âàëêîâ îáðàçóþòñÿ óñû èëè ëàìïàñû, êîòîðûå ïîñëå êàíòîâêè ïîëîñû ïðåâðàùàþòñÿ â çàêàòû. Çàêàòû íå ñîåäèíÿþòñÿ ñ îñíîâíûì ìåòàëëîì, òàê êàê îêèñëåíû. Îíè ïëîõî çàìåòíû íà ãîòîâîì ïðîêàòå, èìåþò âèä òóïîé òðåùèíû, óõîäÿùåé âíóòðü ìåòàëëà ïîä îñòðûì óãëîì ê ïîâåðõíîñòè è ïðîõîäÿùåé ïî âñåé äëèíå ðàñêàòà. Òàêîé äåôåêò âîçíèêàåò ïðè íåïðàâèëüíîé êàëèáðîâêå âàëêîâ, ïðè çàäà÷å â âàëêè ïåðåêîøåííûõ ïîëîñ, íàðóøåíèè ðåæèìîâ ïðîêàòêè. Ñ íåïðàâèëüíîé êàëèáðîâêîé è íàðóøåíèåì ðåæèìîâ äåôîðìàöèè ñâÿçàí òàêæå äåôåêò, êîòîðûé íàçûâàåòñÿ ìîðùèíû.  ÿùè÷íîì êàëèáðå ìîðùèíû îáðàçóþòñÿ ïî íåîáæèìàåìîé ñòîðîíå ðàñêàòà, êîãäà áîêîâûå ñòåíêè êàëèáðà ïëîõî ïðîðàáàòûâàþò ìåòàëë, à îáæàòèÿ ïî îñíîâíûì ãðàíÿì âåëèêè. Ïîñëå êàíòîâêè îáðàçîâàâøèåñÿ ìîðùèíû ìîãóò íå ðàñïðÿìèòüñÿ, çàïîëíèòüñÿ îêàëèíîé è ñîõðàíèòüñÿ íà ãîòîâîì ïðîêàòå. Ïðè ïðîêàòêå çàãîòîâêè â ðîìáè÷åñêèõ è êâàäðàòíûõ êàëèáðàõ ìîðùèíû îáðàçóþòñÿ â óãëàõ ïðîôèëÿ, ðàñïîëàãàÿñü â çîíå ðàçúåìà âàëêîâ â âèäå íåãëóáîêèõ çàêàòîâ ïî âñåé äëèíå çàãîòîâêè èëè íà îòäåëüíûõ ó÷àñòêàõ. Ðèñêè, öàðàïèíû, ïîäðåçû Ýòà ãðóïïà äåôåêòîâ ñâÿçàíà ñ íåèñïðàâíîñòüþ îáîðóäîâàíèÿ, ïðîâîäîê, ðîëèêîâ ðîëüãàíãîâ, ñ íåïðàâèëüíîé íàñòðîéêîé êàëèáðîâ âàëêîâ. Ïðè ñìåùåíèè âåðõíåãî ðó÷üÿ êàëèáðà îòíîñèòåëüíî íèæíåãî âîçìîæíû íå òîëüêî ïîäðåçû ìåòàëëà, íî è íàðóøåíèå ãåîìåòðèè ïðîôèëÿ, ÷òî ñâÿçàíî ñ áîëüøîé ãðóïïîé òàê íàçûâàåìûõ ãåîìåòðè÷åñêèõ äåôåêòîâ ïðîôèëÿ. 13.3. Ìåòîäû îáíàðóæåíèÿ äåôåêòîâ Êà÷åñòâî ïðîêàòà, â ÷àñòíîñòè çàãîòîâêè, ðåãëàìåíòèðóåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèìè ÃÎÑÒàìè è ÒÓ, êîòîðûå ñîäåðæàò íåñêîëüêî ãðóïï ïîêàçàòåëåé, îöåíèâàþùèõ: 279
1) õèìè÷åñêèé è ôàçîâûé ñîñòàâ ìåòàëëà (ìèêðî- è ìàêðîñòðóêòóðà, âèä êàðáèäíûõ âêëþ÷åíèé, õàðàêòåð îáåçóãëåðîæåííîé çîíû è ïð.); 2) ãåîìåòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè (òî÷íîñòü, äîïóñêè, ðàçíîòîëùèííîñòü è ïð.); 3) òðåáîâàíèÿ ê ïîâåðõíîñòè (äîïóñêàåìûå ãðàíèöû ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ, ñîñòîÿíèå ïîâåðõíîñòè, íàëè÷èå îêàëèíû, øåðîõîâàòîñòü è ò. ä.); 4) ôèçèêî-õèìè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ ê ìåòàëëó (ýëåêòðè÷åñêèå, ìàãíèòíûå è ïðî÷èå ñâîéñòâà). Íà âñåõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäàõ ïðîõîäèò ïðîöåññ âíåäðåíèÿ ìåæäóíàðîäíîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ êà÷åñòâîì ïðîäóêöèè íà áàçå ÈÑÎ-9000, êîòîðàÿ îïèñàíà ðàíåå. Êîíòðîëü êà÷åñòâà ïðîäóêöèè ðàçâèâàåòñÿ â äâóõ íàïðàâëåíèÿõ. Ñ îäíîé ñòîðîíû, âàæíî êîíòðîëèðîâàòü êà÷åñòâî óæå ïðîèçâåäåííîé ïðîäóêöèè, ìåõàíèçèðîâàòü è àâòîìàòèçèðîâàòü àäúþñòàæíûå ðàáîòû ïî âûÿâëåíèþ äåôåêòîâ è ðåìîíòó ãîòîâîãî ïðîêàòà. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, íåîáõîäèìî ñòðåìèòüñÿ ê òîìó, ÷òîáû íà àäúþñòàæ ïîñòóïàëà òîëüêî ãîäíàÿ ïðîäóêöèÿ. Íóæíî óâåëè÷èâàòü çàòðàòû íå ñòîëüêî íà ñðåäñòâà êîíòðîëÿ è ðåìîíò íåêà÷åñòâåííîãî ïðîêàòà, ñêîëüêî íà êîíòðîëü âñåõ òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé, âûÿâëåíèå è óñòðàíåíèå ïðè÷èí âîçíèêíîâåíèÿ äåôåêòîâ íà âñåõ ñòàäèÿõ ïðîèçâîäñòâà ìåòàëëà. Ïî âòîðîìó ïóòè èäåò ðàçâèòèå ñðåäñòâ êîíòðîëÿ âî âñåõ âèäàõ ïðîèçâîäñòâà, â òîì ÷èñëå â ìåòàëëóðãèè, õîòÿ äîëÿ àäúþñòàæíîãî êîíòðîëÿ çäåñü åùå î÷åíü âåëèêà. Íàïðèìåð, â ßïîíèè çà ñ÷åò âíåäðåíèÿ â ìåòàëëóðãèþ íîâåéøèõ òåõíîëîãèé è áëàãîäàðÿ êðóïíûì çàòðàòàì â ñðåäñòâà êîíòðîëÿ è ðåãóëèðîâàíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé âûõîä ãîäíîãî ñòàëüíîãî ïðîêàòà äîñòèãàåò 90 %, òîãäà êàê â ÑØÀ îí ðàâåí 75 %. Îäíàêî îäíîñòîðîííåå ðàçâèòèå òîëüêî ñðåäñòâ óïðàâëåíèÿ òåõíîëîãèåé âåäåò ê ñóùåñòâåííîìó óäîðîæàíèþ ãîòîâîé ïðîäóêöèè, ïîýòîìó ñóùåñòâóåò îïòèìàëüíîå ñîîòíîøåíèå ìåæäó äâóìÿ îïèñàííûìè òåíäåíöèÿìè.  òîé æå ßïîíèè âêëàäûâàþò çíà÷èòåëüíûå ñðåäñòâà â ìåõàíèçàöèþ è àâòîìàòèçàöèþ àäúþñòàæíûõ ðàáîò.  íåêîòîðûõ ïðîèçâîäñòâàõ, íàïðèìåð â ÷àñîâîé ïðîìûøëåííîñòè, áåñïîëåçíî ïðîâåðÿòü êà÷åñòâî ÷àñîâ íà âûõîäå, åñëè íå îðãàíèçîâàòü 100 %-íûé êîíòðîëü òåõíîëîãèè èõ èçãîòîâëåíèÿ, íî â ìåòàëëóðãèè îáà íàïðàâëåíèÿ áóäóò ñîñóùåñòâîâàòü, âèäèìî, âñåãäà. Ðàññìîòðèì îñíîâíûå ìåòîäû êîíòðîëÿ äåôåêòîâ çàãîòîâêè ïîñëå åå îõëàæäåíèÿ. Ãëàâíûì îñòàåòñÿ âèçóàëüíûé ìåòîä, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî ìîæíî îïðåäåëÿòü ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû. ×òîáû äåôåêòû áûëè âèäíû íåâîîðóæåííûì ãëàçîì, çàãîòîâêó ïåðåä îñìîòðîì çà÷èùàþò îò îêàëèíû â ôîðìå çìåéêè íàæäà÷íûì êðóãîì. Åñëè äëÿ îöåíêè èñïîëüçóþòñÿ îïòè÷åñêèå ïðèáîðû, òî ìåòîä ñòàíîâèòñÿ âèçóàëüíî-îïòè÷åñêèì. Ýòîò ìåòîä îáíàðóæåíèÿ äåôåêòîâ íàèáîëåå ïðîñò è äîñòóïåí. ×åëîâå÷åñêèé ãëàç, îñîáåííî âîîðóæåííûé îñâåòèòåëüíûìè è óâåëè÷èòåëüíûìè ïðèáîðàìè, ñïîñîáåí ðàçëè÷àòü ñàìûå ìåëü÷àéøèå äåôåêòû. Îäíàêî ñóáúåêòèâíîñòü è íèçêàÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü íå îáåñïå÷èâàþò òðåáóåìîé äîñòîâåðíîñòè òàêîãî ìåòîäà êîíòðîëÿ. Òåì íå ìåíåå îí î÷åíü ðàñïðîñòðàíåí íà ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäàõ, îñîáåííî ïðè íåáîëüøèõ îáúåìàõ ïðîèçâîäñòâà. 280
Ïîñëå âûÿâëåíèÿ äåôåêòîâ ñëåäóåò èõ óñòðàíåíèå. Äåôåêòíîå ìåñòî óäàëÿþò ëèáî ñ ïîìîùüþ ãàçîâîé ãîðåëêè, ëèáî íàæäà÷íûì èëè øëèôîâàëüíûì êðóãîì. Ãàçîâàÿ ãîðåëêà ïðèìåíèìà íà ïðîñòûõ íèçêîóãëåðîäèñòûõ ìàðêàõ ñòàëè, êîãäà òåðìè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ îò ìåñòíîãî ïåðåãðåâà íåîïàñíû. Âûñîêîóãëåðîäèñòûå, ëåãèðîâàííûå è âûñîêîëåãèðîâàííûå ìàðêè ñòàëè çà÷èùàþò íà øëèôîâàëüíûõ ñòàíêàõ, îäíàêî íà íåêîòîðûõ ìàðêàõ ìåñòíûé ðàçîãðåâ ïðè øëèôîâêå ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîÿâëåíèþ øëèôîâî÷íûõ òðåùèí, ïîýòîìó èõ çà÷èùàþò íà ðàçîãðåòîé çàãîòîâêå. Äëÿ ýòîé æå öåëè ïðèãîäíû ôðåçåðíûå óñòàíîâêè. Âñå ñóùåñòâóþùèå ñïîñîáû çà÷èñòêè ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ ðàçëè÷àþòñÿ ñòåïåíüþ ìåõàíèçàöèè è àâòîìàòèçàöèè ïðèìåíÿåìîãî îáîðóäîâàíèÿ îò ðó÷íûõ äî àâòîìàòèçèðîâàííûõ, óïðàâëÿåìûõ îò ÝÂÌ ñòàíêîâ. 13.3.1. Ìàãíèòíûå ìåòîäû êîíòðîëÿ Ñðåäè îáúåêòèâíûõ íåîáõîäèìî âûäåëèòü ãðóïïó ìàãíèòíûõ ìåòîäîâ êîíòðîëÿ. Îíè îñíîâàíû íà îáíàðóæåíèè ïîëÿ ðàññåÿíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, âîçíèêàþùåãî âáëèçè äåôåêòà, ñ ïîìîùüþ ÷óâñòâèòåëüíûõ èíäèêàòîðîâ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ìàãíèòíûì ïîëåì.  çàâèñèìîñòè îò òèïà ïðèìåíÿåìûõ èíäèêàòîðîâ ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî òàêèõ ìåòîäîâ. Îäíèì èç ñàìûõ ðàñïðîñòðàíåííûõ ÿâëÿåòñÿ ìàãíèòíî-ïîðîøêîâûé ìåòîä, ãäå èíäèêàòîðîì ñëóæèò ìàãíèòíûé ïîðîøîê. Äëÿ äàííîãî ìåòîäà õàðàêòåðíà âûñîêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü, ïîâûøåííàÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü è ïðîñòàÿ òåõíîëîãèÿ. Îí ïîçâîëÿåò âûÿâëÿòü ïîâåðõíîñòíûå íàðóøåíèÿ ñïëîøíîñòè øèðèíîé îò 2,5 ìêì è áîëåå â âèäå âîëîñîâèí, òðåùèí, ðàññëîåíèé, çàêàòîâ è ò. ï. Òàêèì ìåòîäîì óäàåòñÿ îáíàðóæèòü äåôåêòû íå òîëüêî íà ãðàíÿõ, íî è íà ðåáðàõ ïðîôèëÿ, õîòÿ íà ðåáðàõ íàïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ ñëàáåå, ÷åì â öåíòðå ãðàíè, ïî÷òè â ÷åòûðå ðàçà. Ïðèíöèï ìåòîäà îñíîâàí íà òîì, ÷òî ÷àñòèöû ïîðîøêà ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íàìàãíè÷èâàþòñÿ è ïðèòÿãèâàþòñÿ, íàêàïëèâàÿñü â çîíå íàèáîëüøåé íåîäíîðîäíîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ðàéîíå äåôåêòà. Ìàãíèòíûå ïîðîøêè íàíîñÿò íà ïîâåðõíîñòü ïðîêàòà ëèáî ïóòåì ðàñïûëåíèÿ, ëèáî ìîêðûì ìåòîäîì ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîðîøêîâûõ ñóñïåíçèé. Âòîðîé ñïîñîá îáåñïå÷èâàåò áîëåå âûñîêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü.  ðÿäå ñëó÷àåâ ïðèìåíÿþò ëþìèíèñöåíòíûå (ñâåòÿùèåñÿ) ïîðîøêè, äàþùèå êîíòðàñòíûå èçîáðàæåíèÿ â çàòåìíåííîì ïîìåùåíèè è â ñâåòå óëüòðàôèîëåòîâûõ ëàìï. Ñîâåðøåíñòâóþòñÿ òàêæå ìåòîäû ôèêñàöèè ñêîïëåíèé ïîðîøêà ïóòåì ïðèìåíåíèÿ ýëåêòðîííûõ è òåëåâèçèîííûõ ñèñòåì. Ìåòîä, åñòåñòâåííî, õîðîøî ñåáÿ çàðåêîìåíäîâàë ïðè ðàáîòå íà ÷èñòîì ìåòàëëå, ñâîáîäíîì îò îêàëèíû. Íà ìåòàëëå ñ îêàëèíîé ìîæíî îáíàðóæèâàòü òîëüêî êðóïíûå äåôåêòû. Ïîýòîìó âåäóòñÿ ðàáîòû êàê ïî ñîâåðøåíñòâîâàíèþ ìåòîäîâ çà÷èñòêè ìåòàëëà ïåðåä èñïûòàíèåì, òàê è ïî ñîçäàíèþ áîëåå ÷óâñòâèòåëüíûõ ìàãíèòíûõ ñóñïåíçèé, ïîçâîëÿþùèõ êîíòðîëèðîâàòü íåçà÷èùåííûé ìåòàëë. Ìîêðûé ìàãíèòíî-ïîðîøêîâûé ìåòîä êîíòðîëÿ äåôåêòîâ îñóùåñòâëÿþò íà øâåäñêîé óñòàíîâêå Centrotest (ðèñ. 13.1). Èìåÿ äâà ìîäóëÿ, îíà ïîçâîëÿåò ïðîñìàòðèâàòü îäíîâðåìåííî äâå ñòîðîíû çàãîòîâêè. 281
3
3
2
1
Ðèñ. 13.1. Óñòàíîâêà Centrotest
Çàãîòîâêà 1 ñ çàãðóçî÷íîãî óñòðîéñòâà ïðîõîäèò êîíòðîëü 2 è ïîñòóïàåò íà ìîäóëè 3, ãäå íàìàãíè÷èâàåòñÿ è îïðûñêèâàåòñÿ âîäíîé ôåððîìàãíèòíîé ñóñïåíçèåé. Ëèíèÿ êîíòðîëÿ âûïîëíåíà â òðåõ âàðèàíòàõ: ðó÷íîì, êîãäà äåôåêòû îòìå÷àþòñÿ êîíòðîëëåðîì âðó÷íóþ â óëüòðàôèîëåòîâîì ñâåòå; ñ àâòîìàòè÷åñêîé îòìåòêîé äåôåêòîâ ñ ïîìîùüþ êðàñêîîòìåò÷èêîâ; ñ àâòîìàòè÷åñêèì âû÷èñëåíèåì êîîðäèíàò ðàçìåùåíèÿ äåôåêòîâ, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ ïðè àâòîìàòè÷åñêîì óïðàâëåíèè øëèôîâàëüíûì ñòàíêîì, óñòðàíÿþùèì äåôåêòû ñ ïîìîùüþ øëèôîâàëü2 íîãî êðóãà. 1 4 Ôèðìà Kobe Steel (ßïîíèÿ) ðàçðàáîòàëà äåôåêòîñêîï, â êîòîðîì èñïîëü5 çóåòñÿ ìàãíèòíî-ëþìèíèñöåíòíûé ìåòîä, 6 3 à äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî ñ÷èòûâàíèÿ äåôåêòîâ âûñîêî÷óâñòâèòåëüíûå òåëåêàìåðû (ðèñ. 13.2). Óñòðîéñòâî íàìàãíè÷èâàíèÿ 7 ñîçäàåò ìàãíèòíîå ïîëå è ñëåäèò çà ïîëîæåíèåì çàãîòîâêè íà ñòåëëàæå. Ñóñïåíçèÿ 7 ñ ïîðîøêîì íàíîñèòñÿ ôîðñóíêîé 6. Ñâåòÿùèåñÿ â óëüòðàôèîëåòîâîì ñâåòå 5 âàëèêè ïîðîøêà íà äåôåêòàõ ðàñïîçíàþòñÿ Ðèñ. 13.2. Äåôåêòîñêîï âûñîêî÷óâñòâèòåëüíûìè òåëåêàìåðàìè 4. ôèðìû Kobe Steel 282
Áëîêè 13 ïðåîáðàçóþò âèäåîñèãíàë â öèôðîâóþ ôîðìó è çàïèñûâàþò åãî â ïàìÿòü ìèêðî-ÝÂÌ, êîòîðàÿ ïîñëå ñîîòâåòñòâóþùåé îáðàáîòêè ïåðåäàåò ýòè äàííûå íà óñòðîéñòâî óïðàâëåíèÿ äåôåêòîîòìåò÷èêàìè, ðàñïûëÿþùèìè êðàñêó â ìåñòà äåôåêòîâ. Äåôåêòîñêîï âìîíòèðîâàí â àãðåãàòíóþ ëèíèþ, âòîðàÿ ÷àñòü êîòîðîé ñîäåðæèò òðè ôðåçåðíûõ àãðåãàòà ñ ÷åòûðüìÿ ôðåçàìè (ïî êàæäîé ñòîðîíå çàãîòîâêè), ñíàáæåííûìè êàíòîâàòåëÿìè. Àãðåãàòíàÿ ëèíèÿ ïîëíîñòüþ àâòîìàòèçèðîâàíà è ðàáîòàåò íàäåæíåå, ÷åì ìàãíèòíî-ïîðîøêîâàÿ óñòàíîâêà. Äðóãîé ðàçíîâèäíîñòüþ ìàãíèòíîãî ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ ìàãíèòîãðàôè÷åñêèé, çàêëþ÷àþùèéñÿ â íàìàãíè÷èâàíèè ìåòàëëà è çàïèñè ïîëåé ðàññåèâàíèÿ íà ìàãíèòíûé íîñèòåëü. Òàêèì ñïîñîáîì óäàåòñÿ çàïèñàòü äåôåêòû ãëóáèíîé 0,3 ìì è áîëåå ïðè âûñîòå íåðîâíîñòåé íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà 0,10,15 ìì. Ïðè ýòîì îêàëèíà ñíèæàåò ÷óâñòâèòåëüíîñòü ìåòîäà íà 2530 %. Ðàññìîòðèì ñõåìó ìàãíèòîãðàôè÷åñêîãî óñòðîéñòâà (ðèñ. 13.3) äëÿ êîíòðîëÿ äåôåêòîâ íà çàãîòîâêàõ ñå÷åíèåì îò 70½70 äî 200½200 ñî ñêîðîñòüþ êîíòðîëÿ 0,5 ì/ñ. Ìàãíèòíàÿ ëåíòà 4 ïðåäâàðèòåëüíî íàìàãíè÷èâàåòñÿ äî íàñûùåíèÿ, à çàòåì ââîäèòñÿ â êîíòàêò ñ êîíòðîëèðóåìîé, ïðåäâàðèòåëüíî çà÷èùåííîé îò îêàëèíû çàãîòîâêîé 1, íàìàãíè÷åííîé ïåðåìåííûì ïîëåì â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì ïîâåðõíîñòè ëåíòû. Çàòåì ñèãíàëû óñèëèâàþòñÿ è ñ ïîìîùüþ ïîðîãîâûõ òðèããåðîâ êëàññèôèöèðóþòñÿ ñ öåëüþ âûäåëåíèÿ êðóïíûõ è ìåëêèõ äåôåêòîâ. Äëÿ âèçóàëüíîãî ïðîñìîòðà äåôåêòîâ óñòàíîâëåí îñöèëëîñêîï. Ñåìü äåôåêòîîòìåò÷èêîâ ìàðêèðóþò äåôåêòû ðàçíûìè êðàñêàìè. 5
4
9
6
3
7
2
8
11
10 1
14
12 13
Ðèñ. 13.3. Ñõåìà ìàãíèòîãðàôè÷åñêîé óñòàíîâêè ñ íàìàãíè÷èâàíèåì ïåðåìåííûì òîêîì: 1 çàãîòîâêà; 2 áëîê íàìàãíè÷èâàíèÿ çàãîòîâêè; 3 áëîê ñòèðàíèÿ çàïèñè; 4 ìàãíèòíàÿ ëåíòà; 5 äâèãàòåëü ãîëîâêè; 6 ãîëîâêà ñúåìà ñèãíàëà; 7 óñèëèòåëü; 8 ôèëüòð; 9 îñöèëëîñêîï; 10, 11 ïîðîãîâûå òðèããåðû; 12 ïåðåêëþ÷àòåëü; 13 äåôåêòîîòìåò÷èêè; 14 óñèëèòåëü
283
Ïðè ôåððîçîíäíîì ìåòîäå ìàíèòíûå ïîëÿ ôèêñèðóþòñÿ ñ ïîìîùüþ ôåððîçîíäà ïðåîáðàçîâàòåëÿ íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë. Ôåððîçîíäû èìåþò ðàçíóþ êîíñòðóêöèþ, ïðîñòåéøèé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñåðäå÷íèê èç ìàãíèòíî-ìÿãêîãî ìàòåðèàëà ñ íàìîòàííûìè íà íåãî îáìîòêàìè âîçáóæäåíèÿ è èçìåðåíèÿ. Áîëåå ñëîæíû â èçãîòîâëåíèè, íî áîëåå ïðîñòû â óïðàâëåíèè ïðåîáðàçîâàòåëè, ðàáîòàþùèå íà èñïîëüçîâàíèè ýôôåêòà Õîëëà, âîçíèêàþùåãî ïîä äåéñòâèåì ñèëû Ëîðåíöà ïðè âçàèìîäåéñòâèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ñ òîêîì, ïðîòåêàþùèì ïî ïðîâîäíèêó. Ïðèìåíÿþòñÿ òàêæå áîëåå ïðîñòûå ìàãíèòîäèîäíûå ïðåîáðàçîâàòåëè, â êîòîðûõ èñïîëüçóåòñÿ ýôôåêò Ãàóññà èçìåíåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäíèêà (èëè ïîëóïðîâîäíèêà) ïðè ïîìåùåíèè åãî â ìàãíèòíîå ïîëå. Òàêèì îáðàçîì, âñå ìàãíèòíî-ïîðîøêîâûå ìåòîäû êîíòðîëÿ äåôåêòîâ ïðåäóñìàòðèâàþò âûïîëíåíèå ñëåäóþùèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé: ïîäãîòîâêà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà, íàìàãíè÷èâàíèå ïðîêàòà, íàíåñåíèå ìàãíèòíûõ ïîðîøêîâ èëè ñóñïåíçèé, îñìîòð èëè èíàÿ ôèêñàöèÿ äåôåêòîâ è ðàçáðàêîâêà ïðîêàòà.  êîíöå îáÿçàòåëüíî ïðîèçâîäèòñÿ ðàçìàãíè÷èâàíèå ãîäíîãî ïðîêàòà. Ìåòîä ïðèìåíèì òîëüêî äëÿ êîíòðîëÿ ìåòàëëà, ñïîñîáíîãî íàìàãíè÷èâàòüñÿ. Êðîìå òîãî, îí íå ïîçâîëÿåò äèôôåðåíöèðîâàòü äåôåêòû ïî ãëóáèíå, íå äàåò âîçìîæíîñòè ðåãóëèðîâàòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü. Ïîýòîìó èäóò ïîèñêè äðóãèõ ìåòîäîâ. 13.3.2. Âèõðåòîêîâûå ìåòîäû êîíòðîëÿ Âèõðåòîêîâûå ìåòîäû êîíòðîëÿ îñíîâàíû íà àíàëèçå âçàèìîäåéñòâèÿ âíåøíåãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ñ ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîëåì âèõðåâûõ òîêîâ, íàâîäèìûõ âîçáóæäàþùåé êàòóøêîé â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå êîíòðîëèðóåìîãî ìåòàëëà. Êàòóøêó íàêëàäûâàþò íà çàãîòîâêó èëè çàãîòîâêó ðàñïîëàãàþò ìåæäó äâóìÿ êàòóøêàìè (âîçáóæäàþùåé è èçìåðèòåëüíîé). Òàê ðàçëè÷àþò ìåòîä íàêëàäíîé êàòóøêè îò ýêðàííîãî ìåòîäà. Âèõðåâûå òîêè ýòî çàìêíóòûå òîêè, èíäóöèðîâàííûå â ïðîâîäÿùåé ñðåäå èçìåíÿþùèìñÿ ìàãíèòíûì ïîëåì. Åñëè ÷åðåç êàòóøêó ïðîïóñêàòü òîê îïðåäåëåííîé ÷àñòîòû, òî ìàãíèòíîå ïîëå êàòóøêè âîçáóæäàåò â èñïûòóåìîì ìåòàëëå âèõðåâûå òîêè, ïîëÿ êîòîðûõ îêàçûâàþò âîçäåéñòâèå íà ïîëå êàòóøêè. Ïîÿâëåíèå òðåùèíû íà ìåòàëëå âûçûâàåò èñêàæåíèå èëè äàæå ðàçðûâ ïîëÿ âèõðåâûõ òîêîâ, èçìåíÿåòñÿ õàðàêòåð âçàèìîäåéñòâèÿ èíäóöèðîâàííîãî ïîëÿ, à òàêæå ïîëÿ êàòóøêè, êîòîðîå òðåáóåòñÿ çàôèêñèðîâàòü è ðàñøèôðîâàòü. Ìåòîä âèõðåâûõ òîêîâ ïîçâîëÿåò îáíàðóæèòü êàê ïîâåðõíîñòíûå, òàê è ïîäïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû, ñ åãî ïîìîùüþ óäàåòñÿ âûÿâèòü ìàëî ðàñêðûòûå òðåùèíû, ïîêðûòûå ìîñòèêàìè. Îäíàêî ìåòîä íå ñòîëü íàãëÿäåí, êàê ãðóïïà ïðåäûäóùèõ. Íà îáû÷íîé ñòàëè èç-çà åå âûñîêîé ìàãíèòíîé íåîäíîðîäíîñòè îí ìîæåò äàâàòü èñêàæåííûå ðåçóëüòàòû, ïîýòîìó ÷àùå âñåãî ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ êîíòðîëÿ çàãîòîâîê èç íåìàãíèòíûõ ìàòåðèàëîâ. ×óâñòâèòåëüíîñòü ìåòîäà ïî÷òè öåëèêîì çàâèñèò îò êîíñòðóêöèè êàòóøêè èíäóêòèâíîñòè (äàò÷èêà).  ïðîöåññå ðàáîòû äàò÷èê ïåðåìåùàåòñÿ ïî ïîâåðõíîñòè èçäåëèÿ, ïðè ýòîì ïðåæäå íàâåäåííûå âèõðåâûå òîêè èñ÷åçàþò, è íîâûå òîêè ïîÿâëÿþòñÿ òîëüêî â ìåñòå ðàñïîëîæåíèÿ äàò÷èêà. Îíè â îñíîâíîì êîí284
öåíòðèðóþòñÿ â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ è îñëàáåâàþò ïî ìåðå çàãëóáëåíèÿ â ìåòàëë. Ãëóáèíà ïðîíèêíîâåíèÿ âèõðåâûõ òîêîâ ðàññòîÿíèå îò ïîâåðõíîñòè, ãäå ïëîòíîñòü âèõðåâûõ òîêîâ óìåíüøàåòñÿ â å ðàç (å îñíîâàíèå íàòóðàëüíîãî ëîãàðèôìà), îïðåäåëÿåò òó ìàêñèìàëüíóþ ãëóáèíó çàëåãàíèÿ äåôåêòîâ, íà êîòîðîé îíè îïðåäåëÿþòñÿ. ×åì âûøå ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ìàòåðèàëà è ÷àñòîòà âîçáóæäåíèÿ, òåì áîëüøå ãëóáèíà âûÿâëÿåìûõ äåôåêòîâ. Ìåíÿÿ ÷àñòîòó, ìîæíî îöåíèòü õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ äåôåêòîâ ïî ãëóáèíå. Ìåòîä âèõðåâûõ òîêîâ î÷åíü ÷óâñòâèòåëåí ê ðàçëè÷íûì íåãàòèâíûì ôàêòîðàì (ðàññòîÿíèå äàò÷èêà îò ïîâåðõíîñòè, íåîäíîðîäíîñòü ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ ìåòàëëà, ôîðìà è ÷èñòîòà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà è ò. ä.), ïîýòîìó áîëüøèíñòâî èññëåäîâàíèé è êîíñòðóêòèâíûõ ðåøåíèé âåäåòñÿ â íàïðàâëåíèè ñòàáèëèçàöèè è íàäåæíîñòè ìåòîäà. Åãî ïðèìåíÿþò òàêæå â ñî÷åòàíèè ñ äðóãèìè ìåòîäàìè. 13.3.3. Òåïëîâûå ìåòîäû êîíòðîëÿ Òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ ãîðÿ÷åãî ìåòàëëà ïðè îñòûâàíèè ðàçëè÷íà íà äåôåêòíûõ è áåçäåôåêòíûõ ó÷àñòêàõ çà ñ÷åò ðàçíîé èõ òåïëîïðîâîäíîñòè. Ñîâðåìåííàÿ àïïàðàòóðà ïîçâîëÿåò óëîâèòü î÷åíü íåáîëüøîå îòëè÷èå â òåìïåðàòóðå ýòèõ ó÷àñòêîâ è êëàññèôèöèðîâàòü äåôåêòû ïîâåðõíîñòíûõ è ïîäïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ. Ìîæíî îðãàíèçîâàòü íåïðåðûâíûé è äèñòàíöèîííûé êîíòðîëü òåïëîâîé êàðòèíû â ïîòîêå ìåòàëëà. Òàêîé ìåòîä ïðèìåíÿåòñÿ ïðè êîíòðîëå êà÷åñòâà êàòàíûõ çàãîòîâîê è íåïðåðûâíî-ëèòûõ ñëÿáîâ. Îäíàêî ãîðÿ÷èé êîíòðîëü ìåòàëëà èç-çà îêàëèíû íå î÷åíü ýôôåêòèâåí, ìíîãèå âíåøíèå ôàêòîðû ñíèæàþò ÷óâñòâèòåëüíîñòü ìåòîäà.  îòëè÷èå îò èçëîæåííîãî ïàññèâíîãî ìåòîäà áîëåå âûñîêóþ ðàçðåøàþùóþ ñïîñîáíîñòü èìååò àêòèâíûé ìåòîä òåïëîâîãî êîíòðîëÿ. Çäåñü, íàîáîðîò, õîëîäíóþ çàãîòîâêó íà êîíòðîëüíîì ñòåëëàæå ðàçîãðåâàþò è ïî ðàçíîñòè ñâå÷åíèÿ îïðåäåëÿþò ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû. Òåïëîâàÿ êàðòèíà ïîâåðõíîñòûõ ñëîåâ áóäåò îáðàòíà òîé, êîòîðàÿ ïîëó÷àåòñÿ ïðè îõëàæäåíèè. Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè áûñòðûå ìåòîäû íàãðåâà ñ èñïîëüçîâàíèåì ñêàíèðóþùåãî èñòî÷íèêà òåïëà. Âîçìîæíîñòè òåïëîâûõ ìåòîäîâ âî ìíîãîì îïðåäåëÿþòñÿ ñðåäñòâàìè îöåíêè òåìïåðàòóðíûõ ïîëåé. Îñîáåííî øèðîêî ïðèìåíÿþò îïòè÷åñêèå ñêàíèðóþùèå ñèñòåìû, ïîçâîëÿþùèå âûïîëíèòü ïîýëåìåíòíûé îáçîð ìåòàëëà. Ìãíîâåííîå èçîáðàæåíèå, ïîëó÷åííîå ïðèìåðíî ñ ïëîùàäè 1 ìì2, ïðåîáðàçóåòñÿ â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë, êîòîðûé çàòåì óñèëèâàåòñÿ è ïðåîáðàçóåòñÿ â äâóõìåðíóþ êàðòèíó òåïëîâîãî ïîëÿ ó÷àñòêà, âûñâå÷èâàåìóþ äëÿ âèçóàëüíîãî íàáëþäåíèÿ íà áîëüøîì ýêðàíå. Äëÿ ïîâûøåíèÿ ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ìåòîäà ïðèìåíÿþò òåðìî÷óâñòâèòåëüíûå ïîêðûòèÿ, îáû÷íî ñâåòëî-æåëòûõ òîíîâ, íàíîñèìûå íà õîëîäíûé ìåòàëë ðàñïûëåíèåì èëè íàêàòêîé. Ïðè íàãðåâå âñåãî äî 5070 °Ñ ïðè îñìîòðå â óëüòðàôèîëåòîâûõ ëó÷àõ âûÿâëÿþòñÿ ýôôåêòû èçìåíåíèÿ öâåòà íà äåôåêòíûõ ó÷àñòêàõ. Ðàçðàáîòàíû òàêæå èíäèêàòîðíûå ñóñïåíçèè, îáðàçóþùèå íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà òåðìîèíäèêàòîðíûå ïîêðûòèÿ, èçìåíÿþùèå öâåò ïðè òåìïåðàòóðå äî 150200 °Ñ. Òàêèå ïîêðûòèÿ ïîçâîëÿþò âûÿâëÿòü çàêàòû è ïëåíû ãëóáèíîé 0,2 ìì è ïîâåðõíîñòíûå òðåùèíû ãëóáèíîé 0,4 ìì ñ ìèíèìàëüíûì ðàñêðûòèåì 10 ìì. 285
1
2 3
4
6
5
7 Ðèñ. 13.4. Ðàçìåùåíèå îáîðóäîâàíèÿ óñòàíîâêè òåðìîöâåòîâîé äåôåêòîñêîïèè êâàäðàòíîé çàãîòîâêè: 1 ó÷àñòîê ïðèãîòîâëåíèÿ è õðàíåíèÿ èíäèêàòîðíîé ñóñïåíçèè; 2 çàãðóçî÷íîå óñòðîéñòâî; 3 áëîê òåðìîöâåòîâîé äåôåêòîñêîïèè; 4 òðàíñïîðòíûé ðîëüãàíã; 5 ðàçãðóçî÷íîå óñòðîéñòâî; 6 áëîêè íàãðåâàòåëüíûõ êîíòóðîâ; 7 âûñîêî÷àñòîòíûå ãåíåðàòîðû
Ïðèâåäåì ñõåìó ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ óñòàíîâêè òåðìîöâåòîâîé äåôåêòîñêîïèè ñ íàíåñåíèåì íà ïîâåðõíîñòü çàãîòîâêè òåðìî÷óâñòâèòåëüíîé ñóñïåíçèè è íàãðåâîì åå ïîâåðõíîñòè òîêàìè âûñîêîé ÷àñòîòû (ðèñ. 13.4). 13.3.4. Ýëåêòðîìàãíèòíî-òåïëîâûå ìåòîäû êîíòðîëÿ Ýëåêòðîìàíèòíî-òåïëîâîé ìåòîä òàêæå ôèêñèðóåò òåïëîâûå ïîëÿ â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ ìåòàëëà, îäíàêî ôèçè÷åñêèå îñíîâû åãî èíûå, ÷åì â òåïëîâûõ ìåòîäàõ. Çäåñü õîëîäíàÿ ïðîêàòíàÿ çàãîòîâêà ïðîõîäèò ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ ÷åðåç âûñîêî÷àñòîòíûé èíäóêòîð.  ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ èíäóöèðóþòñÿ òîêè, êîòîðûå ðàâíîìåðíî ðàçîãðåâàþò çäîðîâûé ïîâåðõíîñòíûé ñëîé, íî â ðåçóëüòàòå êîíöåíòðàöèè òîêà íà äåôåêòàõ è óäëèíåíèÿ ïóòè ïðîõîæäåíèÿ òîêà íà òðåùèíàõ äåôåêòíûå ó÷àñòêè ðàçîãðåâàþòñÿ áîëüøå. Îäíèì èç ãëàâíûõ ïàðàìåòðîâ, îïðåäåëÿþùèõ ýôôåêòèâíîñòü êîíòðîëÿ, ÿâëÿåòñÿ ãëóáèíà ïðîíèêíîâåíèÿ òîêà â ìåòàëë, êîòîðàÿ â îñíîâíîì çàâèñèò îò ÷àñòîòû òîêà èíäóêòîðà. ×åì âûøå ÷àñòîòà, òåì ìåíüøå òîëùèíà ïðîãðåâàåìîãî ñëîÿ è âûøå ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòàì. Ïðè ÷àñòîòå òîêà 4466 êÃö ìèíèìàëüíàÿ ãëóáèíà âûÿâëÿåìûõ äåôåêòîâ ñîñòàâëÿåò 0,20,4 ìì, ïðè ÷àñòîòå 440 êÃö îáíàðóæèâàþòñÿ äåôåêòû íà ãëóáèíå äî 0,150,20 ìì, íî âîçìîæíîñòü îïðåäåëåíèÿ áîëåå ìåëêèõ äåôåêòîâ âîçðàñòàåò. Âîçìîæíà íàñòðîéêà ÷àñòîòû íà çàäàííóþ ãëóáèíó âûÿâëÿåìûõ äåôåêòîâ. ×óâñòâèòåëüíîñòü ìåòîäà âîçðàñòàåò, åñëè ïðåäâàðèòåëüíî íà ïîâåðõíîñòü ìåòàëëà íàíåñòè èíäèêàòîðíîå ïîêðûòèå â âèäå ñóñïåíçèè, öâåò êîòîðîãî â çàâèñèìîñòè îò ñòåïåíè íàãðåâà èçìåíÿåòñÿ îò áåëîãî äî òåìíî-êîðè÷íåâîãî. Ñ÷èòûâàÿ êàðòèíó ðàñïðåäåëåíèÿ öâåòà ïî ïîâåðõíîñòè, ìîæíî êîíòðîëèðîâàòü äåôåêòû íà ãëóáèíå 12 ìì. Ãëàâíîå ïðåèìóùåñòâî òåðìîöâåòíûõ ìåòîäîâ ñ÷èòûâàíèÿ èíôîðìàöèè ñîñòîèò â òîì, ÷òî îíè ïîçâîëÿþò îïðåäåëÿòü äåôåêòû 286
áåç óäàëåíèÿ îêàëèíû íà çàãîòîâêå, ïðè÷åì äåôåêòû íà ãðàíÿõ è ðåáðàõ âûÿâëÿþòñÿ ñ ðàâíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ. Óñòàíîâêà Therm-O Matik (Íîðâåãèÿ) âñòðîåíà â àäúþñòàæíóþ ëèíèþ, íà êîòîðîé ðåàëèçîâàí ýëåêòðîìàãíèòíî-òåïëîâîé ìåòîä êîíòðîëÿ (ðèñ. 13.5). Ïîñëå ïðàâêè íà ðîëèêîïðàâèëüíîé ìàøèíå 1 çàãîòîâêà èëè ñîðòîâîé ìåòàëë ïîäâåðãàþòñÿ äðîáåñòðóéíîé î÷èñòêå îò îêàëèíû 2 è ïîñòóïàþò íà äåôåêòîñêîï 3. Ïîñëå ñìà÷èâàíèÿ ïîâåðõíîñòè è íàíåñåíèÿ òåðìî÷óâñòâèòåëüíîé ñóñïåíçèè çàãîòîâêà ïîñòóïàåò â èíäóêöèîííûé íàãðåâàòåëü. ×åòûðå ðàäèîìåòðà ôèêñèðóþò òåïëîâóþ êàðòèíó ïîâåðõíîñòè, êîòîðàÿ çàòåì îáðàáàòûâàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ÝÂÌ, ðàñøèôðîâûâàåòñÿ è ôèêñèðóåòñÿ. Ýòà èíôîðìàöèÿ ÿâëÿåòñÿ èñõîäíîé äëÿ óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé ïèñòîëåòîâ-êðàñêîðàñïûëèòåëåé, íàêëàäûâàþùèõ êðàñêó íà äåôåêòíûå ó÷àñòêè. Ðåçóëüòàòû êîíòðîëÿ âûäàþòñÿ íà ïå÷àòü. Äåôåêòîñêîï îáñëóæèâàåòñÿ îäíèì îïåðàòîðîì ñ ïóëüòà óïðàâëåíèÿ.
2
3
1
Ðèñ. 13.5. Àäúþñòàæíàÿ ëèíèÿ äëÿ êîíòðîëÿ êâàäðàòíîé çàãîòîâêè è ñîðòîâîãî ìåòàëëà
Ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïî ïîâåðõíîñòè ìîæíî çàôèêñèðîâàòü òàêæå ñ ïîìîùüþ ñêàíèðóþùèõ èíôðàêðàñíûõ êàìåð (ðàäèîìåòðîâ), ïîêàçàíèÿ êîòîðûõ îáðàáàòûâàþòñÿ ñ ïîìîùüþ ÝÂÌ. Îäíàêî òåõíè÷åñêè ýòî ñëîæíåå, ÷åì ñ÷èòûâàíèå öâåòîâîé êàðòèíû ïðè èñïîëüçîâàíèè òåðìîèíäèêàòîðíûõ ïîêðûòèé. Âñå ïåðå÷èñëåííûå ìåòîäû êîíòðîëÿ çàãîòîâêè èìåþò îáùèé íåäîñòàòîê: îíè ïðèìåíÿþòñÿ íà êîíå÷íîé ñòàäèè ïðîèçâîäñòâà çàãîòîâêè, òîãäà êàê íåîáõîäèìî âûÿâëÿòü äåôåêòû íà ñàìûõ ðàííèõ ñòàäèÿõ, ò. å. â ïðîöåññå ïðîêàòêè íà áëþìèíãå è ÍÇÑ èëè íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä ïîñàäêîé ñëèòêîâ â êîëîäåö. Ïðè ýòîì òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà ëåæèò â ïðåäåëàõ 8001000 °Ñ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ íàäåæíûõ ïðèáîðîâ äëÿ êîíòðîëÿ äåôåêòîâ ïðè òàêèõ òåìïåðàòóðàõ íå ñóùåñòâóåò. Îäíàêî ðàáîòû â ýòîì íàïðàâëåíèè èíòåíñèâíî âåäóòñÿ, è çíà÷èòåëüíûå óñïåõè óæå äîñòèãíóòû, îñîáåííî â ßïîíèè è Øâåöèè.  îñíîâíîì ïðèìåíÿþò îïòè÷åñêèé, òåïëîâîé è ýëåêòðîìàãíèòíûé ìåòîäû îáíàðóæåíèÿ äåôåêòîâ. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû îïòè÷åñêèå ìåòîäû. Îíè îñíîâàíû íà òîì, ÷òî íà ïîâåðõíîñòè ãîðÿ÷åãî ìåòàëëà òàêèå äåôåêòû, êàê çàâîðîòû, êîðî÷êè, çàëèâèíû, òåìíåå, à òðåùèíû ÿð÷å, ÷åì áåçäåôåêòíûå ó÷àñòêè.  ìîìåíò ïðîêàòêè, êîãäà îêàëèíà ñáèâàåòñÿ âîäîé âûñîêîãî äàâëåíèÿ, ðàçëè÷èå â ÿðêîñòè ó÷àñòêîâ ìîæíî çàïèñàòü ñ ïîìîùüþ òåëåâèçèîííîé óñòàíîâêè. Ïî îêîí÷àíèè ïðîêàòêè èç-çà ïîÿâëåíèÿ âòîðè÷íîé îêàëèíû ÿðêîñòü ïðàêòè÷åñêè âûðàâíèâàåòñÿ. 287
Ñèñòåìà öâåòíîãî òåëåâèçèîííîãî ñêàíèðîâàíèÿ ïîâåðõíîñòè ãîðÿ÷åãî ñëÿáà (ðèñ. 13.6) ðàçðàáîòàíà â ßïîíèè. Îíà ñîñòîèò èç öâåòíîé òåëåâèçèîííîé êàìåðû ñ ìåõàíè÷åñêèì çàòâîðîì 3, ðåãèñòðèðóþ3 ùåãî óñòðîéñòâà íà âèäåîäèñêå 2, öâåòíûõ 2 ìîíèòîðîâ 1 äëÿ íàáëþäåíèé è óïðàâëÿþùåãî óñòðîéñòâà 4. Ïîëîæåíèå ñëÿáà ôèêñèðóåòñÿ ñ÷åò÷èêàìè 5. Îïåðàòîð ðàññìàò1 ðèâàåò íà ýêðàíå óâåëè÷åííîå öâåòíîå èçîáðàæåíèå ñëÿáà. Ñèñòåìà ïîçâîëÿåò îáíàðóæèâàòü ðàêîâèíû äèàìåòðîì áîëåå 50 ìì, òðåùèíû ãëóáèíîé áîëåå 4 ìì è ïðî5 òÿæåííîñòüþ áîëåå 100 ìì. Íåãëóáîêèå òðåùèíû íå âûÿâëÿþòñÿ ââèäó íèçêîãî êîíòðàÐèñ. 13.6. Ñõåìà òåëåâèçèîííîãî èçîáðàæåíèÿ ñòà èçîáðàæåíèÿ. Êîðîòêèå äåôåêòû òàêæå ïîâåðõíîñòè ñëÿáà íå âèäíû èç-çà íèçêîé ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè öâåòíîãî òåëåâèçèîííîãî ñèãíàëà. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ôèðìà Ni ppon Steel (ßïîíèÿ) ïðèìåíèëà ëàçåðíûé ñêàíèðóþùèé ëó÷ äèàìåòðîì 0,10,2 ìì, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïðè òåìïåðàòóðå ñëÿáà 900 °Ñ è ïðè ñêîðîñòè äâèæåíèÿ 1522 ìì/ñ óäàëîñü çàðåãèñòðèðîâàòü òðåùèíû øèðèíîé áîëåå 0,3 ìì. 4
Ãëàâà 14 ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ÑÎÐÒÎÂÎÃÎ ÌÅÒÀËËÀ 14.1. Ñîðòîïðîêàòíûå ñòàíû Ïðîêàòíûå ñòàíû ïî íàçíà÷åíèþ ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå ãðóïïû: îáùåãî íàçíà÷åíèÿ ïðîèçâîäÿùèå ñîðòîâóþ ïðîäóêöèþ øèðîêîãî ñîðòàìåíòà äëÿ âñåõ îòðàñëåé ìàøèíîñòðîåíèÿ è ñòðîèòåëüñòâà; ñïåöèàëèçèðîâàííûå ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ïðîèçâîäñòâà ñîðòîâîãî ìåòàëëà ñðàâíèòåëüíî óçêîãî, ñïåöèàëèçèðîâàííîãî ñîðòàìåíòà, èñïîëüçóåìîãî òîëüêî â îòäåëüíûõ îòðàñëÿõ ïðîìûøëåííîñòè. Ñòàíû îáùåãî íàçíà÷åíèÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, ïî ñîðòàìåíòó áûâàþò: êðóïíîñîðòíûìè ïðîèçâîäÿùèìè êðóïíûå êðóãè äèàìåòðîì áîëåå 50 ìì, ðàâíîâåëèêèå ïî ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ êâàäðàòû, óãîëêè, ïîëîñû, øâåëëåðû è äðóãèå ïðîôèëè, ñïåöèàëèçèðîâàííûå è îáùåãî íàçíà÷åíèÿ; ñðåäíåñîðòíûìè â ñîðòàìåíò êîòîðûõ âõîäÿò êðóãëûå ïðîôèëè îò 30 äî 50 ìì è ðàâíîâåëèêèå ïî ïëîùàäè äðóãèå ïðîôèëè; ìåëêîñîðòíûìè ïðîèçâîäÿùèìè êðóãëûé ïðîêàò äèàìåòðîì îò 10 äî 30 ìì è äðóãèå ðàâíîâåëèêèå ïðîôèëè; ê ýòîé æå ãðóïïå èíîãäà îòíîñÿò ñïåöèàëèçèðîâàííûå ïðîâîëî÷íûå ñòàíû, ïðîèçâîäÿùèå êðóãëûé ïðîêàò (êàòàíêó) äèàìåòðîì 5,58,0 ìì. 288
Çàìåòèì, ÷òî ãðàíèöû ðàçäåëåíèÿ ïðîôèëåé ìåæäó ñòàíàìè ïðèáëèæåíû. Ïîíÿòíî, ÷òî ïðè ñäà÷å ïðîäóêöèè â òîííàæå íà êàæäîì ñòàíå âûãîäíî ïðîêàòûâàòü ïðîôèëè áîëåå òÿæåëûå, ïîýòîìó âåðõíèå ãðàíèöû ïðîôèëåðàçìåðîâ ÷àñòî ïåðåõîäÿò íà ìåëêèå ñòàíû. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïîòðåáíîñòè ïðîìûøëåííîñòè íåêîåãî êîíêðåòíîãî ðåãèîíà ìîãóò ïîòðåáîâàòü ïåðåñìîòðåòü òàêæå íèæíèå ãðàíèöû òèïîðàçìåðîâ ñòàíà. Ñòàíû âòîðîé ãðóïïû, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ïðîèçâîäñòâà áîëåå óçêîé è ñïåöèàëèçèðîâàííîé ïðîäóêöèè, êàê ïðàâèëî, õàðàêòåðèçóþòñÿ èõ íàçâàíèåì: ðåëüñî-áàëî÷íûå; ïîëîñîâûå èëè øòðèïñîâûå ïðîèçâîäÿùèå ïîëîñó (øòðèïñ) äëÿ òðóáîñâàðî÷íûõ ñòàíîâ; ïðîâîëî÷íûå (íàïîìíèì, ÷òî ïðîâîëî÷íûå ñòàíû ïðîèçâîäÿò íå ïðîâîëîêó, à êàòàíêó, êîòîðàÿ ñëóæèò çàãîòîâêîé äëÿ ïðîèçâîäñòâà ïðîâîëîêè). Ñîðòîâûå ñòàíû äîñòàòî÷íî ïîëíî õàðàêòåðèçóþòñÿ äèàìåòðîì âàëêîâ. Ïî äèàìåòðó ìîæíî îïðåäåëèòü ïðèìåðíûå ãàáàðèòû ñòàíà, ìîùíîñòè ïðèâîäà åãî êëåòåé, òåõíîëîãè÷åñêèå âîçìîæíîñòè è ìíîãîå äðóãîå. Ïîýòîìó äèàìåòð âàëêîâ ïîñëåäíåé êëåòè ñòàíà (ñ îêðóãëåíèåì) îïðåäåëÿåò åãî íàçâàíèå. Ñòàíû 900500 îòíîñÿòñÿ ê êðóïíîñîðòíûì, 550300 ê ñðåäíåñîðòíûì è 330250 ê ìåëêîñîðòíûì ñòàíàì. Ïðîâîëî÷íûå ñòàíû èìåþò äèàìåòð âàëêîâ ïîñëåäíèõ êëåòåé îò 150 äî 280 ìì. Êàê âèäíî, äèàïàçîí èçìåíåíèÿ äèàìåòðîâ íà ñòàíàõ ïåðåêðûâàåòñÿ. Ñóùåñòâóåò òîëüêî îäíî èñêëþ÷åíèå èç ïðàâèëà: êðóïíîñîðòíûé ñòàí 450 ÇàïàäíîÑèáèðñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî êîìáèíàòà èìååò äèàìåòð ïîñëåäíåé êëåòè 630 ìì è äîëæåí áûë áû íàçûâàòüñÿ ñòàíîì 600 è áûòü êðóïíîñîðòíûì. Ïðîêàòíûå ñòàíû êëàññèôèöèðóþò òàêæå ïî òèïó ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ. Îò ýòîãî çàâèñÿò åãî òåõíîëîãè÷åñêèå âîçìîæíîñòè. Ðàññìîòðèì îñíîâíûå ñòàíû.  êðóïíîñîðòíîì ñòàíå 550 ïîñëåäîâàòåëüíîãî òèïà (ðèñ. 14.1) äèàìåòð âàëêîâ ÷åðíîâûõ êëåòåé 650 ìì, ÷èñòîâûõ 570 ìì. Íà íåì ïðîêàòûâàþò êðóãëóþ ñòàëü äèàìåòðîì 50105 ìì, êâàäðàòû ñî ñòîðîíîé 50105 ìì, ïîëîñó òîëùèíîé 1050 ìì è øèðèíîé 100200 ìì, óãëîâóþ ðàâíîáîêóþ ñòàëü ðàçìåðîì îò 75×75×8 äî 125×125×16 ìì, íåðàâíîáîêóþ îò 100×63×18 äî 140×90×16 ìì, ïåðèîäè÷åñêèå ïðîôèëè, øâåëëåðû ¹ 1218 (ñîîòâåòñòâåííî, âûñîòîé 120180 ìì), äâóòàâðîâûå áàëêè ¹ 1214, ðåëüñû óçêîé êîëåè èç óãëåðîäèñòûõ íèçêîëåãèðîâàííûõ è ðÿäà ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè. Êàê âèäíî, ñîðòàìåíò ñòàíà âåñüìà ðàçíîîáðàçåí. Âîçìîæíîñòü ïðîêàòàòü ïðîôèëè ñàìîé ñëîæíîé ôîðìû ýòî îäíî èç ïðåèìóùåñòâ ñòàíîâ òàêîé êîíñòðóêöèè. Êñòàòè, ïîýòîìó íà âûõîäå ñòàíà óñòàíîâëåíû ïèëû äëÿ ðàçðåçêè ðàñêàòà íà ìåðíûå äëèíû, à íå íîæíèöû. Èñõîäíàÿ çàãîòîâêà äëÿ ïðîêàòêè ïîñòóïàåò ñ íåïðåðûâíî-çàãîòîâî÷íîãî ñòàíà ïîñëå åå îõëàæäåíèÿ, îñìîòðà, êîíòðîëÿ è ðåìîíòà. Íà ïðèåìíîì ðîëüãàíãå íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé ïðîèñõîäèò ïîäãîòîâêà çàãîòîâêè ê íàãðåâó, îñìîòð åå, ïðîâåðêà ñîîòâåòñòâèÿ çàäàííîé ìàðêå ñòàëè, ââîä èíôîðìàöèè î çàãîòîâêå â ñèñòåìó àâòîìàòèçèðîâàííîãî ñëåæåíèÿ çà ìåòàëëîì, èñïîëüçóåìîé ïî õîäó äàëüíåéøåãî òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà. Äàëåå ñ ïîìîùüþ òîëêàòåëÿ çàãîòîâêà çàãðóæàåòñÿ â ìåòîäè÷åñêóþ ïå÷ü äëÿ íàãðåâà. Ïðè çàãðóçêå îäíîé çàãîòîâêè îáû÷íî òàêæå îäíà íàãðåòàÿ çàãîòîâêè âûäàåòñÿ èç òîðöåâîãî îêíà íà îòâîäÿùèé ðîëüãàíã, ïî êîòîðîìó îíà äâèæåòñÿ ê êëåòÿì ïðîêàòíîãî ñòàíà. 289
290 64000
102000
114000
2 24000
24000
II
1
III 5
7
60000
I IV
3
4
5
4
8
5 6
Ðèñ. 14.1. Ðàñïîëîæåíèå îáîðóäîâàíèÿ êðóïíîñîðòíîãî ñòàíà 550 ïîñëåäîâàòåëüíîãî òèïà: I ñêëàä çàãîòîâîê; II ïå÷íîé ïðîëåò; III ìàøèííûé çàë; IV ïðîëåò ñòàíà; V ñêëàä ãîòîâîé ïðîäóêöèè; 1 ñáîðî÷íûå êàðìàíû; 2 íàãðåâàòåëüíûå ïå÷è; 3 êëåòè äóî 570; 4 ÷åðíîâûå êëåòè äóî 660; 5 ïîäãîòîâèòåëüíûå êëåòè äóî 570; 6 ïèëû; 7 õîëîäèëüíèê; 8 ïðàâèëüíûå ìàøèíû
Ïðè ïðîêàòêå â êàæäîé êëåòè ñòàíà ðàñêàò íàõîäèòñÿ òîëüêî â îäíîé êëåòè è íå èñïûòûâàåò âîçäåéñòâèÿ ñî ñòîðîíû äðóãèõ êëåòåé. Ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ è óâåëè÷åíèÿ äëèíû ðàñêàòà ðàññòîÿíèå ìåæäó êëåòÿìè óâåëè÷èâàåòñÿ òàê, ÷òîáû ðàñêàò óìåùàëñÿ ìåæäó íèìè. Ïðè òàêîì ðàñïîëîæåíèè îáîðóäîâàíèÿ ïðàêòè÷åñêè ïîñëå êàæäîé êëåòè ìîæíî îñóùåñòâèòü êàíòîâêó ïîëîñû (åñëè ìåæäó êëåòÿìè óñòàíîâëåí êàíòîâàòåëü). Êàæäàÿ êëåòü èìååò ñâîé íåçàâèñèìûé ïðèâîä. Íåçàâèñèìàÿ ïðîêàòêà â êàæäîé êëåòè îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ òî÷íîñòü ïîëó÷àåìûõ ïðîôèëåé. Ýòî âòîðîå ïðåèìóùåñòâî ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñòàíîâ. Îòìåòèì, ÷òî ïîñëå ãîðÿ÷åé ðåçêè ïèëàìè ïðîêàò ïîñòóïàåò íà õîëîäèëüíèêè è ïîñëå îõëàæäåíèÿ ïðàâèòñÿ íà ðîëèêîïðàâèëüíîé ìàøèíå è ðàçðåçàåòñÿ íà òðåáóåìûå ïî çàêàçó äëèíû íà íîæíèöàõ õîëîäíîé ðåçêè. Äàëåå ñëåäóþò îïåðàöèè êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ïðîäóêöèè, ìàðêèðîâêè è ïîäãîòîâêè ìåòàëëà ê îòãðóçêå çàêàç÷èêó. Ê íåäîñòàòêàì ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñòàíîâ ñëåäóåò îòíåñòè áîëüøóþ ïðîòÿæåííîñòü ïðîêàòíîé ëèíèè. ×åì äëèííåå ðàñêàòû, òåì äëèííåå ñòàí. Äëÿ ñîêðàùåíèÿ äëèíû öåõà ñòàí ðàñïîëàãàþò â òðè ëèíèè ñî øëåïïåðíîé ïåðåäà÷åé ðàñêàòà ñ îäíîé ëèíèè íà äðóãóþ. Èç-çà âûñîêîé ïðîòÿæåííîñòè ñòàíà òåìïåðàòóðà ìåòàëëà áûñòðî ïàäàåò. Ïîýòîìó òàêèå ñòàíû ìîãóò áûòü â îñíîâíîì òîëüêî êðóïíîñîðòíûìè. Íà ñðåäíå- è ìåëêîñîðòíûõ ñòàíàõ êîëè÷åñòâî êëåòåé áîëüøå, äëèíû ðàñêàòîâ âûøå, ïîýòîìó óëîæèòüñÿ â òðåáóåìûé òåìïåðàòóðíûé èíòåðâàë ïðîêàòêè íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì. (Íàïîìíèì, ÷òî ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå, íàïðèìåð, äîýâòåêòîèäíûõ ñòàëåé òåìïåðàòóðà íà÷àëà ïðîêàòêè íà 50100 °Ñ íèæå ëèíèè ñîëèäóñà, à òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè íà 50 °Ñ âûøå ëèíèè Àñ3.) Ïðîòÿæåííîñòü öåõà ñîêðàùàåòñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè ñòàíîâ øàõìàòíîãî òèïà. Ðàññìîòðèì äåôîðìàöèîííîå îáîðóäîâàíèå ñðåäíåñîðòíîãî ñòàíà 350 ñ øàõìàòíûì ðàñïîëîæåíèåì êëåòåé (ðèñ. 14.2). ×åðíîâûå êëåòè ñòàíà ðàñïîëîæåíû â ïåðâûõ äâóõ ëèíèÿõ ïîñëåäîâàòåëüíî, à ÷èñòîâûå êëåòè ñìåùåíû äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà è âðàùàþòñÿ â ðàçíûå ñòîðîíû. 14 9
13 11
Ê õîëîäèëüíèêó
12 10 7
Îò ïå÷è 12 13 14
1
2
3
4
8
6 12
12
14
5
14
13 14
Ðèñ. 14.2. Ðàñïîëîæåíèå ïðîêàòíûõ êëåòåé ñòàíà 350 øàõìàòíîãî òèïà: 111 ðàáî÷èå êëåòè; 12 øåñòåðåííûå êëåòè; 13 ðåäóêòîðû; 14 äâèãàòåëè
291
Ìåæäó êëåòÿìè óñòàíîâëåíû êîñûå ðîëüãàíãè, äâèãàÿñü ïî êîòîðûì ïîëîñà ïåðåìåùàåòñÿ êàê âäîëü îñè ïðîêàòêè, òàê è â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè, ñòàíîâÿñü íà ëèíèþ ïðîêàòêè ñëåäóþùåé êëåòè. Çàäà÷à â íåå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì ðåâåðñà âðàùåíèÿ ðîëèêîâ ðîëüãàíãà. Ïîòåðè òåìïåðàòóðû ïî êëåòÿì íà òàêèõ ñòàíàõ ìåíüøå, ÷åì íà ïîñëåäîâàòåëüíûõ, íî â öåëîì îñíîâíûå íåäîñòàòêè ïîñëåäîâàòåëüíîãî ñòàíà çäåñü ñîõðàíÿþòñÿ. Ìåëêîñîðòíûé ñòàí (ðèñ. 14.3) â íåêîòîðîé ñòåïåíè ïðîòèâîïîëîæåí ïîñëåäîâàòåëüíîìó. Çäåñü êëåòè ñîáðàíû â íåïðåðûâíûå ãðóïïû ñ ìèíèìàëüíûì ðàññòîÿíèåì ìåæäó íèìè. Îò ïåðâîé äî ïîñëåäíåé êëåòè ïîòåðè òåìïåðàòóðû íåçíà÷èòåëüíû. Ñóììàðíàÿ ñòåïåíü äåôîðìàöèè ìîæåò áûòü óâåëè÷åíà çà ñ÷åò óñòàíîâêè áîëüøîãî ÷èñëà êëåòåé. Íî è ó òàêîãî ñòàíà èìåþòñÿ íåäîñòàòêè: òî÷íîñòü ïðîêàòà íèæå, ÷åì íà ïîñëåäîâàòåëüíîì ñòàíå, èç-çà òîãî, ÷òî ðàñêàò íàõîäèòñÿ îäíîâðåìåííî â íåñêîëüêèõ êëåòÿõ è ïðîêàòêà âåäåòñÿ â äâå íèòêè. Ïðè íåïðåðûâíîé ïðîêàòêå ïðîèñõîäèò âîçäåéñòâèå íà ïîëîñó ñî ñòîðîíû ñîñåäíèõ êëåòåé: ïîëîñà èñïûòûâàåò ëèáî íàòÿæåíèå, ëèáî ïîäïîð, à íà ìåëêèõ ñòàíàõ çà ñ÷åò ïîäïîðà îáðàçóåòñÿ ïåòëÿ ìåæäó êëåòÿìè. ×òîáû óñòðàíèòü íàòÿæåíèå èëè ïåòëþ, íåîáõîäèìî â êàæäîé i-òîé êëåòè ñòðîãî âûïîëíÿòü óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà ñåêóíäíîãî îáúåìà ìåòàëëà: Fi Vi = const. Îäíàêî â ñèëó ðàçíûõ ïðè÷èí ýòî óñëîâèå íå âñåãäà âûïîëíÿåòñÿ, è ïîëîñà ëèáî èñïûòûâàåò íàòÿæåíèå, ëèáî îáðàçóåò ìåæäó êëåòÿìè ïåòëþ. Ñëîæíûå ïðîôèëè ïðîêàòà íåâîçìîæíî ïðîêàòûâàòü ïðè íàëè÷èè ïåòëè èëè íàòÿæåíèÿ, òàê êàê ðàçìåðû è ôîðìà èõ ñå÷åíèÿ èñêàæàþòñÿ. Íåïðåðûâíûå ñòàíû ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðîêàòêè òîëüêî ïðîñòûõ ïðîôèëåé êðóãëîãî, êâàäðàòíîãî, ïðÿìîóãîëüíîãî, øåñòèãðàííîãî ñå÷åíèÿ. Íà ñîâðåìåííûõ ìåëêîñîðòíûõ ñòàíàõ îñâîåíà ïðîêàòêà óãëîâûõ ïðîôèëåé, íî ñ íåêîòîðûìè ïîñëàáëåíèÿìè ïî òî÷íîñòè. Áîëåå ñëîæíûå ïðîôèëè ïðîêàòûâàòü íåëüçÿ. Íà ñòàíå 250 ×åðÌÊ ïðîèçâîäÿò êðóãëóþ ñòàëü äèàìåòðîì 1030 ìì, àðìàòóðíóþ ñòàëü ¹ 1020 (÷òî ñîîòâåòñòâóåò åå ñðåäíåìó äèàìåòðó), êâàäðàòíóþ ñòàëü 16 ìì è óãëîâóþ ðàâíîáîêóþ ñòàëü 36½36½4 è 40½40½4 ìì. Çàãîòîâêà ñ ÍÇÑ èìååò ðàçìåðû 80½80½12000 ìì.  íàñòîÿùåå âðåìÿ îñâîåíà ïðîêàòêà èç çàãîòîâêè ñå÷åíèåì 100½100. Ïîñëå îñìîòðà, êîíòðîëÿ è ðåìîíòà îíà ïîäàåòñÿ êðàíîì íà çàãðóçî÷íûå ðåøåòêè íàãðåâàòåëüíîé ïå÷è, íà êîòîðûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ çàêëþ÷èòåëüíàÿ îòáðàêîâêà çàãîòîâîê, èíäåíòèôèêàöèÿ ïî ìàðêå ñòàëè, ââîä äàííûõ â àâòîìàòèçèðîâàííóþ ñèñòåìó ñëåæåíèÿ çà ìåòàëëîì. Ñ ïîìîùüþ âòàñêèâàòåëÿ çàãîòîâêà ïîïàäàåò â ìåòîäè÷åñêóþ íàãðåâàòåëüíóþ ïå÷ü. Òîëêàòåëü ïðîòàëêèâàåò âñþ ñàäêó íà îäèí øàã, è ïîñëåäíÿÿ íàãðåòàÿ çàãîòîâêà îêàçûâàåòñÿ íàïðîòèâ áîêîâîãî îêíà âûäà÷è ïå÷è. Ðàñïðåäåëèòåëüíîå è âûòàñêèâàþùåå óñòðîéñòâà ïîçâîëÿþò âûäàòü îäíó èëè ñðàçó äâå çàãîòîâêè ïî îäíîé íà êàæäóþ èç äâóõ ëèíèé ïðîêàòêè. Êðèâîøèïíî-ðû÷àæíûå íîæíèöû ïðè íåîáõîäèìîñòè îáðåçàþò ðàçëîõìà÷åííûé ïåðåäíèé êîíåö çàãîòîâêè èëè, â ñëó÷àå àâàðèè íà ñòàíå, ðàçðåçàþò åå íà íåáîëüøèå êóñêè, óäîáíûå äëÿ óäàëåíèÿ ñ ëèíèè ñòàíà.  ÷èñòîâûõ êëåòÿõ ñòàíà ïðîêàòêà ïðîèçâîäèòñÿ â îäíó íèòêó. ×èñòîâûå êëåòè èìåþò ÷åðåäóþùèåñÿ ãîðèçîíòàëüíûå è âåðòèêàëüíûå âàëêè, ÷òî ïîëíîñòüþ óñòðàíÿåò êàíòîâêó ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå. Âñå ýòî ñïîñîáñòâóåò óâåëè÷åíèþ òî÷íîñòè ãîòîâîãî ïðîêàòà. Êîíå÷íàÿ ïðîäóêöèÿ ëèáî ñìàòûâàåòñÿ â áóíòû ñ ïîìîùüþ ìîòàëîê, ëèáî â âèäå ïðóòêîâ ïîñòóïàåò íà õîëîäèëüíèê. 292
10
19 18
5
2 1
4 3
17
12 6
7
8
9
11 20 10
21
22
14 13 15 16
Ðèñ. 14.3. Ðàñïîëîæåíèå îáîðóäîâàíèÿ äâóõíèòî÷íîãî íåïðåðûâíîãî ìåëêîñîðòíîãî ñòàíà 250: 1 çàãðóçî÷íûå ðåøåòêè; 2 êàðìàíû äëÿ áðàêîâàííîé çàãîòîâêè; 3 âòàñêèâàòåëü çàãîòîâîê; 4 íàãðåâàòåëüíàÿ ïå÷ü; 5 âûòàëêèâàòåëü; 6 ðàñïðåäåëèòåëüíîå âûòàñêèâàþùåå óñòðîéñòâî; 7, 9, 11 íîæíèöû; 8 ÷åðíîâàÿ ãðóïïà êëåòåé; 10 ÷èñòîâàÿ ãðóïïà êëåòåé; 12 ëåòó÷èå íîæíèöû; 13 ñîðòîâûå ìîòàëêè; 14 ëåíòî÷íûå ìîòàëêè; 15 ïëàñòèí÷àòûé òðàíñïîðòåð; 16 áóíòîâÿçàëüíàÿ ìàøèíà; 17 êðþêîâîé êîíâåéåð; 18 áóíòîñúåìíîå óñòðîéñòâî; 19 ïàêåòèðîâî÷íàÿ ìàøèíà; 20 õîëîäèëüíèê ðåå÷íîãî òèïà; 21 íîæíèöû õîëîäíîé ðåçêè; 22 êàðìàíû
293
Áóíòû ïîñëå ñìîòêè íà áóíòîâÿçàëüíûõ ìàøèíàõ îáâÿçûâàþòñÿ ñ äâóõ ñòîðîí è ïîñòóïàþò íà êðþêîâîé êîíâåéåð äëÿ îõëàæäåíèÿ, çàòåì ïàêåòèðóþòñÿ è îòïðàâëÿþòñÿ íà ñêëàä ãîòîâîé ïðîäóêöèè. Ïðóòêè ïîñëå îõëàæäåíèÿ íà õîëîäèëüíèêå, äëèíà êîòîðîãî 125 ì, ðàçðåçàþòñÿ íà òðåáóåìûå äëèíû íà íîæíèöàõ õîëîäíîé ðåçêè, çàòåì ïîñòóïàþò â íàêîïèòåëüíûé êàðìàí, ãäå âðó÷íóþ îáâÿçûâàþòñÿ, çàòåì ïàêåòîì âçâåøèâàþòñÿ è äîñòàâëÿþòñÿ íà ñêëàä ãîòîâîé ïðîäóêöèè. ×òîáû ðàñøèðèòü âîçìîæíîñòè íåïðåðûâíûõ ñòàíîâ, íà íèõ ñòàëè óñòàíàâëèâàòü êîìáèíèðîâàííûå è óíèâåðñàëüíûå êëåòè. Êîìáèíèðîâàííûìè íàçûâàþòñÿ òàêèå êëåòè, êîòîðûå ìîãóò áûòü êàê ñ ãîðèçîíòàëüíûì, òàê è ñ âåðòèêàëüíûì ðàñïîëîæåíèåì âàëêîâ. Ñòàíèíû èõ èçãîòîâëåíû òàêèì îáðàçîì, ÷òî ìîãóò áûòü óñòàíîâëåíû íà ïëèòîâèíå â äâóõ ïîëîæåíèÿõ, êàæäàÿ êëåòü èìååò ãîðèçîíòàëüíûé è âåðòèêàëüíûé ïðèâîä âàëêîâ. Ýòî äàåò âîçìîæíîñòü â çàâèñèìîñòè îò êàëèáðîâêè ïðîôèëÿ íàáèðàòü òðåáóåìóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ãîðèçîíòàëüíûõ è âåðòèêàëüíûõ êëåòåé. Óíèâåðñàëüíûìè íàçûâàþòñÿ ÷åòûðåõâàëêîâûå êëåòè, â êîòîðûõ êàëèáð îáðàçóåòñÿ ïàðîé ãîðèçîíòàëüíûõ è ïàðîé âåðòèêàëüíûõ âàëêîâ, îñè êîòîðûõ ðàñïîëîæåíû â îäíîé ïëîñêîñòè. Òàêèå êëåòè ïîçâîëÿþò ïðîêàòûâàòü ôëàíöåâûå ïðîôèëè òèïà øâåëëåðà, òàâðîâîé è äâóòàâðîâîé áàëêè íà íåïðåðûâíîì ñòàíå. Ñëåäóåò íå ïóòàòü óíèâåðñàëüíûå êëåòè ñ 4-âàëêîâûìè.  óíèâåðñàëüíûõ êëåòÿõ ïðèâîäíûìè ÿâëÿþòñÿ òîëüêî ãîðèçîíòàëüíûå, à â 4-âàëêîâûõ êàëèáðàõ îáå ïàðû âàëêîâ. Ïî ôóíêöèîíàëüíîìó íàçíà÷åíèþ îíè òàêæå ðàçëè÷àþòñÿ ïåðâûå ðåøàþò çàäà÷è ôîðìèðîâàíèÿ ïðîôèëÿ, à âòîðûå ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïîëó÷åíèÿ òî÷íîãî ïðîêàòà. Íà Çàïàäíî-Ñèáèðñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì çàâîäå óñòàíîâëåí íåïðåðûâíûé ñòàí 450 ñ óíèâåðñàëüíûìè è êîìáèíèðîâàííûìè êëåòÿìè (ðèñ. 14.4). Îí ïðåäíàçíà÷åí äëÿ âûïóñêà òîíêîñòåííûõ áàëîê è øâåëëåðîâ âûñîòîé 160300 ìì, áàëîê íîðìàëüíîãî òèïà âûñîòîé 10080 ìì, óãëîâîé ñòàëè 75×125 ìì, êðóãëîé ñòàëè äèàìåòðîì 3056 ìì, ïîëîñîâîé ñòàëè (øòðèïñà) øèðèíîé 125200 ìì è òîëùèíîé 416 ìì. Êàê âèäíî, ïî ñîðòàìåíòó ýòî ñðåäíåñîðòíî-áàëî÷íûé ñòàí, õîòÿ äèàìåòð åãî ïîñëåäíåé êëåòè ñîñòàâëÿåò 600 ìì. (Ýòî åäèíñòâåííîå èñêëþ÷åíèå, êîãäà íàçâàíèå ñîðòîâîãî ñòàíà äàíî íå ïî äèàìåòðó ïîñëåäíåé êëåòè, à ïî ñîðòàìåíòó.) Èñõîäíîé çàãîòîâêîé ÿâëÿåòñÿ ïðîêàò, ïîëó÷åííûé íà ÍÇÑ, ðàçìåðàìè 150×150, 200×200 è 200×250 ìì. Ïî îñíîâíîìó âàðèàíòó ïðîêàòêè íàãðåâ çàãîòîâîê îñóùåñòâëÿåòñÿ â ìåòîäè÷åñêîé ïå÷è è äàëåå ïîñòóïàåò íà ñòàí, ñîñòîÿùèé èç 16 ðàáî÷èõ êëåòåé ãîðèçîíòàëüíûõ, êîìáèíèðîâàííûõ è óíèâåðñàëüíûõ. Ïðåäóñìîòðåí âàðèàíò áåñêîíå÷íîé ïðîêàòêè, êîãäà çàãîòîâêè, âûøåäøèå ñ ÍÇÑ, ñâàðèâàþòñÿ âñòûê, çàòåì ïðîõîäÿò ÷åðåç ñåêöèîííóþ ïîäîãðåâàòåëüíóþ ïå÷ü ê êëåòÿì ñòàíà. Ïðîêàòêà øòðèïñîâ çàêàí÷èâàåòñÿ ñìîòêîé èõ â ðóëîíû, êîòîðûå çàòåì îõëàæäàþòñÿ íà êðþêîâîì êîíâåéåðå è ïàêåòèðóþòñÿ. Ïðè ïðîêàòêå áàëîê, øâåëëåðîâ è ïîëîñ ïðèìåíÿþò êîìáèíèðîâàííûå êëåòè è ïðîêàòêó çàêàí÷èâàþò â óíèâåðñàëüíîé êëåòè. Ïðè ïðîêàòêå äðóãèõ ïðîôèëåé óíèâåðñàëüíûå êëåòè íå èñïîëüçóþòñÿ. Âñå ïðîôèëè ïðîêàòûâàþò áåç êàíòîâêè ðàñêàòà ìåæäó êëåòÿìè. Çà ñòàíîì óñòàíîâëåíû ëåòó÷èå íîæíèöû, ðàçðåçàþùèå ïðîêàò íà òàêóþ äëèíó, ÷òîáû îí óìåùàëñÿ íà õîëîäèëüíèêå. Ïðîñòûå ïðîôèëè ïîñëå îõëàæäåíèÿ ðàçðåçàþòñÿ íà ìåðíûå äëèíû íà íîæíèöàõ, øâåëëåðû è áàëêè íà äèñêîâûõ ïèëàõ (íà ñõåìå íå ïîêàçàíû). Çàòåì ïðîêàò ïàêåòèðóåòñÿ, ìàðêèðóåòñÿ è íàïðàâëÿåòñÿ íà îòãðóçêó. Ãîäîâàÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà 1,5 ìëí. ò/ãîä. 294
7
50/10ò
36000
4
8 13 8 9 11 9 11 9 11 9 8
3
1012 10121012
6
15ò
5
15
19 10ò
18
14
2
17
19 16
318000 20ò
1
Ðèñ. 14.4. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ñðåäíåñîðòíî-áàëî÷íîãî íåïðåðûâíîãî ñòàíà 450: 1 õîëîäèëüíèê íåïðåðûâíî-çàãîòîâî÷íîãî ñòàíà; 2 çàãðóçî÷íàÿ ðåøåòêà; 3 ïîäîãðåâàòåëüíàÿ ïå÷ü; 4 ëåòó÷àÿ ñòûêîñâàðî÷íàÿ ìàøèíà; 5 âåñû; 6 íàãðåâàòåëüíûå ïå÷è; 7 ïðîõîäíàÿ ñåêöèîííàÿ ïå÷ü; 8 ëåòó÷èå íîæíèöû; 9 ãîðèçîíòàëüíûå ÷åðíîâûå êëåòè; 10 êîìáèíèðîâàííûå ÷èñòîâûå êëåòè; 11 êîìáèíèðîâàííûå (ãîðèçîíòàëüíî-âåðòèêàëüíûå) ÷åðíîâûå êëåòè; 12 óíèâåðñàëüíûå áàëî÷íûå êëåòè; 13 ìîòàëêè äëÿ øòðèïñîâ; 14 êðþêîâîé êîíâåéåð äëÿ ðóëîíîâ øòðèïñîâ; 15, 16 ñúåìùèê è ïàêåòèðîâùèê ðóëîíîâ øòðèïñîâ; 17 îòâîäÿùèé ðîëüãàíã; 18 õîëîäèëüíèê; 19 ïðàâèëüíûå ìàøèíû
295
Ïðåèìóùåñòâà ïîñëåäîâàòåëüíîé è íåïðåðûâíîé ñõåìû ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ èñïîëüçîâàíû íà ïîëóíåïðåðûâíûõ ñòàíàõ. Ðàññìîòðèì ñõåìó ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ïîëóíåïðåðûâíîãî ñðåäíåñîðòíîãî ñòàíà 350 ×åðÌÊ (ðèñ. 14.5). ×åòûðíàäöàòü êëåòåé ñòàíà ðàñïîëîæåíû â òðè ëèíèè. Èìåþòñÿ îòäåëüíûå íåïðåðûâíûå ãðóïïû ïî äâå-òðè êëåòè â êàæäîé, à òàêæå îòäåëüíî ñòîÿùèå êëåòè. Ðàññòîÿíèå ìåæäó ãðóïïàìè èçìåíÿåòñÿ, êàê íà ïîñëåäîâàòåëüíîì ñòàíå. Ñ îäíîé ñòîðîíû, îñëàáëåíî âîçäåéñòâèå íà ðàñêàò ñî ñòîðîíû ñîñåäíèõ êëåòåé, ñ äðóãîé ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîì êîëè÷åñòâå êëåòåé ïîòåðè òåïëà ïî ñòàíó íåâåëèêè. Íà ñòàíå èç óãëåðîäèñòûõ, íèçêîëåãèðîâàííûõ è íåêîòîðûõ ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè ïðîêàòûâàþò êðóãëûé ïðîôèëü äèàìåòðîì 2565 ìì, ïåðèîäè÷åñêèé ïðîôèëü äëÿ àðìàòóðû ¹ 2540, ñòàëü óãëîâóþ ðàâíîáîêóþ ðàçìåðàìè 45½45½5; 50½50½5,6; 63½63½5,6 ìì è ïîëîñîâóþ ñòàëü ðàçìåðîì 105½28,5 ìì.  ïîñëåäíèå ãîäû íà ñðåäíåñîðòíûõ ïîëóíåïðåðûâíûõ ñòàíàõ îñâîåíà ïðîêàòêà øâåëëåðîâ ñðåäíèõ ðàçìåðîâ. Èñõîäíàÿ çàãîòîâêà ïîëó÷àåòñÿ íà ÍÇÑ è èìååò ñå÷åíèå êâàäðàòà îò 100 äî 150 ìì. Íàãðåâ çàãîòîâêè îñóùåñòâëÿåòñÿ â ìåòîäè÷åñêèõ ïå÷àõ ñ äâóñòîðîííèì íàãðåâîì. Òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè 9501020 °Ñ.  çàâèñèìîñòè îò ïðîôèëÿ ïðè ïðîêàòêå èñïîëüçóþòñÿ îò 10 äî 14 êëåòåé. Ïîñëå ïðîêàòêè ðàñêàòû íàïðàâëÿþòñÿ íà õîëîäèëüíèêè äëèíîé 90 ì, ïåðåä êîòîðûìè óñòàíîâëåíû ïèëû ãîðÿ÷åé ðåçêè äëÿ îòáîðà ïðîá. Ïîñëå îõëàæäåíèÿ ïðóòêè ïðàâÿòñÿ íà ðîëèêîïðàâèëüíûõ ìàøèíàõ è ðàçðåçàþòñÿ íîæíèöàìè õîëîäíîé ðåçêè íà äëèíó 624 ì. Ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ ðàáî÷èõ êëåòåé ëèíåéíûõ ñòàíîâ. Ðàññìîòðèì ñõåìó ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ îäíîãî èç öåõîâ ñî ñðåäíåñîðòíûì ëèíåéíûì ñòàíîì (ðèñ. 14.6). Ñðåäíå-, êðóïíîñîðòíûå è ðåëüñîáàëî÷íûå ëèíåéíûå ñòàíû èìåþò â ñâîåì ñîñòàâå ìàëûé áëþìèíã, çà êîòîðûì óñòàíîâëåíû â ëèíèþ äâå-òðè íåðåâåðñèâíûå êëåòè òðèî. Ïðîêàòêà â êëåòÿõ òðèî âåäåòñÿ â ðåâåðñèâíîì ðåæèìå â îäíîì íàïðàâëåíèè ìåæäó âåðõíèì è ñðåäíèì, à â äðóãîì ìåæäó ñðåäíèì è íèæíèì âàëêàìè. Ýòè êëåòè ïðèâîäÿòñÿ îò îäíîãî, êàê ïðàâèëî äåøåâîãî, íåðåâåðñèâíîãî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ. Ïîñëåäíÿÿ êëåòü â òàêîé ëèíèè èìååò äâà âàëêà, ïðèâîäèìûõ îò îòäåëüíîãî íåðåâåðñèâíîãî äâèãàòåëÿ, ïîýòîìó â òàêîé êëåòè ìîæíî îñóùåñòâèòü òîëüêî îäèí ÷èñòîâîé ïðîïóñê. Ïåðåäà÷à ðàñêàòà èç îäíîé êëåòè â äðóãóþ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ øëåïïåðíûõ òðàíñïîðòåðîâ èëè îáâîäíûõ àïïàðàòîâ. Ïîñëå ïðîêàòêè ïðîäóêöèÿ íà ïèëàõ èëè íîæíèöàõ ðåæåòñÿ íà ìåðíûå äëèíû. Áîëåå ìåëêèå ëèíåéíûå ñòàíû ìîãóò èìåòü äâå èëè òðè ëèíèè (ðèñ. 14.7), êàæäàÿ èç êîòîðûõ ïðèâîäèòñÿ îò ñîáñòâåííîãî äâèãàòåëÿ. Ïåðåäà÷à ïðîêàòà èç êëåòè â êëåòü îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíûõ îáâîäíûõ àïïàðàòîâ. Ïðèíöèïèàëüíûì ïðåèìóùåñòâîì ëèíåéíûõ ñòàíîâ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïîëîñà ïðè ïðîêàòêå íå èñïûòûâàåò íàòÿæåíèÿ, ìîæíî îðãàíèçîâàòü òàêæå ïðîêàòêó áåç ïåòëè. Îòñþäà òî÷íîñòü ïðîêàòêè äîëæíà áûòü âûøå, à ñîðòàìåíò ïðîäóêöèè ðàçíîîáðàçíåå, ÷åì íà íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ. Îäíàêî íîâûõ ëèíåéíûõ ñòàíîâ íå ñòðîÿò, òàê êàê îíè ìàëî ïðîèçâîäèòåëüíû è ïëîõî ìåõàíèçèðóþòñÿ è àâòîìàòèçèðóþòñÿ, à ñòàðûå ñòàíû íå îáåñïå÷èâàþò îæèäàåìóþ òî÷íîñòü è ñòàáèëüíîñòü ðàçìåðîâ ïðîêàòà èç-çà êîíñòðóêòèâíûõ íåäîñòàòêîâ. 296
36000
4
14
8
12
13 12
15
13
6 16
18
30000
17
1
5 3
6
8
7 8 9
20
19
22
21
24
23
11
10
2
Ðèñ. 14.5. Ðàñïîëîæåíèå îáîðóäîâàíèÿ ïîëóíåïðåðûâíîãî ñòàíà 350: 1 çàãðóçî÷íûå ðåøåòêè; 2 òîëêàòåëè; 3 íàãðåâàòåëüíûå ïå÷è; 4 êàðìàí äëÿ áðàêîâàííîé çàãîòîâêè; 5 àìîðòèçàòîð ó ïå÷åé; 6 ðîëüãàíã; 7 íîæíèöû; 8 êàíòîâàòåëè; 9 ãîðèçîíòàëüíûå êëåòè 530; 10 âåðòèêàëüíûå êëåòè 420; 11 ãîðèçîíòàëüíûå êëåòè 420; 12 âåðòèêàëüíûå êëåòè 370; 13 ãîðèçîíòàëüíûå êëåòè 370; 14 øëåïïåðíûé òðàíñïîðòåð; 15 ïåðåâîäíàÿ ñòðåëêà; 16 äèñêîâûå ïèëû; 17 äâóñòîðîííèé õîëîäèëüíèê; 18 ïðèâîä êëàïàíîâ õîëîäèëüíèêà; 19 ñîðòîïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 20 ïàêåòèðóþùèå ðîëüãàíãè; 21 íîæíèöû õîëîäíîé ðåçêè; 22 øëåïïåðû; 23 ïå÷ü äëÿ òåðìîîáðàáîòêè ïðîêàòà; 24 óáîðî÷íûå êàðìàíû
297
298 30220
II
36060
I 7
15 30000
26000
1
8
IV 16 66270
V 13
78000
2, 3, 4 25000
6
III 9
V
18000
17
10
11 12
14
5 270000
54125
18000
30000
30000
Ðèñ. 14.6. Ðàñïîëîæåíèå îáîðóäîâàíèÿ ñðåäíåñîðòíîãî ñòàíà 450 ëèíåéíîãî òèïà: I ñêëàä çàãîòîâêè; II ïå÷íîé ïðîëåò; III ìàøèííûé çàë; IV ïðîëåò ñòàíà; V ñêëàä ãîòîâîé ïðîäóêöèè; 1 îáæèìíàÿ êëåòü òðèî 600; 24 ÷åðíîâûå êëåòè òðèî 450; 5 ÷èñòîâàÿ êëåòü äóî 450; 6 çàãðóçî÷íàÿ ðåøåòêà; 7 ïîäâîäÿùèé ðîëüãàíã; 8 ðàáî÷èé ðîëüãàíã ÷èñòîâîé ëèíèè; 9 íîæíèöû; 10 ïèëû; 11 õîëîäèëüíèê; 12 ðîëèêîâàÿ ïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 13 íîæíèöû õîëîäíîé ðåçêè; 14, 15 ìîñòîâûå êðàíû
á)
à)
×åðíîâàÿ ëèíèÿ
×åðíîâàÿ ëèíèÿ ×èñòîâàÿ ëèíèÿ
Ïðîìåæóòî÷íàÿ ÷åðíîâàÿ ëèíèÿ
×èñòîâàÿ ëèíèÿ
Ðèñ. 14.7. Ñõåìû ðàñïîëîæåíèÿ êëåòåé ìåëêîñîðòíûõ ëèíåéíûõ ñòàíîâ
Ïîñêîëüêó âñå òèïû ñòàíîâ èìåþò îïðåäåëåííûå ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè, ïîñòðîåíî ìíîãî êîìáèíèðîâàííûõ ñòàíîâ, ñîâìåùàþùèõ â ñåáå ïðåèìóùåñòâà ðàçíûõ òèïîâ. Óñëîâíî êîìáèíèðîâàííûå ñòàíû áûâàþò äâóõ òèïîâ. Ñòàíû ïåðâîãî òèïà âêëþ÷àþò â ñåáÿ íåñêîëüêî ëèíèé, êàæäàÿ èç êîòîðûõ ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ïðîêàòêè îïðåäåëåííîãî ñîðòàìåíòà ïðîäóêöèè. Ýòî ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî ðàñøèðèòü êîëè÷åñòâî ïðîèçâîäèìûõ ïðîôèëåðàçìåðîâ íà ñòàíå, îáåñïå÷èòü ïåðåâàëêó è íàñòðîéêó íåçàäåéñòâîâàííûõ ëèíèé áåç îñòàíîâêè ïðîöåññà ïðîêàòêè. ×åðíîâàÿ è ïðîìåæóòî÷íàÿ ãðóïïû êëåòåé ïîëóíåïðåðûâíîãî êîìáèíèðîâàííîãî ìåëêîñîðòíîãî ñòàíà 250-1 ÌÌÊ (ðèñ. 14.8) ïîñòðîåíû ïî íåïðåðûâíîìó, à ÷èñòîâàÿ ïî ëèíåéíîìó òèïó. Ýòî ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü âîçìîæíîñòè ñòàíà ïî ñîðòàìåíòó è òî÷íîñòè ïðîêàòà. Íà ñòàíå ïðîêàòûâàþò ñòàëü êðóãëóþ äèàìåòðîì 1019 ìì, àðìàòóðíóþ ¹ 10, 12, 14, 16, êâàäðàòíóþ 14 è 16 ìì, óãëîâóþ ðàâíîáîêóþ ðàçìåðàìè 25½25½3½4, 28½28½3, 32½32½4 ìì, ïîëîñîâóþ 2045½412 ìì èç óãëåðîäèñòûõ, êîíñòðóêöèîííûõ, íèçêîëåãèðîâàííûõ, àâòîìàòíûõ è äðóãèõ ìàðîê. Îñîáåííîñòüþ äàííîãî ñòàíà ÿâëÿåòñÿ ãðóïïîâîé ïðèâîä ÷åðåç îáùèé ðåäóêòîð è èíäèâèäóàëüíûå øåñòåðåííûå êëåòè íà êàæäóþ íåïðåðûâíóþ ãðóïïó êëåòåé. Ýòî çíà÷èòåëüíî óäåøåâëÿåò ïðèâîä, õîòÿ íå îáåñïå÷èâàåò ðåãóëèðîâêó ñêîðîñòåé â øèðîêîì äèàïàçîíå, ÷òî òðåáóåòñÿ ïðè íåïðåðûâíîé ïðîêàòêå. Åñòü áîëåå ñëîæíûå ñòàíû, ïðîèçâîäÿùèå â î÷åíü øèðîêîì äèàïàçîíå ðàçëè÷íûå ïðîôèëè ìàëûìè ïàðòèÿìè. Íàïðèìåð, ìåëêîñîðòíî-ïðîâîëî÷íûé è øòðèïñîâûé ñòàí â Ìèëàíå (Èòàëèÿ ðèñ. 14.9) âêëþ÷àåò â ñåáÿ, ïî ñóòè, íåñêîëüêî ñòàíîâ äëÿ ïðîêàòêè ìåëêîñîðòíîãî ìåòàëëà, êàòàíêè è øòðèïñà. Èìååòñÿ òàêæå âîçìîæíîñòü ïðîêàòêè áîëåå ñëîæíûõ ïðîôèëåé. Êàòàíêà ïîñëå êëåòåé ãðóïïû 4 ïîñòóïàåò íà áóíòîâûå ìîòàëêè è äàëåå íà îõëàæäåíèå. Ïî ýòîé æå ñõåìå ïðîèçâîäÿòñÿ íåêîòîðûå ñîðòîâûå ïðîôèëè è ïîëîñà. Ìåëêèé ñîðò ïðîêàòûâàåòñÿ òàêæå â âèäå ïðóòêîâ è íàïðàâëÿåòñÿ íà õîëîäèëüíèê 7. Äîïîëíèòåëüíàÿ ãðóïïà êëåòåé 6 ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ïðîêàòêè øòðèïñà, îäíàêî ìîæåò áûòü íàñòðîåíà íà ïðîêàòêó äðóãèõ ïðîôèëåé. 299
2
1
5
4
3
6
9 7 8 Ðèñ. 14.8. Ñõåìà ïîëóíåïðåðûâíîãî êîìáèíèðîâàííîãî ìåëêîñîðòíîãî ñòàíà 250-1 ÌÌÊ: 1 íàãðåâàòåëüíàÿ ïå÷ü; 2 íîæíèöû; 3 ðàñïðåäåëèòåëüíàÿ ñòðåëêà; 4 ÷åðíîâàÿ ãðóïïà êëåòåé; 5 ïðîìåæóòî÷íûå êëåòè; 6 ÷èñòîâàÿ ãðóïïà êëåòåé; 7 ìîòàëêè; 8 êîíâåéåð; 9 õîëîäèëüíèê
6
5
7
3 1
1 2
2
2
4
8 Ðèñ. 14.9. Êîìáèíèðîâàííûé ìåëêîñîðòíî-ïðîâîëî÷íûé è øòðèïñîâûé ñòàí: 1 ïå÷è; 2 ÷åðíîâûå íåïðåðûâíûå ãðóïïû êëåòåé; 3 ëèíåéíàÿ ãðóïïà êëåòåé; 4 ÷èñòîâûå êëåòè äëÿ êàòàíêè; 5 ÷èñòîâûå êëåòè äëÿ ñîðòà; 6 ÷èñòîâàÿ ëèíèÿ äëÿ øòðèïñà; 7 õîëîäèëüíèê; 8 ìîòàëêè
 Äîðòìóíäå óñòàíîâëåí êîìáèíèðîâàííûé ìåëêîñîðòíûé ñòàí âòîðîãî òèïà (ðèñ. 14.10). Îí ñîäåðæèò ñäóáëèðîâàííûå ãðóïïû êëåòåé. Ýòî ïîçâîëÿåò áûñòðî ïåðåõîäèòü ñ îäíîé ëèíèè ïðîêàòêè íà äðóãóþ, ìåíÿÿ íàáîð êëåòåé è ðåæèì îáæàòèÿ. Ñóùåñòâóåò ìíîãî âàðèàíòîâ ïðîêàòêè. Îäèí è òîò æå ðàñêàò ìîæåò áûòü ïîëó÷åí íà ðàçíûõ ëèíèÿõ ïî ðàçëè÷íûì ñõåìàì ïðîêàòêè. 300
Ðèñ. 14.10. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ êîìáèíèðîâàííîãî ñòàíà ñ äóáëèðóþùèì îáîðóäîâàíèåì
Êîãäà âåäåòñÿ ïðîêàòêà íà îäíîé ëèíèè, êëåòè íà îñòàëüíûõ ëèíèÿõ ãîòîâÿòñÿ ê ïðîêàòêå äðóãèõ ïðîôèëåé. Ñòàí ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïðîêàòêè ìàëîòîííàæíûõ ïàðòèé ñðåäíåãî è ìåëêîãî ñîðòà. Âñå êîìáèíèðîâàííûå ñòàíû äîðîãè, òàê êàê ñîäåðæàò áîëüøîå êîëè÷åñòâî ìàëî èñïîëüçóåìûõ êëåòåé, ïîýòîìó ìîãóò áûòü îïðàâäàíû òîëüêî íà ìèíèçàâîäàõ, îáåñïå÷èâàþùèõ ñàìûì ðàçíîîáðàçíûì ïðîêàòîì ïî âûñîêîé öåíå ïîòðåáèòåëåé êàêîãî-òî íåáîëüøîãî ðåãèîíà.  íàñòîÿùåå âðåìÿ êîìáèíèðîâàííûå ñòàíû íå ñòðîÿò. Íîâûå âûñîêîñêîðîñòíûå ìåëêîñîðòíûå è ïðîâîëî÷íûå ñòàíû êîìïîíóþò ïî áëî÷íîìó ïðèíöèïó. Êàæäàÿ ãðóïïà êëåòåé (÷åðíîâàÿ è ÷èñòîâàÿ) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòäåëüíûå áëîêè äëèíîé 57 ì, ñ áëèçêî ðàñïîëîæåííûìè âàëêàìè, íåáîëüøîé äëèíîé âàëêîâ, ïîâûøåííîé æåñòêîñòüþ. Ýòî ïîçâîëÿåò ïðîèçâîäèòü ïðîêàò ïîâûøåííîé òî÷íîñòè. Âåñü ñòàí ïîëó÷àåòñÿ äîñòàòî÷íî ëåãêèì è ñðàâíèòåëüíî äåøåâûì. Íàñòðîéêà áëîêîâ íà ïðîêàòêó, êàê ïðàâèëî, îäíîãî ïðîôèëåðàçìåðà îñóùåñòâëÿåòñÿ íà ñïåöèàëüíûõ ñòåíäàõ, à çàìåíà áëîêîâ ïðîèñõîäèò çà 35 ìèí. Ñëåäîâàòåëüíî, ïåðåõîä ñ îäíîãî ïðîôèëÿ íà äðóãîé îñóùåñòâëÿåòñÿ î÷åíü áûñòðî ïóòåì çàìåíû áëîêîâ öåëèêîì. Âðåìÿ ïåðåíàñòðîéêè ñòàíà ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿåò íà ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà â öåëîì. Ñòàíû áëî÷íîé êîíñòðóêöèè î÷åíü ðàçíîîáðàçíû. Îñîáåííî ýôôåêòèâíû îíè ïðè ïðîèçâîäñòâå ìåëêèõ ïðîôèëåé. Çà ñ÷åò æåñòêîé ñòàëèáèçàöèè óñëîâèé ïðîêàòêè â êëåòÿõ óäàåòñÿ ðåçêî ïîâûñèòü ñêîðîñòè ïðîêàòêè ïî ñðàâíåíèþ ñ îáû÷íûìè ñòàíàìè.  ïîñëåäíèå ãîäû â ìèðîâîé ïðàêòèêå íàìåòèëèñü âïîëíå óñòîé÷èâûå òåíäåíöèè ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà ñîðòîâîãî ïðîêàòà. Âî ìíîãèõ ïðîìûøëåííî ðàçâèòûõ ñòðàíàõ ñîðòîâîé ïðîêàò ïðîèçâîäÿò èç ñòàëè, âûïëàâëÿåìîé â ýëåêòðîäóãîâûõ ïå÷àõ íà ìèíè-çàâîäàõ ñ îáúåìîì ïðîèçâîäñòâà 0,82,0 ìëí. ò/ãîä. Âûñîêîå êà÷åñòâî ìåòàëëà äîñòèãàåòñÿ ìåòîäàìè êîâøîâîé îáðàáîòêè, âàêóóìíîé äåãàçàöèè, ãëóáîêîãî ðàôèíèðîâàíèÿ, îãðàíè÷åíèÿ ñîäåðæàíèÿ ïðèìåñåé (Cu, Sn, Pb è äð.), ïîïàäàþùèõ â ñòàëü èç çàãðÿçíåííîãî ëîìà. Ïðè ïðîêàòêå íà íîâûõ ñòàíàõ èñõîäíûì ìàòåðèàëîì ïðàêòè÷åñêè íà 100 % ÿâëÿåòñÿ íåïðåðûâíî-ëèòàÿ çàãîòîâêà êâàäðàòíîãî èëè êðóãëîãî ñå÷åíèÿ ðàçìåðîì 120260 ìì. Ïðè åå îòëèâêå ïðèìåíÿþò çàùèòó ñòðóè îò îêèñëåíèÿ íåéòðàëüíûì ãàçîì, èíòåíñèâíîå ýëåêòðîìàãíèòíîå ïåðåìåøèâàíèå ìåòàëëà â êðèñòàëëèçàòîðå, îïòèìèçèðóþò ñêîðîñòü è òåìïåðàòóðó ðàçëèâêè è êðèñòàëëèçàöèè ìåòàëëà. 301
Ïðè èñïîëüçîâàíèè ëèòîé çàãîòîâêè êîðåííûì îáðàçîì ìåíÿåòñÿ ñòðóêòóðà ñîðòîïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà. Ïðèìåíÿþòñÿ ÌÍËÇ ðàäèàëüíîãî òèïà. Åñòü îïûò èñïîëüçîâàíèÿ áîëåå äåøåâûõ ÌÍËÇ ãîðèçîíòàëüíîãî òèïà. Îòëèòàÿ çàãîòîâêà ðåæåòñÿ íà ìåðíûå äëèíû è ïîñòóïàåò â íàêîïèòåëüíûå ïå÷è, íàçíà÷åíèå êîòîðûõ âûðàâíÿòü òåìïåðàòóðó ìåòàëëà ïî ñå÷åíèþ çàãîòîâêè äî òåìïåðàòóðû íà÷àëà ïðîêàòêè (íà 50100 °Ñ íèæå ñîëèäóñà). Òàêàÿ çàãîòîâêà ïîñòóïàåò íåïîñðåäñòâåííî íà íåïðåðûâíûé ñòàí, èìåþùèé êîíñòðóêòèâíûå ñðåäñòâà äëÿ áûñòðîé ïåðåâàëêè è ïåðåíàñòðîéêè êëåòåé. Òåõíîëîãèÿ ïðîêàòêè íà ñòàíàõ áëî÷íîé êîíñòðóêöèè ñ èñïîëüçîâàíèåì ëèòîé çàãîòîâêè áåçóñëîâíî çíà÷èòåëüíî äåøåâëå òðàäèöèîííîé, ïîýòîìó áîëåå êîíêóðåíòîñïîñîáíà íà ìèðîâîì ðûíêå, íî ïðè óñëîâèè îáåñïå÷åíèÿ íàäëåæàùåãî êà÷åñòâà ìåòàëëà. Ïîìèìî òùàòåëüíîé î÷èñòêè èñõîäíîãî ìåòàëëà, òðåáóåòñÿ îáåñïå÷èòü íàäëåæàùóþ ïðîðàáîòêó (óêîâ) ñå÷åíèÿ çàãîòîâêè ïðè ïðîêàòêå. Êîëè÷åñòâåííîé õàðàêòåðèñòèêîé óêîâà ÿâëÿåòñÿ îòíîøåíèå ïëîùàäåé ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ëèòîé çàãîòîâêè è ãîòîâîãî ïðîôèëÿ. Îïûòû ïîêàçàëè, ÷òî ïðè óêîâå ìåíüøå 1525 â öåíòðàëüíîé ÷àñòè ãîòîâîãî ïðîôèëÿ ñîõðàíÿþòñÿ ôðàãìåíòû ëèòîé ñòðóêòóðû, âîçìîæíû íåóïëîòíåííûå ðûõëûå çîíû, âåëè÷èíà çåðíà íåðàâíîìåðíà ïî ñå÷åíèþ, êà÷åñòâî ìåòàëëà ñóùåñòâåííî íèæå, ÷åì ïðè îáû÷íîé òåõíîëîãèè ïðîêàòêè (÷åðåç áëþìèíã ÍÇÑ). Ïî íîâîé òåõíîëîãèè ïðîêàòûâàþò â îñíîâíîì ìåëêîñîðòíóþ ïðîäóêöèþ è êàòàíêó. Äëÿ êîíòðîëÿ òåõíîëîãèè íà òàêèõ ñòàíàõ è íà îñíîâíûõ ýòàïàõ ïðîèçâîäñòâà óñòàíàâëèâàþòñÿ äàò÷èêè êà÷åñòâà ìåòàëëà, èñïîëüçóåòñÿ óïðàâëåíèå òåõíîëîãèåé ïîëíîñòüþ íà áàçå ÝÂÌ. ×òîáû óâåëè÷èòü óêîâ, ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ îïûòîì Îñêîëüñêîãî ýëåêòðîìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà (ÎÝÌÇ). Íà ýòîì çàâîäå ñòàëü ïîëó÷àþò, ìèíóÿ äîìåííûé ïåðåäåë, íåïîñðåäñòâåííî â ýëåêòðè÷åñêèõ ïå÷àõ èç îáîãàùåííûõ ìåòàëëèçîâàííûõ îêàòûøåé, ïîýòîìó ñòàëü èìååò âûñîêóþ ÷èñòîòó, õîòÿ è çíà÷èòåëüíî äîðîæå ìåòàëëà, ïîëó÷àåìîãî èç äîìåííîãî ÷óãóíà. Ðàçìåðû ðàçëèâàåìîãî êâàäðàòà 260½260 ìì. Ýòî îáåñïå÷èâàåò íåîáõîäèìûé óêîâ äàæå ïðè ïðîèçâîäñòâå ñðåäíåñîðòíîé ïðîäóêöèè. Íî ïåðåä ñðåäíåñîðòíûì ñòàíîì 350 íåîáõîäèìî èìåòü ÷åòûðå êëåòè íåïðåðûâíî-çàãîòîâî÷íîãî ñòàíà, ÷òîáû èñõîäíóþ çàãîòîâêó ïåðåêàòûâàòü íà òðåáóåìóþ äëÿ ñðåäíåñîðòíîãî ñòàíà çàãîòîâêó ðàçìåðàìè 100½100, 120½120 è 150½150 ìì. Ñ 1990 ãîäà âî âñåì ìèðå ââåäåíî â ýêñïëóàòàöèþ íîâûõ èëè êàðäèíàëüíî ìîäåðíèçèðîâàííûõ 33 ïðîâîëî÷íûõ, 23 ìåëêîñîðòíûõ è 96 ïðî÷èõ ñîðòîâûõ ñòàíîâ. Íåêîòîðûå èç íèõ ïåðåñòðîåíû ïî áëî÷íîìó ïðèíöèïó. Íà ýòèõ ñòàíàõ óäàëîñü çàìåòíî óëó÷øèòü òåõíîëîãèþ ïðîêàòêè, ïîâûñèòü òðåáîâàíèÿ ïî òî÷íîñòè è êà÷åñòâó ïðîêàòà. Ïðèîðèòåòíàÿ ðîëü â íàñòîÿùåå âðåìÿ îòâîäèòñÿ ýêîíîìèè ýíåðãèè íà 1 ò ïðîèçâîäèìîé ïðîäóêöèè. Îñíîâíûå íàïðàâëåíèÿ ðàçâèòèÿ ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà â ñîâðåìåííûõ óñëîâèÿõ: ñîêðàùåíèå äëèòåëüíîñòè îáðàáîòêè ìåòàëëà çà ñ÷åò ïðèìåíåíèÿ íåïðåðûâíûõ ïðîöåññîâ ëèòüÿ è ïðîêàòêè, èñïîëüçîâàíèÿ íåïðåðûâíî-ëèòîé çàãîòîâêè òðåáóåìîãî ñå÷åíèÿ; øèðîêîå èñïîëüçîâàíèå òðåõâàëêîâûõ áëîêîâ è ïîñòðîåíèå âñåãî ñòàíà ïî áëî÷íîìó ïðèíöèïó; ïîâûøåíèå ãèáêîñòè ïðîèçâîäñòâà çà ñ÷åò ãèáêîãî ïëàíèðîâàíèÿ ïðîèçâîäñòâà, íåïðåðûâíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà, àâòîìàòèçàöèè óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì; 302
óëó÷øåíèå êà÷åñòâà ïðîêàòà, äîñòèãàåìîãî çà ñ÷åò ïðèìåíåíèÿ ñðåäñòâ êîíòðîëÿ òî÷íîñòè ðàçìåðîâ è ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè ïðîêàòà, êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ è îïòèìèçàöèè òåõíîëîãèè, óïðàâëåíèÿ ìèêðîñòðóêòóðîé ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå; ïîâûøåíèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è ñíèæåíèå ýíåðãîçàòðàò çà ñ÷åò ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ìîíèòîðèíãà ïðîèçâîäñòâà, ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ îáîðóäîâàíèÿ; óëó÷øåíèå ýêîëîãèè çà ñ÷åò êîìïëåêñà ìåðîïðèÿòèé êàê ïî ñîâåðøåíñòâîâàíèþ òåõíîëîãèè, òàê è ïî óëó÷øåíèþ ñîñòîÿíèÿ ñêëàäîâ, óñòàíîâîê óòèëèçàöèè îòõîäîâ, î÷èñòíûõ ñîîðóæåíèé è ò. ä. 14.2. Òðåáîâàíèÿ ê ñîðòîâîìó ïðîêàòó ïî òî÷íîñòè Ïîâûøåíèå òî÷íîñòè ïðîêàòûâàåìîãî ìåòàëëà ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç îñíîâíûõ íàïðàâëåíèé ðàçâèòèÿ ñîðòîïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà. Ñóùåñòâóþò ðàçëè÷íûå õàðàêòåðèñòèêè òî÷íîñòè ñîðòîâîãî ìåòàëëà. Ðàññìîòðèì èõ íà ïðèìåðå êðóãëîãî ïðîêàòà. Êðóãëûé ïðîôèëü ïî îáúåìó ïðîèçâîäñòâà çíà÷èòåëüíî îïåðåæàåò îñòàëüíûå. Êðîìå òîãî, òðåáîâàíèÿ ê íåìó ñî ñòîðîíû ïîòðåáèòåëåé ÷àñòî âûøå, ÷åì ê äðóãèì ñîðòîâûì ïðîôèëÿì.  íåêîòîðîì j-ì ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè (ðèñ. 14.11) ïî äëèíå êðóãëîé øòàíãè ôàêòè÷åñêàÿ ôîðìà îòëè÷àåòñÿ îò èäåàëüíîãî êðóãà. Åñëè ôàêòè÷åñêîå ñå÷åíèå çàìåíèòü ðàâíîâåëèêèì ïî ïëîùàäè êðóãîì, òî äèàìåòð åãî dj ìîæíî íàçâàòü ôàêòè÷åñêèì äèàìåòðîì â j-ì ñå÷åíèè. Îäíàêî ïðè òàêîì îïðåäåëåíèè ôàêòè÷åñêèé äèàìåòð èçìåðèòü òðóäíî, ïîýòîìó íà ïðàêòèêå åãî âû÷èñëÿþò êàê ñðåäíåå èç ÷åòûðåõ èçìåðåíèé: äèàìåòð d1j â íàïðàâëåíèè âûñîòû êàëèáðà, â êîòîðîì îí ïðîêàòûâàëñÿ, ò. å. ïîä óãëîì β = 0 ê âåðòèêàëè; äèàìåòð d2j â íàïðàâëåíèè øèðèíû êàëèáðà (β = 90°); äâà äèàìåòðà d3j è d4j, èçìåðåííûõ ïî äèàãîíàëÿì, ò. å. ïîä óãëàìè ê âåðòèêàëè β = ±45°. Èòàê, dj = 0,25(d1j + d2j+d3j +d4j).
ãäå i íîìåð èçìåðåíèÿ (i = 1, ...
, 4).
d4
d
d3
d1
 ëèòåðàòóðå ìîæíî âñòðåòèòü îïðåäåëåíèå ôàêòè÷åñêîãî äèàìåòðà êàê ïîëîâèíà ñóììû ìàêñèìàëüíîãî è ìèíèìàëüíîãî äèàìåòðîâ, êîòîðûå íå âñåãäà ñîâïàäàþò ñ óêàçàííûìè ÷åòûðüìÿ äèàìåòðàìè. Îòêëîíåíèå ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå êàæäîãî èç ÷åòûðåõ èçìåðåííûõ çíà÷åíèé äèàìåòðà îò ôàêòè÷åñêîãî íàçûâàåòñÿ ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ ïðîêàòà δjj â j-ì ñå÷åíèè: δjj = |(dij dj)|,
d2 Ðèñ. 14.11. Ôàêòè÷åñêàÿ ôîðìà êðóãëîãî ïðîêàòà 303
Äëÿ äðóãèõ ôîðì ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïðîêàòà ïîä ðàçìåðîì dj ìîæíî ïîíèìàòü ëþáîé èç õàðàêòåðèñòè÷åêèõ ðàçìåðîâ, íàïðèìåð âûñîòó äëÿ ïîëîñû èëè êâàäðàòà.  íàøåì îïðåäåëåíèè ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü â j-ì ñå÷åíèè ýòî ãðàôèê ðàñïðåäåëåíèÿ ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòè ïî ñå÷åíèþ, ïîñòðîåííûé ïî ÷åòûðåì çíà÷åíèÿì. Êîëè÷åñòâî òî÷åê íà ãðàôèêå, êîíå÷íî, ìîæíî óâåëè÷èòü. Åñëè âû÷èñëèòü ñðåäíåå èç ÷åòûðåõ îòêëîíåíèé, òî ìîæíî òðàêòîâàòü åãî êàê íåêîòîðóþ óñðåäíåííóþ õàðàêòåðèñòèêó ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòè â äàííîì ñå÷åíèè δj. Çíà÷åíèÿ åãî â îáùåì ñëó÷àå ðàçëè÷íû â ðàçíûõ ïîïåðå÷íûõ ñå÷åíèÿõ ïî äëèíå øòàíãè, è ìîæíî ïîñòðîèòü ãðàôèê åãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïî äëèíå ïîëîñû. Âûáåðåì ïî äëèíå m ñå÷åíèé ñ íîìåðàìè j = 1, 2, ...
, m è âû÷èñëèì ñðåäíåå ïî âñåé äëèíå çíà÷åíèå ôàêòè÷åñêîãî äèàìåòðà è ñðåäíþþ ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü: 1 m 1 m d j è δcp = ∑ δ j . ∑ m j =1 m j =1  íàøåì îïðåäåëåíèè ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ íàçûâàåòñÿ ãðàôèê ðàñïðåäåëåíèÿ ïî äëèíå ðàçíîñòè ∆j =|(dj dcp)|. Ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ãðàôèê, íà êîòîðîì îòëîæåíî m òî÷åê. Âñå ïðèâåäåííûå âûøå îïðåäåëåíèÿ ïðåäïîëàãàþò, ÷òî ñóùåñòâóþò àâòîìàòè÷åñêèå èçìåðèòåëè äèàìåòðà â ÷åòûðåõ (èëè áîëåå) íàïðàâëåíèÿõ. ×åðåç îïðåäåëåííûå èíòåðâàëû ïî äëèíå â ëþáîì j-ì ñå÷åíèè ïîëîñû ïðîèçâîäÿòñÿ àâòîìàòè÷åñêèå èçìåðåíèÿ âñåõ ÷åòûðåõ äèàìåòðîâ, àâòîìàòè÷åñêàÿ îáðàáîòêà äàííûõ ïî ïðèâåäåííûì ôîðìóëàì è àâòîìàòè÷åñêàÿ ðàñïå÷àòêà õàðàêòåðèñòèê êàæäîé øòàíãè. Íà ñàìîì äåëå òàêèõ èçìåðèòåëåé íà ïîäàâëÿþùåì áîëüøèíñòâå äåéñòâóþùèõ ñòàíîâ íåò. Òî÷íåå, ñóùåñòâóþò òåõíè÷åñêèå ïðîåêòû è âûïîëíåííûå â ìåòàëëå óñòðîéñòâà, íî îíè ëèáî äîðîãè, ëèáî èìåþò íèçêóþ íàäåæíîñòü ðàáîòû íà ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäàõ. ×àùå íà ñòàíå ïðîèçâîäÿò èçìåðåíèÿ òîëüêî â îäíîì ñå÷åíèè íà îòðåçàííîì êîíöå ïîëîñû è òîëüêî íà îäíîé øòàíãå èç ïàðòèè ïîëîñ âðó÷íóþ ñ ïîìîùüþ ñîîòâåòñòâóþùèõ ñêîá, íàñòðîåííûõ íà ìèíóñîâûé è ïëþñîâûé äîïóñêè íà ïðîêàò. Ïî ýòèì ïîêàçàíèÿì îñóùåñòâëÿþò íàñòðîéêó ñòàíà, à ïðè ïðîêàòêå ñ÷èòàþò, ÷òî ïðè çàäàííîé íàñòðîéêå ðàçìåðû ïðîêàòà áóäóò íàõîäèòüñÿ â ïðåäåëàõ äîïóñêà. Íà ñàìîì äåëå ýòî äàëåêî íå òàê. Ñóäèòü î òî÷íîñòè ïðîêàòà ïðè òàêîé ìåòîäèêå èçìåðåíèÿ ìîæíî ñ áîëüøîé äîëåé óñëîâíîñòè. Èçìåðåííûå äèàìåòðû dij äîëæíû óêëàäûâàòüñÿ â äîïóñêè, êîòîðûå îòñ÷èòûâàþòñÿ îò íîìèíàëüíîãî äèàìåòðà díîì (ðèñ. 14.12). Ðèñ. 14.12. Äîïóñêè íà îòêëîíåíèÿ Íîìèíàëüíûì íàçûâàåòñÿ äèàìåòð, èçìåðåííûõ äèàìåòðâ îïðåäåëåííûé çàêàçîì, à äîïóñòèìîå îòîò íîìèíàëüíîãî êëîíåíèå â ñòîðîíó óâåëè÷åíèÿ äèàìåòðà 304
d4
d3
d2
d1
díîì
∆
∆
∆+
dcp =
∆+ ïëþñîâûì, à â ñòîðîíó óìåíüøåíèÿ ∆ ìèíóñîâûì äîïóñêîì. Ýòè äîïóñêè îïðåäåëÿþòñÿ ÃÎÑÒîì. Ôàêòè÷åñêèå îòêëîíåíèÿ èçìåðåííûõ çíà÷åíèé äèàìåòðà dij îò íîìèíàëüíîãî îïðåäåëÿþòñÿ òî÷íîñòüþ ïðîêàòà ∆ij : ∆ij = (dij díîì). Î÷åâèäíî, òî÷íîñòü ïðîêàòà ìîæåò áûòü ðàçëè÷íîé êàê â ïðåäåëàõ îäíîãî ñå÷åíèÿ, òàê è ïî äëèíå ïîëîñû (â ðàçíûõ j-õ ñå÷åíèÿõ). Åñëè áû èìåëèñü àâòîìàòè÷åñêèå èçìåðèòåëè, òî òî÷íîñòü ìîæíî áûëî áû îõàðàêòåðèçîâàòü óñðåäíåííûì çíà÷åíèåì ðàçíîñòüþ (dcp díîì). Êàê âèäíî, îòêëîíåíèÿ ∆ij ìîãóò ïðèíèìàòü êàê ïîëîæèòåëüíûå, òàê è îòðèöàòåëüíûå çíà÷åíèÿ. Êàê ïðàâèëî, ìèíóñîâîé äîïóñê çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàåò ïëþñîâîé. Äåéñòâóþùèì ñòàíäàðòîì ÃÎÑÒ 259088 ïðåäóñìîòðåíû òðè ãðóïïû òî÷íîñòè êðóãëîãî ïðîêàòà ñ ðàçíûìè ïðåäåëüíûìè îòêëîíåíèÿìè (òàáë. 14.1). Òàáëèöà 14.1 Ïðåäåëüíûå îòêëîíåíèÿ íà êðóãëûé ïðîêàò ïî ÃÎÑÒ 259088 Äèàìåòð díîì, ìì 59 1019 2025 2628 2930 3248 5058 6078 8097 100115
À +0,1
…0,2 +0,1…0,2 + 0,1…0,4 + 0,1…0,4 + 0,1…0,5 + 0,1…0,5 + 0,1…0,7 + 0,1…0,9 + 0,3…1,1
Ãðóïïà òî÷íîñòè ïðîêàòà Á +0,1…0,5 +0,1…0,5 +0,2…0,5 +0,2…0,7 +0,2…0,7 +0,2…0,7 +0,2…1,0 +0,3…1,1 +0,3…1,3 +0,4…1,7
 +0,3…0,5 +0,3…0,5 +0,4…0,5 +0,3…0,7 +0,3…0,7 +0,4…0,7 +0,4…1,0 +0,5…1,1 +0,5…1,3 +0,6…1,7
 ÃÎÑÒ 259088 ïðåäóñìàòðèâàåòñÿ òàêæå ïðåäåëüíî äîïóñòèìàÿ îâàëüíîñòü êðóãëîãî ïðîôèëÿ. Îâàëüíîñòü âû÷èñëÿåòñÿ êàê ðàçíîñòü ìàêñèìàëüíîãî è ìèíèìàëüíîãî äèàìåòðà ïî ñå÷åíèþ: θ = dmax dmin . Äîïóñêè íà îâàëüíîñòü ðàâíû ïîëîâèíå ïîëíîãî äîïóñêà íà ðàçìåð ∆ = 0,5(|∆+| + |∆ |). Íàïðèìåð, äëÿ êðóãëîãî ïðîôèëÿ äèàìåòðîì 59 ìì îáû÷íîé òî÷íîñòè (ãðóïïà Â) ïðåäåëüíàÿ îâàëüíîñòü θ = 0,4 ìì. Íåñèììåòðè÷íîå ïîñòðîåíèå ïîëÿ äîïóñêàåìûõ îòêëîíåíèé äîëæíî ñòèìóëèðîâàòü ïðîêàòêó ñ ìèíóñîâûìè äîïóñêàìè. Ïðîôèëè, ïðîêàòàííûå â ìèíóñîâîì ïîëå äîïóñêîâ, îáúåêòèâíî âûãîäíû êàê ïîòðåáèòåëÿì, òàê è ïðîèçâîäèòåëÿì. Ó ïîòðåáèòåëÿ îáëåã÷àåòñÿ ïðîèçâîäèìàÿ èì ìàøèíà, ìåíüøå ìåòàëëà çàêëàäûâàåòñÿ â ñòðîèòåëüíûå êîíñòðóêöèè è ò. ä.  ïðîêàòíîì ïðîèçâîäñòâå èç èñõîäíîé çàãîòîâêè ïîëó÷àåòñÿ áîëüøå ïðîäóêöèè â ìåòðàæå. Çàêàç÷èê òàêæå â îñíîâíîì ïîòðåáëÿåò ïðîêàò â ìåòðàõ. Îäíàêî ñèñòåìà ó÷åòà, îòãðóçêè è ïðîäàæè ãîòîâîé ïðîäóêöèè ïîñòðîåíà íà òîííàæå, òàê êàê âåñû èìåþòñÿ íà âñåõ ó÷àñòêàõ öåõà, à ïðèáîðîâ äëÿ èçìåðåíèÿ ìàññîâûõ ïàðòèé ïðîêàòà â ìåòðàõ íå ñóùåñòâóåò. Çàêàç÷èêà ïðàêòè÷åñêè âûíóæäàþò ïîêóïàòü ïðîêàò 305
â òîííàõ. Êðîìå òîãî, â ïðîêàòíîì ïðîèçâîäñòâå âûãîäíî èñïîëüçîâàòü âñå ïîëå äîïóñêîâ: íà÷èíàòü ïðîêàòêó íà íîâûõ âàëêàõ â ìèíóñîâîì äîïóñêå, à ïî ìåðå èçíîñà êàëèáðîâ ïîñòåïåííî ïåðåõîäèòü ê ïëþñîâîìó. Ïðîêàòêà íà ìèíóñ òðåáóåò äîïîëíèòåëüíûõ çàòðàò íà áîëåå ÷àñòóþ ñìåíó âàëêîâ, íà óæåñòî÷åíèå êîíòðîëüíûõ ôóíêöèé, è ýòè çàòðàòû íèêàê íå êîìïåíñèðóþòñÿ, ïîñêîëüêó â öåíàõ íà ïðîêàò â íîâûõ ýêîíîìè÷åñêèõ óñëîâèÿõ óæå íå äåéñòâóþò íàäáàâêè çà ïðîêàòêó â ìèíóñîâîì ïîëå äîïóñêîâ. Âñå ýòî ñäåðæèâàåò øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïðîêàòà ñ ìèíóñîâûìè äîïóñêàìè. Íåìàëóþ ðîëü èãðàþò ñëîæèâøàÿñÿ ïðàêòèêà, ïðèâû÷êà, óäîáñòâà, êîòîðûå èçìåíèòü î÷åíü òðóäíî. Ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå íà òî, ÷òî îáùåå ïîëå äîïóñêîâ íà ïðîêàò î÷åíü áîëüøîå è íà êðóïíûõ êðóãàõ äîñòèãàåò 2 ìì. Òàêèå äîïóñêè îòðàæàþò ñîñòîÿíèå è âîçìîæíîñòè ñîâðåìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ïðîèçâîäñòâà ñîðòîâîãî ïðîêàòà. Íî òàêèå äîïóñêè ñîâåðøåííî íå óñòðàèâàþò ìíîãèõ ïîòðåáèòåëåé, íàïðèìåð ïðîèçâîäñòâà, èñïîëüçóþùèå àâòîìàòè÷åñêèå ëèíèè äëÿ èçãîòîâëåíèÿ èçäåëèé èç êðóãëîãî ïðîêàòà. Ñîâðåìåííûå àâòîìàòè÷åñêèå ëèíèè òðåáóþò ïðîêàò ñ äîïóñêîì ±0,1 ìì. Ìíîãèå èç íèõ íå ìîãóò ðàáîòàòü íà ïðîêàòå ñ îêàëèíîé íà ïîâåðõíîñòè. Òðåáîâàíèÿì ýòèõ çàêàç÷èêîâ óäîâëåòâîðÿåò òàê íàçûâàåìûé êàëèáðîâàííûé ìåòàëë. Çàãîòîâêîé äëÿ êàëèáðîâàííîãî ìåòàëëà (â îñíîâíîì êðóãëîãî ñå÷åíèÿ) ñëóæèò ñîðòîâîé êðóãëûé ïðîêàò. Åãî ñíà÷àëà îñâîáîæäàþò îò îêàëèíû (ðàçëàìûâàíèåì ñëîÿ îêàëèíû, îáðàáîòêîé ùåòêàìè è òðàâëåíèåì â êèñëîòå), çàòåì (â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè) ïðîòÿãèâàþò ÷åðåç âîëîêó, ïîëó÷àÿ òðåáóåìûå òî÷íîñòü è êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè. Ñòðîãî ãîâîðÿ, êàëèáðîâêà ýòî ëèøíÿÿ è äîðîãàÿ òåõíîëîãè÷åñêàÿ îïåðàöèÿ, íåîáõîäèìàÿ òîëüêî ïîòîìó, ÷òî ïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî íå â ñîñòîÿíèè îáåñïå÷èòü âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ñîâðåìåííîãî ìàøèíîñòðîåíèÿ. Ñ öåëüþ óäåøåâëåíèÿ êàëèáðîâàííîãî ïðîêàòà íåîáõîäèìî íà ïðîêàòíîì ñòàíå äîáèâàòüñÿ íåîáõîäèìîé òî÷íîñòè, ò. å. ïîëó÷àòü êàëèáðîâàííûé (åãî íàçûâàþò ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííûé) ìåòàëë, êîòîðûé òàêæå â ïðîêàòíîì öåõå äîëæåí îñâîáîæäàòüñÿ îò îêàëèíû. Ýòî îäíà èç òåíäåíöèé ðàçâèòèÿ ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà. 14.3. Ôàêòîðû, îïðåäåëÿþùèå òî÷íîñòü ïðîêàòà, è ïóòè óâåëè÷åíèÿ òî÷íîñòè 14.3.1. Êîíñòðóêöèÿ è èçíîñ êàëèáðîâ Ïàðàìåòðû ÷èñòîâîãî êàëèáðà è åãî èçíîñ â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè îïðåäåëÿþò ôîðìó ïðîêàòà â ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè. Îò èçíîñà òàêæå çàâèñèò òî÷íîñòü ïðîêàòà âíóòðè ïàðòèè. Ïî ìåðå èçíîñà ïðîêàò ïåðåõîäèò èç îáëàñòè ìèíóñîâûõ äîïóñêîâ â ïëþñîâûå. Êîëè÷åñòâî ïðîêàòà, êîòîðîå ìîæíî ïðîêàòàòü çà âñþ êàìïàíèþ äî ïîëíîãî èçíîñà êàëèáðà, íàçûâàþò ñòîéêîñòüþ êàëèáðà.  çàâèñèìîñòè îò ìàòåðèàëà âàëêîâ, ìàðêè ïðîêàòûâàåìîãî ìåòàëëà, òðåáîâàíèé ê ïðîêàòó è äðóãèõ ôàêòîðîâ ñòîéêîñòü èçìåíÿåòñÿ îò 200 äî 1000 ò è áîëåå. Ðàññìîòðèì êîíñòðóêöèþ ÷èñòîâîãî 2-âàëêîâîãî êðóãëîãî êàëèáðà (ðèñ. 14.13). Âáëèçè ðàçúåìà êàëèáð èìååò âûïóñêè ïîä óãëîì ψ ê âåðòèêàëè, êîòîðûå íåîáõîäèìû, âî-ïåðâûõ, äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ áðàêà â âèäå ëàìïàñà ïðè íåçíà÷èòåëüíîì ïåðåïîëíåíèè êàëèáðà, âî-âòîðûõ, äëÿ îáëåã÷åíèÿ ïåðåòî÷êè. 306
s
hâð
Òàêèì îáðàçîì, èçíà÷àëüíî ïðåäóñìîòðåíî íåêîíòðîëèðóåìîå óøèðåíèå ìåòàëëà âáëèçè ðàçúåìà êàëèáðà è, ñîîòâåòñòâåííî, êîëåáàíèå ðàçìåðà ïðîêàòà ïî øèðèíå.  2-âàëêîâûé ÷èñòîâîé êàëèáð çàäàåòñÿ îâàë â âåðòèêàëüíîì ïîëîæåíèè (íà ðèñ. 14.13 ïîêàçàíî øòðèõàìè). Ïðè åãî äåôîðìàöèè íàèáîëüøåå òå÷åíèå ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî âàëêîâ è íàèáîëüøèé èçíîñ êàëèáðà íàáëþäàþòñÿ â íàïðàâëåíèè äèàψ ãîíàëåé, ò. å. ïî äèàìåòðàì d3 è d4 (ñì. ðèñ. 14.11). Íåðàâíîìåðíûé èçíîñ êðóãëîãî êàëèáðà ÿâëÿåòñÿ âòîðûì ñóùåñòâåííûì íåäîñòàòêîì ïðîêàòêè â 2-âàëêîâûõ êàëèáÐèñ. 14. 13. Êîíñòðóêöèÿ ÷èñòîâîãî ðàõ. Äâóõâàëêîâàÿ ñèñòåìà îâàëêðóã íå êðóãëîãî êàëèáðà âàëêîâ ñàìàÿ ëó÷øàÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ êðóãëîãî ïðîêàòà ïîâûøåííîé òî÷íîñòè. Áîëüøóþ òî÷íîñòü, à òàêæå áîëåå ðàâíîìåðíóþ äåôîðìàöèþ è èçíîñ ïî ïåðèìåòðó êðóãà îáåñïå÷èâàþò ìíîãîâàëêîâûå êàëèáðû è ñîîòâåòñòâóþùèå èì ñõåìû êàëèáðîâêè âàëêîâ. Ðàáîòû ïî èçó÷åíèþ ïðîöåññà ïðîêàòêè â ìíîãîâàëêîâûõ êàëèáðàõ âåäóòñÿ â ×åëÿáèíñêîì ïîëèòåõíè÷åñêîì è Ìàãíèòîãîðñêîì ãîðíî-ìåòàëëóðãè÷åñêîì óíèâåðñèòåòàõ, d ÄîíÍÈÈ×åðìåòå, ÂÍÈÈÌåòìàøå è íà ðÿäå ðîññèéñêèõ çàâîäîâ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî 1 â 3-âàëêîâîì êàëèáðå äåôîðìàöèÿ â íàïðàâëåíèè ðàçúåìà ìåíüøå, ÷åì â 2-âàëd êîâîì, à â 4-âàëêîâîì êàëèáðå ïðè ìàëûõ îáæàòèÿõ äåôîðìàöèÿ ïðîòåêàåò ïðàêòè2 ÷åñêè áåç óøèðåíèÿ. Ïîýòîìó òî÷íîñòü ïðîêàòêè â 4-âàëêîâîì êàëèáðå âûøå, ÷åì â 3-âàëêîâîì, à â 3-âàëêîâîì âûøå, ÷åì d d â 2-âàëêîâîì. Ïðèâåäåì îïûò ïðîìûøëåííîé ýêñïëóàòàöèè íà ñîðòîâûõ ñòàíàõ ÷èñòîâûõ 3 ãðóïï êëåòåé ñ ïðèìåíåíèåì ìíîãîâàëêîâûõ êàëèáðîâ (ðèñ. 14.14). Ïî ñõåìå 1 d d d â ïåðâîé êëåòè ñòàíà 300 ïîëó÷àþò êâàäðàò ñî ñêðóãëåííûìè óãëàìè, à îêîí÷à4 òåëüíûé ïðîôèëü ôîðìèðóþò âî âòîðîé êëåòè â êðóãëîì 4-âàëêîâîì êàëèáðå. Îäd0 d2 d1 íàêî òî÷íûé êðóã ïî ñõåìå 1 ïðîêàòûâàòü òðóäíî, ïîòîìó ÷òî ïî ïåðèìåòðó êðóãà äåôîðìàöèÿ è èçíîñ íåðàâíîìåð5 íû, íåñòàáèëüíû è äðóãèå ïàðàìåòðû Ðèñ. 14.14. Ñõåìû ïðîêàòêè ïðîêàòêè. â ìíîãîâàëêîâûõ êàëèáðàõ 307
Ñõåìà 2 ðåàëèçîâàíà â äâóõ 4-âàëêîâûõ êàëèáðàõ. Óñëîâèÿ äåôîðìàöèè ïî ãðàíÿì êâàäðàòà çäåñü áîëåå ñòàáèëüíû, ÷åì â ñõåìå 1. Íà ìåëêîñîðòíîì ñòàíå 250-1 ÌÌÊ ïî äàííîé ñõåìå ïðîêàòûâàþò êðóã äèàìåòðîì 14 ìì ñ êîëåáàíèÿìè ðàçìåðîâ +0,08...0,23 ìì. Íî è â ýòîé ñõåìå äåôîðìàöèÿ è èçíîñ ïî ïåðèìåòðó ÷èñòîâîãî êàëèáðà íåðàâíîìåðíû. Ê òîìó æå äåôîðìàöèþ êðóãà ñíà÷àëà â êâàäðàò, à çàòåì ñíîâà â êðóã âðÿä ëè ñëåäóåò ñ÷èòàòü ðàöèîíàëüíîé. Íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûìè äëÿ òî÷íîé ïðîêàòêè îêàçàëèñü 3-âàëêîâûå êëåòè ïîâûøåííîé æåñòêîñòè ôèðìû Êîêñ (Ãåðìàíèÿ ðèñ. 14.15). Ðàçðàáîòàíî íåñêîëüêî ñõåì ïðîêàòêè ñ ïðèìåíåíèåì òàêèõ êëåòåé. Ïî ñõåìå 3 (ñì. ðèñ. 14.14) ïðîêàòêà âåäåòñÿ â òðåõ 3-âàëêîâûõ êëåòÿõ, ïðåäñòàâëÿþùèõ ñîáîé åäèíûé áëîê, ïî ñèñòåìå òðåóãîëüíèêêðóãêðóã. Ïðåèìóùåñòâîì ñèñòåìû ñ÷èòàþò îòñóòñòâèå êàíòîâîê ìåæäó êëåòÿìè, âûñîêóþ ñòåïåíü äåôîðìàöèè ïðè ïðîêàòêå òðåóãîëüíèêà â êðóãå è, íàîáîðîò, ìàëóþ è ðàâíîìåðíóþ äåôîðìàöèþ ïî ïåðèìåòðó â ÷èñòîâîì êàëèáðå. Íî íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè è èçíîñ â ïåðâûõ äâóõ êàëèáðàõ â êîíå÷íîì ñ÷åòå ñêàçûâàþòñÿ íà òî÷íîñòè ãîòîâîãî ïðîôèëÿ. Ýòîò íåäîñòàòîê óñòðàíÿåòñÿ â ïîñëåäóþùèõ äâóõ ñõåìàõ. Ïåðâàÿ èç íèõ (¹ 4) âíîâü âîçâðàùàåòñÿ ê ïðîêàòêå â 2-âàëêîâûõ
Ðèñ. 14.15. Òðåõâàëêîâàÿ êëåòü ïîâûøåííîé æåñòêîñòè 308
êàëèáðàõ, íî ðàñïîëîæåííûõ ïîä óãëîì 45° ê ãîðèçîíòàëè. Êëåòè ñ òàêèì ðàñïîëîæåíèåì øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ â òðóáíîì ïðîèçâîäñòâå. Îíè îáåñïå÷èâàþò áîëåå âûñîêóþ òî÷íîñòü, ÷åì êëåòè ñ îáû÷íûì ðàñïîëîæåíèåì. Íî 3-âàëêîâûå êëåòè â áîëüøåé ìåðå ñïîñîáñòâóþò ïîëó÷åíèþ âûñîêîòî÷íîãî ïðîêàòà. Ïîýòîìó ñõåìà 5 áîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíà. Òðåõâàëêîâûå áëîêè èç äâóõ êëåòåé âíåäðåíû è óñïåøíî ðàáîòàþò íà ñòàíå 350-1 Ìàêååâñêîãî è ñòàíå 320 Ñåðîâñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäîâ. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé íà ýòèõ ñòàíàõ ïîêàçàëè, ÷òî íà ñðåäíåì ñîðòå äèàìåòðîì îò 36 äî 52 ìì ïî äàííîé ñõåìå ïîëó÷àåòñÿ ïðîêàò ñ ïîëåì îòêëîíåíèé ïî ÷åòûðåì äèàìåòðàì ïî âñåé äëèíå ïðîêàòà â ïðåäåëàõ +0,05...0,25 ìì. Ýòî ñîîòâåòñòâóåò òðåáîâàíèÿì íà êàëèáðîâàííóþ ñòàëü ïî 5-ìó êëàññó òî÷íîñòè (òàáë. 14.2). Ò à á ë è ö à 14.2 Äîïóñòèìûå îòêëîíåíèÿ ïî äèàìåòðàì è îâàëüíîñòè ((d2 d1) â ñêîáêàõ)) äëÿ êàëèáðîâàííîé ñòàëè ïî ÃÎÑÒ 741775
Êëàññ òî÷íîñòè
Äèàìåòð êðóãà (íîìèíàëüíûé), ìì
4
5
20–30
+0…–0,14(0,14)
+0…–0,28(0,28)
31–50
+0…–0,17(0,17)
+0…–0,34(0,34)
52–75
+0…–0,20(0,20)
+0…–0,40(0,34)
Íåìåöêàÿ ôèðìà Êîêñ â ïîñëåäíåå âðåìÿ äîáèëàñü õîðîøèõ ðåçóëüòàòîâ ïî èñïîëüçîâàíèþ 3-âàëêîâûõ êëåòåé â ñîñòàâå íîâûõ ñîâðåìåííûõ âûñîêîñêîðîñòíûõ ñîðòîâûõ ñòàíîâ. Îòìåòèì, ÷òî â ðåêëàìíûõ ðîëèêàõ ôèðìà ãàðàíòèðóåò ïîëó÷åíèå â òàêèõ êëåòÿõ òî÷íîñòè ïðîêàòêè ±0,1 ìì è äàæå ìåíüøå. Òàêèì îáðàçîì, òî÷íîñòü ïðîêàòà, ïîëó÷åííîãî â 3-âàëêîâûõ áëîêàõ, çíà÷èòåëüíî âûøå, ÷åì ïðè ïðîêàòêå â 2-âàëêîâûõ êàëèáðàõ, ÷òî äàåò âîçìîæíîñòü, óäàëèâ ñ ïîâåðõíîñòè îêàëèíó, çàìåíèòü äîðîãóþ õîëîäíîêàëèáðîâàííóþ ñòàëü ãîðÿ÷åêàòàíîé. Ïðîêàò ñ òàêîé òî÷íîñòüþ áåç îêàëèíû, ïîëó÷åííûé â êàëèáðóþùèõ áëîêàõ, íàçûâàåòñÿ ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííîé ñòàëüþ, â îòëè÷èå îò êàëèáðîâàííîé, êîòîðàÿ ïî óìîë÷àíèþ ïîëó÷àåòñÿ ïóòåì âîëî÷åíèÿ. Êñòàòè, ýòè äâà âèäà êàëèáðîâàííîãî ìåòàëëà ðàçëè÷àþòñÿ íå òîëüêî ïî òåõíîëîãèè ïîëó÷åíèÿ, íî è ïî ìåõàíè÷åñêèì ñâîéñòâàì. Õîëîäíîòÿíóòûé êàëèáðîâàííûé ìåòàëë èìååò íàêëåïàííûé ïîâåðõíîñòíûé ñëîé, à ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííûé áîëåå ðàâíîìåðíûå ñâîéñòâà ïî ñå÷åíèþ. Îäíàêî ïðîìûøëåííàÿ ýêñïëóàòàöèÿ ñõåìû ïðîêàòêè 5 âûÿâèëà ðÿä åå íåäîñòàòêîâ. Ïðè áîëüøèõ êîëåáàíèÿõ ðàçìåðîâ èñõîäíîé çàãîòîâêè, íåèçáåæíûõ â ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ, è øèðîêîì äèàïàçîíå òåìïåðàòóðíûõ óñëîâèé ïðîêàòêè òðåáóåìàÿ òî÷íîñòü ïðîêàòà ìîæåò áûòü íå îáåñïå÷åíà. Äëÿ ãàðàíòèðîâàííîãî ïîïàäàíèÿ â çàäàííûå äîïóñêè òðåáóåòñÿ òðåòüÿ 3-âàëêîâàÿ êëåòü. Áëîê èç òðåõ 3-âàëêîâûõ êëåòåé óñòàíîâëåí ïîñëå ïîñëåäíåé (¹ 10) êëåòè íà ñòàíå 350 çàâîäà «ÎÀÎ Ïåòðîñòàëü» (Êèðîâñêèé çàâîä, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã). Ïî ñõåìå ïðîêàòêè (ðèñ. 14.16) äîñòèãàåòñÿ óâåëè÷åíèå ñóììàðíîãî îáæàòèÿ â êëåòÿõ áëîêà. 309
2β1
d0
2β2 d1 d2
d3
Ðèñ. 14.16. Ñõåìà ïðîêàòêè ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííîãî ïðîêàòà â 3-âàëêîâîì áëîêå
Êîëåáàíèÿ ðàçìåðîâ ïðîêàòà, ïîëó÷åííîãî ïîñëå ïðîêàòêè â ÷èñòîâîé 2-âàëêîâîé êëåòè ñòàíà 350, äâóêðàòíî ïåðåêðûâàþòñÿ îáæàòèåì, ïîýòîìó îáåñïå÷èâàåòñÿ ñòàáèëüíîå ïîëó÷åíèå ïðîêàòà ïî òðåáîâàíèÿì ê ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííîé ñòàëè ïî 4-ìó êëàññó òî÷íîñòè. Ïðè ýòîì óìåíüøàåòñÿ èçíîñ ÷èñòîâûõ êàëèáðîâ. Îí ñîñòàâëÿåò 0,220,30 ìì íà 1000 ò ïðîêàòà. 14.3.2. Êîëåáàíèÿ óñèëèÿ ïðîêàòêè Åñëè 2-âàëêîâûé êàëèáð (ñì. ðèñ. 14.11) íàãðóæàòü ñèëîé ïðîêàòêè Ð, òî âûñîòà êàëèáðà (äèàìåòð d1) áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ çà ñ÷åò óïðóãîé äåôîðìàöèè äåòàëåé êëåòè (ðèñ. 14.17). Íà÷àëüíûé ó÷àñòîê êðèâîé ñîîòâåòñòâóåò âûáîðó çàçîðîâ è ëþôòîâ â âàëêîâûõ óçëàõ. Ïîñëå èõ óñòðàíåíèÿ èçìåíåíèå äèàìåòðà ñòàíîâèòñÿ ïðÿìîëèíåéíûì. Åãî ìîæíî îïðåäåëÿòü ïî ôîðìóëå Ãîëîâèíà Ñèìñà d1 = s ′ + 2hâð +
P , Mê
ãäå s ′ çàçîð ìåæäó âàëêàìè, êîòîðûé áûë áû ïðè îòñóòñòâèè ëþôòîâ è çàçîðîâ â óçëàõ êîíñòðóêöèè ñòàíà (s ôàêòè÷åñêèé çàçîð ìåæäó âàëêàìè); hâð ãëóáèíà âðåçà ðó÷üÿ â âàëîê; Ð ñèëà ïðîêàòêè; Ìê æåñòêîñòü êëåòè. Ïðîäèôôåðåíöèðîâàâ ðàâåíñòâî, ïîëó÷èì Ð
∂d1 =
α tgα = Mê
Ð1 s s´
d1(h)
Ðèñ. 14.17. Êðèâàÿ æåñòêîñòè êëåòè 310
∂P ∂P èëè M ê = . Mê ∂d1
Îòñþäà ñëåäóåò îïðåäåëåíèå: æåñòêîñòüþ êëåòè íàçûâàåòñÿ ñèëà, íåîáõîäèìàÿ äëÿ óâåëè÷åíèÿ âûñîòíîãî äèàìåòðà ïðîêàòà íà 1 ìì çà ñ÷åò óïðóãîé äåôîðìàöèè êëåòè. Ðàçìåðíîñòü æåñòêîñòè Í/ ìì. Æåñòêîñòü êëåòè ðàâíà òàíãåíñó óãëà íàêëîíà êðèâîé æåñòêîñòè êëåòè. Âñå ôàêòîðû, âîçäåéñòâóþùèå íà ñèëó ïðîêàòêè Ð, îêàçûâàþò âëèÿíèå íà ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ïðîêàòà. Ñðåäè íèõ íà íåïðåðûâíîì ñòàíå ãëàâíûì ÿâëÿåòñÿ êîëåáàíèå íàòÿæåíèÿ ìåæäó êëåòÿìè.
Íàòÿæåíèå ïðè ïðîêàòêå îêàçûâàåò âëèÿíèå íà ñèëó ïðîêàòêè è, ñëåäîâàòåëüíî, íà äèàìåòð d1 . Êàê èçâåñòíî, ñ óâåëè÷åíèåì íàòÿæåíèÿ ñèëà ïðîêàòêè óìåíüøàåòñÿ, ïðè÷åì çàäíåå íàòÿæåíèå σ0 áîëåå ýôôåêòèâíî ñíèæàåò åå, ÷åì ïåðåäíåå σ1. Êîëåáàíèÿ íàòÿæåíèé â ïðîöåññå ïðîêàòêè, íåèçáåæíûå ïðè ïðîêàòêå íà íåïðåðûâíîì ñòàíå, âûçûâàþò êîëåáàíèÿ âûñîòíîãî ðàçìåðà d1 è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ïðîêàòà. Óøèðåíèå ìåòàëëà òàêæå çàâèñèò îò íàòÿæåíèÿ (óìåíüøàåòñÿ ñ ðîñòîì íàòÿæåíèÿ). Êîëåáàíèÿ íàòÿæåíèé áîëüøå âëèÿþò íà ãîðèçîíòàëüíûé d2, ÷åì íà âåðòèêàëüíûé d1, ðàçìåð. 14.3.3. Ñêîðîñòü ïðîêàòêè Ñêîðîñòü ïðîêàòêè îêàçûâàåò âëèÿíèå íà òî÷íîñòü ïðîêàòà. Ñòåïåíü åå âëèÿíèÿ â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè çàâèñèò îò ìåõàíè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêè ïðèâîäà êëåòè. Çàäà÷à ïîëîñû â âàëêè ñîïðîâîæäàåòñÿ äèíàìè÷åñêèì ïàäåíèåì ÷àñòîòû âðàùåíèÿ n äâèãàòåëÿ íà âðåìÿ ïðèìåðíî 0,5 ñ. ×åðåç 0,20,5 ñ ÷èñëî îáîðîòîâ âíîâü ïîâûøàåòñÿ äî ïðåæíåãî óðîâíÿ. ×åì âûøå ðàáî÷àÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ âàëêîâ, òåì çíà÷èòåëüíåå ïðîÿâëÿþò ñåáÿ îïèñàííûå äèíàìè÷åñêèå ýôôåêòû. Ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé íåïðåðûâíîãî ñòàíà â ìîìåíò çàõâàòà âåäåò ê èçìåíåíèþ íàòÿæåíèÿ ïîëîñû è óòÿæêå ïðîôèëÿ â íàïðàâëåíèè øèðèíû (ïî ðàçúåìó êàëèáðà). Íà ñòàíå 350 ×åðÌÊ, íàïðèìåð, ïðè ñðàâíèòåëüíî íåâûñîêèõ ñêîðîñòÿõ ïðîêàòêè (67 ì/ñ) íà ïåðåäíèõ êîíöàõ äëèíîé 0,5 ì íàáëþäàåòñÿ óòÿæêà ãîðèçîíòàëüíîãî ðàçìåðà êðóãëîãî ïðîôèëÿ äèàìåòðîì 4565 ìì äî 0,75 ìì, ÷òî ïðåâûøàåò äîïóñê ïî òî÷íîñòè. Ñ ïîâûøåíèåì ñêîðîñòè ïðîêàòêè ê ýòîìó ÿâëåíèþ äîáàâëÿþòñÿ âèáðàöèè âàëêîâîé ñèñòåìû, ñîïðîâîæäàþùèåñÿ ïåðèîäè÷åñêèìè èçìåíåíèÿìè ðàçìåðîâ ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïî äëèíå ðàñêàòà. Íàïðèìåð, â íà÷àëå ýêñïëóàòàöèè ïðîâîëî÷íîãî ñòàíà 250 Çàïàäíî-Ñèáèðñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî êîìáèíàòà ïðè ñêîðîñòè ïðîêàòêè 34 ì/ñ è áîëåå âèáðàöèè âàëêîâîé ñèñòåìû ïðè ïðîêàòêå êàòàíêè äèàìåòðîì 6,3 ìì ïðèâîäèëè ê ïåðèîäè÷åñêîìó êîëåáàíèþ ðàçìåðîâ â ïðåäåëàõ ±0,5 ìì, ÷òî ïðåâûøàëî äîïóñòèìûå çíà÷åíèÿ ïî ÃÎÑÒó. Ïðè÷èíîé âèáðàöèè îáû÷íî ÿâëÿåòñÿ íåóðàâíîâåøåííîñòü âðàùåíèÿ øïèíäåëåé è âàëêîâ ñòàíà, ïîýòîìó ïðè áîëåå òî÷íîì èçãîòîâëåíèè äåòàëåé ñòàíà è ñîâåðøåíñòâîâàíèè êîíñòðóêöèè êëåòåé ýòîò íåäîñòàòîê óäàåòñÿ ñóùåñòâåííî ñãëàäèòü. 14.3.4. Ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïî äëèíå ðàñêàòà Òåìïåðàòóðà ïðîêàòêè ìåòàëëà ìîæåò èçìåíÿòüñÿ ïî äâóì ïðè÷èíàì. Ïåðâàÿ íåðàâíîìåðíûé íàãðåâ çàãîòîâêè â ìåòîäè÷åñêîé ïå÷è. Íåðàâíîìåðíîñòü ïðîãðåâà ìîæåò âîçíèêàòü çà ñ÷åò íåïðàâèëüíîãî ðàñïîëîæåíèÿ ãîðåëîê â ïå÷è èëè íåïðàâèëüíîãî ðåæèìà ïîäà÷è òîïëèâà. Íî íà ïðàêòèêå êà÷åñòâî íàãðåâà â îñíîâíîì çàâèñèò îò êîíñòðóêöèè ïå÷è. Åñëè ïðîäâèæåíèå çàãîòîâêè â ïå÷è îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî âîäîîõëàæäàåìûì ãëèññàæíûì òðóáàì, òî â ìåñòå êîíòàêòà ñ òðóáîé çàãîòîâêà èìååò ïîíèæåííóþ òåìïåðàòóðó (íà 2060 °Ñ), à ïðè ïðîêàòêå áîëüøóþ òîëùèíó, ÷åì íà áîëåå ïðîãðåòûõ ó÷àñòêàõ. Íà ðàñêàòå ïîÿâÿòñÿ òàê íàçûâàåìûå ãëèññàæíûå ìåòêè (óòîëùåííûå ó÷àñòêè). Ïðè ïðîêàòêå 311
â ñëåäóþùåì ïðîïóñêå ãëèññàæíûå ìåòêè ñîõðàíÿþòñÿ, òàê êàê ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç î÷àã äåôîðìàöèè â ýòèõ ìåñòàõ îáæàòèå è äàâëåíèå íà âàëêè âûøå, ÷åì íà îñòàëüíîé ïîëîñå. Ýòî, ïî ôîðìóëå ÃîëîâèíàÑèìñà, âåäåò ê äîïîëíèòåëüíîé óïðóãîé äåôîðìàöèè êëåòè. Èçâåñòíî, ÷òî óìåíüøèòü ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü íà ãëèññàæíûõ ìåòêàõ ìîæíî ïóòåì ðàñïîëîæåíèÿ â ïå÷è ãëèññàæíûõ òðóá â øàõìàòíîì ïîðÿäêå. Íàèëó÷øåå êà÷åñòâî íàãðåâà îáåñïå÷èâàåòñÿ â ìåòîäè÷åñêèõ ïå÷àõ ñ øàãàþùèìè áàëêàìè. Âòîðàÿ ïðè÷èíà íåðàâíîìåðíîñòè òåìïåðàòóðû ïðè ïðîêàòêå ýòî òåìïåðàòóðíûé êëèí. Åñëè äàæå çàãîòîâêà ðàâíîìåðíî ïðîãðåòà ïî äëèíå, òî òåìïåðàòóðà ìåòàëëà â ìîìåíò ïðîêàòêè áóäåò ðàçíîé. Ãîëîâíàÿ ÷àñòü ðàñêàòà ïðîõîäèò ÷åðåç âàëêè ðàíüøå, ÷åì õâîñòîâàÿ. Òåìïåðàòóðà ïðîêàòêè åå âûøå, è òîëùèíà ìåíüøå, ÷åì â õâîñòîâîé ÷àñòè. Òàêèì îáðàçîì, òîëùèíà ðàñêàòà îò ãîëîâû äî õâîñòà äîëæíà ïîñòåïåííî óâåëè÷èâàòüñÿ, îáðàçóÿ òåìïåðàòóðíûé êëèí. Âàæíî ïîä÷åðêíóòü, ÷òî òåìïåðàòóðíûì êëèíîì íàçûâàåòñÿ íå ðàçíîñòü òåìïåðàòóð ïðè ïðîêàòêå ïîëîñû, à ðàçíîñòü âûñîò (äëÿ êðóãà d1), âûçâàííàÿ íåðàâíîìåðíîñòüþ òåìïåðàòóðû ïðîêàòêè. Íà ìåëêîñîðòíûõ íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ ðàçíîñòü òåìïåðàòóðû ïðîêàòêè ïî äëèíå ñîñòàâëÿåò 2070 °Ñ, òîãäà êàê íà ëèíåéíûõ ñòàíàõ îíà ìîæåò äîñòèãàòü 100150 °Ñ. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî íà ñîðòîâûõ ñòàíàõ ïîñëåäîâàòåëüíîãî òèïà, øàõìàòíûõ ñòàíàõ è äð. ÷àñòî ìåíÿåòñÿ íàïðàâëåíèå ïðîêàòêè (òî îäíèì, òî äðóãèì êîíöîì â êëåòü), ïîýòîìó òåìïåðàòóðíûé êëèí íå ïðîÿâëÿåòñÿ. Íà ýòèõ, à òàêæå ìåëêîñîðòíûõ ñòàíàõ äîïóñêè ïî òî÷íîñòè ïðîêàòà òàê âåëèêè, ÷òî òåìïåðàòóðíûé êëèí ñ çàïàñîì â íèõ óêëàäûâàåòñÿ, è íà áîëüøèíñòâå ñòàíîâ, ïðîèçâîäÿùèõ ïðîêàò îáû÷íîé òî÷íîñòè, ñ íèì íèêàê íå áîðþòñÿ. Íî ïðè ïðîêàòêå ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííîãî ïðîôèëÿ ïî 5-ìó êëàññó òî÷íîñòè òåìïåðàòóðíûé êëèí ñòàíîâèòñÿ ñóùåñòâåííûì. Ñ íàãðåâîì ìåòàëëà ñâÿçàíà òàêæå òî÷íîñòü âíóòðè ïàðòèè ïðîêàòà. Íåîáõîäèìî ñòðåìèòüñÿ ê òîìó, ÷òîáû âñå øòàíãè îäíîé ïàðòèè ìåòàëëà áûëè îäèíàêîâû ïî ðàçìåðàì è óêëàäûâàëèñü â îäèíàêîâîå ïîëå äîïóñêîâ, íàïðèìåð â ìèíóñîâîå. Íà êðóïíîñîðòíûõ è ñðåäíåñîðòíûõ ñòàíàõ, êàê ïðàâèëî, ïå÷è èìåþò òîðöåâîå îêíî äëÿ âûäà÷è íàãðåòîé çàãîòîâêè. Ïðè äâèæåíèè òîëêàòåëÿ íà îäèí øàã îäíà çàãîòîâêà çàãðóæàåòñÿ â ïå÷ü è îäíà, íàãðåòàÿ, âûïàäàåò â æåëîá ïðèåìíîãî ðîëüãàíãà. Íî ÷àñòî áûâàþò ñëó÷àè, êîãäà çàãîòîâêè â òîìèëüíîé çîíå ïå÷è ïðèâàðèâàþòñÿ äðóã ê äðóãó è èç ïå÷è âûïàäàþò äâå, à òî è òðè çàãîòîâêè îäíîâðåìåííî. Ñîîòâåòñòâåííî, òåìïåðàòóðà ïðîêàòêè ýòèõ çàãîòîâîê áóäåò ðàçëè÷àòüñÿ (äî 150 °Ñ) è ñðåäíÿÿ âûñîòà d1 áóäåò ðàçíîé. ×òîáû óñòðàíèòü òàêóþ âîçìîæíîñòü, íåîáõîäèìî â ïå÷è îáåñïå÷èòü íåêîòîðûé çàçîð ìåæäó çàãîòîâêàìè, íàïðèìåð, ïóòåì èñïîëüçîâàíèÿ øàãàþùèõ áàëîê. Íà ìåëêîñîðòíûõ ñòàíàõ (ñì. ðèñ. 14.3) âûòàñêèâàòåëü çàãîòîâêè íå ñâÿçàí ñ ðàáîòîé òîëêàòåëÿ è îáåñïå÷èâàåò âûòàñêèâàíèå òîëüêî îäíîé çàãîòîâêè èç ïå÷è. 14.3.5. Æåñòêîñòü êëåòè Èç ôîðìóëû ÃîëîâèíàÑèìñà ñëåäóåò, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì æåñòêîñòè êëåòè êîëåáàíèÿ ñèëû ïðîêàòêè ìåíüøå îòðàæàþòñÿ íà òîëùèíå ïðîêàòà d1. Æåñòêîñòü êëåòåé ìåëêîñîðòíûõ è ïðîâîëî÷íûõ ñòàíîâ ñîñòàâëÿåò 300600 Ìí/ìì, ñðåäíå312
ñîðòíûõ 500900, êðóïíîñîðòíûõ äî 1500 Ìí/ìì. Íà ñðåäíå- è ìåëêîñîðòíûõ ñòàíàõ æåñòêîñòü íåäîñòàòî÷íà, ÷òîáû ïðîêàòûâàòü ïðîôèëè ïîâûøåííîé òî÷íîñòè. Òî÷íîñòü âåðòèêàëüíûõ ðàçìåðîâ ïðîêàòà ïîçâîëèëà ñóùåñòâåííî óâåëè÷èòü ïðåäâàðèòåëüíî íàïðÿæåííûå 2-âàëêîâûå êëåòè (ÏÍÊ). Ðàññìîòðèì êîíñòðóêöèþ îäíîé èç íèõ, ïðèìåíåííóþ íà ×åðÌÊ (ðèñ. 14.18). Ïîäóøêè âàëêîâ 1 äî ïðîêàòêè ñòÿãèâàþòñÿ ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíûõ áîëòîâ 5 ñ óñèëèåì Ð1 (ñì. ðèñ. 14.17), ïðè êîòîðîì ãàðàíòèðîâàííî ëèêâèäèðóþòñÿ
9 10
8
4 6 13
p = 15 ÌÏà 11
5
1
12
2
11 3 7
Ðèñ. 14.18. Ïðåäâàðèòåëüíî íàïðÿæåííàÿ êëåòü ÏÍÊ-300/280: 1 ïîäóøêè; 2 âàëêè; 3 îñíîâàíèå; 4 òðàâåðñà; 5 ñòÿæíîé áîëò; 6 ãèäðîãàéêà; 7 ÷åêà; 8 ãðóçîçàõâàòíîå óñòðîéñòâî; 9 ãàéêà-ïîðøåíü; 10 ãàéêà; 11 ïîëàÿ âòóëêà-øòèôò; 12 ýêñöåíòðèêîâàÿ âòóëêà; 13 ÷åðâÿ÷íîå êîëåñî
313
çàçîðû è ëþôòû â ñîåäèíåíèÿõ äåòàëåé ïîäóøåê. Ïîäóøêè ïðåäâàðèòåëüíî ñæèìàþòñÿ ãèäðàâëè÷åñêèìè ãàéêàìè 6. Çàçîð ìåæäó âàëêàìè ðåãóëèðóåòñÿ ýêñöåíòðèêîâûìè âòóëêàìè 12, â êëåòè ïðåäóñìîòðåíà òàêæå îñåâàÿ ðåãóëèðîâêà âàëêîâ. Æåñòêîñòü ÏÍÊ ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ óïðóãèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ìåòàëëà â ìåñòàõ ñî÷ëåíåíèÿ óçëîâ ñòÿãèâàåìûõ äåòàëåé, õîòÿ åùå îñòàþòñÿ ëþôòû â ïîäøèïíèêàõ âàëêîâ è äðóãèõ êîíòàêòèðóåìûõ äåòàëÿõ. Æåñòêîñòü ÏÍÊ ñîñòàâëÿåò 15002000 Ìí/ìì, ïîýòîìó ìîæíî ïðîêàòûâàòü êàòàíêó ñ äîïóñêîì ±0,1 ìì, à áîëåå êðóïíûå ïðîôèëè ñ òî÷íîñòüþ ±0,2 ìì. Ýêñïëóàòàöèÿ ÏÍÊ íà ñòàíå 350 ×åðÌÊ ïîêàçàëà, ÷òî ïðè ïðîêàòêå êðóãëûõ ïðîôèëåé âåðîÿòíîñòü ïîïàäàíèÿ ïðîêàòà â ïîëå äîïóñêà ïîâûøåííîé òî÷íîñòè ïî ÃÎÑÒ 259071 ñîñòàâëÿåò 92 %.  íàïðàâëåíèè âåðòèêàëüíîãî äèàìåòðà, ò. å. â íàïðàâëåíèè ïîäæàòèÿ ïîäóøåê âàëêîâ, òî÷íîñòü ìîæíî ñòàáèëèçèðîâàòü íà óðîâíå äîïóñêà ±0,1 ìì. Íî â ãîðèçîíòàëüíîì íàïðàâëåíèè òî÷íîñòü ïðîêàòà íå óëó÷øàåòñÿ. Ïðè÷åì óñòàíîâêà äâóõ èëè òðåõ ñêàíòîâàííûõ íà 90° êëåòåé ïðàêòè÷åñêè íå óëó÷øàåò òî÷íîñòü êðóãëîãî ïðîêàòà, òàê êàê â ïðîöåññå ïðîêàòêè øòàíãà ïîñòîÿííî âðàùàåòñÿ. Ïðèìåíåíèå ïîäðÿä íåñêîëüêèõ ÏÍÊ ýôôåêòèâíî ïðè ïðîêàòêå êâàäðàòíûõ, ïîëîñîâûõ èëè ôëàíöåâûõ ïðîôèëåé.  îáùóþ âûñîòíóþ óïðóãóþ äåôîðìàöèþ êëåòè ïðè ïðîêàòêå çíà÷èòåëüíóþ äîëþ âíîñèò èçãèá âàëêîâ. Îí çàâèñèò îò äëèíû âàëêîâ è ïðè îáû÷íûõ îòíîøåíèÿõ äëèíû ê äèàìåòðó L/D = 23 ìîæåò ñîñòàâëÿòü äî 4060 % îáùåé äåôîðìàöèè. Ýòà ÷àñòü äåôîðìàöèè íå óñòðàíÿåòñÿ â ÏÍÊ. ×òîáû åå óìåíüøèòü, íåîáõîäèìî ñîêðàùàòü äëèíó âàëêîâ èëè óñòàíàâëèâàòü äîïîëíèòåëüíûå îïîðíûå âàëêè. Ïðèìåíåíèå 3-âàëêîâûõ êëåòåé ôèðìû Êîêñ äàåò âîçìîæíîñòü ïðîèçâîäèòü ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííûé êðóãëûé ïðîêàò çà ñ÷åò íå òîëüêî ïðèìåíåíèÿ ðàöèîíàëüíîé ñõåìû ïðîêàòêè, îïèñàííîé ðàíåå, íî è âûñîêîé æåñòêîñòè êëåòåé. Ïðè õîðîøåì èñïîëíåíèè êëåòè â íåé ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ îòñóòñòâóþò ëþôòû. Ñòàíèíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé æåñòêóþ òîëñòîñòåííóþ òðóáó, óïðóãàÿ äåôîðìàöèÿ êîòîðîé ìèíèìàëüíà. 14.4. Ñèñòåìà àâòîìàòèçèðîâàííîãî óïðàâëåíèÿ òîëùèíîé ïðîêàòà Îäíî èç ïåðñïåêòèâíûõ íàïðàâëåíèé óâåëè÷åíèÿ òî÷íîñòè ñîðòîâîãî ïðîêàòà ñâÿçàíî ñ ðàçðàáîòêîé àâòîìàòèçèðîâàííûõ ñèñòåì ñòàáèëèçàöèè ïàðàìåòðîâ ïðîêàòêè â ïðîöåññå äåôîðìàöèè. Ñèñòåìà àâòîìàòèçèðîâàííîãî ðåãóëèðîâàíèÿ òîëùèíû (ÑÀÐÒ) â ïðîöåññå ïðîêàòêè àâòîìàòè÷åñêè èçìåíÿåò çàçîð ìåæäó âàëêàìè s òàê, ÷òîáû ïðè èçìåíåíèÿõ óñèëèÿ ïðîêàòêè Ð òîëùèíà ïîëîñû (äëÿ êðóãëîãî ïðîêàòà ðàçìåðîì d1) îñòàâàëàñü ïîñòîÿííîé. Ñèñòåìà äîëæíà ñîäåðæàòü èçìåðèòåëü ñèëû ïðîêàòêè. Ïî åå êîëåáàíèÿì âû÷èñëÿåòñÿ è àâòîìàòè÷åñêè îñóùåñòâëÿåòñÿ íåîáõîäèìàÿ êîððåêòèðîâêà çàçîðà ìåæäó êëåòÿìè. Òàêàÿ ñèñòåìà áûëà âíåäðåíà íà íåïðåðûâíîì ñòàíå 300-2 ×åëÌÊ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ðåññîðíîé ñòàëè. Îñíîâíîé íåäîñòàòîê åå ñîñòîèò â òîì, ÷òî èçìåíåíèå äàâëåíèÿ ôèêñèðóåòñÿ â îäíîé êëåòè, à êîððåêöèþ çàçîðà ïðèõîäèòñÿ âûïîëíÿòü óæå â ñëåäóþùåé êëåòè. 314
Òàêîå çàïàçäûâàíèå óñòðàíÿåòñÿ â ñèñòåìàõ, ãäå èñõîäíûì äàò÷èêîì ÿâëÿåòñÿ èçìåðèòåëü òåìïåðàòóðû ïðîêàòà. Èçìåðèâ òåìïåðàòóðó íà âõîäå â êëåòü, ïî ñîîòâåòñòâóþùèì ôîðìóëàì ñèñòåìà âû÷èñëÿåò îæèäàåìóþ ñèëó ïðîêàòêè, çàòåì òðåáóåìûé çàçîð. Îí îïðåäåëÿåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè äî ïîäõîäà ìåòàëëà ê êëåòè. Äëÿ ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ñèñòåìû äîëæíà áûòü óñòàíîâëåíà îáðàòíàÿ ñâÿçü: íà âûõîäå äîëæíû áûòü èçìåðèòåëè ÷åòûðåõ äèàìåòðîâ ïðîêàòà, ïîêàçàíèÿ êîòîðûõ â áëîêå ñðàâíåíèÿ ñðàâíèâàþòñÿ ñ ðàñ÷åòíûìè çíà÷åíèÿìè. Ïî ðåçóëüòàòàì ñðàâíåíèÿ êîððåêòèðóþòñÿ ìîäåëè, ïî êîòîðûì ïðîèçâîäÿòñÿ ðàñ÷åòû.  ëèñòîâîì ïðîèçâîäñòâå ïîäîáíûå ñèñòåìû øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ, íî ïðè ïðîèçâîäñòâå ñîðòà îíè âíåäðÿþòñÿ ñ òðóäîì. Ïðè÷èíîé ñäåðæèâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå íàäåæíûõ ñðåäñòâ ðåãèñòðàöèè ðàçìåðîâ ïðîêàòà â ïðîöåññå ïðîêàòêè. Êðîìå òîãî, ñèñòåìà, èñïîëüçóþùàÿ â êà÷åñòâå äàò÷èêà òåìïåðàòóðó ïðîêàòà, íå ìîæåò îòðàáàòûâàòü ðàçíîòîëùèííîñòü ïðîêàòà, âîçíèêàþùóþ íå èç-çà òåìïåðàòóðû, à, íàïðèìåð, èç-çà ðàçíîòîëùèííîñòè èñõîäíîé çàãîòîâêè, âëèÿíèÿ íàòÿæåíèÿ è ò. ï. Íåîáõîäèìî òàêæå ó÷èòûâàòü, ÷òî ÑÀÐÒ äîðîãà äëÿ ñîðòîâûõ ñòàíîâ, èñïîëüçîâàíèå åå îïðàâäûâàåòñÿ òîëüêî ïðè ïðîèçâîäñòâå â áîëüøîì îáúåìå îäíîòèïíîé ïðîäóêöèè. Äëÿ ñîðòîïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà, íàîáîðîò, õàðàêòåðíà òåíäåíöèÿ ê ïåðåõîäó ê ìàëîòîííàæíûì ïàðòèÿì ïðîêàòà è ðàçíîîáðàçèþ åãî ñîðòàìåíòà, ãäå ÑÀÐÒ íåâûãîäíà. 14.5. Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà èçìåðåíèÿ ðàçìåðîâ ñîðòîâîãî ïðîêàòà â ïðîöåññå ïðîêàòêè Îòñóòñòâèå íà ñòàíàõ íàäåæíîé ñèñòåìû èçìåðåíèÿ ïðîêàòà â ïðîöåññå åãî ïðîõîæäåíèÿ ÷åðåç êëåòè ñäåðæèâàåò ñòðåìëåíèå ê ïîâûøåíèþ åãî òî÷íîñòè. Òåì íå ìåíåå â òåõíîëîãè÷åñêîé ïðàêòèêå íàêîïëåí çíà÷èòåëüíûé îïûò ðàçðàáîòêè è âíåäðåíèÿ òàêèõ ñèñòåì èçìåðåíèÿ. Îáçîð îòå÷åñòâåííîé è çàðóáåæíîé ëèòåðàòóðû ïîêàçàë çíà÷èòåëüíîå ðàçíîîáðàçèå êîíñòðóêòèâíûõ è ïðèáîðíûõ ðåøåíèé, ìåòîäîâ è ñðåäñòâ èçìåðåíèÿ ðàçìåðîâ ñîðòîâîãî ïðîêàòà. Íàèáîëåå ñîâåðøåííûìè è ïåðñïåêòèâíûìè ÿâëÿþòñÿ ëàçåðíûå èçìåðèòåëè, êîòîðûå îòëè÷àþòñÿ âûñîêîé òî÷íîñòüþ êàê íà õîëîäíîì, òàê è íà ãîðÿ÷åì ìåòàëëå, ìàëîé ïîãðåøíîñòüþ èçìåðåíèÿ â áîëüøîì äèàïàçîíå ñêîðîñòåé ïðîêàòêè, äëèòåëüíîñòüþ ñðîêà ñëóæáû. Îñîáåííî àêòèâíî ðàçðàáàòûâàþò ñðåäñòâà àâòîìàòè÷åñêîãî èçìåðåíèÿ ïðîâîëîêè è ñîðòà çàðóáåæíûå ôèðìû, òàêèå êàê Davy United, BETA (Âåëèêîáðè1 3 4 òàíèÿ), Brudo Richter è Èíñòèòóò äîêòîðà Ôåðñòåðà (ÔÐÃ), à òàêæå Zugo (ÑØÀ) 5 è äð. Íàèáîëåå øèðîêî íà åâðîïåéñêèõ çà6 âîäàõ ïðèìåíÿåòñÿ àíãëèéñêèé èçìåðèòåëü 2 ORBIS, èìåþùèé íåñêîëüêî ìîäèôèêàöèé è ïîçâîëÿþùèé ïðîèçâîäèòü èçìåðåíèÿ ñ òî÷íîñòüþ ±0,04 ìì.  ìîäèôèêàöèè OR2 Ðèñ. 14.19. Ñõåìà èçìåðåíèÿ (ðèñ. 14.19) ñâåòîâîé ëàçåðíûé ëó÷ 3 øèðèäèàìåòðà ñîðòîâîãî ïðîêàòà íîé 100 ìì ôîðìèðóåòñÿ â èçìåðèòåëüíîé â èçìåðèòåëå ORBIS 315
ãîëîâêå, âðàùàþùåéñÿ âîêðóã ïðîêàòà 6 ñî ñêîðîñòüþ 100 îá/ìèí. ×åðåç êàæäûå 2° âèäåîñèãíàë â âèäå ñåðèè èìïóëüñîâ ïîäàåòñÿ íà ïðîêàò è âîñïðèíèìàþùèå ôîòîäèîäíûå ëèíåéêè 4, ñèãíàë îò êîòîðûõ îáðàáàòûâàåòñÿ â ýëåêòðîííîì áëîêå 5 èçìåðèòåëÿ. Äàííûå âûâîäÿòñÿ íà öèôðîâîå òàáëî è íà ýêðàí äèñïëåÿ. Èç îòå÷åñòâåííûõ ïðèáîðîâ ñëåäóåò îòìåòèòü èçìåðèòåëè ðàçìåðîâ ñîðòîâîãî ìåòàëëà ÒÀÈÐ-15 è ÒÀÈÐ-26. Ïîñëåäíèé ïîçâîëÿåò ïðîèçâîäèòü èçìåðåíèÿ ïîïåðå÷íûõ ðàçìåðîâ ïðîêàòà äèàìåòðîì 3565 ìì â äâóõ âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ íàïðàâëåíèÿõ ñ òî÷íîñòüþ ±0,1 ìì íà ñêîðîñòÿõ ïðîêàòêè íå áîëåå 15 ì/ñ ïðè òåìïåðàòóðå äî 1150 °Ñ. Èìååòñÿ âîçìîæíîñòü íàñòðîèòü ïðèáîð íà äðóãîé äèàïàçîí èçìåðåíèé. Òàêèå ïðèáîðû èñïîëüçóþòñÿ â îñíîâíîì íà ñòàíàõ òðóáíîé ïðîìûøëåííîñòè. Íà ìåëêîñîðòíîì ïðîâîëî÷íîì ñòàíå 150 çàâîäà Ñåðï è ìîëîò óñòàíîâëåí èçìåðèòåëü ORBIS. Èìåþòñÿ ïîïûòêè óñòàíîâèòü òàêîé æå èçìåðèòåëü íà ñòàíå 350 ×åðÌÊ. Òàêèì îáðàçîì, ñðåäñòâà èçìåðåíèÿ è êîíòðîëÿ ðàçìåðîâ ïðîêàòà ñóùåñòâóþò, õîòÿ èõ òåõíè÷åñêèé óðîâåíü, äîðîãîâèçíà è ñëîæíîñòü ýêñïëóàòàöèè íå ïîçâîëÿþò ãîâîðèòü î ìàññîâîì ïðèìåíåíèè â ñîðòîâîì ïðîèçâîäñòâå. Ñîðòîïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî åùå íå ãîòîâî ê øèðîêîìó âíåäðåíèþ òàêèõ èçìåðèòåëåé: òåõíîëîãè÷åñêèå óñëîâèÿ ïðîêàòêè íà áîëüøèíñòâå ñòàíîâ íåäîñòàòî÷íî ñòàáèëüíû, ÃÎÑÒ 259088 íå ñòèìóëèðóåò ïðîêàòêó âûñîêîòî÷íûõ ïðîôèëåé. Áîëüøîå çíà÷åíèå èìååò ñóùåñòâóþùàÿ îðãàíèçàöèÿ ïðîèçâîäñòâà. Ïî òðàäèöèè ñîðòîâàÿ ïðîäóêöèÿ ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê íåêèé ïîëóôàáðèêàò, èç êîòîðîãî â äàëüíåéøåì, â ñëó÷àå íàäîáíîñòè, òî÷íûé ïðîêàò ìîæåò áûòü ïîëó÷åí ìíîæåñòâîì ñïîñîáîâ, íàïðèìåð âîëî÷åíèåì (õîëîäíûì êàëèáðîâàíèåì) èëè îáòî÷êîé, øëèôîâêîé è ò. ï. Çà ðóáåæîì è â Ðîññèè ñóùåñòâóþò ìèíèçàâîäû, êîòîðûå ñêóïàþò íåòî÷íûé ñîðòîâîé ìåòàëë ó ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäîâ è ïîä êîíêðåòíîãî ïîòðåáèòåëÿ â íóæíîì àññîðòèìåíòå ïðîèçâîäÿò òî÷íûé ïðîêàò. Ïðè ýòîì â ÷èñëî ñåðâèñíûõ îïåðàöèé ìîæåò âõîäèòü òàêæå ñíÿòèå îêàëèíû ñ ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà, ðåçêà íà ìåðíûå äëèíû, ïîäòîðöîâêà êðîìîê, ñíÿòèå ôàñîê, ñîðòèðîâêà è ò. ä. Òàêàÿ îðãàíèçàöèÿ ïðîèçâîäñòâà âûãîäíà êàê ìàøèíîñòðîèòåëüíûì çàâîäàì, âñåãäà èìåþùèì âîçìîæíîñòü ïîëó÷èòü, ïóñòü íåìíîãî äîðîæå, òðåáóåìûé ìåòàëë íåîáõîäèìîé êîíäèöèè, òàê è ìåòàëëóðãè÷åñêèì çàâîäàì, êîòîðûå â òàêîì ñëó÷àå íå îáÿçàíû âûïîëíÿòü ðàçíîîáðàçíûå òðåáîâàíèÿ êîíêðåòíûõ çàêàç÷èêîâ ïî òî÷íîñòè ïðîêàòà. Íåêîòîðûå ìåòàëëóðãè÷åñêèå çàâîäû ïîøëè ïî ïóòè ïðîèçâîäñòâà òî÷íîãî ïðîêàòà íåïîñðåäñòâåííî â ïðîêàòíîì öåõå.  ëèíèè ïðîêàòíîãî ñòàíà óñòàíàâëèâàþò ðàçëè÷íîå îáîðóäîâàíèå, êîòîðîå ïîçâîëÿåò èç íåòî÷íîãî ïîëó÷àòü òî÷íûé ïðîêàò. Íàïðèìåð, øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ íåìåöêèå ëèíèè Êiåsårling, íà êîòîðûõ ïðîêàò ïîñëå ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè îáäèðàåòñÿ â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè íàæäà÷íûìè êðóãàìè íà îïðåäåëåííóþ ãëóáèíó. Ïîëó÷àåòñÿ èäåàëüíî êðóãëûé ïðóòîê ñ äîïóñêîì ±0,1 ìì ñî ñâîáîäíîé îò îêàëèíû ïîâåðõíîñòüþ. Èìåþòñÿ ïîäîáíûå ëèíèè, íà êîòîðûõ îáäèðêà ïîâåðõíîñòè îñóùåñòâëÿåòñÿ ðåçöàìè. Ýòî äîðîãèå îïåðàöèè, íî, ìîæåò áûòü, íå äîðîæå âíåäðåíèÿ àâòîìàòèçèðîâàííûõ ñèñòåì è êàëèáðóþùèõ áëîêîâ. Òåì íå ìåíåå ñëåäóåò ñ÷èòàòü, ÷òî âíåäðåíèå àâòîìàòè÷åñêèõ èçìåðèòåëåé è íà îñíîâå èõ àâòîìàòèçèðîâàííûõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ òî÷íîñòüþ ïðîêàòà â ñîðòîïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî ýôôåêòèâíî. Îíî ïîçâîëÿåò: 316
ñíèçèòü òðóäîçàòðàòû è óñòðàíèòü ðó÷íîé òðóä ïðè îòáîðå ïðîá; îáåñïå÷èòü îáúåêòèâíûé àâòîìàòèçèðîâàííûé êîíòðîëü ïðîêàòà â ïðîöåññå ïðîêàòêè; íàëàäèòü ñèñòåìó ñòàòèñòè÷åñêîé îöåíêè ðàçìåðîâ è òî÷íîñòè ïðîêàòà ñ ðàñ÷åòîì è âûäà÷åé ïîòðåáèòåëþ îáúåêòèâíûõ ðàçìåðîâ è ïîêàçàòåëåé ðàçíîòîëùèííîñòè (ñì. ðàçä. 14.2); íàêàïëèâàòü ñòàòèñòè÷åñêèé ìàòåðèàë ïî òî÷íîñòè è àíàëèçèðîâàòü åãî; îáåñïå÷èòü îáúåêòèâíóþ îöåíêó ìåðîïðèÿòèé, íàïðàâëåííûõ íà óâåëè÷åíèå òî÷íîñòè; îðãàíèçîâàòü ãðàìîòíóþ ñèñòåìó îòáðàêîâêè ïðîêàòà ïî òî÷íîñòè; ïîñòðîèòü îïåðàòèâíóþ ñèñòåìó èíôîðìàöèè ïåðñîíàëà î õîäå òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà ïî ïàðàìåòðàì òî÷íîñòè; ïîñòðîèòü ñèñòåìó ñáîðà è îáðàáîòêè èíôîðìàöèè ïî ïàðàìåòðàì êà÷åñòâà íà óðîâíå òðåáîâàíèé ìåæäóíàðîäíîé ñèñòåìû êà÷åñòâà ÈÑÎ-9000, âûïîëíåíèå êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ îáÿçàòåëüíûì ïðè âûõîäå ïðîäóêöèè íà ìèðîâîé ðûíîê. Êàê âèäíî, òàêàÿ êóëüòóðà ïðîèçâîäñòâà çíà÷èòåëüíî âûøå òðàäèöèîííîé, ïîýòîìó îáúåêòèâíî â äàííîì íàïðàâëåíèè îíî è áóäåò ðàçâèâàòüñÿ. Òðóáíîå è îñîáåííî ëèñòîïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî â ýòîì íàïðàâëåíèè ïðîäâèíóëèñü çíà÷èòåëüíî äàëüøå, ÷åì ñîðòîïðîêàòíîå. Ïîêà îñíîâíûìè ïîòðåáèòåëÿìè ñîðòîâîãî ìåòàëëà ÿâëÿþòñÿ ðîññèéñêèå ïðåäïðèÿòèÿ, è íåò îñîáîé ïîòðåáíîñòè âûõîäèòü íà ìèðîâîé ðûíîê, âèäèìî, íå áóäåò ñòèìóëà ê àêòèâíîìó âíåäðåíèþ ñòàòèñòè÷åñêèõ ìåòîäîâ èçìåðåíèÿ è êîíòðîëÿ ðàçìåðîâ ïðîäóêöèè è ñëîæíûõ àâòîìàòèçèðîâàííûõ èçìåðèòåëüíûõ ïðèáîðîâ. 14.6. Òî÷íîñòü ïðè ïðîêàòêå íà íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ Íà íåïðåðûâíîì ñòàíå ïîëîñà íàõîäèòñÿ ñðàçó âî ìíîãèõ êëåòÿõ, ïîýòîìó â íèõ íåîáõîäèìî òî÷íî ïîääåðæèâàòü ïîñòîÿíñòâî ñåêóíäíîãî îáúåìà ìåòàëëà, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç êàæäóþ êëåòü: Fi Vi = const. Ýòî óñëîâèå íàçûâàåòñÿ êîíñòàíòîé ñòàíà. Ïðè ñîâðåìåííîì ñîñòîÿíèè ñðåäñòâ óïðàâëåíèÿ ãëàâíûìè ïðèâîäàìè êîíñòàíòó âûäåðæàòü íåâîçìîæíî ïî ðàçíûì ïðè÷èíàì: âëèÿåò èçíîñ êàëèáðîâ è íåèçáåæíûå îòêëîíåíèÿ îò ðàñ÷åòíûõ èëè ñðåäíèõ çíà÷åíèé ïî ðàçìåðàì çàãîòîâêè, òåìïåðàòóðå ìåòàëëà, ñêîðîñòÿì ïðîêàòêè, ðåæèìàì íàòÿæåíèÿ è ò. ä. Âñå ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ïðîêàòêà ïîëîñû íà íåïðåðûâíîì ñòàíå îñóùåñòâëÿåòñÿ â îäíîì èç òðåõ âîçìîæíûõ ðåæèìîâ: ñ ïîäïîðîì, ñ ïåòëåé èëè ñ íàòÿæåíèåì. Êàæäûé èç ðåæèìîâ èìååò ñâîè ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè. Ðåæèìîì ïðîêàòêè îïðåäåëÿþòñÿ òåõíîëîãèÿ ïðîêàòêè, ñîñòàâ îáîðóäîâàíèÿ, òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêèå ïîêàçàòåëè, à òàêæå ñðåäñòâà óïðàâëåíèÿ íåïðåðûâíûì ñòàíîì. Ïîýòîìó íà ñòàíå çàðàíåå óñòàíàâëèâàþò, êàêîé èç ðåæèìîâ áóäåò èñïîëüçîâàí ïðè ïðîêàòêå, è ïðè äðóãîì ðåæèìå ýòîò ñòàí óæå ðàáîòàòü íå ìîæåò. 317
Ïðîêàòêà ñ ïåòëåé èëè ïîäïîðîì ïîÿâëÿåòñÿ â òîì ñëó÷àå, êîãäà ñêîðîñòü êàæäîé ïîñëåäóþùåé êëåòè ìåíüøå, ÷åì òðåáóåòñÿ ïî óñëîâèþ ïîñòîÿíñòâà îáúåìà. Ïðîêàòêà ñ ïîäïîðîì âîçìîæíà òîëüêî â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ ñòàíà, êîãäà ðàñêàò èìååò áîëüøóþ ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ. Ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ ñå÷åíèÿ ïîäïîð ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ ïåòëè. Ïîäïîð âðåäåí ïî ìíîãèì ïðè÷èíàì. Ïîñêîëüêó êàæäàÿ ïîñëåäóþùàÿ êëåòü âðàùàåòñÿ ìåäëåííåå, ÷åì òðåáóåòñÿ, òî ïðåäûäóùàÿ êëåòü ÷åðåç ïîëîñó çàñòàâëÿåò åå âðàùàòüñÿ ñ òðåáóåìîé ñêîðîñòüþ. Ïðè ýòîì ïðåäûäóùàÿ êëåòü ðàáîòàåò ñ óäâîåííûì ìîìåíòîì, à íàãðóçêà íà äâèãàòåëü ïîñëåäóþùåé êëåòè ïàäàåò ïðàêòè÷åñêè äî íóëÿ. Êðîìå òîãî, ðàáîòàòü ñ ïîäïîðîì íåóäîáíî. Êîãäà â âàëêè çàäàåòñÿ âòîðàÿ çàãîòîâêà, âñëåä çà ïåðâîé, òî ïðîñâåò ìåæäó çàãîòîâêàìè ïîñëå êàæäîé êëåòè ñîêðàùàåòñÿ. ×òîáû â êàêîé-ëèáî êëåòè â îäíîì êàëèáðå íå âñòðåòèëèñü äâå çàãîòîâêè, íåîáõîäèìî ïåðâîíà÷àëüíûé ïðîñâåò ìåæäó íèìè äåëàòü äîñòàòî÷íî áîëüøèì. Ïðè ýòîì ñíèæàåòñÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà. Áåç àâòîìàòè÷åñêîãî ïðèáîðà, çàäàþùåãî ðèòì âûäà÷è çàãîòîâîê èç ïå÷è, ïðîêàòêà ñòàíîâèòñÿ íåâîçìîæíîé.  ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé ïðåäïî÷èòàþò ðàáîòàòü ñ íåáîëüøèì íàòÿæåíèåì ïîëîñû ìåæäó êëåòÿìè.  ýòîì ñëó÷àå íåîïàñíà è óäîáíà çàäà÷à çàãîòîâîê â ïåðâóþ êëåòü âñòûê îäíà çà äðóãîé. Ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè â ïîñëåäóþùèõ êëåòÿõ áóäåò òîëüêî óâåëè÷èâàòüñÿ. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà ìàêñèìàëüíà, ëåãêî íàëàæèâàåòñÿ ñòàáèëüíàÿ, ðèòìè÷íàÿ ðàáîòà. Ïðèâîäà âñåõ êëåòåé ðàáîòàþò â íîðìàëüíîì ðåæèìå. Ïðè âîçìîæíîì âíåçàïíîì íàðóøåíèè êîíñòàíòû ñòàíà îïåðàòîð âðó÷íóþ ëåãêî êîððåêòèðóåò ñêîðîñòü ñòàíà, ïðåäîòâðàùàÿ ïîÿâëåíèå ïîäïîðà è íàáåãàíèå ïîñëåäóþùåé ïîëîñû íà ïðåäûäóùóþ.  ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé âîçìîæíû ðåæèìû ïðîêàòêè ñ íàòÿæåíèåì è ñ ïåòëåé. Âûáîð ðåæèìà òåñíåéøèì îáðàçîì ñâÿçàí ñî ñïîñîáîì óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì è îáîðóäîâàíèåì ñòàíà. Ïðè ïðîêàòêå ñ íàòÿæåíèåì çíà÷åíèå íàòÿæåíèÿ íåïîñòîÿííî ïî äëèíå ïîëîñû. Ïðè ïðîõîæäåíèè ïåðåäíåãî êîíöà çàãîòîâêè ÷åðåç êëåòè íàòÿæåíèå ñ ïåðåäíåé ñòîðîíû îòñóòñòâóåò, çàòåì â ñåðåäèíå ïîëîñû ïåðåäíåå è çàäíåå íàòÿæåíèÿ ñòàáèëèçèðóþòñÿ, à çàäíèé êîíåö âíîâü ïðîêàòûâàåòñÿ áåç íàòÿæåíèÿ. Íåïîñòîÿíñòâî íàòÿæåíèÿ îêàçûâàåò âëèÿíèå íà ðàçìåðû ïðîôèëÿ: ñðåäíÿÿ ÷àñòü ïîëîñû èìååò ìåíüøóþ âûñîòó è øèðèíó, ÷åì êîíöåâûå ó÷àñòêè. ×åì áîëüøå íàòÿæåíèå, òåì áîëüøå ðàçíèöà â ðàçìåðàõ êîíöîâ è ñåðåäèíû. Ýòî ñàìûé ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê ïðîêàòêè ñ íàòÿæåíèåì. Ïðîòÿæåííîñòü êîíöåâûõ ó÷àñòêîâ çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó êëåòÿìè è îáæàòèé â íèõ. Íàïðèìåð, íà ìåëêîñîðòíîì ñòàíå 250 (ñì. ðèñ. 14.3) ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé ñîñåäíèõ êëåòåé íà 2 % ïðèâîäèò ê ðàçíèöå ïëîùàäåé ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ â ñåðåäèíå è íà êîíöàõ êðóãëîãî ïðîôèëÿ íà 1,5 %. Ïðè ïðîêàòêå êðóãà äèàìåòðîì 1625 ìì äîïóñòèìîå ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé ñîñòàâëÿåò 1,02,5 %. Ïðè ðàññîãëàñîâàíèè ñêîðîñòåé íà 2,5 % ðàçìåðû ïîëîñû íà êîíöàõ áóäóò íàõîäèòüñÿ íà ïðåäåëå ïëþñîâûõ, à â ñðåäíåé ÷àñòè íà ïðåäåëå ìèíóñîâûõ äîïóñêîâ. Íà ñòàíå 250 ñðåäíÿÿ ÷àñòü ñîñòàâëÿåò 9096 % âñåé äëèíû, à îñòàëüíûå 410 % ïðèõîäÿòñÿ íà óòîëùåííûå êîíöû, êîòîðûå íåîáõîäèìî ïðîäàâàòü äðóãîìó ïîòðåáèòåëþ. Êðîìå òîãî, ïðè çàõâàòå âàëêàìè î÷åðåäíîé çàãîòîâêè ïîÿâëÿþòñÿ äèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè íà ïðèâîä êëåòè, âûçâàííûå ìãíîâåííûì åå âîçðàñòàíèåì. 318
Ïðè ýòîì âîçíèêàþò ïåðåõîäíûå ïðîöåññû, êîãäà ïðîèñõîäèò ìãíîâåííîå óìåíüøåíèå, à çàòåì ðåçêîå óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè ãëàâíîãî ïðèâîäà. Ïîòîì â òå÷åíèå 0,51,0 ñ ïðîöåññ óñïîêàèâàåòñÿ ïî çàòóõàþùåé ñèíóñîèäå. Òàêèì æå îáðàçîì ìåíÿåòñÿ ìåæêëåòåâîå íàòÿæåíèå, à ÷åðåç íåãî ïî îáðàòíîé ñèíóñîèäå è ñèëà ïðîêàòêè. Ïîýòîìó ÷àñòü ïîëîñû ïîëó÷àåò äîïîëíèòåëüíóþ ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü. À åñëè ïðîêàòêà âåäåòñÿ â íåñêîëüêî íèòîê, òî äèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè ïðè çàõâàòå îäíîé çàãîòîâêè îòðàçÿòñÿ íà ðàçìåðàõ äðóãîé ïðîêàòûâàåìîé çàãîòîâêè. ×òîáû ïîääåðæèâàòü íåîáõîäèìîå ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé â çàäàííûõ ïðåäåëàõ, íà ñòàíå íåîáõîäèìà ñèñòåìà àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ íàòÿæåíèÿ (ÑÀÐÍ). Äëÿ åå ðàáîòû èñïîëüçóþò äàò÷èêè, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ âûðàáàòûâàåòñÿ ñèãíàë î âåëè÷èíå íàòÿæåíèÿ. Îáû÷íî èõ ðàçìåùàþò íà ðîëèêàõ, êîòîðûå â ìîìåíò ïðîêàòêè äîëæíû âñïëûâàòü èç-ïîä íàñòèëà ìåæäó êëåòÿìè è ñîçäàâàòü îïðåäåëåííûé ïåðåãèá íàòÿíóòîé ïîëîñû. Ïî óñèëèþ, äåéñòâóþùåìó íà ðîëèê, ìîæíî âû÷èñëèòü ñèëó íàòÿæåíèÿ. Íî â ìîìåíò, êîãäà çàêîí÷èòñÿ ïðîêàòêà çàãîòîâêè, íåîáõîäèìî óòîïèòü ðîëèê íèæå íàñòèëà, ÷òîáû ñëåäóþùàÿ çàãîòîâêà íå ñáèëà åãî. Êàê âèäíî, ðåæèì ðàáîòû ðåãóëÿòîðà íàòÿæåíèÿ ñëîæåí è íå î÷åíü íàäåæåí. Ïî ìåðå ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ÑÀÐÍ íàäåæíîñòü åãî ðàáîòû óâåëè÷èâàåòñÿ. Òàêæå ñîêðàùàåòñÿ ïîëå äîïóñêîâ íà ïðîêàò, óìåíüøàåòñÿ äëèíà êîíöåâûõ ó÷àñòêîâ. Áîëåå íàäåæíû ÑÀÐÍ, â êîòîðûõ â êà÷åñòâå ïåðâè÷íîãî ñèãíàëà èñïîëüçóåòñÿ íàãðóçêà íà ïðèâîä êëåòåé. Çäåñü ïåðåãèáíûå ðîëèêè îòñóòñòâóþò. Ïðè èçìåíåíèè íàòÿæåíèÿ ìåæäó êëåòÿìè íàãðóçêà íà ïðèâîä ïåðåðàñïðåäåëÿåòñÿ, ÷òî ñëóæèò îñíîâàíèåì äëÿ êîððåêòèðîâêè ñêîðîñòåé ñòàíà. Íî èçìåíåíèå íàãðóçêè íà ïðèâîä ìîæåò áûòü âûçâàíî íå òîëüêî èçìåíåíèåì íàòÿæåíèÿ, ïîýòîìó òàêàÿ ñèñòåìà ðåãóëèðîâàíèÿ íàòÿæåíèÿ òàêæå èìååò ñâîè íåäîñòàòêè. Âàæíûì ïðåèìóùåñòâîì ïðîêàòêè ñ íàòÿæåíèåì ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü äëèòåëüíîãî ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé ñìåæíûõ êëåòåé. Ïðè èçìåíåíèè òåõíîëîãè÷åñêèõ óñëîâèé ïðîêàòêè íàòÿæåíèå ìåæäó êëåòÿìè ìîæåò èçìåíèòüñÿ. Ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ñîîòíîøåíèå ìåæäó çîíàìè îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ â î÷àãå äåôîðìàöèè êëåòè òàêæå èçìåíÿåòñÿ. Åñëè, íàïðèìåð, óâåëè÷èòñÿ ïåðåäíåå íàòÿæåíèå, òî ðàñøèðèòñÿ çîíà îïåðåæåíèÿ è óìåíüøèòñÿ çîíà îòñòàâàíèÿ. Ñèëû òðåíèÿ â çîíå îïåðåæåíèÿ, íàïðàâëåííûå ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè, âîçðàñòóò, à ïðîòèâîïîëîæíî íàïðàâëåííûå ñèëû òðåíèÿ â çîíå îòñòàâàíèÿ óìåíüøàòñÿ. Èõ ðàâíîäåéñòâóþùàÿ óâåëè÷èòñÿ â íàïðàâëåíèè ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè è óðàâíîâåñèò âîçðàñòàíèå ñèëû ïåðåäíåãî íàòÿæåíèÿ. Î÷àã äåôîðìàöèè âíîâü îêàæåòñÿ â ñîñòîÿíèè ðàâíîâåñèÿ, ïðîöåññ ïðîêàòêè ñòàáèëèçèðóåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè. Òàêèì îáðàçîì, ïðîêàòêà ñ íàòÿæåíèåì ñïîñîáíà ê ñàìîðåãóëèðîâàíèþ è àâòîìàòè÷åñêè ïîääåðæèâàåò â ðàâíîâåñèè ñèñòåìó ïîëîñàâàëîê. Çàìåòèì, ÷òî âîçìîæíîñòè ñàìîðåãóëèðîâàíèÿ ïðîöåññà ïðîêàòêè ñ íàòÿæåíèåì îãðàíè÷åíû. Ïðè ïåðåäíåì íàòÿæåíèè íåéòðàëüíîå ñå÷åíèå â î÷àãå äåôîðìàöèè ñìåùàåòñÿ â ñòîðîíó âõîäà ìåòàëëà â âàëêè, çîíà îïåðåæåíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ.  ïðåäåëüíîì ñëó÷àå îíà çàéìåò âñþ äëèíó äóãè çàõâàòà è äâèãàòåëü êëåòè áóäåò ðàáîòàòü â ãåíåðàòîðíîì ðåæèìå, à ïîäâîä âñåé ýíåðãèè äëÿ äåôîðìàöèè áóäåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ÷åðåç ïîëîñó ñî ñòîðîíû ñëåäóþùåé êëåòè.  äðóãîì ïðåäåëüíîì ñëó÷àå çàäíåå íàòÿæåíèå äîñòèãàåò çíà÷åíèé, êîãäà çîíà îòñòàâàíèÿ 319
ïðîñòèðàåòñÿ íà âåñü î÷àã äåôîðìàöèè è ïðîèñõîäèò ïðîáóêñîâêà ïîëîñû îòíîñèòåëüíî âàëêîâ. Ïðè ïðîêàòêå ñ ïåòëåé îòñóòñòâóåò ñèëîâîå âîçäåéñòâèå êëåòåé íà ïîëîñó, ïîýòîìó èñêëþ÷àåòñÿ îäíà èç ïðè÷èí ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè. Îòêëîíåíèå ðàçìåðîâ ïðîôèëÿ îò íîìèíàëà ìîæåò áûòü äîâåäåíî äî ±0,2 ìì. Ïðè÷åì âîçìîæíî ïðîêàòûâàòü ïîëîñó â ìèíóñîâîì äîïóñêå ïî âñåé äëèíå. Ýòî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü òàêîé ïðîêàò íà ìåòèçíûõ çàâîäàõ äëÿ ïðîèçâîäñòâà êðåïåæíûõ èçäåëèé íà ñòàíêàõ-àâòîìàòàõ, à òàêæå ïðè âîëî÷åíèè äëÿ ïðîèçâîäñòâà êàëèáðîâàííîãî ïðîêàòà è ïðîâîëîêè. Îäíàêî ïðîöåññ ïðîêàòêè ñ ïåòëåé ïðîõîäèò î÷åíü íåóñòîé÷èâî. Ìàëåéøèå èçìåíåíèÿ óñëîâèé ïðîêàòêè ïðèâîäÿò ê áûñòðîìó óâåëè÷åíèþ èëè óìåíüøåíèþ ïåòëè. Ãëàâíûé íåäîñòàòîê ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç êëåòè äâóõ ñîñåäíèõ çàãîòîâîê ðàññòîÿíèå ìåæäó èõ òîðöàìè îò êëåòè ê êëåòè ñîêðàùàåòñÿ. Âîçíèêàåò îïàñíîñòü íàáåãàíèÿ ïîñëåäóþùåé ïîëîñû íà èäóùóþ âïåðåäè. ×òîáû èñêëþ÷èòü íàáåãàíèå, çàðàíåå óâåëè÷èâàþò ðàçðûâ ìåæäó çàãîòîâêàìè. Êðîìå òîãî, ïðè ïðîõîæäåíèè çàäíåãî êîíöà ïîëîñû ÷åðåç êëåòü òðåáóåòñÿ âðåìÿ äëÿ òîãî, ÷òîáû ïåòëÿ öåëèêîì ïðîøëà ÷åðåç êëåòü. Íà ýòî âðåìÿ íåîáõîäèìî çàäåðæàòü ïîäà÷ó ñëåäóþùåé ïîëîñû â êëåòü. È ÷åì áîëüøå ïåòëÿ, òåì áîëüøå ïàóçà ìåæäó ðàñêàòàìè. Ïðè ðó÷íîì óïðàâëåíèè óñòàíàâëèâàþò ìàêñèìàëüíóþ ïàóçó, çíà÷èòåëüíî òåðÿÿ â ïðîèçâîäèòåëüíîñòè. Ïðè íàëè÷èè íàäåæíûõ ñðåäñòâ àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ ïåòëè ñ âûñîêèì áûñòðîäåéñòâèåì ñèñòåìû âåëè÷èíà ïåòëè è ïàóçû ìåæäó çàãîòîâêàìè ìîãóò áûòü çíà÷èòåëüíî ñîêðàùåíû. Îäíàêî ïî íàäåæíîñòè ðàáîòû ïåòëåðåãóëÿòîðû óñòóïàþò ðåãóëÿòîðàì íàòÿæåíèÿ. Ïîëó÷àåìàÿ âûãîäà îò óâåëè÷åíèÿ òî÷íîñòè ïðîêàòà íå îêóïàåòñÿ èç-çà íèçêîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è íåâûñîêîé íàäåæíîñòè ïðîêàòêè. Òàêèì îáðàçîì, ðàöèîíàëüíûìè ïðèçíàíû ñëåäóþùèå ðåæèìû ïðîêàòêè. Ïðè ðó÷íîì óïðàâëåíèè ñòàíîì â ÷åðíîâîé è ÷èñòîâîé ãðóïïàõ êëåòåé ïðîêàòêó âåäóò ñ íàòÿæåíèåì, ïðîêàò çàíèìàåò âñå ïîëå äîïóñêîâ íà îáû÷íûé ïðîêàò ïî ãðóïïå  ÃÎÑÒ 259088. Ïðè àâòîìàòè÷åñêîì óïðàâëåíèè â ÷åðíîâîé ãðóïïå ïðîêàòûâàþò ñ íàòÿæåíèåì, à â ÷èñòîâîé ñ ïåòëåé ïðè ñòðîãîì åå ðåãóëèðîâàíèè â óçêèõ ïðåäåëàõ. Ïðîêàò âûïóñêàåòñÿ ïî êàòåãîðèè ïîâûøåííîé òî÷íîñòè. Íà íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ íà òî÷íîñòü ïðîêàòà îêàçûâàåò âëèÿíèå ÷èñëî ïðîêàòûâàåìûõ íèòîê. Íà ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ âåäóò ïðîêàòêó â ÷åòûðå íèòêè, íà ìåëêîñîðòíûõ â äâå. Íà ðèñ. 14.3 ïðåäñòàâëåí òèïîâîé äâóõíèòî÷íûé ìåëêîñîðòíûé ñòàí 250. Ìíîãîíèòî÷íîñòü ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà, íî îòðèöàòåëüíî îòðàæàåòñÿ íà òî÷íîñòè ïðîêàòà. Êîãäà â êëåòè íàõîäèòñÿ îäíîâðåìåííî n çàãîòîâîê, òî ïî ôîðìóëå Ãîëîâèíà Ñèìñà óïðóãàÿ äåôîðìàöèÿ êëåòè äîëæíà ñîîòâåòñòâîâàòü ñèëå ïðîêàòêè nÐ. Êðîìå òîãî, èçãèá âàëêîâ áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ ðàñïðåäåëåíèåì n ñèë ïî äëèíå áî÷êè âàëêà. Íî, êàê óêàçûâàëîñü ðàíåå, çàãîòîâêè ïîñòóïàþò â êëåòè ñ íåêîòîðûì ðàçðûâîì, ïîýòîìó âîçìîæíû ñëó÷àè ïðîêàòêè (n 1) è ìåíüøåãî êîëè÷åñòâà çàãîòîâîê. Ïðè ýòîì óïðóãèå äåôîðìàöèè êëåòè è, ñëåäîâàòåëüíî, âûñîòà âñåõ ïðîêàòûâàåìûõ ïîëîñ óìåíüøàþòñÿ. Êðîìå òîãî, äèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè, âîçíèêàþùèå ïðè çàõâàòå îäíîé çàãîòîâêè, îòðàæàþòñÿ íà òî÷íîñòè îñòàëüíûõ ïðîêàòûâàåìûõ ïîëîñ. Âîçíèêàþùàÿ ïðè ýòîì ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü áóäåò ïîâòîðÿòüñÿ âî âñåõ ïîñëåäóþùèõ êëåòÿõ, òàê êàê íà óòîëùåííûõ ó÷àñò320
êàõ îáæàòèå è ñèëà ïðîêàòêè áóäóò âûøå, ÷åì íà îñòàëüíîé ïîëîñå. Ðàçíîòîëùèííîñòü íå óñòðàíÿåòñÿ è ñîõðàíÿåòñÿ äàæå íà êîíå÷íîì ïðîôèëå, íåñìîòðÿ íà òî ÷òî ïðîêàòêà â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé ïðîâîäèòñÿ â îäíó íèòêó. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî íàèõóäøèå óñëîâèÿ âîçíèêàþò ïðè ïðîêàòêå â äâå íèòêè. Ïðè ýòîì íàãðóçêà èçìåíÿåòñÿ îò Ð äî 2Ð, ò. å. â äâà ðàçà. Åñëè ÷èñëî íèòîê óâåëè÷èòü, íàïðèìåð, äî ÷åòûðåõ, òî ñ áîëüøîé âåðîÿòíîñòüþ ñêà÷îê óñèëèÿ áóäåò òîëüêî â ïðåäåëàõ îò 3Ð äî 4Ð.  ïðîöåíòíîì ñîîòíîøåíèè ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü áóäåò ìåíüøå. ×òîáû óñòðàíèòü ðàçíîòîëùèííîñòü, âûçûâàåìóþ ìíîãîíèòî÷íîñòüþ, óâåëè÷èòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà, à òàêæå èñêëþ÷èòü äèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè ïðè çàõâàòå ïîëîñû âàëêàìè, â Ðîññèè, íà Çàïàäíî-Ñèáèðñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì êîìáèíàòå, áûë ïîñòðîåí ïåðâûé ñòàí áåñêîíå÷íîé ïðîêàòêè (ðèñ. 14.20). 28
2 1 3 4
27 56 7 8
9 10 11
13
14
15
17
25
18
22 23
26 21
16
24
12 19
20
Ðèñ. 14.20. Ìåëêîñîðòíûé äâóõíèòî÷íûé ñòàí 250 áåñêîíå÷íîé ïðîêàòêè: 1 çàãðóçî÷íûå ðåøåòêè; 2 íàãðåâàòåëüíàÿ ïå÷ü; 3, 8, 10, 12 òðàéáàïïàðàòû äëÿ òðàíñïîðòèðîâêè ìåòàëëà; 4 îêàëèíîëîìàòåëü; 5 ñâàðî÷íàÿ ìàøèíà; 6 ãðàòîñíèìàòåëü; 7 êîððåêòèðóþùåå óñòðîéñòâî; 9 ïåòëåâîé êîëîäåö; 11 èíäóêöèîííàÿ ïå÷ü; 13 äåëèòåëüíûå íîæíèöû; 14 ÷åðíîâàÿ ãðóïïà êëåòåé; 15, 17 àâàðèéíûå íîæíèöû; 16 ïðîìåæóòî÷íàÿ ãðóïïà êëåòåé; 18, 19 ÷èñòîâûå ãðóïïû êëåòåé; 20 ëåòó÷èå íîæíèöû; 21 ðåå÷íûé õîëîäèëüíèê; 22 íîæíèöû õîëîäíîé ðåçêè; 23 êàðìàíû; 24 ïàêåòîâÿçàòåëüíûå ìàøèíû; 25 ðîëèêîïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 26 ìîòàëêè; 27 ïëàñòèí÷àòûé êîíâåéåð; 28 êðþêîâîé êîíâåéåð
Ïðè ñêîðîñòè ïðîêàòêè 20 ì/ñ îí ïðîèçâîäèò êðóãëûå, êâàäðàòíûå è øåñòèãðàííûå ïðîôèëè ðàçìåðîì 830 ìì, ïîëîñîâóþ ñòàëü 1270½420 ìì è óãëîâûå ïðîôèëè ¹ 24. Çàãîòîâêà 80½80, âûäàâàåìàÿ èç ïå÷è, ñ ïîìîùüþ òðàéáàïïàðàòà òðàíñïîðòèðóåòñÿ ê ñâàðî÷íîé ìàøèíå. Ïåðåä ñâàðêîé ñ òîðöîâ çàãîòîâêè ñáèâàåòñÿ îêàëèíà. Çäåñü çàãîòîâêà ñâàðèâàåòñÿ ñ ïðåäûäóùåé âñòûê, ïîñëå ÷åãî ïðîöåññ ïðîêàòêè ñòàíîâèòñÿ áåñêîíå÷íûì. Ñâàðêà îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò ÷àñòè÷íîãî îïëàâëåíèÿ ìåòàëëà íà òîðöàõ çàãîòîâîê è ñæàòèÿ èõ ïîä áîëüøèì äàâëåíèåì. Îáðàçóþùèéñÿ ïðè ýòîì íàïëûâ (ãðàò) ñíèìàåòñÿ ãðàòîñíèìàòåëåì. Ïîñêîëüêó ñâàðî÷íàÿ ìàøèíà ñòàöèîíàðíà, òî ïîñëå ñâàðêè óñòàíîâëåíà îòàïëèâàåìàÿ ïåòëåâàÿ ÿìà ñ îïðåäåëåííûì çàïàñîì ìåòàëëà, êîòîðûé ðàñõîäóåòñÿ íà ñòàíå â òîò ìîìåíò, êîãäà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñâàðêà. Ñåêöèîííàÿ òîííåëüíàÿ èíäóêöèîííàÿ ïå÷ü ñëóæèò äëÿ êîìïåíñàöèè ïîòåðü òåïëà ïåðåä ïðîêàòêîé. 321
 ÷åðíîâîé è ïðîìåæóòî÷íîé êëåòÿõ ïðîêàòêà âåäåòñÿ â äâå íèòêè ñ íàòÿæåíèåì, â ÷èñòîâîé â îäíó íèòêó ñ ïåòëåé. Îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ ñòàíà ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå â ÷èñòîâîé ãðóïïå êîìáèíèðîâàííûõ ðàáî÷èõ êëåòåé, ò. å. òàêèõ êëåòåé, êîòîðûå ìîãóò èìåòü âåðòèêàëüíîå èëè ãîðèçîíòàëüíîå ðàñïîëîæåíèå âàëêîâ â çàâèñèìîñòè îò ñõåìû ïðîêàòêè ïðîôèëÿ. Ãîòîâàÿ ïðîäóêöèÿ âûïóñêàòñÿ ëèáî â ïðóòêàõ, ëèáî â áóíòàõ. Ïðóòêè ïîñëå îõëàæäåíèÿ íà ðåå÷íîì õîëîäèëüíèêå ïðàâÿòñÿ è çàòåì ðàçðåçàþòñÿ íà ìåðíûå äëèíû, à áóíòû ïîñëå ñìîòêè îõëàæäàþòñÿ ñíà÷àëà íà ïëàñòèí÷àòîì, çàòåì íà êðþêîâîì êîíâåéåðàõ è ïîñòóïàþò íà ñêëàä ãîòîâîé ïðîäóêöèè. Êàê âèäíî, òåõíîëîãèÿ ïðîêàòêè íà ñòàíàõ áåñêîíå÷íîé ïðîêàòêè ñëîæíà è îñóùåñòâëÿåòñÿ òîëüêî â òîì ñëó÷àå, êîãäà ïðîöåññ ïðîêàòêè ñòàöèîíàðåí è êîãäà ïðîêàòûâàåòñÿ îäèí ïðîôèëåðàçìåð, íè÷òî íå ëîìàåòñÿ è íå ïåðåíàñòðàèâàåòñÿ. Áåñêîíå÷íàÿ ïðîêàòêà ïîçâîëÿåò ðåøèòü óïîìÿíóòûå ðàíåå ïðîáëåìû, íî ñîçäàåò ìíîæåñòâî äðóãèõ, îñîáåííî îðãàíèçàöèîííûõ. Êà÷åñòâî ñâàðêè òàêæå îêàçàëîñü íåâûñîêèì, à ìåñòî ñâàðêè íà ãîòîâîì ïðîêàòå ïðîêîíòðîëèðîâàòü íå óäàåòñÿ. Ïðè ëþáûõ îñòàíîâêàõ ñòàíà ïðèõîäèòñÿ îñâîáîæäàòü êëåòè îò ìåòàëëà, ðàçðåçàÿ åãî íà ìåëêèå ÷àñòè, êîòîðûå çàòåì îòïðàâëÿþòñÿ â øèõòó. Ïðåèìóùåñòâà ñòàíà ïîëíîñòüþ íèâåëèðóþòñÿ. Ïîýòîìó ïðîêàòíûé ñòàí 250 â íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàáîòàåò íà ïîøòó÷íîé çàãîòîâêå êàê îáû÷íûé ñòàí, áåç ó÷àñòèÿ ñâàðî÷íîé ìàøèíû â òåõíîëîãè÷åñêîì ïðîöåññå.  ïîñëåäíèå ãîäû èòàëüÿíñêàÿ êîìïàíèÿ Danieli Morgardshammar âîçðîäèëà áåñêîíå÷íóþ ïðîêàòêó ñî ñâàðêîé çàãîòîâîê ïîñëå âûõîäà èõ èç ïå÷è. Ïðè ýòîì áûë ïîëíîñòüþ çàìåíåí ñâàðî÷íûé óçåë, ñêîíñòðóèðîâàíà íîâàÿ ñèñòåìà öåíòðîâêè çàãîòîâîê ïåðåä ñâàðêîé, óëó÷øåíî êà÷åñòâî ðåçà çàãîòîâêè ïåðåä ñâàðêîé è ðàçðàáîòàí ðÿä äðóãèõ óñîâåðøåíñòâîâàíèé. Ïîêàçàíî, ÷òî âñå èìåþùèåñÿ íà íàøåì ñòàíå 250 íåäîñòàòêè óñòðàíÿþòñÿ çà ñ÷åò êîíñòðóêòèâíûõ ðåøåíèé.  2000 ãîäó òðè áåñêîíå÷íûõ ñòàíà êîíñòðóêöèè ýòîé ôèðìû ðàáîòàëè íà ïðåäïðèÿòèÿõ Êèòàÿ, Êîðåè è ÑØÀ è ñòðîèëèñü åùå ÷åòûðå ñòàíà. Ïðè çíà÷èòåëüíûõ äîñòèæåíèÿõ â îáëàñòè àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâëåíèÿ ïðèâîäàìè, çà ñ÷åò ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ êîíñòðóêöèè îñíîâíûõ óçëîâ ñòàíà, ñòàëî âîçìîæíûì ïåðåõîäèòü íà îäíîíèòî÷íóþ ïðîêàòêó. Íà íîâûõ îäíîíèòî÷íûõ ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ ñêîðîñòü ïðîêàòêè óâåëè÷åíà äî 100120 ì/ñ è áîëåå, ïîýòîìó ïî÷òè òàêàÿ æå ïðîèçâîäèòåëüíîñòü, ÷òî è íà ÷åòûðåõíèòî÷íîì ñòàíå (äî 300400 òûñ. ò/ãîä), äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò âûñîêîé íàäåæíîñòè ðàáîòû àâòîìàòèêè ïðè ñâåðõâûñîêèõ ñêîðîñòÿõ ïðîêàòêè â îäíó íèòêó. Íà íîâûõ ñòðîÿùèõñÿ ìåëêî-, ñðåäíåñîðòíûõ è ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ çíà÷èòåëüíûå óñïåõè äîñòèãíóòû ïî òî÷íîñòè ïðîêàòà. Ñóæåíèÿ ïîëÿ äîïóñêîâ äîáèâàþòñÿ çà ñ÷åò: óìåíüøåíèÿ ÷àñòíûõ îáæàòèé â ïîñëåäíèõ ïðîõîäàõ äî 416 %; ïðèìåíåíèÿ êîìïàêòíûõ áëîêîâ êëåòåé âûñîêîé æåñòêîñòè â 2-, 3è 4-âàëêîâîì èñïîëíåíèè, äîïóñêàþùèõ íàñòðîéêó ïîä íàãðóçêîé; èñïîëüçîâàíèÿ óñòðîéñòâ äëÿ áûñòðîé ïåðåâàëêè. Øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ ïðåä÷èñòîâûå è ÷èñòîâûå áëîêè èç ÷åòûðåõâîñüìè 3-âàëêîâûõ êëåòåé ôèðìû Êîêñ, êîòîðûìè îñíàùåíî óæå áîëåå ñîðîêà ñòàíîâ. Áëîêè ïîçâîëÿþò ïðîêàòûâàòü êðóãëûé ïðîêàò ñ äîïóñêîì ±0,1 ìì. Íà àâòîìàòè÷åñêóþ íàñòðîéêó âàëêîâ óõîäèò íå áîëåå 1 ìèí, ïåðåâàëêà (çàìåíà) áëîêà çàíèìàåò 5 ìèí. 322
Îäíèì èç ðåçåðâîâ ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè è êà÷åñòâà ïðîêàòà â ïîñëåäíåå âðåìÿ ñòàíîâèòñÿ ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå òåõíîëîãèè ïðîêàòêè íà ñòàíå. Òàê, â Èíñòèòóòå îáðàáîòêè äàâëåíèåì Ôðàéáåðãñêîé ãîðíîé àêàäåìèè (Ãåðìàíèÿ) ñîçäàíà êîìïëåêñíàÿ ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ïðîêàòêè ïðóòêîâ è êàòàíêè â øèðîêîì äèàïàçîíå òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ è ïî ðàçëè÷íûì ñèñòåìàì êàëèáðîâêè. Àíàëîãè÷íûå ìîäåëè ðàçðàáàòûâàþòñÿ â Ãîðíîì óíèâåðñèòåòå â Ëåîáåíå (Àâñòðèÿ). Çäåñü íà îñíîâå ìåòîäà êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ ñîçäàíû ìîäåëè ðåãóëèðîâàíèÿ ðàçìåðîâ ïîäêàòà äëÿ ïîëó÷åíèÿ êàòàíêè ñ äîïóñêàìè, óêëàäûâàþùèìèñÿ â çàäàííîå ïîëå. Ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè èñïîëüçóþò äëÿ ïðîöåññîâ íàãðåâà, ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè è îõëàæäåíèÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò âûáèðàòü â õîäå òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà îïòèìàëüíûå ïàðàìåòðû, îáåñïå÷èâàþùèå ïîëó÷åíèå òðåáóåìûõ ñâîéñòâ è êà÷åñòâà ïðîêàòà. 14.7. Ïðîêàòêà íà íåïðåðûâíûõ ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ Âñå ïðîáëåìû ìíîãîíèòî÷íîé íåïðåðûâíîé ïðîêàòêè, ñâÿçàííûå êàê ñ òî÷íîñòüþ ïðîêàòà, òàê è ñî ñòðóêòóðîé è ñâîéñòâàìè ìåòàëëà, ñîõðàíÿþòñÿ è ïðè ïðîêàòêå íà ñîâðåìåííûõ ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ. Êàòàíêà èìååò ìèíèìàëüíûé äèàìåòð, êîòîðûé ìîæíî ïîëó÷èòü íà ñòàíå ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè. ×åì îí ìåíüøå, òåì ïîòðåáóåòñÿ ìåíüøå ïåðåõîäîâ ïðè äàëüíåéøåé åå ïåðåðàáîòêå õîëîäíîì âîëî÷åíèè ïðîâîëîêè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ íà íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ ïðîèçâîäÿò êàòàíêó äèàìåòðîì 5,5 ìì è áîëåå. Ìèíèìàëüíûé äèàìåòð çàâèñèò îò êîíñòðóêöèè ñòàíà, æåñòêîñòè êëåòè, êîëè÷åñòâà êëåòåé è òåìïåðàòóðíûõ óñëîâèé ïðîêàòêè. Ìàêñèìàëüíûé äèàìåòð êàòàíêè 12 ìì. Ïî òî÷íîñòè ïðîêàòà òðåáîâàíèÿ ê êàòàíêå âûøå, ÷åì äëÿ îáû÷íîãî ñîðòîâîãî ìåòàëëà. Íåîáõîäèìî óêëàäûâàòüñÿ â æåñòêèå äîïóñêè, êîòîðûå íà ñîâðåìåííûõ ñòàíàõ ñîñòàâëÿþò ±0,2 ìì, èíà÷å âîëî÷åíèå êàòàíêè áóäåò ïðîòåêàòü íåñòàáèëüíî. Îñîáåííî ñëîæíû òðåáîâàíèÿ ê ïðîöåññó ïðîêàòêè êàòàíêè ïî òåìïåðàòóðå. Íàïîìíèì, ÷òî äëÿ äîýôòåêòîèäíûõ óãëåðîäèñòûõ ñòàëåé ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà îò 0,1 äî 0,7 % ìåòàëë ïðîêàòûâàåòñÿ ïîëíîñòüþ â ñîñòîÿíèè àóñòåíèòà. Ïðîêàòêà íà÷èíàåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðå íà 50100 °Ñ íèæå ëèíèè ñîëèäóñà (ïî äèàãðàììå æåëåçîóãëåðîä) è çàêàí÷èâàåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðå âûøå ëèíèè Àñ3. Ïðè÷åì ÷åì âûøå òåìïåðàòóðà àóñòåíèòà, òåì îäíîðîäíåå åãî ñòðóêòóðà, íåîáõîäèìàÿ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ îäíîðîäíîé ñòðóêòóðû ïåðëèòà ïðè îõëàæäåíèè êàòàíêè. Îäíàêî ïðè ýòîì ðàñòåò âåëè÷èíà çåðíà ïåðëèòà. Íà íåïðåðûâíûõ ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè ëåæèò îáû÷íî â èíòåðâàëå 10001060 °Ñ. Ñìîòêà êàòàíêè â áóíò äîëæíà áûòü îñóùåñòâëåíà ïîñëå ïîëíîãî ðàñïàäà àóñòåíèòà, ò. å. ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå Àñ1 ìåíåå 700 °Ñ. Èíà÷å íåðàâíîìåðíîå îñòûâàíèå âèòêîâ áóíòà ïðèâåäåò ê ðàçíîé ñòðóêòóðå ìåòàëëà. Äëÿ êàòàíêè ðàçáðîñ ñâîéñòâ ïî äëèíå íå äîëæåí ïðåâûøàòü 510 %, èíà÷å âîëî÷åíèå ñòàíîâèòñÿ íåâîçìîæíûì. Óñòàíîâëåíî, ÷òî äëÿ ïîñëåäóþùåãî âîëî÷åíèÿ ñðåäíåóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé ïî ñî÷åòàíèþ ïðî÷íîñòíûõ è ïëàñòè÷åñêèõ ñâîéñòâ íàèëó÷øåé ÿâëÿåòñÿ ñòðóêòóðà ñîðáèòà, ò. å. ñòðóêòóðà, â êîòîðîé ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåíû ìåëêèå çåðíà ôåððèòà è çåðíà ñ òîíêèì ãëîáóëÿðíûì èëè ìåëêîïëàñòèí÷àòûì ïåðëèòîì. 323
 1962 ãîäó â ÑØÀ ôèðìîé Ìîðãàí áûë çàïàòåíòîâàí ñïîñîá äîñòèæåíèÿ ñîðáèòà íà âûñîêîñêîðîñòíîì ïðîâîëî÷íîì ñòàíå, êîòîðûé ïîçäíåå áûë íàçâàí ïðîöåññîì ñòèëìîð (â ëèòåðàòóðå ìîæíî âñòðåòèòü è íàïèñàíèå ñòåëìîð). Ñóùíîñòü åãî çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî îò òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè äî 750800 °Ñ ìåòàëë îõëàæäàåòñÿ áûñòðî â òðóáàõ ñ îõëàæäàþùåé âîäîé (ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ ñîòíè ãðàäóñîâ â ñåêóíäó), çàòåì ñ ïîìîùüþ âèòêîîáðàçîâàòåëÿ ïðîâîëîêà ñîáèðàåòñÿ â âèòêè, êîòîðûå óêëàäûâàþòñÿ ñ ïåðåêðûòèåì íà äâèæóùèéñÿ öåïíîé òðàíñïîðòåð è ìåäëåííî (ñî ñêîðîñòüþ 1220 ãðàä/ñ) îõëàæäàþòñÿ â âåíòèëÿöèîííûõ êàìåðàõ âîçäóõîì äî òåìïåðàòóðû 350 °Ñ. Äàëüøå âèòêè ñîáèðàþò â áóíò, êîòîðûé çàòåì îïðåññîâûâàåòñÿ, îáâÿçûâàåòñÿ è íàïðàâëÿåòñÿ íà êðþêîâîé êîíâåéåð äëÿ îõëàæäåíèÿ. Òàêàÿ äâóõñòóïåí÷àòàÿ òåõíîëîãèÿ îõëàæäåíèÿ ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ñòðóêòóðó ñîðáèòà îòïóñêà, êîòîðûé èìååò ìåëêîäèñïåðñíûå ãëîáóëÿðíûå çåðíà ïåðëèòà. Îíà îáåñïå÷èâàåò ðàâíîìåðíûå ñâîéñòâà ìåòàëëà ïî äëèíå. Êðîìå òîãî, ñîêðàùàåò â íåñêîëüêî ðàç òîëùèíó ñëîÿ îêàëèíû, îáåñïå÷èâàåò òàêîé ñîñòàâ îêàëèíû, êîòîðûé ëåãêî óäàëÿåòñÿ ñ ïîâåðõíîñòè ïåðåä âîëî÷åíèåì ïóòåì òðàâëåíèÿ â êèñëîòå. Îäíàêî ÷åì âûøå ñêîðîñòü ïðîêàòêè íà ñòàíå, òåì äëèííåå ó÷àñòîê îõëàæäåíèÿ ìåòàëëà, è íà íåêîòîðûõ ñòàíàõ îí ìîæåò äîñòèãàòü 90 ì. Âòîðîé íåäîñòàòîê ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïåðâîíà÷àëüíàÿ ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ êàòàíêè íà ýòàïå âîçäóøíîãî îõëàæäåíèÿ íå ìîæåò îáåñïå÷èòü ðàâíîìåðíîå îñòûâàíèå âñåõ ó÷àñòêîâ âèòêîâ, ïîýòîìó ñâîéñòâà ïî äëèíå íåðàâíîìåðíû. Ñòèëìîð-ïðîöåññ íåïðåðûâíî ñîâåðøåíñòâîâàëñÿ, ïîÿâèëîñü ìíîãî åãî ðàçíîâèäíîñòåé, â òîì ÷èñëå óñòàíîâêè, êîòîðûå ïîçâîëÿþò, âî-ïåðâûõ, îáåñïå÷èâàòü ðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïî îáðàçóþùåé âèòêîâ, âîâòîðûõ, ðåãóëèðîâàòü ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ ìåòàëëà íà ó÷àñòêå âîçäóøíîãî îõëàæäåíèÿ. Íà ýòîì ó÷àñòêå óñòàíàâëèâàþòñÿ òåïëîèçîëÿöèîííûå êðûøêè, êîòîðûå ïîçâîëÿþò óìåíüøàòü èëè óâåëè÷èâàòü ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ, ÷òî âàæíî äëÿ ïðîêàòêè ðàçíûõ ìàðîê ñòàëè. Èçâåñòíû óñòàíîâêè, íà êîòîðûõ âòîðàÿ ñòàäèÿ îõëàæäåíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ â áàêàõ ñ ãîðÿ÷åé âîäîé, ñîäåðæàùåé ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûå äîáàâêè, êîòîðûå óâåëè÷èâàþò ñòàáèëüíîñòü ïàðîâîé ðóáàøêè âîêðóã êàòàíêè è òåì ñàìûì çàìåäëÿþò ïðîöåññ åå îñòûâàíèÿ.  1968 ãîäó ôèðìà Øëåìàíí (ÔÐÃ) ïðåäëîæèëà îäíîñòàäèéíóþ òåõíîëîãèþ îõëàæäåíèÿ êàòàíêè.  òðóáàõ ñ âîäîé ìåòàëë îõëàæäàåòñÿ äî òåìïåðàòóðû 650 °Ñ è çàòåì âèòêàìè, íå ïåðåêðûâàþùèìè äðóã äðóãà, ðàñêëàäûâàåòñÿ íà ïëàñòèí÷àòîì òðàíñïîðòåðå. Ïîñëåäóþùåå âîçäóøíîå îõëàæäåíèå íå ïðèìåíÿåòñÿ, ïîýòîìó äëèíà õâîñòîâîé ÷àñòè ñòàíà ñîêðàùàåòñÿ. Íåîáõîäèìàÿ ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ êàòàíêè äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò áîëåå ñâîáîäíîãî ðàçìåùåíèÿ âèòêîâ íà ïëàñòèí÷àòîì êîíâåéåðå. Òàêàÿ òåõíîëîãèÿ âíåäðåíà íà ïðîâîëî÷íîì ñòàíå 250 Çàïàäíî-Ñèáèðñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî êîìáèíàòà. Ïðè îäíîñòàäèéíîì ïðîöåññå íå äîïóñêàåòñÿ îáðàçîâàíèå ìàðòåíñèòà â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ, ðàñïàä àóñòåíèòà ïðîèñõîäèò ïîñëå ñìîòêè êàòàíêè â áóíò ïðè òåìïåðàòóðå 550660 °Ñ. Ñòàí 150 ×åðÌÊ (ðèñ. 14.21) ðàáîòàåò ïî äâóõñòóïåí÷àòîé òåõíîëîãèè ñòèëìîð ñ ó÷åòîì ñàìûõ ïîñëåäíèõ óñîâåðøåíñòâîâàíèé ïðîöåññà. Ïåðâè÷íîå îõëàæäåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ â òðóáàõ ñ âîäîé (äî 500 °Ñ), ïðè ýòîì òåìïåðàòóðà êàòàíêè ïî ñå÷åíèþ íåðàâíîìåðíà. Çàòåì ñ ïîìîùüþ âèòêîîáðàçîâàòåëÿ ôîðìèðóþòñÿ âèòêè. 324
1
3 7
2
8
4 5 6
9 10,11,12
14
15
28
30
32 33 36 34 35
22 24 26 27
29
31
23 25
16 18 19 20
13
17 21
37
Ðèñ. 14.21. Íåïðåðûâíûé ÷åòûðåõíèòî÷íûé ïðîâîëî÷íûé ñòàí 150 ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü: 1 ñáðàñûâàòåëü áðàêîâàííîé çàãîòîâêè; 2 ïîäâîäÿùèé ðîëüãàíã; 3 çàãðóçî÷íàÿ ðåøåòêà; 4 âåñû; 5 âòàñêèâàòåëü çàãîòîâêè; 6 òîëêàòåëü; 7 âûòàëêèâàòåëü çàãîòîâêè; 8 ìåòîäè÷åñêàÿ ïå÷ü; 9 àâàðèéíûé âûòàñêèâàòåëü; 10 ðàñïðåäåëèòåëüíîå óñòðîéñòâî; 11 çàäàþùåå â êëåòü óñòðîéñòâî; 12 îáðûâíûå íîæíèöû (àâàðèéíûå); 13 ÷åðíîâàÿ ãðóïïà êëåòåé; 14 àâàðèéíûå íîæíèöû; 15 ïåðâàÿ ïðîìåæóòî÷íàÿ ãðóïïà êëåòåé; 16 âòîðàÿ ïðîìåæóòî÷íàÿ ãðóïïà êëåòåé; 17 ïåòëåðåãóëÿòîð; 18 êðîøèòåëüíûå íîæíèöû (ðåçêà ïðè çàñòðåâàíèè ðàñêàòà â áëîêå); 19 ëåòó÷èå íîæíèöû (ðåçêà ïåðåäíåãî êîíöà); 20 îáðûâíûå íîæíèöû (ðåçêà ïðè àâàðèè â áëîêàõ); 21 8-êëåòåâîé ÷èñòîâîé áëîê; 22 óñòàíîâêà äëÿ îõëàæäåíèÿ âîäîé; 23 íîæíèöû äëÿ îáðåçêè êîíöîâ; 24 òðàéáàïïàðàò; 25 ñêðàïíûå íîæíèöû äëÿ ðåçêè îòðåçàííûõ êîíöîâ; 26 âèòêîîáðàçîâàòåëü; 27 ñåò÷àòûé ïëàñòèí÷àòûé òðàíñïîðòåð; 28 íàêîïèòåëü âèòêîâ; 29 êðóã ïîâîðîòíûé; 30 ïåðåêëàäûâàþùåå óñòðîéñòâî; 31 óñòàíîâêà äëÿ îáâÿçêè áóíòîâ; 32 òðàíñïîðòåð øàãàþùèé; 33 óñòðîéñòâî ïåðåäà÷è áóíòîâ; 34 íàêîïèòåëü áóíòîâ; 35 óñòàíîâêà äëÿ îáâÿçêè ïà÷åê áóíòîâ; 36 óñòðîéñòâà äëÿ íàìàòûâàíèÿ êàòóøåê; 37 ïåðåäàòî÷íàÿ òåëåæêà
Îíè ðàâíîìåðíî óêëàäûâàþòñÿ íà ïëàñòèí÷àòûé òðàíñïîðòåð, íà êîòîðîì ïðè îõëàæäåíèè âîçäóõîì ñî ñêîðîñòüþ 1020 ãðàä/ñ ñíà÷àëà ïðîèñõîäèò âûðàâíèâàíèå òåìïåðàòóðû ïî ñå÷åíèþ, à çàòåì ðàñïàä àóñòåíèòà. Êàê ñëåäóåò èç äèàãðàììû (ðèñ. 14.22), ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ ïîâåðõíîñòè è ñåðäöåâèíû êàòàíêè ðàçëè÷àþòñÿ (êðèâûå 3 è 4, ñîîòâåòñòâåííî). Ïðè òåìïåðàòóðå 500600 °Ñ ïðîèñõîäèò âûðàâíèâàíèå òåìïåðàòóð ïî ñå÷åíèþ. Ïðè ýòèõ æå òåìïåðàòóðàõ íàáëþäàåòñÿ íàèáîëåå êîðîòêèé ïðîìåæóòîê âðåìåíè íà÷àëà è êîíöà ðàñïàäà, ïîýòîìó ïðîèñõîäèò ïîëíûé ðàñïàä àóñòåíèòà. Ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ êàòàíêè îïðåäåëÿåò ðàçíèöó òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòíîãî è âíóòðåííåãî ñëîåâ. ×åì îíà âûøå, òåì áîëüøå ñòåïåíü ïåðåîõëàæäåíèÿ àóñòåíèòà âî âíóòðåííèõ ñëîÿõ, òåì âûøå äèñïåðñíîñòü ñòðóêòóðû îáðàçîâàâøåãîñÿ ïåðëèòà è âûøå ñâîéñòâà ñîðáèòà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ïîñëåäóþùåãî âîëî÷åíèÿ. Ñòàí 150 ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïðîêàòêè êàòàíêè äèàìåòðîì îò 5,5 äî 12 ìì îáû÷íîé è ïîâûøåííîé òî÷íîñòè ïî ÃÎÑÒ 259088 èç çàãîòîâêè 100½100 äëèíîé îò 10,0 äî 11,8 ì èç óãëåðîäèñòûõ, íèçêîëåãèðîâàííûõ è ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè. Ïîñëå ðåêîíñòðóêöèè ñòàíà ìàññà âûïóñêàåìîãî áóíòà óâåëè÷åíà äî 2,5 ò. Ïîñëå íàãðåâà çàãîòîâêà ñ ïîìîùüþ ðàñïðåäåëèòåëüíîãî óñòðîéñòâà çàäàåòñÿ â îäíó èç ÷åòûðåõ ëèíèé ïðîêàòêè ÷åðíîâûõ êëåòåé.  ïðîìåæóòî÷íîé ëèíèè ïðîêàòêà âåäåòñÿ â äâå, à â ÷èñòîâîé â îäíó íèòêó. Îñîáåííîñòüþ ñòàíà ÿâëÿåòñÿ ÷èñòîâàÿ ãðóïïà êëåòåé, êîòîðàÿ ñîñòîèò èç âîñüìè ïàð øàéá äèàìåòðîì 170 ìì, èçãîòîâëåííûõ èç òâåðäîãî ñïëàâà. Òâåðäîñïëàâíûå âàëêè (øàéáû, íàäåòûå íà ñòàëüíóþ îñü) èìåþò èçíîñ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå îáû÷íûõ âàëêîâ. Ýòî ïîçâîëÿåò æåñòêî ñòàáèëèçèðîâàòü âñå ïàðàìåòðû ïðîêàòêè â ÷èñòîâîé ãðóïïå. Âñå âàëêè 325
îáúåäèíåíû â áëîê ñ ïðèâîäîì îò îäíîãî äâèãàòåëÿ ñ æåñòêèì ðàñïðåäåëåíèåì ñêî900 A3 ðîñòåé ïî êëåòÿì â ñîîòâåòñòâèè ñ êîíñòàí800 òîé. Ïðîêàòêà âåäåòñÿ áåç íàòÿæåíèÿ A 4 1 ñ íåáîëüøèì ïåòëåîáðàçîâàíèåì. Êîíå÷íî, Ô À 700 t3 äîëæíà áûòü òàêæå ñòðîãî ñòàáèëèçèðîâàíà 3 600 òåìïåðàòóðà ïðîêàòêè ïî êëåòÿì. Òðåáóåìîå A→Ï 2 ïîääåðæàíèå òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè 500 t2 ïîçâîëÿåò òàêæå ñòàáèëèçèðîâàòü ñèñòåìó îõ1 400 Ìí B ëàæäåíèÿ êàòàíêè ñòðîãî ïî èçëîæåííîé 300 ðàíåå òåõíîëîãèè. Êàòàíêà, ïîëó÷àåìàÿ íà Ìàðòåíñèò ñòàíå, îòëè÷àåòñÿ ïîâûøåííîé òî÷íîñòüþ, 200 0,1 10 1 100 ñòàáèëüíîñòüþ ñâîéñòâ è ñòðóêòóðû (ñîðáèτ2 τ3 τ1 Âðåìÿ, ñ òà) êàê â ïðåäåëàõ îäíîãî áóíòà, òàê è ìåæäó áóíòàìè. Êîëåáàíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ Ðèñ. 14.22. Äèàãðàììà èçîòåðìèïî äëèíå êàòàíêè ñîñòàâëÿþò ±3 %. Êîëè÷åñêîãî ðàñïàäà àóñòåíèòà è êðèâûå îõëàæäåíèÿ êàòàíêè íà ñòàíå 150: ÷åñòâî îêàëèíû ñîêðàùåíî äî 26 êã/ò. Òàêèì îáðàçîì, ïðîáëåìà ïîëó÷åíèÿ 1, 2 êðèâûå íà÷àëà è êîíöà ðàñïàäà àóñòåíèòà; 3, 4 êðèâûå îõëàæäåíèÿ, ðàâíîìåðíîé ñòðóêòóðû ñîðáèòà ïî âñåé äëèñîîòâåòñòâåííî, ïîâåðõíîñòè è öåíòðà íå êàòàíêè ïðèíöèïèàëüíî ðåøåíà. Îäíàêî êàòàíêè; τ1 âðåìÿ óñêîðåííîãî îõëàæ- íà ìíîãèõ ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ â Ðîññèè (è äåíèÿ âîäîé; τ2 âðåìÿ âûðàâíèâàíèÿ â äðóãèõ ñòðàíàõ), êîòîðûå áûëè ïîñòðîåíû òåìïåðàòóðû ïî ñå÷åíèþ; τ3 âðåìÿ ïðåâðàùåíèÿ àóñòåíèòà â èçîòåðìè÷å- â 1960-õ ãîäàõ, íåò âîçìîæíîñòè îñóùåñòâèòü ñêèõ óñëîâèÿõ; À àóñòåíèò; Ô ôåððèò; ïðåäëîæåííûå äâóõñòóïåí÷àòóþ è äàæå îäÏ ïåðëèò;  áåéíèò íîñòóïåí÷àòóþ ñõåìû îõëàæäåíèÿ êàòàíêè. Äëèíà ó÷àñòêà îõëàæäåíèÿ êàòàíêè íà ýòèõ ñòàíàõ ñîñòàâëÿåò ìåíåå 10 ì, åãî íåäîñòàòî÷íî. Ðåêîíñòðóêöèÿ òðåáóåò áîëüøèõ çàòðàò ïî óäëèíåíèþ è ïîëíîé ïåðåñòðîéêè õâîñòîâîé ÷àñòè ñòàíà.  Ðîññèè áûëè ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ âîçìîæíîñòè ïîëó÷åíèÿ ñòðóêòóðû ñîðáèòà íà äåéñòâóþùèõ ñòàíàõ. È ýòè ðàáîòû óâåí÷àëèñü óñïåõîì, ïîêàçàâ, ÷òî íà äåéñòâóþùèõ ñòàíàõ ìîæíî ïîëó÷àòü òðåáóåìóþ ñòðóêòóðó ìåòàëëà è âûñîêèå ïðî÷íîñòíûå è ïëàñòè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà. Ðàçðàáîòàíà íîâàÿ îäíîñòóïåí÷àòàÿ òåõíîëîãèÿ, êîòîðàÿ óñëîâíî íàçûâàåòñÿ óñêîðåííûì îõëàæäåíèåì, õîòÿ òåðìèí óñêîðåííîå îõëàæäåíèå ÷àñòî ïðèìåíÿþò òàêæå äëÿ ñòèëìîð-ïðîöåññà è åãî ðàçíîâèäíîñòåé. Áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî íà ðàññìîòðåííûõ ñòàíàõ îñíîâíûå ìàðêè ñòàëè äîëæíû ïîäâåðãàòüñÿ áîëåå ðåçêîìó, ÷åì â ñòèëìîð-ïðîöåññå, óñêîðåííîìó îõëàæäåíèþ, òàê êàê ýòî óëó÷øàåò ñâîéñòâà ïðîêàòûâàåìîãî ìåòàëëà è ñîêðàùàåò ïîòåðè ìåòàëëà íà îêàëèíó. Îñíîâíûå óãëåðîäèñòûå ìàðêè ñòàëè ñëåäóåò ðàçáèòü íà äâå ãðóïïû. Ñòàëè ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà îò 0,35 äî 0,80 %, â ÷èñëî êîòîðûõ âõîäèò êàíàòíàÿ ñòàëü ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà 0,560,71 (Ñò5Ñò7), íåîáõîäèìî îò òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè (10601080 °Ñ) îõëàæäàòü ñ îãðîìíîé ñêîðîñòüþ (äî 1500 °Ñ/ñ) äî òåìïåðàòóð 550650 °Ñ. Òåìïåðàòóðà ñìîòêè êàòàíêè íà ìîòàëêó ñîñòàâëÿåò 500600 °Ñ. Óñòàíîâêà äëÿ îäíîñòóïåí÷àòîãî óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ ìîæåò èìåòü êîíñòðóêöèþ, êàê ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 14.23. Ïðè òàêîì ñïîñîáå îõëàæäåíèÿ â öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ êàòàíêè îáðàçóåòñÿ ñîðáèò ñ òîíêîïëàñòèí÷àòîé ôîðìîé ïåðëèòà, êîòîðûé íàçûâàåòñÿ ñîðáèòîì çàêàëêè. Òåìïåðàòóðà, °Ñ
t1
326
Ìåòàëë
1
2 3
Îõëàäèòåëü
4
5 6 7 8
9
Ñæàòûé âîçäóõ
Ðèñ. 14.23. Ñõåìà óñòàíîâêè äëÿ óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ êàòàíêè: 1 ïîñëåäíÿÿ êëåòü ñòàíà; 2, 6 ïðîâîäêè; 3 îõëàæäàþùåå óñòðîéñòâî; 4 êîëüöåâûå êëàïàíû äëÿ îòñå÷åíèÿ âîäû; 5 âîçäóøíûå îòñåêàþùèå ôîðñóíêè; 7 ñòðåëêà; 8 ïðîâîäêà ê ìîòàëêàì; 9 ìîòàëêà
Îí ñîäåðæèò òîíêèå ïðîñëîéêè èçáûòî÷íîãî ôåððèòà ïî ãðàíèöàì ïåðëèòíûõ çåðåí, êîòîðûå èìåþò òîíêóþ ïëàñòèí÷àòóþ ñòðóêòóðó ñ î÷åíü ìàëûì ìåæïëàñòèí÷àòûì ðàññòîÿíèåì. Íà ïîâåðõíîñòè, íà ãëóáèíå îò 0,1 äî 2,0 ìì, â çàâèñèìîñòè îò ìàðêè ñòàëè îáðàçóåòñÿ ìàðòåíñèò. Çàòåì çà ñ÷åò âíóòðåííåãî òåïëà ïîâåðõíîñòíûå ñëîè ïîâûøàþò ñâîþ òåìïåðàòóðó, è ìàðòåíñèò ðàñïàäàåòñÿ íà ñîðáèò îòïóñêà, â êîòîðîì ïåðëèò èìååò ìåëêîäèñïåðñíóþ ñòðóêòóðó, ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåííóþ â îáúåìå ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ. Íà íåêîòîðûõ óñòàíîâêàõ äëÿ ðàñïàäà ìàðòåíñèòà ïðèìåíÿþò äîïîëíèòåëüíûé ïîäâîä òåïëà ïðè òåìïåðàòóðå 350400 °Ñ. Òàêèì îáðàçîì, êàòàíêà, ïîëó÷åííàÿ ïî òåõíîëîãèè óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ, èìååò âíóòðåííèé ñëîé ñîðáèòà çàêàëêè è íàðóæíûé ñîðáèòà îòïóñêà. Ìåæäó íèìè èíîãäà ïîÿâëÿåòñÿ ïðîñëîéêà áåéíèòà, òîëùèíà êîòîðîé óìåíüøàåòñÿ ñî ñíèæåíèåì òåìïåðàòóðû îõëàæäåíèÿ. Ñîðáèò çàêàëêè ïî ìåõàíè÷åñêèì ñâîéñòâàì, ïðåäúÿâëÿåìûì ê êàíàòíîé è ïîäîáíûì âèäàì ïðîâîëîêè, ïðåâûøàåò ñîðáèò îòïóñêà, ò. å. èìååò áîëåå âûñîêóþ ïðî÷íîñòü è ïëàñòè÷íîñòü, îáåñïå÷èâàåò íèçêóþ îáðûâíîñòü ïðîâîëîêè ïðè âîëî÷åíèè. Ñâîéñòâà êàòàíêè äëÿ âîëî÷åíèÿ êàíàòíîé ñòàëè ïî÷òè íå óñòóïàþò òåì, êîòîðûå äîñòèãàþòñÿ ïðè òåõíîëîãèè ñòèëìîð. Êðîìå òîãî, óñêîðåííîå îõëàæäåíèå ïîçâîëÿåò ñíèçèòü òîëùèíó ñëîÿ îêàëèíû è çíà÷èòåëüíî ñîêðàòèòü ïîòåðè ìåòàëëà â îêàëèíó. È ãëàâíîå, ïî òàêîé òåõíîëîãèè îõëàæäåíèÿ ìîæåò õâàòèòü â îòïóùåííûõ 810 ì äëèíû õâîñòîâîé ÷àñòè ñòàíà. Èññëåäîâàíèÿ ïîñëåäíèõ ëåò ïîêàçûâàþò, ÷òî äëÿ âûñîêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà îò 0,6 äî 1,0 %, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ïðîèçâîäñòâà êàíàòíîé è êîðäíîé ïðîâîëîêè, íåîáõîäèìî ïðèìåíÿòü ðåæèìû êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè. Êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêîé â îáùåì ñëó÷àå íàçûâàåòñÿ òàêîé ðåæèì îáðàáîòêè ïðîêàòà, â êîòîðîì ñîîòâåòñòâóþùèì îáðàçîì ñòðîãî äîçèðîâàíû âñå ïàðàìåòðû ïðîêàòêè: òåìïåðàòóðà è ñêîðîñòü íàãðåâà ïîä ïðîêàòêó, òåìïåðàòóðà è ñòåïåíü äåôîðìàöèè â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé è ðåæèì îõëàæäåíèÿ ïîñëå ïðîêàòêè. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû è ïîâûøåíèå ñòåïåíè äåôîðìàöèè â ÷èñòîâîé ãðóïïå (â àóñòåíèòíîé îáëàñòè) ïðèâîäÿò ê èçìåëü÷åíèþ çåðíà àóñòåíèòà, à òàêæå ñïîñîáñòâóþò åãî ðàñïàäó, ò. å. óìåíüøàþò 327
âðåìÿ íà÷àëà ðàñïàäà àóñòåíèòà è óâåëè÷èâàþò åãî ñêîðîñòü. Êàê ñëåäñòâèå, ïðè äàëüíåéøåì åãî ðàñïàäå äîïîëíèòåëüíî èçìåëü÷àþòñÿ êîëîíèè ïåðëèòà, ïîâûøàþòñÿ ïðî÷íîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè ïðè âûñîêîé ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà. Íà ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ 300 ¹ 3 ÌÌÊ è 150 ÁÌÊ (Áåëîðåöê) ïðîøëè ïðîìûøëåííîå èñïûòàíèå óñòàíîâêè ìåæêëåòåâîãî îõëàæäåíèÿ è óñîâåðøåíñòâîâàíû ðåæèìû êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé. Ìåòàëë ñ òåìïåðàòóðîé 820880 °Ñ ïîñòóïàåò â ÷èñòîâûå êëåòè, â êîòîðûõ ïî ñîîòâåòñòâóþùåìó ðàñ÷åòíîìó ðåæèìó îñóùåñòâëÿåòñÿ îäíîâðåìåííîå âîçäåéñòâèå íà ñòðóêòóðó äåôîðìàöèè è îõëàæäåíèÿ. Ìåæäó êëåòÿìè ïðîèñõîäèò òåðìîìåõàíè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ìåòàëëà, ÷òî ïîçâîëèëî ïîëó÷èòü äîïîëíèòåëüíîå èçìåëü÷åíèå ïåðëèòà è ïîâûøåíèå ïðî÷íîñòè êàòàíêè. Äëÿ íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé (ìåíåå 0,22 % Ñ) óñêîðåííîå îõëàæäåíèå òàêæå ïîëåçíî, õîòÿ äàåò ìåíüøèé ýôôåêò, ÷åì äëÿ ñòàëåé ïåðâîé ãðóïïû. Ïðè îáû÷íîì îõëàæäåíèè íà ñòàëÿõ ñ íèçêèì ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà îêàëèíû ïðèìåðíî â 1,5 ðàçà áîëüøå, ÷åì íà âûñîêîóãëåðîäèñòûõ. Ïîýòîìó ðåçêîå ñîêðàùåíèå åå ïðè óñêîðåííîì îõëàæäåíèè äàåò çàìåòíûé ýôôåêò. Ñòðóêòóðà ìåòàëëà ïîñëå óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ íà íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëÿõ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìåëêîçåðíèñòûé ôåððèò ñ ðàâíîìåðíûì ðàñïðåäåëåíèåì ìàëûõ êîëîíèé ïåðëèòà. Îò ýòèõ ñòàëåé ïðè âîëî÷åíèè íå òðåáóþòñÿ âûñîêèå ïðî÷íîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè, ïîýòîìó ïî òåõíîëîãèè óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ èõ ñëåäóåò áûñòðî îõëàæäàòü äî òåìïåðàòóðû 700750 °Ñ. Ïðè îõëàæäåíèè äî áîëåå íèçêèõ òåìïåðàòóð (615630 °Ñ) íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà ïîÿâëÿåòñÿ ìàðòåíñèò, ÷òî ïðèâîäèò ê ðåçêîìó óâåëè÷åíèþ ïðî÷íîñòè êàòàíêè, ÷òî íåæåëàòåëüíî. Êðîìå òîãî, êàòàíêà, îõëàæäåííàÿ äî íèçêèõ òåìïåðàòóð, èìååò áîëåå âûñîêóþ ñòåïåíü íàêëåïûâàåìîñòè ïðè âîëî÷åíèè, ÷åì îõëàæäåííàÿ äî òåìïåðàòóðû 700750 °Ñ. Âñå ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ïðè âîëî÷åíèè äîñòèãàåòñÿ ìåíüøàÿ ñóììàðíàÿ äåôîðìàöèÿ, áîëüøå èçíàøèâàþòñÿ âîëîêè, ðàñõîäóåòñÿ áîëüøå ýíåðãèè. Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî äëÿ íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé áîëåå âûñîêèé ðåçóëüòàò ïî ñíèæåíèþ ïîòåðü ìåòàëëà â îêàëèíó è ïî óëó÷øåíèþ äåôîðìèðóåìîñòè ïðè âîëî÷åíèè ìîæåò áûòü äîñòèãíóò ïðè êîíòðîëèðóåìîé, ò. å. ðàçíîé, ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ â óêàçàííîì òåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå. Îäíàêî òðåáóåòñÿ ðàçðàáîòêà îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ðåàëèçàöèè ñëîæíûõ ðåæèìîâ îõëàæäåíèÿ. Çíà÷èòåëüíûå óñïåõè â îáëàñòè òåðìîìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè êàòàíêè ñ ïðîêàòíîãî íàãðåâà äîñòèãíóòû ÿïîíñêèìè ôèðìàìè.  ÷àñòíîñòè, ïðîâîëî÷íûå ñòàíû ôèðìû Ni pon Steel îñíàùåíû îáîðóäîâàíèåì äëÿ ïðîâåäåíèÿ íåïðåðûâíûõ ïðîöåññîâ: ðåãóëèðóåìîãî îõëàæäåíèÿ êàòàíêè â âèòêàõ, èñêëþ÷àþùåãî íåîáõîäèìîñòü ïàòåíòèðîâàíèÿ ïåðåä âîëî÷åíèåì; ïðÿìîãî ïàòåíòèðîâàíèÿ â ñâèíöîâîé âàííå; ðåãóëèðóåìîãî çàìåäëåííîãî îõëàæäåíèÿ. Íà çàâîäàõ ýòîé ôèðìû îñâîåíà ïðîêàòêà áåéíèòíûõ ñòàëåé äëÿ ãîðÿ÷åé øòàìïîâêè ñ ïðî÷íîñòüþ σâ = 1300 Í/ìì2 è àðìàòóðíîé çàêàëåííîé ñòàëè äëÿ íàïðÿæåííîãî æåëåçîáåòîíà ñ σâ = 2300 Í/ìì2. Íà çàâîäå â Êèìèöó óñòàíîâëåíî îáîðóäîâàíèå äëÿ ïàòåíòèðîâàíèÿ êàòàíêè ñ ïðîêàòíîãî íàãðåâà ïóòåì êîí328
òðîëèðóåìîãî îõëàæäåíèÿ â ñâèíöîâîé âàííå. Äëÿ ñðåäíåóãëåðîäèñòîé ñòàëè ïîëó÷åíû ðàçëè÷íûå ñòðóêòóðû ìåòàëëà: áåéíèò, áåéíèò + ïåðëèò, ïåðëèò. Êàòàíêà ñ áåéíèòíîé ñòðóêòóðîé, èìåþùåé ñòðîãóþ îðèåíòèðîâêó ïëàñòèíîê öåìåíòèòà â íàïðàâëåíèè îñè, îáåñïå÷èâàåò âîëî÷åíèå ïðîâîëîêè ñ 5 äî 0,635 ìì áåç ïðîìåæóòî÷íîãî îòæèãà. 14.8. Òåðìîîáðàáîòêà ñîðòîâîãî ïðîêàòà Íà ïðèìåðå êàòàíêè ìîæíî óáåäèòüñÿ â òîì, ÷òî çà ñ÷åò òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàþòñÿ ïðî÷íîñòíûå è ïëàñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðîêàòà. Îðãàíèçàöèÿ òåðìîîáðàáîòêè ìåòàëëà íåïîñðåäñòâåííî â ïîòîêå ïðîêàòíîãî ñòàíà äàåò âîçìîæíîñòü âûïóñêàòü âûñîêîïðî÷íûå ïðîôèëè ïðîêàòà, êîòîðûå äàþò çíà÷èòåëüíóþ ýêîíîìèþ ìåòàëëà â ñòðîèòåëüñòâå è ìàøèíîñòðîåíèè è îáåñïå÷èâàþò ñóùåñòâåííûé íàðîäíîõîçÿéñòâåííûé ýôôåêò. Òåì íå ìåíåå áîëüøàÿ äîëÿ ñîðòîâîãî ïðîêàòà âûïóñêàåòñÿ íà äåéñòâóþùèõ çàâîäàõ â ñûðîì âèäå, ò. å. ñ òàêîé ñòðóêòóðîé è ìåõàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè, êîòîðûå ïîëó÷àþòñÿ ïîñëå ïðîêàòêè ïðè åñòåñòâåííîì îõëàæäåíèè ìåòàëëà íà õîëîäèëüíèêå. Òåðìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ñîðòîâîãî ìåòàëëà ñ ïðîêàòíîãî íàãðåâà ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ïåðñïåêòèâíûõ íàïðàâëåíèé ðàçâèòèÿ ïðîêàòíîãî ïðîèçâîäñòâà. Íà ñîâðåìåííûõ âûñîêîñêîðîñòíûõ ñîðòîâûõ ñòàíàõ òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè ñîñòàâëÿåò 10501100 °Ñ. Ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ äîñòàòî÷íî ðàçâèòà ñîáèðàòåëüíàÿ ðåêðèñòàëëèçàöèÿ, ïîýòîìó îêîí÷àòåëüíàÿ ñòðóêòóðà ìåòàëëà ñîñòîèò èç êðóïíûõ çåðåí, îáëàäàþùèõ íèçêèìè ïðî÷íîñòíûìè ñâîéñòâàìè. Ñ óìåíüøåíèåì òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè áàëë çåðíà óâåëè÷èâàåòñÿ (ðàçìåð çåðíà óìåíüøàåòñÿ), êîëè÷åñòâî ôåððèòà â ñòðóêòóðå óãëåðîäèñòûõ ñòàëåé (òèïà Ñò40) óâåëè÷èâàåòñÿ, ÷òî âåäåò ê ïîâûøåíèþ ïëàñòè÷íîñòè ïî÷òè áåç ñíèæåíèÿ ïðî÷íîñòè ñòàëè. Òåðìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ñîðòîâîãî ìåòàëëà ñ îòäåëüíîãî íàãðåâà ïðèìåíÿåòñÿ ðåäêî, ïîòîìó ÷òî ýòî äîðîãî. Ãîðàçäî âûãîäíåå ïðîâîäèòü åå, èñïîëüçóÿ òåïëî ïðîêàòíîãî íàãðåâà. Äëÿ ìíîãèõ âèäîâ òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè íåîáõîäèìî â ïîòîêå ñòàíà óñòàíàâëèâàòü òåðìè÷åñêèå ïå÷è, êàê, íàïðèìåð, ñäåëàíî íà ÎÀÎ Êèðîâñêèé çàâîä (ÇÀÎ «Ìåòàëëóðãè÷åñêèé çàâîä Ïåòðîñòàëü», ÑàíêòÏåòåðáóðã ðèñ. 14.24). Íàãðåòàÿ â ïå÷è ñ øàãàþùèì ïîäîì êðóïíàÿ çàãîòîâêà ïðîêàòûâàåòñÿ â ïåðâîé êëåòè 530 â òðè ïðîïóñêà â ðåâåðñèâíîì ðåæèìå, à áîëåå ìåëêàÿ â îäèí ïðîïóñê.  îñòàëüíûõ êëåòÿõ ïðîèçâîäèòñÿ ïî îäíîìó ïðîïóñêó. Ïåðåäà÷à ðàñêàòà ìåëêîãî ñå÷åíèÿ ñ ïåðâîé ëèíèè íà âòîðóþ è ñî âòîðîé íà òðåòüþ ïðîèçâîäèòñÿ ñ ïîìîùüþ îáâîäíîãî àïïàðàòà. Áîëåå êðóïíûé ðàñêàò ïåðåäàåòñÿ íà âòîðóþ ëèíèþ ïî øëåïïåðó, à íà òðåòüþ ïî êîñîìó ðîëüãàíãó. Ïîñëå 10-é êëåòè íà ëåòó÷èõ íîæíèöàõ ïðîêàò ìîæíî ðàçðåçàòü ïîïîëàì íà äëèíû, êîòîðûå ðàçìåùàþòñÿ íà õîëîäèëüíèêå. Êðóïíûå ïðîôèëè òàêæå ðàçðåçàþòñÿ íà ìåðíûå äëèíû íà ïèëàõ ãîðÿ÷åé ðåçêè, à ìåëêèå íà íîæíèöàõ õîëîäíîé ðåçêè ïîñëå îõëàæäåíèÿ. Âèäíî, ÷òî íà âûõîäå ïðîêàò ìîæåò ïîäâåðãàòüñÿ îõëàæäåíèþ ïî ðàçëè÷íûì ðåæèìàì â ïå÷àõ, óñòàíîâëåííûõ â ëèíèè ïðîêàòíîãî ñòàíà. Äëÿ ïðîñòûõ ìàðîê ñòàëè ïðèìåíÿåòñÿ îõëàæäåíèå íà õîëîäèëüíèêå ñ åñòåñòâåííîé ñêîðîñòüþ. 329
330 17
15
13
10
36700
11
11900
2
9
3500
7000 4 13 12
7
8
12 5
14 54000
19000
72800
30000
18
5 6 8000
1
19700
3
4 16 19
3500
13680
18300
12000
4800
Ðèñ. 14.24. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ñòàíà 350 ÎÀÎ Ïåòðîñòàëü: 1 çàãðóçî÷íîå óñòðîéñòâî; 2 ïå÷è ñ øàãàþùèì ïîäîì; 3 ðåâåðñèâíàÿ êëåòü 530; 4 ãîðèçîíòàëüíûå êëåòè 480; 5 ãîðèçîíòàëüíûå êëåòè 370; 6 âåðòèêàëüíàÿ êëåòü 370; 7 3-âàëêîâûé 3-êëåòåâîé êàëèáðóþùèé áëîê; 8 ïèëû ãîðÿ÷åé ðåçêè; 9 íîæíèöû õîëîäíîé ðåçêè; 10 òåðìè÷åñêèå ïå÷è ñ øàãàþùèì ïîäîì; 11 ïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 12 øëåïïåðû; 13 õîëîäèëüíèê; 14 ðîëüãàíãè; 15 êàðìàíû; 16 îáâîäíîé àïïàðàò; 17 òîëêàòåëè; 18 ëåòó÷èå íîæíèöû; 19 êîñîé ðîëüãàíã
Áîëåå ñëîæíûå ìàðêè ïðîïóñêàþò ÷åðåç ïå÷è, îñóùåñòâëÿÿ çàìåäëåííîå èëè ðåæèìíîå îõëàæäåíèå ñ ïîëó÷åíèåì ñîîòâåòñòâóþùèõ ñòðóêòóðû è ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ. Ïå÷è ïîçâîëÿþò ïðîâåñòè íîðìàëèçàöèþ, ò. å. âûäåðæêó ïðè òåìïåðàòóðàõ íà÷àëà ðåêðèñòàëëèçàöèè ìåòàëëà è îõëàæäåíèå íà âîçäóõå, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ðàâíîìåðíóþ ìåëêîçåðíèñòóþ ñòðóêòóðó ìåòàëëà. Ïðåäóñìîòðåí ðåæèì ïðîêàòêè èç ïå÷è â ïå÷ü, êîãäà â îäíîé ïå÷è ïðîèñõîäèò íàãðåâ ìåòàëëà ïî îïðåäåëåííîìó ðåæèìó è, ñîîòâåòñòâåííî, âî âòîðîé ïå÷è ïðîèçâîäèòñÿ êîíòðîëèðóåìîå îõëàæäåíèå. Íàêîíåö, òåðìè÷åñêèå ïå÷è ìîãóò âûïîëíÿòü ôóíêöèè îáû÷íîãî ðîëüãàíãà äëÿ òðàíñïîðòèðîâêè ìåòàëëà. Ïî òåõíîëîãè÷åñêîé èíñòðóêöèè ïðåäóñìîòðåíî îêîëî äåñÿòè ðàçëè÷íûõ ðåæèìîâ îõëàæäåíèÿ è òåðìîîáðàáîòêè ïðîêàòà â ïå÷àõ è ìèíóÿ èõ. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ïðåäñòàâëåííûé ñòàí èíòåðåñåí òàêæå òåì, ÷òî â åãî ñîñòàâ âõîäèò 3-âàëêîâûé êàëèáðóþùèé áëîê, î êîòîðîì óïîìèíàëîñü ðàíåå, äëÿ ïðîèçâîäñòâà ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííîãî ïðîêàòà. Áëîê ìîæíî óáèðàòü ñ ëèíèè ïðîêàòà â ñëó÷àå íåíàäîáíîñòè è ïðîèçâîäèòü ïðîêàò îáû÷íîé òî÷íîñòè. Íà ñòàíå èìååòñÿ èãëîôðåçåðíàÿ óñòàíîâêà, íàõîäÿùàÿñÿ âíå îñíîâíîãî ïîòîêà ïðîêàòà. Íà ýòîé óñòàíîâêå ñ ïîìîùüþ æåñòêèõ ìåòàëëè÷åñêèõ ùåòîê èãëîôðåç ñ ïîâåðõíîñòè êðóãëîãî ïðîêàòà ñíèìàåòñÿ îêàëèíà. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ óñòàíîâêè òàêîé æå, êàê è íà áåñöåíòðîâîì øëèôîâàëüíîì ñòàíêå: òðè ôðåçû, âðàùàþùèåñÿ â îäíó ñòîðîíó, ñîçäàþò âðàùåíèå íàõîäÿùåéñÿ ìåæäó íèìè êðóãëîé øòàíãè. Çà ñ÷åò íåêîòîðîãî ïåðåêîñà îñåé èãëîôðåç ñîçäàåòñÿ îñåâàÿ ñèëà, çàòÿãèâàþùàÿ øòàíãó â î÷àã èãëîôðåçåðîâàíèÿ. Æåñòêèå ùåòêè ñïîñîáíû íå òîëüêî ñ÷èùàòü îêàëèíó, íî è çàòðàãèâàòü òîíêèé ñëîé îñíîâíîãî ìåòàëëà, ïîýòîìó ïîâåðõíîñòü ïðóòêà ïîñëå èãëîôðåçåðîâàíèÿ èìååò áëåñòÿùèé âèä, õîòÿ êà÷åñòâî åå çíà÷èòåëüíî õóæå ïîëó÷åííîé ïðè ñïëîøíîé îáäèðêå ðåçöîâûìè ãîëîâêàìè èëè øëèôîâàëüíûìè êðóãàìè. Ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííûé ìåòàëë ñ îñâîáîæäåííîé îò îêàëèíû ïîâåðõíîñòüþ ïî êà÷åñòâó ïðèáëèæàåòñÿ ê õîëîäíîêàëèáðîâàííîìó. Íåîáõîäèìî çàìåòèòü, ÷òî â Ðîññèè ìíîãî ñòàðûõ ñîðòîâûõ öåõîâ, êîòîðûå âîîáùå íå ñîäåðæàò òåðìè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ. Î÷åíü ìàëî ñîðòîïðîêàòíûõ öåõîâ, ñíàáæåííûõ òåðìè÷åñêèìè ïå÷àìè, ðàñïîëîæåííûìè â îñíîâíîì ïîòîêå ïðîêàòíîãî ñòàíà. Ãîðàçäî ÷àùå ïðèìåíÿþò óñòàíîâêè äëÿ óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ ïðîêàòà. Ìîæíî âûäåëèòü äâà òèïà óñòàíîâîê óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ äëÿ ïðîâåäåíèÿ òåðìîîáðàáîòêè: ñïðåéåðíûé è âîäÿíîé. Ìíîãèå íåïðåðûâíûå ìåëêîñîðòíûå ñòàíû îáîðóäîâàíû óñòàíîâêîé îõëàæäåíèÿ âîäÿíîãî òèïà (ñì. ðèñ. 14.23). Ñ ïîìîùüþ óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ äîñòèãàåòñÿ óâåëè÷åíèå ïðî÷íîñòè ñòàëåé òèïà 35ÃÑ, 25Ã2Ñ, Ñò5ñï è äð. íà 1020 ÌÏà, ñíèæåíèå ðàçìåðîâ çåðíà äî 67 áàëëîâ, ïîëó÷åíèå ðàâíîìåðíîé ïåðëèòíî-ôåððèòíîé ñòðóêòóðû. Ïðè ýòîì, êàê îòìå÷àëîñü, ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ è ñòåïåíè ïåðåîõëàæäåíèÿ àóñòåíèòà óìåíüøàåòñÿ ðàçìåð ïëàñòèí è ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè â ïåðëèòíûõ çåðíàõ, ÷òî âåäåò ê óëó÷øåíèþ ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ñòàëè. Äëÿ ñîðòîâûõ ïðîôèëåé âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé êà÷åñòâà ÿâëÿåòñÿ ãëóáèíà îáåçóãëåðîæåííîãî ñëîÿ íà ïîâåðõíîñòè. Îíà çàâèñèò îò ìíîãèõ ïàðàìåòðîâ ðàçëèâêè ìåòàëëà, íàãðåâà åãî â ïå÷àõ, ðåæèìîâ ïðîêàòêè. Îäíàêî íà ãëóáèíó åå ìîæíî ïîâëèÿòü â ïðîöåññå îõëàæäåíèÿ ìåòàëëà ïîñëå ïðîêàòêè. Ïðè óñêîðåííîì îõëàæäåíèè ãëóáèíà îáåçóãëåðîæåííîãî ñëîÿ ñíèæàåòñÿ, óìåíüøàåòñÿ 331
òàêæå ñëîé âòîðè÷íîé îêàëèíû, âîçíèêàþùåé ïðè îõëàæäåíèè. Íî îñîáåííî âàæíî, ÷òî â ñîñòàâå îêàëèíû ñíèæàåòñÿ äîëÿ íåðàñòâîðèìîãî â ñåðíîé êèñëîòå îêñèäà Fe3O4 (ìàãíåòèòà), ïîýòîìó îêàëèíà ëåã÷å ñòðàâëèâàåòñÿ â êèñëîòíûõ âàííàõ. Òðåáîâàíèÿ ê ñâîéñòâàì ñîðòîâîãî ïðîêàòà âåñüìà ðàçíîîáðàçíû. Âûáîð âèäà òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè çàâèñèò îò ïðîôèëåðàçìåðà, ìàðêè ñòàëè, òðåáîâàíèé ê ïðîêàòó è ïð. Âèäèìî, íåâîçìîæíî ïðîàíàëèçèðîâàòü ìíîãîîáðàçèå ñðåäñòâ è òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåæèìîâ, ïðèìåíÿåìûõ äëÿ òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè ñîðòîâîãî ïðîêàòà. Ïîýòîìó ðàññìîòðèì òîëüêî íåêîòîðûå èç íèõ. 14.8.1. Òåðìîóïðî÷íåíèå àðìàòóðíîé ñòàëè Àðìàòóðíàÿ ñòàëü âûïóñêàåòñÿ â âèäå ïðóòêîâ äèàìåòðîì îò 6 äî 80 ìì, äëèíîé 612 ì. Ïî ÃÎÑÒ 578175 è 1088471 àðìàòóðíóþ ñòàëü ðàçäåëÿþò íà ñåìü êëàññîâ: À ïîñòàâêà â ãîðÿ÷åêàòàíîì ñîñòîÿíèè áåç òåðìîîáðàáîòêè, Àò òî æå â òåðìîîáðàáîòàííîì ñîñòîÿíèè, À-1 êðóãëàÿ ãëàäêàÿ ñòàëü, ìàðêè À-IIA-VII ñîîòâåòñòâóþò àðìàòóðå â âèäå ïåðèîäè÷åñêîãî ïðîôèëÿ. Äëÿ íåíàïðÿãàåìûõ êîíñòðóêöèé ïðèìåíÿþòñÿ óãëåðîäèñòûå è íèçêîëåãèðîâàííûå àðìàòóðíûå ñòàëè, èç êîòîðûõ ïðîèçâîäèòñÿ àðìàòóðà êëàññà À-1, À-II, À-III è Àò-III. Êëàññû À-IV, À-V è Àò-IV, Àò-V, Àò-VI è Àò-VII ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ íàïðÿãàåìûõ êîíñòðóêöèé è èçãîòîâëÿþòñÿ èç ñòàëåé ìàðîê 20ÃÑ, 25ÃÑ, 35ÃÑ, 08Ã2Ñ è äð. Îñíîâíàÿ êîíöåïöèÿ ïðè èçãîòîâëåíèè àðìàòóðíîé ñòàëè çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òîáû çà ñ÷åò ýêîíîìíîãî ëåãèðîâàíèÿ è òåðìîîáðàáîòêè óâåëè÷èòü ïðî÷íîñòü ñòàëè â äâà-òðè ðàçà ïî ñðàâíåíèþ ñî ñòàëüþ êëàññà À. Àðìàòóðíàÿ ñòàëü âûïóñêàåòñÿ â âèäå ñòåðæíåé (òàáë. 14.3). Òàáëèöà 14.3 Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà àðìàòóðíûõ ñòåðæíåé (íå ìåíåå)
Êëàññ àðìàòóðû ÒåðìîÃîðÿ÷åóïðî÷êàòàíàÿ íåííàÿ À-I
–
À-II
–
À-III
Àò-III
À-IV
Àò-IV
À-V
Àò-V
–
Àò-VI
–
Àò-VI
332
Ìàðêè ñòàëè ÒåðìîÃîðÿ÷åóïðî÷êàòàíàÿ íåííàÿ Cò3, – Ñò3Ãïñ Ñò5, – 18Ã2Ñ 35ÃÑ, Ñò5ïñ, 25Ã2Ñ Ñò5ñï 20ÃÑ, 20ÕÃ2Ñ 08Ã2Ñ 20ÃÑ, 23Õ2Ã2 35ÃÑ, 20ÃÑ2 20ÃÑ, – 35ÃÑ, 20ÃÑ2 – –
σ02, ÌÏà
σâ, ÌÏà ÒåðìîÃîðÿ÷åóïðî÷êàòàíàÿ íåííàÿ
δ, % ÒåðìîÃîðÿ÷åóïðî÷êàòàíàÿ íåííàÿ
240
380
–
25
–
300
500
–
19
–
400
600
600
14
14
600
900
900
6
8
800
1050
1000
7
7
1000
–
1200
–
6
1200
–
1400
–
5
Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ÷àñòü àðìàòóðíîé ñòàëè òåðìè÷åñêè îáðàáàòûâàåòñÿ íå â ïðîêàòíîì öåõå, à ó ïîòðåáèòåëÿ, ò. å. íà çàâîäàõ æåëåçîáåòîííûõ èçäåëèé.  ýòîì ñëó÷àå ïðóòêè òåðìè÷åñêè îáðàáàòûâàþòñÿ íà óñòàíîâêå ýëåêòðîòåðìè÷åñêîãî óïðî÷íåíèÿ (ÝÒÓ), ñîñòîÿùåé èç íàãðåâàòåëüíîãî, çàêàëî÷íîãî è îòïóñêíîãî óñòðîéñòâ. Ýëåêòðîòåðìè÷åñêîå óïðî÷íåíèå ïîçâîëÿåò, íàïðèìåð, àðìàòóðó êëàññà À-II èç ñòàëè Ñò5 ïåðåâåñòè â êëàññ Àò-IV, à èç ïðóòêîâ èç ñòàëè 35ÃÑ êëàññà À-III ïîëó÷èòü àðìàòóðíóþ ñòàëü êëàññîâ Àò-V è Àò-VI. Íàãðåâ ïðóòêîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ýëåêòðîêîíòàêòíûì ñïîñîáîì äëÿ Ñò5 äî òåìïåðàòóðû 920950 °Ñ, äëÿ ñòàëè 35ÃÑ äî 880920 °Ñ. Ïîñëå çàêàëêè â âîäó ïðóòêè ïîäâåðãàþòñÿ îòïóñêó ïðè òåìïåðàòóðàõ, ñîîòâåòñòâåííî, 350400 °Ñ (Ñò5) è 360 450 °Ñ (35ÃÑ). Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ðàçíîâèäíîñòåé ïðîöåññîâ òåðìîóïðî÷íåíèÿ àðìàòóðíîé ñòàëè ñ îòäåëüíîãî íàãðåâà. Ïðàêòè÷åñêè âñå îíè îòëè÷àþòñÿ òîëüêî ñïîñîáàìè íàãðåâà ìåòàëëà ïîä çàêàëêó. Èìåþòñÿ óñòàíîâêè ïå÷íîãî, èíäóêöèîííîãî è äðóãèõ âèäîâ íàãðåâà. Íî âñåì óñòàíîâêàì îòäåëüíîãî íàãðåâà ïðèñóùè îáùèå íåäîñòàòêè, ñâÿçàííûå ñ íèçêîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ, âûñîêîé ñòîèìîñòüþ îïåðàöèé, âûñîêèìè ýíåðãåòè÷åñêèìè è òðóäîâûìè çàòðàòàìè. Ïî ýêîíîìè÷åñêèì ïîêàçàòåëÿì òåðìîóïðî÷íåíèå ñ îòäåëüíîãî íàãðåâà íå èäåò íè â êàêîå ñðàâíåíèå ñ òåðìîóïðî÷íåíèåì ñ ïðîêàòíîãî íàãðåâà. Îñíîâíàÿ äîëÿ âûñîêîïðî÷íîé àðìàòóðíîé ñòàëè (σâ > 900 ÌÏà), èñïîëüçóåìîé â ïðåäâàðèòåëüíî íàïðÿæåííûõ æåëåçîáåòîííûõ êîíñòðóêöèÿõ, ïðîèçâîäèòñÿ ïî äâóì òåõíîëîãèÿì: ëèáî ïóòåì òåðìè÷åñêîãî óïðî÷íåíèÿ ìåòàëëà ñ ïðîêàòíîãî íàãðåâà ñ ïðèìåíåíèåì ïðåðûâèñòîãî îõëàæäåíèÿ ñ ñàìîîòïóñêîì, ëèáî ãîðÿ÷åé ïðîêàòêîé íèçêîëåãèðîâàííîãî ìåòàëëà ñ ïîâûøåííûì ñîäåðæàíèåì õðîìà è ìàðãàíöà ñ ïîñëåäóþùåé åãî òåðìîîáðàáîòêîé â âèäå ðåæèìíîãî îõëàæäåíèÿ ïîñëå ïðîêàòêè. Âïåðâûå òåðìè÷åñêîå óïðî÷íåíèå àðìàòóðíîé ñòàëè ñ ïðîêàòíîãî íàãðåâà áûëî îñóùåñòâëåíî íà ñðåäíåñîðòíîì ñòàíå 350-2 Ìàêååâñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî êîìáèíàòà. Íà íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ, îñîáåííî ìåëêîñîðòíûõ, îíî ïîëó÷èëî øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå áëàãîäàðÿ ïðîñòîòå è êîìïàêòíîñòè îõëàæäàþùåãî óñòðîéñòâà. Êàæäàÿ ëèíèÿ äâóõíèòî÷íîãî ìåëêîñîðòíîãî ñòàíà îáîðóäîâàíà êàìåðîé ïðåäâàðèòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ ïðîêàòà, â êîòîðóþ ïîäàåòñÿ âîäîâîçäóøíàÿ ñìåñü ïîä äàâëåíèåì äî 22 ÌÍ/ì2. Çà íåé óñòàíîâëåíû 14 ñåêöèé òðóá ñ ÷åðåäóþùèìñÿ ïðÿìî- è ïðîòèâîòî÷íûì äâèæåíèåì âîäîâîçäóøíîé ñìåñè. Çà ñ÷åò âûñîêîé ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ îáåñïå÷èâàåòñÿ ïî âñåìó ñå÷åíèþ àðìàòóðû óñòîé÷èâàÿ ñòðóêòóðà ìàðòåíñèòà. Ïðè îõëàæäåíèè ñòàëåé Ñò5 è 35ÃÑ îò òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè 10401080 °Ñ äî òåìïåðàòóðû çàêàëêè 250400 °Ñ òîëüêî íà ìàëûõ äèàìåòðàõ (äî 14 ìì) ìàðòåíñèò çàíèìàåò âñå ñå÷åíèå ïðîêàòà. Ïðóòêè òàêîãî äèàìåòðà ïî äàííîé òåõíîëîãèè èìåþò êëàññ Àò-IVÀò-VI. Íà áîëåå êðóïíûõ ïðóòêàõ â ñðåäíèõ ñëîÿõ ìîæåò áûòü ñòðóêòóðà áåéíèòà, ñîðáèòà èëè äàæå ïåðëèòà ñ èçáûòî÷íûì ôåððèòîì. Äëÿ ïðóòêîâ äèàìåòðîì 1820 ìì, ÷òîáû äîñòèãíóòü òîãî æå êëàññà, ïðîêàò ïîñëå ïîñëåäíåé êëåòè ñòàíà îõëàæäàåòñÿ ñíà÷àëà â êàìåðå ïðåäâàðèòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ äî òåìïåðàòóðû 800850 °Ñ, à çàòåì â ñåêöèè âîäîâîçäóøíîãî îõëàæäåíèÿ. Äëÿ áîëåå êðóïíûõ äèàìåòðîâ (2022 ìì) òðóäíîñòè ñâÿçàíû íå òîëüêî ñ íåäîñòàòî÷íîé ïðîêàëèâàåìîñòüþ ñåðäöåâèíû, íî è ñ íåðàâíîìåðíîñòüþ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïî äëèíå. Äëÿ ïîâûøåíèÿ ñâîéñòâ àðìàòóðû 333
â òàêèõ ñå÷åíèÿõ íåîáõîäèìî ïðèìåíÿòü ìèêðîëåãèðîâàíèå ñòàëè ýëåìåíòàìè V, Ti è  ïðè èíòåíñèôèêàöèè ïðîöåññà îõëàæäåíèÿ ìåòàëëà. Ñòàëü 09Ã2Ñ ñ äîáàâêîé 0,005 %  â ïðóòêàõ äèàìåòðîì 2022 ìì îáåñïå÷èâàåò òðåáîâàíèÿ êëàññà Àò-VI. Îáû÷íî ïðèìåíÿåìûå äëÿ òåðìîóïðî÷íåíèÿ ñòàëè ìàðîê 08Ã2Ñ, 09Ã2Ñ, 17ÃÑ, 17Ã1Ñ, à òàêæå óïîìÿíóòûå ðàíåå ìàðêè èìåþò òîò íåäîñòàòîê, ÷òî ïðè ñâàðêå â ìåñòå ñâàðíîãî øâà òåðÿþò ïðî÷íîñòü íà 1517 %. Äëÿ îñîáî îòâåòñòâåííûõ êîíñòðóêöèé ðàçðàáîòàíû íîâûå ìàðêè ñòàëè, íå ðàçóïðî÷íÿþùèåñÿ ïðè ñâàðêå, òàêèå êàê 10ÕÃÑ2 (êëàññ Àò-IV), 20ÕÃÑ2, 23Õ2Ã2Ò (êëàññ Àò-V) è äð. Âàæíûì ðåçåðâîì óïðî÷íåíèÿ àðìàòóðíîé ñòàëè ñ ïðîêàòíîãî íàãðåâà ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèÿ ýôôåêòà ÂÒÌÎ. Êàê îòìå÷àëîñü, äåôîðìàöèÿ àóñòåíèòà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ñ ïîñëåäóþùåé óïðî÷íÿþùåé òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêîé îáåñïå÷èâàåò íàèâûñøèå ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà ñòàëè ïðè âûñîêîé åå ïëàñòè÷íîñòè. Íà âûñîêîñêîðîñòíîì ïðîêàòíîì ñòàíå òðóäíîñòè òå æå, ÷òî è íà ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ: íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü äîñòàòî÷íî íèçêóþ òåìïåðàòóðó è âûñîêóþ ñòåïåíü äåôîðìàöèè â ÷èñòîâûõ êëåòÿõ, îõëàæäåíèå ïðîêàòà ïî çàäàííîìó ðåæèìó â ÷èñòîâûõ êëåòÿõ è èíòåíñèâíîå åãî îõëàæäåíèå ïîñëå ïðîêàòêè. Íà ñîâðåìåííûõ ñòàíàõ îáîðóäîâàíèÿ äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ òàêèõ ðåæèìîâ íåò.  Ðîññèè îíî íàõîäèòñÿ â ñòàäèè ðàçðàáîòêè. Íà íîâûõ çàðóáåæíûõ ìåëêîñîðòíûõ è ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ òàêèå âîçìîæíîñòè óæå ïðåäóñìîòðåíû. 14.8.2. Òåðìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ôàñîííûõ ïðîôèëåé ïðîêàòà Ìû áóäåì ðàññìàòðèâàòü òîëüêî ãðóïïó ñòðîèòåëüíûõ ôàñîííûõ ïðîôèëåé óãîëêè, øâåëëåðû, áàëêè òàâðîâûå è äâóòàâðîâûå è äð. Çàìåíà îáû÷íûõ ãîðÿ÷åêàòàíûõ ïðîôèëåé íà òåðìîîáðàáîòàííûå ïîñëå èëè â ïðîöåññå ïðîêàòêè ïîçâîëÿåò ñýêîíîìèòü â ñòðîèòåëüíûõ êîíñòðóêöèÿõ äî 20 % ìåòàëëà. Ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè ðàçðàáîòàíî íåñêîëüêî òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ òåðìè÷åñêîãî óïðî÷íåíèÿ ôàñîííûõ ïðîôèëåé. Îíè îòëè÷àþòñÿ â îñíîâíîì ñïîñîáàìè èõ îõëàæäåíèÿ ïîñëå ïðîêàòêè. Ðàñïðîñòðàíåíû òàêèå âèäû îõëàæäåíèÿ: ôîðñóíî÷íîå, ñïðåéåðíîå, â òóðáóëåíòíîì ïîòîêå âîäû è â çàêàëî÷íîì áàêå. ×àùå âñåãî ïðèìåíÿþò ñïðåéåðíûå óñòàíîâêè, ðàñïûëÿþùèå âîäîâîçäóøíóþ ñìåñü, è ñèñòåìû ñ òóáóëåíòíûìè ïîòîêàìè âîäû â òðóáàõ. Ñïðåéåðíûå óñòàíîâêè èíòåðåñíû òåì, ÷òî ïîçâîëÿþò ÷àñòè÷íî âûïðàâëÿòü ñëîæíûå ôàñîííûå ïðîôèëè ïî êðèâèçíå. Íàïðèìåð, íà Êîììóíàðñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì çàâîäå íà êðóïíîñîðòíîì ñòàíå 600 ðàçðàáîòàíà òåõíîëîãèÿ ñïðåéåðíîãî òåðìè÷åñêîãî óïðî÷íåíèÿ øâåëëåðà ¹ 1620 ñ ðåãóëèðóåìûì óðîâíåì êîðîáëåíèÿ â ïðåäåëàõ 2090 ìì íà äëèíå 67 ì. Ïîñêîëüêó âñå ôàñîííûå ïðîôèëè ïîñëå òåðìîóïðî÷íåíèÿ ïîäâåðãàþòñÿ ïðàâêå íà ïðàâèëüíûõ ìàøèíàõ, òî áîëåå ïîëíîãî èñïðàâëåíèÿ êðèâèçíû íà ñïðåéåðå íå äîáèâàþòñÿ. Çàêàëêà â ñïðåéåðíîé óñòàíîâêå ðåçêî ïîâûøàåò ïðî÷íîñòíûå è ñíèæàåò ïëàñòè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà. Íèçêîëåãèðîâàííûå ñòàëè ïîñëå çàêàëêè ïîâûøàþò ïðåäåë òåêó÷åñòè äî 8001000 ÌÏà, íèçêîóãëåðîäèñòûå ñòàëè îáûêíîâåííîãî êà÷åñòâà äî 7001100 ÌÏà ïðè ñîîòâåòñòâóþùåì ñíèæåíèè îòíîñèòåëüíîãî óäëèíåíèÿ äî δ = 510 %. Âñå ñòàëè ïðè ýòîì èìåþò ñòðóêòóðó ìàðòåíñèòà. 334
Äëÿ óâåëè÷åíèÿ ïëàñòè÷åñêèõ ñâîéñòâ îáû÷íî ïîñëå çàêàëêè ïðîôèëè ïîäâåðãàþòñÿ îòïóñêó ïðè òåìïåðàòóðå îò 450 äî 650 °Ñ â çàâèñèìîñòè îò ìàðêè ñòàëè è òèïà ïðîôèëÿ. Ïîëó÷àåòñÿ îäíîðîäíàÿ ñòðóêòóðà ñîðáèòà ïî âñåìó ñå÷åíèþ ïðîôèëÿ. Òàê, îòïóñê øâåëëåðà ¹ 20 èç Ñò3 ãàðàíòèðóåò ñëåäóþùèå ñâîéñòâà: σò > 400 ÌÏà, δ = 18 %, óäàðíàÿ âÿçêîñòü ïðè òåìïåðàòóðå 70 °Ñ íå ìåíåå 0,9 ÌÄæ/ì2. Óëó÷øåíèå ñòàëè 09Ã2 ïðè òåìïåðàòóðå 500550 °Ñ îáåñïå÷èâàåò ïðåäåë òåêó÷åñòè σò = 560650 ÌÏà ïðè îòíîñèòåëüíîì óäëèíåíèè íå ìåíåå δ = 17 % è óäàðíîé âÿçêîñòè ïðè òåìïåðàòóðå 70 °Ñ íå ìåíåå 1,11,2 ÌÄæ/ì2. Ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå íà òî, ÷òî ïðè òåðìîóïðî÷íåíèè ñíèæàåòñÿ óðîâåíü êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû õðóïêîñòè äî 70...
90 °Ñ, à òàêæå ïîâûøàåòñÿ óñòàëîñòíàÿ ïðî÷íîñòü ñòàëè, óìåíüøàåòñÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê êîíöåíòðàòîðàì íàïðÿæåíèé òèïà íàäðåçîâ. Âñå ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î âûñîêîé ýôôåêòèâíîñòè óëó÷øåíèÿ (çàêàëêè ñ îòïóñêîì) ïðèìåíèòåëüíî ê ñòðîèòåëüíûì ôàñîííûì ïðîôèëÿì. Ñïðåéåðíûå óñòàíîâêè îáëàäàþò ëèøü îäíèì íåäîñòàòêîì: èç-çà ìàëûõ ïðîõîäíûõ îòâåðñòèé ñïðåéåðíûå ãîëîâêè áûñòðî çàñîðÿþòñÿ è òðåáóþò ïîñòîÿííîãî óõîäà. Óñòàíîâêè äëÿ òåðìîóïðî÷íåíèÿ â òóðáóëåíòíîì âîäÿíîì ïîòîêå ëèøåíû ýòîãî íåäîñòàòêà. Îíè íàèáîëåå ïðîñòû ïî êîíñòðóêöèè, çàíèìàþò ìåíüøå ìåñòà è ïîçâîëÿþò ïðîâîäèòü ïðîöåññ îõëàæäåíèÿ ïðè çàêàëêå ñ áîëüøîé èíòåíñèâíîñòüþ. Äîñòèãàþòñÿ ðàâíîìåðíûå ïî äëèíå è äëÿ ìíîãèõ ìàðîê ñòàëè ïðåäåëüíûå ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè. Ðàáîòû È×Ì, Äíåïðîïåòðîâñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî èíñòèòóòà, à òàêæå îïûò Íèæíå-Òàãèëüêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî êîìáèíàòà äîêàçûâàþò âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü è íàäåæíîñòü ýòîãî ñïîñîáà çàêàëêè. Íàïðèìåð, äëÿ øâåëëåðà ¹ 30 èç Ñò3êï äîñòèãàåòñÿ ïðåäåëüíûé óðîâåíü ñâîéñòâ: σò = 9901000 ÌÏà, σâ = 1100 ÌÏà, δ = 67 %, ψ = 17 %. Ïîñëå îòïóñêà ïðè òåìïåðàòóðå 650 °Ñ ñâîéñòâà ñòàíîâÿòñÿ íàèáîëåå áëàãîïðèÿòíûìè äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ñòðîèòåëüíûõ êîíñòðóêöèÿõ: σò = 420 ÌÏà, σâ = 570 ÌÏà, δ = 28 %, ψ = 73 %. Ïðè óëó÷øåíèè äâóòàâðîâîé áàëêè ¹ 55 èç ñòàëè 09Ã2Ä ïîëó÷åíû ñëåäóþùèå ñâîéñòâà: σò = 560 ÌÏà, δ = 23 %, ψ = 73 %. Òàêèå ñâîéñòâà îïòèìàëüíû â âàãîíîñòðîåíèè. Èññëåäîâàíèÿ è îïûò çàâîäà Àçîâñòàëü ïîêàçûâàþò, ÷òî îïòèìàëüíûé êîìïëåêñ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîñëå òåðìîóïðî÷íåíèÿ ìîæåò áûòü äîñòèãíóò òàêæå çà ñ÷åò óëó÷øåíèÿ õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñòàëè. Áûëî ïîêàçàíî, ÷òî íà ôàñîííûõ ñòðîèòåëüíûõ ïðîôèëÿõ èç ñòàëåé ñî ñëåäóþùèì õèìè÷åñêèì ñîñòàâîì: 0,150,20 % Ñ; 1,01,6 % Mn, 0,40,7 % Si ìîæíî îæèäàòü òàêèå ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà: σò = 10001200 ÌÏà, δ = 1012 %, à+20 = 0,71,0 ÌÄæ/ì2. 14.8.3. Òåðìîîáðàáîòêà ñîðòîâîãî ìåòàëëà äëÿ õîëîäíîé âûñàäêè Äëÿ èçäåëèé, èçãîòîâëÿåìûõ ìåòîäîì õîëîäíîé âûñàäêè, ïðèìåíÿåòñÿ êà÷åñòâåííàÿ óãëåðîäèñòàÿ è ëåãèðîâàííàÿ ñîðòîâàÿ è êàëèáðîâàííàÿ ñòàëü. Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ, ìåõàíè÷åñêèå è òåõíîëîãè÷åñêèå ñâîéñòâà èõ ðåãëàìåíòèðóþòñÿ ÃÎÑÒ 1070278. Äëÿ òàêèõ ñòàëåé õàðàêòåðåí âûñîêèé è æåñòêèé óðîâåíü òðåáîâàíèé: ïîëíîå îòñóòñòâèå íà ïîâåðõíîñòè äàæå ìåëêèõ òðåùèí, ïëåí, èíîðîäíûõ âêëþ÷åíèé, çàãðÿçíåíèé è ïð.; 335
ìèíèìàëüíîå êîëè÷åñòâî â îáúåìå íåìåòàëëè÷åñêèõ âêëþ÷åíèé è âûñîêàÿ èõ äèñïåðñíîñòü; îäíîðîäíàÿ è ìåëêîçåðíèñòàÿ ñòðóêòóðà ìåòàëëà ñ áàëëîì çåðíà íå íèæå 5. Ïåðâûå äâà òðåáîâàíèÿ îáåñïå÷èâàþòñÿ ïðè âûïëàâêå è ïðîêàòêå, à òðåòüå ïðè òåðìîîáðàáîòêå ìåòàëëà. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ïî ÷èñòîòå ìåòàëëà çàêëàäûâàþòñÿ â ñòàëåïëàâèëüíîì ïðîèçâîäñòâå. Ãëàâíîé ïðåäïîñûëêîé ÿâëÿåòñÿ ñîáëþäåíèå óçêèõ ïðåäåëîâ ñîäåðæàíèÿ êàê îñíîâíûõ ýëåìåíòîâ (Ñ, Mn, Si, S, P), òàê è ïðèìåñåé. Ïðè ïðîèçâîäñòâå ñòàëè äëÿ âûñàäêè è âûòÿæêè íà ìíîãèõ çàâîäàõ îáÿçàòåëüíàÿ òåõíîëîãè÷åñêàÿ îïåðàöèÿ âíåïå÷íàÿ îáðàáîòêà ìåòàëëà â êîâøå àðãîíîì. Èíòåíñèâíîå ïåðåìåøèâàíèå ðàñïëàâà àðãîíîì âåäåò ê óâåëè÷åíèþ êîíòàêòà ìåòàëëà ñî øëàêîì è çíà÷èòåëüíîìó óäàëåíèþ èç íåãî ñåðû, íåìåòàëëè÷åñêèõ âêëþ÷åíèé è ãàçîâ (O2, H2 è N2). Ïðè ýòîì óìåíüøàåòñÿ õèìè÷åñêàÿ íåîäíîðîäíîñòü ñòàëè. Ïðè ðàçëèâêå ñòàëè âîêðóã ñòðóè ñîçäàåòñÿ çàùèòíàÿ àòìîñôåðà èç íåéòðàëüíûõ ãàçîâ, ïðåäîòâðàùàþùàÿ îêèñëåíèå è ãàçîíàñûùåíèå ìåòàëëà. Îòëèâêà ñëèòêîâ âåäåòñÿ ñèôîííûì ñïîñîáîì. Öåëü òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè ñòàëè äëÿ õîëîäíîé âûñàäêè çàêëþ÷àåòñÿ íå â ïîâûøåíèè ïðî÷íîñòíûõ ñâîéñòâ, à â ïîëó÷åíèè ìåëêîãî çåðíà ñ ìåëêîäèñïåðñíûì ïåðëèòîì. Ýòà îïåðàöèÿ äîëæíà ïðîâîäèòüñÿ â òåõíîëîãè÷åñêîì ïîòîêå ïðîêàòíîãî ñòàíà. Òåðìîîáðàáîòêó ñòàëè, ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ õîëîäíîé âûñàäêè, îñóùåñòâëÿþò ïî òåõíîëîãèè óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ, ïîäîáíîé òîé, êîòîðàÿ ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ òåðìîîáðàáîòêè àðìàòóðíîé ñòàëè, ò. å. ñíà÷àëà îõëàæäàþò ìåòàëë ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ, à çàòåì ñ çàìåäëåíèåì. Îäíàêî èíòåíñèâíîå îõëàæäåíèå ïðåêðàùàþò ïðè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ, ÷åì äëÿ àðìàòóðû.  ïîòîêå ìåëêîñîðòíîãî ñòàíà äëÿ ñòàëåé ïîä õîëîäíóþ âûñàäêó î÷åíü ïåðñïåêòèâíû ðåæèìû êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè, çàäà÷à êîòîðîé ñâîäèòñÿ ê èíòåíñèâíîìó èçìåëü÷åíèþ çåðíà. Èñïîëüçóþò âåñü íàáîð ìåõàíèçìîâ, ñïîñîáñòâóþùèõ ðåøåíèþ ýòîé çàäà÷è: óìåíüøåíèå âåëè÷èíû èñõîäíîãî àóñòåíèòà ïóòåì ñíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû íàãðåâà ïîä ïðîêàòêó; çàìåäëåíèå ïðîöåññîâ ðåêðèñòàëëèçàöèè çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû äåôîðìàöèè; âûäåëåíèå ÷àñòèö êàðáîíèòðèäîâ âàíàäèÿ è íèîáèÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ äåôîðìàöèè; äëÿ ýòîãî íèçêîëåãèðîâàííûå ñòàëè òèïà 09Ã2Ñ, 10ÕÑÍÄ è äð. ìèêðîëåãèðóþò óêàçàííûìè ýëåìåíòàìè â ñîòûõ è òûñÿ÷íûõ äîëÿõ ïðîöåíòà; ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû ïðîöåññà γ → α-ïðåâðàùåíèÿ çà ñ÷åò èíòåíñèâíîé äåôîðìàöèè ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ è ëåãèðîâàíèÿ ñòàëè ýëåìåíòàìè, ïîâûøàþùèìè óñòîé÷èâîñòü àóñòåíèòà, íàïðèìåð ìàðãàíöåì; ïîâûøåíèå ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ â ïðîöåññå γ → α-ïðåâðàùåíèÿ è â îáëàñòè ìåæêðèòè÷åñêèõ òåìïåðàòóð ïîñëå äåôîðìàöèè. Ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè è óâåëè÷åíèå ñòåïåíè äåôîðìàöèè ïðè ïîíèæåííûõ òåìïåðàòóðàõ íàðÿäó ñ èçìåëü÷åíèåì çåðíà ïðèâîäèò ê ïîâûøåíèþ îáúåìíîé äîëè ñòðóêòóðíî-ñâîáîäíîãî ôåððèòà. Ýòî òàêæå ñïîñîáñòâóåò ïîâûøåíèþ êàê ïðî÷íîñòíûõ, òàê è ïëàñòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ñòàëè. Ïðîìûøëåííûå ýêñïåðèìåíòû ïî êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêå ñòàëåé äëÿ õîëîäíîé âûñàäêè ïðîâîäèëèñü íà ñòàíå 350 ×åðÌÊ. Îíè ïîêàçàëè, ÷òî ïîñëå 336
òàêîé ïðîêàòêè ìíîãèå ñòàëè ìîæíî íå ïîäâåðãàòü îòæèãó. Îäíàêî øèðîêîãî âíåäðåíèÿ êîíòðîëèðóåìàÿ ïðîêàòêà íå ïîëó÷èëà, òàê êàê ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ íàãðóçêà íà îáîðóäîâàíèå ðåçêî âîçðàñòàåò. 14.9. Îòäåëêà ñîðòîâîãî ïðîêàòà Ïîñëå ïðîêàòêè è òåðìîîáðàáîòêè ñîðòîâîé ìåòàëë ïîäâåðãàåòñÿ ðàçëè÷íûì îòäåëî÷íûì îïåðàöèÿì; èõ ìîæíî ðàçáèòü íà äâå ãðóïïû. Ê ïåðâîé îòíîñÿòñÿ îïåðàöèè îáíàðóæåíèÿ è óäàëåíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ, à òàêæå îïåðàöèè ñíÿòèÿ îêàëèíû ñ ïîâåðõíîñòè, íàíåñåíèÿ çàùèòíûõ è àíòèêîððîçèîííûõ ïîêðûòèé. Âòîðóþ ãðóïïó ñîñòàâëÿþò îïåðàöèè, ñâÿçàííûå ñ ôîðìèðîâàíèåì è óëó÷øåíèåì ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðîêàòà: ïðàâêà, ðåçêà íà ìåðíûå äëèíû, ôîðìèðîâàíèå ôàñîê è ò. ï. Èçó÷àÿ ïðîèçâîäñòâî çàãîòîâêè, ìû ðàññìàòðèâàëè íàèáîëåå ÷àñòî âñòðå÷àþùèåñÿ âèäû äåôåêòîâ íà ïðîêàòûâàåìîì ìåòàëëå, à òàêæå ìåòîäû îáíàðóæåíèÿ è óñòðàíåíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ. Íà ãîòîâîì ïðîêàòå äåôåêòû òå æå, ÷òî è íà çàãîòîâêå. Ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî êàæäûé äåôåêò, íå îáíàðóæåííûé íà çàãîòîâêå, íà ïîâåðõíîñòè ñîðòîâîãî ïðîêàòà îáÿçàòåëüíî ñîõðàíÿåòñÿ. Äåôåêòû óäëèíÿþòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî âûòÿæêå ìåòàëëà.  ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè îíè, êàê ïðàâèëî, ðàñêðûâàþòñÿ, òàê êàê ïðè ïðîêàòêå ïî ìíîãèì òåõíîëîãè÷åñêèì ñõåìàì íà êðîìêàõ ðàñêàòà äåéñòâóþò ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ. Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî çà÷èñòêó ìåòàëëà îò ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ íåîáõîäèìî ïðîâîäèòü ïîñëå ïðîêàòêè íà áëþìèíãå è çàãîòîâî÷íîì ñòàíå. Ïî ëèòåðàòóðíûì äàííûì ñòîèìîñòü çà÷èñòêè ãîòîâîãî ñîðòîâîãî ìåòàëëà îáõîäèòñÿ â òðè ðàçà äîðîæå, ÷åì íà ñëèòêå, è â äâà ðàçà äîðîæå, ÷åì íà çàãîòîâêå. Íà âñåõ çàâîäàõ ñòðåìÿòñÿ îáåñïå÷èòü âûñîêîå êà÷åñòâî èñõîäíîãî ìåòàëëà è ïåðåíîñÿò çà÷èñòíûå îïåðàöèè íà ðàííèå ñòàäèè îáðàáîòêè ìåòàëëà. Äåôåêòû ãîòîâîãî ïðîêàòà ìîãóò áûòü ðàçäåëåíû íà òðè îñíîâíûå ãðóïïû: âèäèìûå, íåâèäèìûå è ðàçìåðíûå. Ê âèäèìûì îòíîñÿòñÿ êàê îáíàðóæèâàåìûå íåâîîðóæåííûì ãëàçîì, òàê è òå, êîòîðûå âûÿâëÿþòñÿ ñ ïîìîùüþ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðèáîðîâ. Ïðèìåðû âìÿòèíû, òðåùèíû, ðâàíèíû, êðóïíûå âíóòðåííèå ïîëîñòè. Ïðè àíàëèçå ïðîèçâîäñòâà çàãîòîâêè ìû ðàññìàòðèâàëè îñíîâíûå ìåòîäû îáíàðóæåíèÿ âèäèìûõ (ïîâåðõíîñòíûõ è âíóòðåííèõ) äåôåêòîâ. Äëÿ ñîðòîïðîêàòíîé ïðîäóêöèè îíè òå æå ñàìûå. Ê íåâèäèìûì äåôåêòàì îòíîñÿòñÿ òàêèå, êîòîðûå ìîãóò áûòü îáíàðóæåíû òîëüêî â óñëîâèÿõ ëàáîðàòîðèè, íàïðèìåð ìåëêèå çàêàòû, âîëîñîâèíû, ôëîêåíû è äð. Ðàçìåðíûå äåôåêòû íàõîäÿò ïóòåì ïðîñòîãî îáìåðà ïðîêàòà ñ ïîìîùüþ ìåðèòåëüíîãî èíñòðóìåíòà èëè øàáëîíîâ. Äëÿ ïðîñòûõ ïðîôèëåé (êðóã, êâàäðàò, ïîëîñà, øåñòèãðàííèê) øàáëîí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äâîéíóþ ñêîáó, ïåðâàÿ èç êîòîðûõ ñîîòâåòñòâóåò ìèíóñîâîìó, à âòîðàÿ ïëþñîâîìó äîïóñêó íà ðàçìåð ïî ÃÎÑÒó. Ìîæíî îöåíèòü ñîîòâåòñòâèå ðàçìåðîâ ÃÎÑÒó, à òàêæå îâàëüíîñòü, ìåñòíûå èñêàæåíèÿ è ò. ï. Äëÿ ñëîæíûõ ïðîôèëåé (íàïðèìåð, äëÿ øâåëëåðà) øàáëîíîì ÿâëÿåòñÿ âûðåçàííûé èç òîíêîãî ëèñòà êîíòóð ÷àñòè ïðîôèëÿ. Íàëîæèâ øàáëîí íà ïðîêàò, ìîæíî íà ïðîñâåò îöåíèòü ñòåïåíü òî÷íîñòè âûïîëíåíèÿ ïðîôèëÿ. Ãëàç ÷åëîâåêà íà ïðîñâåò óëàâëèâàåò çàçîð â 0,1 ìì. 337
Êîíòðîëü êà÷åñòâà ãîòîâîé ïðîäóêöèè ïî÷òè íà âñåõ ñîðòîïðîêàòíûõ çàâîäàõ îñóùåñòâëÿåòñÿ îñìîòðîì è îáìåðîì ïðîá, îòáèðàåìûõ â ïðîöåññå ïðîêàòêè îò ïðîêàòûâàåìûõ ïîëîñ.  ïåðèîä íàñòðîéêè ñòàíà ïðîáû îòáèðàþò îò êàæäîé ïîëîñû, ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå ïåðèîäè÷íîñòü îòáîðà ïðîá ñîñòàâëÿåò îò 5 äî 15 ìèí ðàáîòû ñòàíà. Íà ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ ïðîáû îòáèðàþò îòäåëåíèåì ÷àñòè âèòêà áóíòà, ïðè íàñòðîéêå îò ñðåäíåé ÷àñòè áóíòà, ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ ïðîöåññå ïðîêàòêè îò ïîñëåäíèõ âèòêîâ, à íà ìåëêîñîðòíûõ è áîëåå êðóïíûõ ñòàíàõ ïðîáû îò çàäíåãî êîíöà ïðóòêà. Äåôåêòû âñåõ òðåõ ãðóïï âûÿâëÿþòñÿ íà ïðîáàõ. Êàê îòìå÷àëîñü, äëÿ êîíòðîëÿ ðàçìåðîâ ïðîêàòà òàêàÿ ñèñòåìà îòáîðà ïðîá íå ñîâñåì ïðåäñòàâèòåëüíà. Âåëèêà âåðîÿòíîñòü ïðîïóñòèòü áðàêîâàííóþ ïðîäóêöèþ. Íåîáõîäèì 100 %-íûé îáúåêòèâíûé êîíòðîëü êà÷åñòâà âñåõ ðàñêàòîâ ïî âñåé äëèíå, à íà êàæäîì ñòàíå íà ó÷àñòêå àäúþñòàæà èìåòü óñòàíîâêó íåðàçðóøàþùåãî êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ìåòàëëà êàê ïî äåôåêòàì, òàê è ïî ðàçìåðàì. Ýòî î÷åíü äîðîãî, ïîýòîìó, ê ñîæàëåíèþ, òàêèå óñòàíîâêè èìåþòñÿ òîëüêî íà åäèíè÷íûõ ðîññèéñêèõ è çàðóáåæíûõ ñòàíàõ. Ïðèíöèï èõ ðàáîòû àíàëîãè÷åí òîìó, ÷òî è ïðè êîíòðîëå êà÷åñòâà çàãîòîâêè. Íàïðèìåð, äëÿ êîíòðîëÿ êðóãëîãî ïðîêàòà ðàñïðîñòðàíåíû âèõðåâîé è ìàãíèòíûé ìåòîäû.  âèõðåòîêîâîì ïðåîáðàçîâàòåëå (äàò÷èêå) äëÿ îáíàðóæåíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ íà êðóãëîì ïðîêàòå (ðèñ. 14.25) ìàãíèòíûå ñèëîâûå ëèíèè, ïðîõîäÿ ÷åðåç äåôåêò, èçìåíÿþò òðàåêòîðèþ ìàãíèòíîé ñèëîâîé ëèíèè, ÷òî ôèêñèðóåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèì óñòðîéñòâîì. Íà òàêîì ïðèíöèïå ðàáîòàþò ïðèáîðû, âûïóñêàåìûå ôèðìîé Institute Dr. Förster (ÔÐÃ). Ïîäîáíûå ïðèáîðû óñòàíîâëåíû íà ðîññèéñêèõ çàâîäàõ, íàïðèìåð íà ÎÀÎ 3 ×åðåïîâåöêèé ñòàëåïðîêàòíûé çàâîä, äëÿ êîíòðîëÿ êàëèáðîâàííîãî ìåòàëëà. Îäíîé èç ïåðâûõ óñòàíîâîê äàííîãî òèïà ÿâëÿåòñÿ ÿïîíñêàÿ óñòàíîâêà ÑÀÌ 2 (Sumitomo Automatic Magnetic). 4 1 Íåñêîëüêî èíà÷å ðàáîòàåò äåôåêòîñêîï Rotoflux (ÔÐà ðèñ. 14.26). Áëàãîäàðÿ íàâåäåíèþ ïåðåìåííîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïîâûøåííîé ÷àñòîòû Ðèñ. 14.25. Ñõåìà âèõðåòîêîâîãî ïðåîá(íåñêîëüêî êèëîãåðö) è áîëüøîé íàðàçîâàòåëÿ äëÿ êîíòðîëÿ êðóãëîãî ïðÿæåííîñòè ïðè âðàùàþùåìñÿ ìàãíèïðîêàòà: òîïðîâîäå óäàëîñü çíà÷èòåëüíî ïîâû1 ìàãíèòíûå ñèëîâûå ëèíèè; 2 òðàåêñèòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü óñòàíîâêè. òîðèè âèõðåâûõ òîêîâ; 3 ïåðâè÷íàÿ îáìîòêà; 4 âòîðè÷íàÿ îáìîòêà Íàáëþäàåòñÿ ïî÷òè ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü ìåæäó àìïëèòóäîé ñèãíàëà è åãî ãëóáèíîé, ÷òî óâåëè÷èâàåò òî÷íîñòü îïðåäåëåíèÿ ãëóáèíû çàëåãàíèÿ äåôåêòà. Êðîìå òîãî, íà äàííîé óñòàíîâêå íå íàáëþäàåòñÿ îñòàòî÷íîé íàìàãíè÷åííîñòè ïðîêàòà ïîñëå êîíòðîëÿ, êàê íà ïðåäûäóùèõ óñòàíîâêàõ. Äâà çîíäà è äâà ìàãíèòîïðîâîäà 3 äëÿ íàìàãíè÷èâàíèÿ ïðóòêà 4 çàêðåïëåíû íà ïîäâèæíûõ è ðåãóëèðóåìûõ ðû÷àãàõ 1 è 2, ïðè÷åì ñêàíèðóþùèå çîíäû ðàñïîëàãàþòñÿ âíóòðè êàæäîãî ìàãíèòîïðîâîäà. Íà êàæäîì ðû÷àãå ðàçìåùåíî øåñòü ñêàíèðóþùèõ çîíäîâ, 338
÷òî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü óçêóþ ñïèðàëüíóþ äîðîæêó è îáíàðóæèâàòü äåôåêòû, âñòðå÷àþùèåñÿ ïî ýòîé äîðîæêå. Ïðè ñêîðîñòè 1 äî 90 ì/ìèí îáåñïå÷èâàåòñÿ 100 %-íîå âûÿâëåíèå äåôåêòîâ äëèíîé áîëåå 17 ìì.  ïðîöåññå êîíòðîëÿ ñèãíàëû îò çîíäîâ èíäóöèðóþòñÿ íà ìîíèòîðå è ðåãèñòðèðóþòñÿ ñàìîïèñöåì. Âûÿâëåííûå äåôåêòû ìàð4 êèðóþòñÿ êðàñêîé, âûáðàñûâàåìîé èç 2 ïèñòîëåòà. Ýòî ïîçâîëÿåò áûñòðî èõ íàõîäèòü è óñòðàíÿòü. Äåôåêòîñêîïîì Rotoflux êîíòðîëèðóþò ïðóòêè äèàìåòðîì 25 105 ìì. 3 Áîëåå ñîâåðøåííàÿ ìîäèôèêàöèÿ äåôåêòîñêîïà Ñircoflux èìååò òðè ñåðèè äëÿ ðàçíûõ äèàïàçîíîâ äèàìåòðîâ êîíòðîëèðóåìûõ êðóãîâ: 1280, 2080 è 75260 ìì. Ðèñ. 14.26. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà Äåôåêòîñêîï ñïîñîáåí âûÿâëÿòü äåôåêòû äåôåêòîñêîïà Rotoflux îò 0,2 äî 5 ìì. Ñðåäè îòå÷åñòâåííûõ äåôåêòîñêîïîâ çàñëóæèâàþò âíèìàíèå íåñêîëüêî êîíñòðóêöèé. Äåôåêòîñêîï Ñîðò íà ïðóòêàõ äèàìåòðîì 30120 ìì ïîçâîëÿåò âûÿâëÿòü äåôåêòû íà ãëóáèíå íå ìåíåå 0,3 ìì. Îäíàêî ïðîìûøëåííîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ îí íå ïîëó÷èë. Äëÿ êðóïíûõ êðóãîâ äèàìåòðîì 80180 ìì ïðèìåíÿåòñÿ àâòîìàòèçèðîâàííûé ôåððîçîíäîâûé äåôåêòîñêîï Çîíä-1. Îí òàêæå ñïîñîáåí îïðåäåëÿòü äåôåêòû ãëóáèíîé áîëåå 0,3 ìì.  óñòàíîâêå ïðèìåíåíî ëîêàëüíîå íàìàãíè÷èâàíèå êîíòðîëèðóåìîãî ó÷àñòêà ïðîêàòà ïîñðåäñòâîì âðàùàþùåãîñÿ ýëåêòðîìàãíèòà, ñîçäàþùåãî ïåðåìåííîå ìàãíèòíîå ïîëå ÷àñòîòîé 400 Ãö. Ïðåîáðàçîâàòåëè ïîëÿ äàò÷èêè Õîëëà îáåñïå÷èâàþò ñèãíàë, êîòîðûé ïîñëå îáðàáîòêè è óñèëåíèÿ ïåðåäàåòñÿ íà óïðàâëÿþùèé áëîê. Ýòîò áëîê óïðàâëÿåò 16 äåôåêòîîòìåò÷èêàìè, ðàñïîëîæåííûìè âîêðóã ïðîêàòà. Ìåñòî äåôåêòà ìàðêèðóåòñÿ êðàñêîé. Ñóùåñòâóåò åùå íåñêîëüêî ðàçíîâèäíîñòåé äåôåêòîñêîïîâ îòå÷åñòâåííûõ ðàçðàáîòîê. Ñðåäè íèõ íàèáîëüøèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò ïîðòàòèâíûé ïåðåíîñíîé ïðèáîð ÄÌÏ-10Í, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ ðó÷íîãî âûÿâëåíèÿ è îöåíêè âåëè÷èíû òàêèõ ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ, êàê òðåùèíû, çàêàòû, âîëîñîâèíû è äð. Ïðèáîð ðàáîòàåò ïî ÷åðíîâîé ãîðÿ÷åêàòàíîé ïîâåðõíîñòè ñ âòîðè÷íîé îêàëèíîé. Çäåñü òàêæå ïðîèçâîäèòñÿ ëîêàëüíîå íàìàãíè÷èâàíèå ïîâåðõíîñòè ïðîêàòà è ñ÷èòûâàíèå ïîëÿ ðàññåÿíèÿ ñ ïîìîùüþ äàò÷èêîâ Õîëëà. Ýëåêòðîìàãíèò è äàò÷èêè âûïîëíåíû â âèäå ùóïà. Íàëè÷èå äåôåêòà êîíòðîëèðóåòñÿ çàãîðàíèåì êîíòðîëüíîé ëàìïû, à ãëóáèíó äåôåêòà óêàçûâàåò ñîîòâåòñòâóþùàÿ ñòðåëêà èíäèêàòîðà. Ïðèáîð ÄÌÏ-10Í ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí ñòàöèîíàðíî â óñòàíîâêàõ, êîíòðîëèðóþùèõ äåôåêòû íà êðóãëîì è ïëîñêîì ïðîêàòå. Ïðè ñóùåñòâóþùåé ñèñòåìå îòáîðà ïðîá çíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî äåôåêòîâ âûÿâëÿåòñÿ â ëàáîðàòîðèè.  êàæäîì ñîðòîïðîêàòíîì öåõå îáîðóäîâàíà òàêàÿ ëàáîðàòîðèÿ, èìååòñÿ öåíòðàëüíàÿ çàâîäñêàÿ ëàáîðàòîðèÿ.  ýòèõ ëàáîðàòîðèÿõ 339
ïðîèçâîäÿò ìåòàëëîãðàôè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ìåòàëëà, îïðåäåëÿþò íà ìèêðîøëèôàõ âíóòðåííèå äåôåêòû, êîíòðîëèðóþò ìèêðîñòðóêòóðó ìåòàëëà, à òàêæå ïðîèçâîäÿò ñäàòî÷íûå ìåõàíè÷åñêèå èñïûòàíèÿ ìåòàëëà, íà îñíîâàíèè êîòîðûõ âûïèñûâàåòñÿ ïàñïîðò âûïóñêàåìîãî ïðîêàòà. Ïî ðåçóëüòàòàì ëàáîðàòîðíûõ èñïûòàíèé ïðîêàò îòãðóæàåòñÿ çàêàç÷èêó. Ïîñëå îáíàðóæåíèÿ äåôåêòà íåîáõîäèìî åãî çà÷èñòèòü. ×àñòî äëÿ ñîðòîâîãî ïðîêàòà ïðèìåíÿþò ñïëîøíóþ çà÷èñòêó ìåòàëëà. Ïðè ýòîì, ïîìèìî óäàëåíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ, ðåøàþò åùå äâå çàäà÷è: óäàëåíèå îêàëèíû è ïîâûøåíèå òî÷íîñòè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïðîêàòà.  ñîðòîïðîêàòíîì ïðîèçâîäñòâå ïðèìåíÿþò ñëåäóþùèå ìåòîäû çà÷èñòêè ìåòàëëà: àáðàçèâíûé, ëåçâèéíûé, èãëîôðåçåðíûé è ýëåêòðè÷åñêèé. Íàèáîëåå óíèâåðñàëüíûì è øèðîêî ïðèìåíÿåìûì ÿâëÿåòñÿ àáðàçèâíûé ìåòîä. Äëÿ ïëîñêîãî ïðîêàòà êðóïíîãî ñå÷åíèÿ è çàãîòîâêè ðàçðàáîòàíî íåñêîëüêî êîíñòðóêöèé îáäèðî÷íî-øëèôîâàëüíûõ ìàøèí, îñíîâîé êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ íàæäà÷íûé êðóã. Íà òàêèõ ñòàíêàõ êðóãëûé ïðîêàò çà÷èùàþò çìåéêîé, ò. å. ïî âèíòîâîé ëèíèè óçêîé ïîëîñîé, ïðîõîäÿùåé ïî âñåé äëèíå øòàíãè.  ìåñòàõ ñâåòëåíèÿ ïðîêàòà õîðîøî âèäíû íåâîîðóæåííûì ãëàçîì ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû, îñîáåííî âûòÿíóòûå âäîëü îñè ïðóòêà, òàêèå êàê âîëîñîâèíû, òðåùèíû, çàêàòû. Äëÿ ñïëîøíîé çà÷èñòêè êðóãëîãî ïðîêàòà ïðèìåíÿþòñÿ òàêæå áåñöåíòðîâîøëèôîâàëüíûå ñòàíêè. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî òèïîâûõ ñòàíêîâ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ðàçíîãî äèàïàçîíà îáðàáàòûâàåìûõ ïðóòêîâ îò 0,15 äî 250 ìì. Ýôôåêòèâíîñòü ïðîöåññà áåñöåíòðîâîãî øëèôîâàíèÿ è êà÷åñòâî ïîëó÷àåìîãî ïðóòêà îïðåäåëÿþòñÿ õàðàêòåðèñòèêîé àáðàçèâíîãî èíñòðóìåíòà è ðåæèìàìè ðàáîòû ñòàíêà. Áîëüøîå âëèÿíèå íà òî÷íîñòü è êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè øëèôîâàííîãî ïðóòêà îêàçûâàåò òî÷íîñòü è êðèâèçíà èñõîäíîãî ïðóòêà. Ãîðÿ÷åêàòàíûé êðóãëûé ìåòàëë ñ áîëüøîé êðèâèçíîé è ðàçáðîñîì ïî ðàçìåðàì è îâàëüíîñòè íå îáåñïå÷èâàåò âûñîêèõ êëàññîâ òî÷íîñòè øëèôîâàííîãî ìåòàëëà. Íà ãîðÿ÷å- è õîëîäíîêàëèáðîâàííîì ìåòàëëå òî÷íîñòü è êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè øëèôîâàííîãî ìåòàëëà äîñòèãàåò íàèâûñøèõ çíà÷åíèé. Ïîëó÷åííûé ïðè ýòîì êðóãëûé ïðîêàò îòâå÷àåò òðåáîâàíèÿì ÃÎÑÒ 1495569 «Ñòàëü êðóãëàÿ ñî ñïåöèàëüíîé îòäåëêîé ñåðåáðÿíêà» ñ ðàçëè÷íûìè ãðóïïàìè øåðåõîâàòîñòè ïîâåðõíîñòè (îò À äî Ä) è êëàññàìè òî÷íîñòè (îò 2 äî 4). Ïî êà÷åñòâó ïîâåðõíîñòè è òî÷íîñòè ñåðåáðÿíêà èç óãëåðîäèñòûõ è íåðæàâåþùèõ ìàðîê ñòàëè ïî ìíîãèì ïîêàçàòåëÿì ïðåâîñõîäèò êàëèáðîâàííûé ìåòàëë. Ïî ìåðå ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ áåñöåíòðîâî-øëèôîâàëüíûõ ñòàíêîâ êà÷åñòâî òàêîãî âèäà ïðîêàòà ïîñòåïåííî óëó÷øàåòñÿ. Äëÿ ïëîñêîãî ïðîêàòà, à òàêæå äëÿ ôàñîííûõ ïðîôèëåé âñå ÷àùå ïðèìåíÿþò ñòàíêè ñ àáðàçèâíûìè áåñêîíå÷íûìè ëåíòàìè, ñêëååííûìè èç øëèôîâàëüíîé øêóðêè íà òêàíåâîé îñíîâå. Ýòîò ñïîñîá çà÷èñòêè îñîáåííî âàæåí äëÿ æàðîïðî÷íûõ è âûñîêîëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè. Îí îáåñïå÷èâàåò âîçìîæíîñòü ñïëîøíîé è âûáîðî÷íîé çà÷èñòêè ïðîêàòà. Øëèôîâàëüíàÿ ëåíòà ïî ñðàâíåíèþ ñ íàæäà÷íûìè êðóãàìè îáåñïå÷èâàåò áîëåå âûñîêîå êà÷åñòâî îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè, âîçìîæíîñòü îáðàáîòêè ñëîæíûõ ïîâåðõíîñòåé, áîëüøóþ ñòàáèëüíîñòü ïðîöåññà áåç óäàðîâ è ðûâêîâ, âîçìîæíîñòü áîëåå ýôôåêòèâíîãî ïðèìåíåíèÿ ñìàçî÷íî-îõëàæäàþùèõ æèäêîñòåé. Ëåíòî÷íî-øëèôîâàëüíûå ñòàíêè (ðèñ. 14.27), â ñèëó èõ ïðåèìóùåñòâà ïåðåä àáðàçèâíûìè, íàõîäÿò áîëüøîå ïðèìåíåíèå íå òîëüêî ïðè îáðàáîòêå õîëîäíîòÿíóòûõ è ãîðÿ÷åêàòàíûõ ïðóòêîâ, íî è ïðè çà÷èñòêå ëèñòîâ, òðóá è äðóãîé ìåòàëëóðãè÷åñêîé ïðîäóêöèè. 340
Ðèñ. 14.27. Ëåíòî÷íî-øëèôîâàëüíûé ñòàíîê
Ê ëåçâèéíûì ìåòîäàì çà÷èñòêè ìåòàëëà îòíîñÿòñÿ ðàçëè÷íûå ñïîñîáû ðåçàíèÿ (òî÷åíèå, ôðåçåðîâàíèå) è ïíåâìàòè÷åñêîé âûðóáêè äåôåêòíûõ ìåñò. Îíè ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ âûáîðî÷íîé è ñïëîøíîé çà÷èñòêè çàãîòîâêè. Òî÷åíèå èñïîëüçóþò òàêæå äëÿ ñïëîøíîé çà÷èñòêè ãîòîâîãî ñîðòîâîãî ïðîêàòà. Âñå ëåçâèéíûå ìåòîäû îòëè÷àþòñÿ íèçêîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ, âûñîêîé òðóäîåìêîñòüþ è äîðîãîâèçíîé, ïîýòîìó ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ òåõ ìàðîê ñòàëè, íà êîòîðûõ øëèôîâàíèå ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîâåðõíîñòíûì òðåùèíàì èç-çà ðàçîãðåâà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà. Äëÿ îáðàáîòêè ãîòîâîãî ñîðòîâîãî ïðîêàòà çàñëóæèâàåò âíèìàíèÿ óñòàíîâêà áåñöåíòðîâî-òîêàðíîãî òî÷åíèÿ ïðîêàòà òèïà Kiserling (ÔÐÃ). Ðàññìîòðèì êîíñòðóêöèþ ðåçöîâîé ãîëîâêè òàêîãî ñòàíêà (ðèñ. 14.28). Êðóãëàÿ øòàíãà ÀÀ
À
À Ðèñ. 14.28. Êîíñòðóêöèÿ ðåçöîâîé ãîëîâêè äëÿ áåñöåíòðîâîòîêàðíîãî ñòàíêà 341
ñàìîöåíòðèðóåòñÿ ìåæäó ÷åòûðüìÿ ðåçöàìè, ïðîèçâîäÿùèìè ñúåì ìåòàëëà. Îáðàáîòêà ìîæåò âûïîëíÿòüñÿ êàê èç ïðóòêîâîãî, òàê è èç áóíòîâîãî ïðîêàòà. Ñóùåñòâóþò óñòàíîâêè, íà êîòîðûõ ïîñëå îáäèðêè ïðóòêè ïîäâåðãàþò âîëî÷åíèþ èëè îáðàáîòêå íà ïðàâèëüíî-ïîëèðîâàëüíûõ ìàøèíàõ, ÷òî ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî ïîâûñèòü òî÷íîñòü è êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà. Ïåðå÷èñëèì íåêîòîðûå ñòàëè, ïîäâåðãàåìûå òî÷åíèþ ñ ïîñëåäóþùåé ïîëèðîâêîé íà ëèíèè Kiserling: óãëåðîäèñòûå Ó7Ó12, èíñòðóìåíòàëüíûå ëåãèðîâàííûå 9ÕÑ, ÕÂ2, 9Õ18 è äð., íåðæàâåþùèå 10Õ18Í10Ò, 1Õ17Í2 è äð., áûñòðîðåæóùèå Ð9, Ð18, Ð6Ì3 è äð., æàðîñòîéêèå ÝÏ303, ÝÈ481 è äð. Áûñòðûìè òåìïàìè ðàçâèâàþòñÿ âåñüìà ïåðñïåêòèâíûå ýëåêòðè÷åñêèå ìåòîäû îáðàáîòêè ìåòàëëà. Óñòàíîâêè òàêîãî òèïà ìåíåå ãàáàðèòíû, ÷åì ïðè îáðàáîòêå ðåçàíèåì èëè øëèôîâàíèåì. Ñóòü ýëåêòðè÷åñêèõ ìåòîäîâ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ýëåêòðîêîíòàêòíûì, ýëåêòðîäóãîâûì èëè ïëàçìåííûì ñïîñîáîì ïîâåðõíîñòíûé ñëîé âðàùàþùåãîñÿ ïðóòêà ðàñïëàâëÿåòñÿ íà îïðåäåëåííóþ ãëóáèíó è ðàñïëàâëåííûé ìåòàëë óäàëÿåòñÿ âîçäóøíîé ñòðóåé èëè èíûì ñïîñîáîì. Ðàáîòó âåäóò â çàùèòíîé èëè âîññòàíîâèòåëüíîé àòìîñôåðå. Ïðåèìóùåñòâîì ýëåêòðè÷åñêèõ ìåòîäîâ ÿâëÿåòñÿ ïðîïëàâëåíèå ìåòàëëà íà îïðåäåëåííóþ ãëóáèíó. Ïðè ýòîì ïîâåðõíîñòíûå è ïîäïîâåðõíîñòíûå ðàêîâèíû, ïóçûðè è òðåùèíû çàâàðèâàþòñÿ. Äåôåêòû, íàõîäÿùèåñÿ íåïîñðåäñòâåííî íà ïîâåðõíîñòè, óäàëÿþòñÿ. Î÷èñòêà ìåòàëëà îò îêàëèíû êàê îòäåëüíàÿ îòäåëî÷íàÿ îïåðàöèÿ â ñîðòîïðîêàòíûõ öåõàõ ïðèìåíÿåòñÿ ðåäêî, îñíîâíàÿ äîëÿ ñîðòîâîãî ìåòàëëà îòãðóæàåòñÿ çàêàç÷èêó ñ ïîâåðõíîñòíîé îêàëèíîé. Ïðè îïåðàöèÿõ ñïëîøíîé çà÷èñòêè, îïèñàííûõ ðàíåå, ñíÿòèå îêàëèíû îñóùåñòâëÿåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè. Îäíàêî äëÿ íåêîòîðûõ çàêàç÷èêîâ òðåáóåòñÿ óäàëåíèå îêàëèíû áåç ñúåìà îñíîâíîãî ìåòàëëà. Ïðè î÷èñòêå ìåòàëëà îò îêàëèíû ïðèìåíÿþò äðîáåìåòíûé ñïîñîá î÷èñòêè, èãëîôðåçåðîâàíèå è õèìè÷åñêîå òðàâëåíèå. Äðîáåìåòíûé ñïîñîá îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè äðîáèíîê, âûáðàñûâàåìûõ íà ïîâåðõíîñòü ïðîêàòà ñî ñêîðîñòüþ 5080 ì/ñ.  ðåçóëüòàòå ïðîèñõîäèò ðàçðóøåíèå è óäàëåíèå îêàëèíû. Îäíàêî ýòîò ñïîñîá ìàëîïðîèçâîäèòåëåí. Ìåòàëë ïðè îáðàáîòêå ïîëó÷àåò íåêîòîðûé ïîâåðõíîñòíûé íàêëåï, êîòîðûé âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ íåæåëàòåëåí, ïîñêîëüêó ïðè äàëüíåéøèõ îïåðàöèÿõ ðåçàíèÿ ñòîéêîñòü èíñòðóìåíòà ñíèæàåòñÿ. Êðîìå òîãî, ëîïàòêè äðîáåìåòíîé óñòàíîâêè èìåþò íèçêóþ ñòîéêîñòü, íåñìîòðÿ íà ïðèìåíåíèå äîðîãèõ ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëåé è íå ìåíåå äîðîãèõ óïðî÷íÿþùèõ íàïëàâîê. Ïîýòîìó øèðîêîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ ìåòîä íå ïîëó÷èë. Îäíèì èç ïðîãðåññèâíûõ ñïîñîáîâ óäàëåíèÿ îêàëèíû ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòàííûé â ÑÑÑÐ ñïîñîá èãëîôðåçåðîâàíèÿ. Ìû óæå îòìå÷àëè ýôôåêòèâíîñòü åãî ïðèìåíåíèÿ íà ñðåäíåñîðòíîì ñòàíå 350 ÎÀÎ Ïåòðîñòàëü (Êèðîâñêèé çàâîä, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã). Èãëîôðåçà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé æåñòêóþ êðóãëóþ ìåòàëëè÷åñêóþ ùåòêó, íàáðàííóþ èç ïëîòíî óëîæåííûõ âûñîêîïðî÷íûõ ïðîâîëî÷åê. Êàæäàÿ ïðîâîëî÷êà, çàùåìëåííàÿ îäíèì êîíöîì íà ñòóïèöå èãëîôðåçû ñâàðíûì øâîì, ÿâëÿåòñÿ ïîëóæåñòêèì ìèêðîðåçöîì. Èãëîôðåçà ñïîñîáíà ðàáîòàòü â ðåæèìå êàê î÷èñòêè, òàê è ðåçàíèÿ ìåòàëëà.  îòëè÷èå îò äðîáåìåòíîãî ñïîñîáà çäåñü î÷èñòêà ìåòàëëà ïðîòåêàåò áåñøóìíî, áåç âûäåëåíèÿ ïûëè è ñ âûñîêèì êà÷åñòâîì î÷èùåííîé ïîâåðõíîñòè. Íåäîñòàòêîì ñïîñîáà ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ ñòîèìîñòü èãëîôðåç, òåì íå ìåíåå ìíîãèå ñòðàíû óæå íàëàäèëè èõ ìàññîâîå 342
ïðîèçâîäñòâî. Èãëîôðåçåðîâàíèå ïðîêàòà, íå òîëüêî ñîðòîâîãî, íî è ëèñòîâîãî, èíòåíñèâíî ðàçâèâàåòñÿ â ÔÐÃ, ÑØÀ, ßïîíèè è äðóãèõ ñòðàíàõ. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì ñïîñîáîì óäàëåíèÿ îêàëèíû îñòàåòñÿ õèìè÷åñêîå òðàâëåíèå åå â êèñëîòàõ. Òðàâëåíèåì óäàëÿþò îêàëèíó ïîëíîñòüþ, òîãäà êàê ïðè äðîáåìåòíîì ñïîñîáå èëè èãëîôðåçåðîâàíèè íà ïîâåðõíîñòè ñîõðàíÿåòñÿ äî 5 % îêàëèíû. Äëÿ ìåëêîãî ïðîêàòà â áóíòàõ ïåðåä òðàâëåíèåì ïðèìåíÿþò ìåõàíè÷åñêîå óäàëåíèå îêàëèíû: ïðîïóñêàþò åãî ÷åðåç äâå ïàðû ðîëèêîâ, â êîòîðûõ ìåòàëë èñïûòûâàåò èçãèá â äâóõ ïëîñêîñòÿõ ñ íåáîëüøèì ðàñòÿæåíèåì. Ïðîèñõîäèò ðàçëàìûâàíèå îêàëèíû, è ïàðà æåñòêèõ ùåòîê ñ÷èùàåò äî 95 % îêàëèíû. Îñòàëüíóþ îêàëèíó ñòðàâëèâàþò â êèñëîòàõ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíî òðàâëåíèå â ñåðíîé êèñëîòå êîíöåíòðàöèè 2025 % ïðè òåìïåðàòóðå ðàñòâîðà 6090 °Ñ. Îäíàêî ìíîãèå çàâîäû ñòðåìÿòñÿ ïåðåéòè íà ñîëÿíî-êèñëîòíîå òðàâëåíèå. Ïðè ýòîì ñîêðàùàåòñÿ öèêë òðàâëåíèÿ, óëó÷øàåòñÿ êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà, óìåíüøàåòñÿ â öåëîì ñòîèìîñòü ýòîé îïåðàöèè.  ïîñëåäíèå ãîäû äëÿ ïðîèçâîäñòâà âûñîêîëåãèðîâàííîãî ñîðòîâîãî ïðîêàòà âíåäðåí âîññòàíîâèòåëüíûé ñïîñîá óäàëåíèÿ îêàëèíû. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçóåòñÿ ãèäðèä íàòðèÿ, ðàñòâîðåííûé â êàóñòè÷åñêîé ñîäå. Îí âîññòàíàâëèâàåò îêèñëû æåëåçà äî ÷èñòîãî ìåòàëëà. Ïðîäóêòû âîññòàíîâëåíèÿ ïðè ïîñëåäóþùåé ïðîìûâêå óäàëÿþòñÿ. Îïûòû, ïðîâåäåííûå íà Ñåðîâñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì çàâîäå è çàâîäå Ñåðï è ìîëîò, ïîêàçàëè, ÷òî ïðè âîññòàíîâèòåëüíîì òðàâëåíèè ïî ñðàâíåíèþ ñ êèñëîòíûì ñîêðàùàåòñÿ âðåìÿ òðàâëåíèÿ, óëó÷øàåòñÿ êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà, ïîòåðè ìåòàëëà ñîêðàùàþòñÿ â äâà-òðè ðàçà, íå ïðîèñõîäèò âûäåëåíèÿ âðåäíûõ ïàðîâ èç êèñëîòíûõ âàíí. Îäíàêî âûñîêàÿ ñòîèìîñòü ðåàêòèâîâ îãðàíè÷èâàåò ðàñïðîñòðàíåíèå ýòîãî ñïîñîáà òðàâëåíèÿ.  öåëîì ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî âñå ìîêðûå ñïîñîáû ñíÿòèÿ îêàëèíû (êèñëîòíûé è âîññòàíîâèòåëüíûé) ýêîëîãè÷åñêè âðåäíû, óõóäøàþò óñëîâèÿ òðóäà â öåõå, ñïîñîáñòâóþò êîððîçèè îáîðóäîâàíèÿ öåõà, ïîýòîìó âî âñåì ìèðå âåäóòñÿ ðàáîòû ïî çàìåíå èõ äðóãèìè ñïîñîáàìè. Ñðåäè îòäåëî÷íûõ îïåðàöèé âòîðîé ãðóïïû ðàññìîòðèì òîëüêî ïðàâêó ïðîêàòà. Ïðàâêà ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç ñàìûõ îòâåòñòâåííûõ îïåðàöèé, îïðåäåëÿþùèõ êà÷åñòâî ñîðòîâîãî ìåòàëëà. Íîðìàëüíàÿ ðàáîòà ñîâðåìåííûõ àâòîìàòèçèðîâàííûõ ëèíèé âîçìîæíà ëèøü íà ïîëîñàõ ñ ìèíèìàëüíîé êðèâèçíîé. Ðàññìîòðåííûå ðàíåå îïåðàöèè àáðàçèâíîé è ðåçöîâîé îáðàáîòêè òàêæå âîçìîæíû òîëüêî íà ñòðîãî ïðÿìîëèíåéíîì ïðîêàòå. Ñóùåñòâóþùèìè ÃÎÑÒàìè îãîâàðèâàåòñÿ äîïóñòèìàÿ êðèâèçíà íà äëèíå 1 ì. Íà ïðîêàò îáûêíîâåííîãî êà÷åñòâà äîïóñê ñîñòàâëÿåò 56 ìì/ì. Ïðîêàò ïîâûøåííîé òî÷íîñòè ïî êðèâèçíå èìååò äîïóñê 2 ìì/ì. Íà íàèáîëåå îòâåòñòâåííûé ïðîêàò, íàïðèìåð æåëåçíîäîðîæíûå ðåëüñû, òðåáîâàíèÿ ïî ìåñòíîé è êîíöåâîé êðèâèçíå óæåñòî÷åíû äî 0,5 ìì/ì. Òàêèå æå äîïóñêè ïðåäóñìîòðåíû ÒÓ íà ñïåöèàëüíûå âèäû ïðîêàòà, ïîñòàâëÿåìîãî äëÿ àâòîìàòè÷åñêèõ ëèíèé. Èñêðèâëåíèå ïîëîñû â ïðîêàòíîì öåõå ìîæåò ïðîèñõîäèòü â ðåçóëüòàòå: ìåõàíè÷åñêîãî âîçäåéñòâèÿ íà ïîëîñó â ãîðÿ÷åì ñîñòîÿíèè; òåìïåðàòóðíûõ íàïðÿæåíèé, âîçíèêàþùèõ â ïðîöåññå îñòûâàíèÿ; íåáëàãîïðèÿòíûõ óñëîâèé òðàíñïîðòèðîâêè èëè ñêëàäèðîâàíèÿ óæå ãîòîâîãî ïðîêàòà. 343
Èñêðèâëåíèå âîçìîæíî íå òîëüêî ïî äëèíå, íî è â ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè ïðîêàòà. Íàïðèìåð, ýëåìåíòû øâåëëåðà (ïîëêè è ñòåíêà) ìîãóò ðàñïîëàãàòüñÿ íå ïîä ïðÿìûì óãëîì, ñòåíêà øâåëëåðà ìîæåò áûòü íåïðÿìîëèíåéíîé è ò. ï. Ãëàâíîé ïðè÷èíîé èñêðèâëåíèÿ ôàñîííûõ ïðîôèëåé ÿâëÿþòñÿ òåìïåðàòóðíûå íàïðÿæåíèÿ, âîçíèêàþùèå â ðåçóëüòàòå íåðàâíîìåðíîãî îñòûâàíèÿ ýëåìåíòîâ ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïðîôèëÿ. ×åì ñëîæíåå ïðîôèëü, òåì áîëüøå íåðàâíîìåðíîñòü åãî îñòûâàíèÿ. Íàïðèìåð, ïðè îõëàæäåíèè íà õîëîäèëüíèêå æåëåçíîäîðîæíûõ ðåëüñîâ ãîëîâêà îñòûâàåò çíà÷èòåëüíî ìåäëåííåå, ÷åì øåéêà è ïîäîøâà. Âîçíèêàþùèå ïðè ýòîì òåìïåðàòóðíûå íàïðÿæåíèÿ âûçûâàþò èñêðèâëåíèå ïîëîñû.  íà÷àëüíûé ìîìåíò îñòûâàíèÿ ðåëüñ èçãèáàåòñÿ íà ïîäîøâó (äëèíà ñëîåâ ìåòàëëà ó ïîäîøâû ìåíüøå, ÷åì ó ãîëîâêè ðèñ. 14.29, ïîëîæåíèå 1). Êîãäà ïîäîøâà äîñòèãíåò òåìïåðàòóðû 600680 °Ñ, â ðåçóëüòàòå ôàçîâûõ ïðåâðàùåíèé ïðîèçîéäåò ðàçîãðåâ ïîäîøâû, è ðåëüñ èçîãíåòñÿ â ñòîðîíó ãîëîâêè (ñì. ðèñ. 14.29, ïîëîæåíèå 2). Êîãäà ôàçîâûå ïðåâðàùåíèÿ íà÷íóòñÿ â ãîëîâêå, ïîëîñà âíîâü èçîãíåòñÿ íà ïîäîøâó (ïîëîæåíèå 3). Òàê áóäåò ïðîäîëæàòüñÿ äî ïîëíîãî îñòûâàíèÿ ïîäîøâû. Äàëåå áóäåò îñòûâàòü òîëüêî ãîëîâêà ðåëüñà, ïîýòîìó íà çàêëþ÷èòåëüíîé ñòàäèè ïðîöåññà ïîëîñà ñíîâà èçîãíåòñÿ â ñòîðîíó ãîëîâêè (ïîëîæåíèå 4). 1
2
3
4
Ðèñ. 14.29. Ñòàäèè èñêðèâëåíèÿ æåëåçíîäîðîæíîãî ðåëüñà íà õîëîäèëüíèêå
Ïðè ïðàâêå ïðîôèëÿ â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè â íåì âîçíèêàþò îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå îòðèöàòåëüíî âëèÿþò íà êà÷åñòâî è äîëãîâå÷íîñòü. Ïîýòîìó íåîáõîäèìî ïðåäóñìîòðåòü ìåðû, êîìïåíñèðóþùèå èçãèá ïîëîñû ïðè îñòûâàíèè. Íà àìåðèêàíñêèõ çàâîäàõ ïðåäïî÷èòàþò ïåðåä îõëàæäåíèåì íà ãîðÿ÷åì ïðîêàòå ñîçäàòü íåîáõîäèìûé ïðîãèá ïîëîñû (ðåëüñà), ñ òåì ÷òîáû ïîñëå îñòûâàíèÿ ôîðìà åãî ïðèáëèæàëàñü ê ïðÿìîëèíåéíîé. Òàêîé ïóòü òðåáóåò äîïîëíèòåëüíîé îïåðàöèè, ïîýòîìó äîðîã. Íà íåêîòîðûõ ðîññèéñêèõ è çàðóáåæíûõ çàâîäàõ â ïðîöåññå îõëàæäåíèÿ ïðèìåíÿþò ðåãóëèðóåìîå îõëàæäåíèå, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî ïðîôèëü ïîñëå îõëàæäåíèÿ ïîëó÷àåò ìèíèìàëüíîå èñêðèâëåíèå.  ÓêðÍÈÈÌåòå ðàçðàáîòàëè ñïîñîá îõëàæäåíèÿ ðåëüñîâ íà òåïëîèçîëèðîâàííîì õîëîäèëüíèêå â ïîëîæåíèè ñòîÿ íà ïîäîøâå, êîòîðûé ïîçâîëèë ñíèçèòü äî ìèíèìóìà òåìïåðàòóðíûå íàïðÿæåíèÿ. 344
Ñõåìà îõëàæäåíèÿ
12,7
12,3
12,0
Øèðèíà ïîëêè, ìì
Âûñîòà áàëêè, ìì
à)
σ, êãñ/ìì2
Àíàëîãè÷íûå èññëåäîâàíèÿ áûëè ïðîâåäåíû ïðè îõëàæäåíèè áàëîê. Áûëî äîêàçàíî, ÷òî ïðè îõëàæäåíèè áàëêè â ïîëîæåíèè ëåæà îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ çíà÷èòåëüíî âûøå, ÷åì â ïîëîæåíèè ñòîÿ (ðèñ. 14.30). Íà òåïëîèçîëèðîâàííîì õîëîäèëüíèêå ìîæíî äîáèòüñÿ ìèíèìàëüíîãî èñêðèâëåíèÿ ïðîôèëÿ. Íà ïðîñòûõ ïðîôèëÿõ òåìïåðàòóðíûå íàïðÿæåíèÿ â ìåíüøåé ìåðå îòâåòñòâåííû çà èñêðèâëåíèå ïðîôèëÿ, õîòÿ ïðè íåðàâíîìåðíîì îñòûâàíèè óãëîâ è ñåðåäèíû êâàäðàòíûõ è ïîëîñîâûõ ïðîôèëåé âîçíèêàþò çíà÷èòåëüíûå îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ. Îñíîâíîé ïðè÷èíîé èçãèáà ÿâëÿåòñÿ òðàíñïîðòèðîâêà ïîëîñû íà õîëîäèëüíèêå. Íà öåïíîì õîëîäèëüíèêå ïîëîñà ïåðåìåùàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïàëüöåâ, óêðåïëåííûõ íà áåñêîíå÷íîé öåïíîé ëåíòå. Ïîíÿòíî, ÷òî îñòàëüíûå ó÷àñòêè ïîëîñû ìîãóò îòñòàâàòü îò òåõ, êîòîðûå êîíòàêòèðóþò ñ ïàëüöàìè, è ïîëîñà ê êîíöó îñòûâàíèÿ ïðèíèìàåò íåêîòîðóþ ñèíóñîèäàëüíóþ ôîðìó.
11,3
10,0
15,0
Ñõåìà îõëàæäåíèÿ
Âûñîòà áàëêè, ìì
á)
σ, êãñ/ìì2
Îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ σ, êãñ/ìì2 2,1
2,0
2,7
Øèðèíà ïîëêè, ìì
0,8
0,7
2,7
Îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ σ, êãñ/ìì2 Ðèñ. 14.30. Ýïþðû ïðîäîëüíûõ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé â äâóòàâðîâîé áàëêå: à îñòûâàíèå â ïîëîæåíèè ëåæà; á îñòûâàíèå â ïîëîæåíèè ñòîÿ
345
Íà ìåëêèõ ïðîôèëÿõ ïðèìåíÿþò ðåå÷íûå èëè ïëàñòèí÷àòûå õîëîäèëüíèêè, ïðåäîòâðàùàþùèå èñêðèâëåíèå ïîëîñû ïðè òðàíñïîðòèðîâêå ïî õîëîäèëüíèêó. ×òîáû âûïðàâèòü â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè èñêðèâëåííóþ ïî äëèíå ïîëîñó, íåîáõîäèìî ñîçäàòü â íåé íàïðÿæåíèÿ, íåìíîãî ïðåâûøàþùèå ïðåäåë òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà. Ìàëûå ïëàñòè÷åñêèå äåôîðìàöèè ñîçäàþòñÿ ðàçíûìè ñðåäñòâàìè. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì ñïîñîáîì ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå çíàêîïåðåìåííîãî ïëàñòè÷åñêîãî èçãèáà íà ðîëèêîïðàâèëüíûõ ìàøèíàõ (ÐÏÌ ðèñ. 14.31). Ðîëèêè òàêîé ìàøèíû ðàñïîëàãàþòñÿ â øàõìàòíîì ïîðÿäêå. Àìïëèòóäà èçãèáà
Ðèñ. 14.31. Ñõåìà ïðàâêè ìåòàëëà íà ðîëèêîïðàâèëüíûõ ìàøèíàõ
ïîëîñû ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ, ïîýòîìó èç ïîñëåäíèõ ðîëèêîâ âûõîäèò âûïðàâëåííàÿ ïîëîñà. Ìèíèìàëüíîå ÷èñëî ðîëèêîâ äëÿ ïðàâêè ðàâíî ïÿòè, íî íà ïðàêòèêå ïðèìåíÿþò ÐÏÌ ñ áîëüøèì ÷èñëîì ðîëèêîâ. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ðàçíîâèäíîñòåé ÐÏÌ. Îäíîïëîñêîñòíûå ìàøèíû èìåþò îäèí ðÿä ðîëèêîâ è âûïðàâëÿþò ïîëîñó òîëüêî â îäíîé (âåðòèêàëüíîé) ïëîñêîñòè. Òàêèå ìàøèíû íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû. Äëÿ ïðàâêè ïðîêàòà îäíîâðåìåííî â äâóõ ïëîñêîñòÿõ, ÷òî îñîáåííî âàæíî äëÿ ñëîæíûõ ïðîôèëåé òèïà ðåëüñîâ è áàëîê, ïðèìåíÿþò äâóõïëîñêîñòíûå ïðàâèëüíûå ìàøèíû. Îíè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïî ñóùåñòâó äâå ìàøèíû, óñòàíîâëåííûå â ðÿä. Îäíà èç íèõ èìååò ãîðèçîíòàëüíî, à âòîðàÿ âåðòèêàëüíî ðàñïîëîæåííûå ðîëèêè. Ïðàâêà ïðîêàòà â íåñêîëüêèõ ïëîñêîñòÿõ äîñòèãàåòñÿ òàêæå ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðèíöèïà ñòåñíåííîãî êðó÷åíèÿ (ðèñ. 14.32). Ïîëîñà ïðîõîäèò ÷åðåç íåñêîëüêî ïàð îáû÷íûõ ïðàâèëüíûõ ðîëèêîâ è íåñêîëüêî ïàð ðîëèêîâ, èìåþùèõ äîïîëíèòåëüíûå ðåãóëèðîâêè. Âòîðàÿ ãðóïïà ðîëèêîâ ìîæåò ïîâîðà÷èâàòüñÿ íà óãîë α Ïî ÀÀ À
Á
4
2
6
1 À
Á
3
5
7
Ðèñ. 14.32. Ïðàâêà ìåòàëëà ñòåñíåííûì êðó÷åíèåì: 17 íîìåðà êëåòåé
346
Ïî ÁÁ
îòíîñèòåëüíî âåðòèêàëüíîé îñè, ñîçäàâàÿ íåîáõîäèìûé ìîìåíò äëÿ ïðàâêè ïðîôèëÿ ïî ïîα v0 ïåðå÷íîìó ñå÷åíèþ. Ýòè æå ðîëèêè ìîæíî ñìåùàòü îòíîñèòåëüíî ëèíèè ïðàâêè âïðàâî-âëåâî è ââåðõ-âíèç, ÷òî ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü êà÷åñòâåííóþ ïðàâêó ñëîæíûõ ïðîôèëåé òèïà áàëîê è øâåëëåðîâ. Äëÿ áîëåå êà÷åñòâåííîé ïðàâêè ðàçðàáîòàíû ìàøèíû ñ ïåðåìåííûì (óìåíüøàþùèìñÿ ω ê êîíöó ïðàâêè) èëè èçìåíÿþùèìñÿ øàãîì ðîëèêîâ. Òàêèå ìàøèíû ïîçâîëÿþò ïðàâèòü øèðîÐèñ. 14.33. Ïðàâêà ìåòàëëà êèé ñîðòàìåíò ïðîôèëåé, âêëþ÷àÿ ñëîæíûå. â ãåëèêîèäàëüíûõ ðîëèêàõ Äëÿ êðóãëîãî ïðîêàòà øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè ïðàâèëüíûå ìàøèíû ñ ãåëèêîèäàëüíûìè ðîëèêàìè (ðèñ. 14.33). Îáðàçóþùàÿ ðîëèêîâ ðàñòî÷åíà ïî ãèïåðáîëå òàê, ÷òî ïðè ïåðåêîñå ðîëèêîâ íà óãîë α çàõîäÿùàÿ â íèõ ïîëîñà ïî âñåé äëèíå ðîëèêîâ íàõîäèòñÿ â êîíòàêòå ñ íèìè. Ïåðåêîñîì ðîëèêîâ äîñòèãàåòñÿ ðàçëîæåíèå îêðóæíîé ñêîðîñòè ðîëèêîâ ω íà îñåâóþ è ðàäèàëüíóþ ñîñòàâëÿþùèå. Ðàäèàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ îáåñïå÷èâàåò âðàùåíèå çàãîòîâêè â ðîëèêàõ, à îñåâàÿ ïðîäâèæåíèå ïðîêàòà â íàïðàâëåíèè ïðàâêè. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû ìàøèíû ñ äâóìÿ ðîëèêàìè (ñì. ðèñ. 14.33), îäíàêî ñóùåñòâóþò ìàøèíû ñ áîëüøèì êîëè÷åñòâîì ðîëèêîâ. Äëÿ ïðàâêè ñëîæíûõ ïðîôèëåé, îñîáåííî êîãäà íå òðåáóåòñÿ âûñîêàÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïðàâêè, ïðèìåíÿþò ðàñòÿæíûå ìàøèíû (ðèñ. 14.34). Îíè ïîçâîëÿþò ñ ïîìîùüþ íåïîäâèæíîé 5 è ïîäâèæíîé 1 ãîëîâîê ðàñòÿãèâàòü, äîâîäÿ äî ïðåäåëà òåêó÷åñòè, è ðàñêðó÷èâàòü â ñå÷åíèè ïðîêàò ëþáîé ñëîæíîñòè èç ëþáîé ìàðêè ñòàëè. Âîçìîæíà ïðàâêà ïðîôèëÿ ñ ïîäîãðåâîì åãî (â òåïëîì
1
6
2
3
4
5
7
Ðèñ. 14.34. Ïðàâèëüíî-ðàñòÿæíàÿ ìàøèíà: 1 âðàùàþùàÿñÿ ãîëîâêà; 2 ýëåêòðîäâèãàòåëü äëÿ óñòàíîâêè ãîëîâêè; 3 íåïîäâèæíûé âèíò ñ ãàéêîé; 4 ñòàíèíà; 5 ðàáî÷àÿ ãîëîâêà; 6 íàñîñíàÿ óñòàíîâêà; 7 ãèäðîöèëèíäð äëÿ îñåâîãî ïåðåìåùåíèÿ ðàáî÷åé ãîëîâêè
347
ñîñòîÿíèè) íåïîñðåäñòâåííî íà ñàìîé ìàøèíå (ïóòåì ïðîïóñêàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà). Ïðàâèëüíî-ðàñòÿæíûå ìàøèíû îáû÷íî ïðèìåíÿþòñÿ â òîì ñëó÷àå, êîãäà ïðàâêà íà ÐÏÌ íå îáåñïå÷èâàåò òðåáóåìîå êà÷åñòâî ïðàâêè èç-çà ñëîæíîñòè èëè âûñîêèõ òðåáîâàíèé ê òî÷íîñòè ãåîìåòðèè ïðîôèëÿ. Äðóãèå îïåðàöèè îòäåëêè è àäúþñòàæíîé îáðàáîòêè ïðîêàòà (îïåðàöèè âòîðîé è òðåòüåé ãðóïïû ïî íàøåé êëàññèôèêàöèè) ìû ðàññìàòðèâàòü íå áóäåì, õîòÿ âàæíîñòü è îòâåòñòâåííîñòü ýòèõ îïåðàöèé â ôîðìèðîâàíèè êà÷åñòâà ãîòîâîãî ïðîêàòà î÷åíü âåëèêà. Îäíàêî íà ïåðâûé ïëàí çäåñü âûõîäÿò êîíñòðóêòèâíûå è îðãàíèçàöèîííûå ìîìåíòû, à òåõíîëîãè÷åñêèå âîïðîñû, êàê ïðàâèëî, òðèâèàëüíû. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî â ìèðîâîé ïðàêòèêå íàìåòèëàñü òåíäåíöèÿ ïåðåíåñåíèÿ ìíîãèõ îòäåëî÷íûõ îïåðàöèé ïðîêàòà íà çàâîäû-ñêëàäû. Òàêèå ïðåäïðèÿòèÿ ïîêóïàþò ïî÷òè âåñü íåîòäåëàííûé ïðîêàò ìåòàëëóðãè÷åñêèõ ïðåäïðèÿòèé è ïîëíîñòüþ îñâîáîæäàþò èõ îò êîíòàêòîâ ñ ïîòðåáèòåëåì.  ñâîþ î÷åðåäü, ïîòðåáèòåëü ïîêóïàåò ìåòàëë íà çàâîäå-ñêëàäå, ãäå èìååòñÿ îáîðóäîâàíèå äëÿ ñíÿòèÿ ïîâåðõíîñòíîé îêàëèíû, ïðàâêè, îáäèðêè è øëèôîâêè ïîâåðõíîñòè, âîëî÷åíèÿ, îáðàáîòêè ôàñîê, ñîðòèðîâêè, äåôåêòîñêîïèè ìåòàëëà è äðóãèõ îòäåëî÷íûõ è êîíòðîëüíûõ îïåðàöèé. Òàêàÿ îðãàíèçàöèÿ ìåòàëëîñáûòà âûãîäíà êàê ìåòàëëóðãè÷åñêèì, òàê è ìàøèíîñòðîèòåëüíûì ïðåäïðèÿòèÿì.
Ãëàâà 15 ÏÐÎÊÀÒÊÀ È ÊÀËÈÁÐÎÂÊÀ ÎÑÍÎÂÍÛÕ ÂÈÄΠÑÎÐÒÎÂÎÃÎ ÏÐÎÊÀÒÀ Êà÷åñòâî ñîðòîâîãî ïðîêàòà êàê ïî òî÷íîñòè, òàê è ïî äåôåêòàì ïîâåðõíîñòè â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îïðåäåëÿåòñÿ ñõåìîé äåôîðìàöèè ìåòàëëà è êàëèáðîâêîé ïðîôèëÿ.  ñâîþ î÷åðåäü, ñõåìà äåôîðìàöèè ñâÿçàíà ñ êîíñòðóêöèåé ñòàíà è äðóãîãî îáîðóäîâàíèÿ öåõà. Ìû íå áóäåì äàâàòü ðåöåïòóðíûõ ðåêîìåíäàöèé ïî ðàñ÷åòó êàëèáðîâêè ïðîôèëåé è êàëèáðîâêè âàëêîâ, òàê êàê èõ ìîæíî íàéòè âî ìíîãèõ ó÷åáíûõ ïîñîáèÿõ, íàïðèìåð â [6]. Ïî äàííîìó ó÷åáíîìó ïîñîáèþ ñòóäåíò, ñêîðåå âñåãî, íå ñìîæåò ïîëíîñòüþ âûïîëíèòü êóðñîâîå çàäàíèå ïî ðàñ÷åòó êàëèáðîâêè âàëêîâ ñòàíà. Íî îíî ïîìîæåò åìó ïðîàíàëèçèðîâàòü òåõíîëîãè÷åñêèå âîçìîæíîñòè ñòàíà, âûáðàòü ñõåìó äåôîðìàöèè ìåòàëëà, ðàññ÷èòàòü îñíîâíûå ïàðàìåòðû äåôîðìàöèè è ïîëó÷èòü õàðàêòåðèñòè÷åñêèå ðàçìåðû êàëèáðîâ. Îíî ïîçâîëèò ïîíÿòü, êàê òå èëè èíûå ðåæèìû ïðîêàòêè îòðàæàþòñÿ íà òî÷íîñòè è êà÷åñòâå ãîòîâîé ïðîäóêöèè. 15.1. Ñõåìû ïðîêàòêè ïðîñòûõ ïðîôèëåé Ïðîñòûå ïðîôèëè ïðîêàòà êðóã, êâàäðàò è øåñòèãðàííèê ïðîêàòûâàþòñÿ ïî òðàäèöèîííîé ñõåìå (ðèñ. 15.1). Ïðèìåíÿþòñÿ òðè ðàçíûå ãðóïïû êàëèáðîâ, â êàæäîé èç êîòîðûõ ðåøàþòñÿ ñâîè çàäà÷è. Íåñêîëüêî ïåðâûõ ïðîïóñêîâ îñóùåñòâëÿþò ïî ñèñòåìå ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ. Ýòè êàëèáðû ïîçâîëÿþò ëåã÷å, ÷åì äðóãèå, îñâîáîäèòü ïîâåðõíîñòü ðàñêàòà îò ïå÷íîé îêàëèíû. 348
ßùè÷íàÿ ñèñòåìà êàëèáðîâ
Âûòÿæíàÿ ñèñòåìà êàëèáðîâ
×èñòîâàÿ ñèñòåìà êàëèáðîâ
Ðèñ. 15.1. Îáùàÿ ñõåìà ïðîêàòêè ïðîñòûõ ïðîôèëåé
 ÿùè÷íûõ êàëèáðàõ îáæàòèå îñóùåñòâëÿåòñÿ â îñíîâíîì ïî äâóì ñòîðîíàì çàãîòîâêè, à äâå äðóãèå, íàõîäÿùèåñÿ ïîä âîçäåéñòâèåì íåáîëüøîãî áîêîâîãî îáæàòèÿ ñî ñòîðîíû ñòåíîê êàëèáðà, ëåãêî îñâîáîæäàþòñÿ îò îêàëèíû. Ïîñëå êàíòîâêè ðàñêàòà â ÿùè÷íûõ êàëèáðàõ ñ äâóõ äðóãèõ ñòîðîí ñáèâàåòñÿ îêàëèíà. Ïðè èñïîëüçîâàíèè äðóãèõ ñèñòåì êàëèáðîâ, íàïðèìåð ðîìáêâàäðàò èëè îâàë êâàäðàò, êîãäà îáæàòèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ñðàçó ïî ÷åòûðåì ñòîðîíàì, îïàñíîñòü âäàâëèâàíèÿ ïå÷íîé îêàëèíû â ïîâåðõíîñòü ìåòàëëà çíà÷èòåëüíî âûøå. ßùè÷íûå êàëèáðû â ïåðâûõ êëåòÿõ ñòàíà íåîáõîäèìû òàêæå äëÿ ñòàáèëèçàöèè ðàçìåðîâ çàãîòîâêè. Çàãîòîâêà, ïðîêàòàííàÿ íà ÍÇÑ èëè äðóãîì çàãîòîâî÷íîì ñòàíå, èìååò äîâîëüíî áîëüøèå äîïóñêè. Êðîìå òîãî, ÷àñòü çàãîòîâêè ñ ïîâåðõíîñòè âûáîðî÷íî èëè ïîëíîñòüþ ïîäâåðãàåòñÿ çà÷èñòêå. Ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå èñõîäíîé çàãîòîâêè ñèëüíî îòêëîíÿåòñÿ îò íîìèíàëüíîãî çíà÷åíèÿ, ïîýòîìó â ÿùè÷íûõ êàëèáðàõ íåîáõîäèìî ïðîêàòàòü åå äî íåêîòîðîãî ñðàâíèòåëüíî òî÷íîãî êâàäðàòà, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò ñòàáèëüíóþ ïðîêàòêó â ñëåäóþùèõ êàëèáðàõ. Ïî ñðàâíåíèþ ñ êàëèáðàìè ñèñòåìû ðîìáêâàäðàò, ïðåäíàçíà÷åííîé òàêæå äëÿ ïîëó÷åíèÿ êâàäðàòà (êñòàòè, áîëåå òî÷íîãî ïî ãåîìåòðèè), ÿùè÷íûå êàëèáðû îáåñïå÷èâàþò ìåíüøèé âðåç â âàëêè, íå èìåþò êîíöåíòðàòîðîâ íàïðÿæåíèé ïî äíó êàëèáðà. Ïîýòîìó ïðè ïðîêàòêå áîëüøèõ êâàäðàòîâ (ñî ñòîðîíîé áîëåå 150 ìì) íà êðóïíîñîðòíûõ è çàãîòîâî÷íûõ ñòàíàõ ïðèìåíÿþòñÿ ÿùè÷íûå êàëèáðû, îáåñïå÷èâàþùèå áîëåå âûñîêóþ ïðî÷íîñòü âàëêîâ. Íàêîíåö, ÿùè÷íàÿ ñèñòåìà êàëèáðîâ â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ, êîãäà çàãîòîâêà ìàññèâíà, à òåìïåðàòóðà ìåòàëëà âûñîêà, îáëàäàåò äîñòàòî÷íî âûñîêîé âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòüþ, ïîýòîìó íåò íåîáõîäèìîñòè ïðèáåãàòü ê äðóãèì ñèñòåìàì êàëèáðîâ.  âûòÿæíîé ñèñòåìå êàëèáðîâ ñòðåìÿòñÿ çà íàèìåíüøåå êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ ïðè âûñîêîì êà÷åñòâå ïðîêàòà ïîëó÷èòü ïîäêàò òðåáóåìûõ ðàçìåðîâ è ôîðìû ñå÷åíèÿ, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò êà÷åñòâåííóþ ïðîêàòêó â ñëåäóþùåé ÷èñòîâîé ñèñòåìå êàëèáðîâ. Îñíîâíûå ñèñòåìû âûòÿæíûõ êàëèáðîâ îâàëêâàäðàò, ðîìá êâàäðàò, îâàëðåáðîâîé îâàë è èõ ðàçíîâèäíîñòè. Êàæäàÿ èç íèõ èìååò ñâîè ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè è îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ íà ïðîêàòíûõ ñòàíàõ. Ìíîãîå ðåøàþò îñîáåííîñòè êîíñòðóêöèè êîíêðåòíîãî ñòàíà è îïûò êàëèáðîâùèêà, ðàçðàáàòûâàâøåãî ñõåìó äåôîðìàöèè è êàëèáðîâêó âàëêîâ ñòàíà. Ïðè ïðîêàòêå â ÷èñòîâîé ñèñòåìå êàëèáðîâ ãëàâíàÿ çàäà÷à ïîëó÷åíèå ãîòîâîãî ïðîôèëÿ ñ òðåáóåìîé òî÷íîñòüþ è áåç äåôåêòîâ ïî ïîâåðõíîñòè. Êàê ïðàâèëî, äëÿ ïðîñòûõ ïðîôèëåé ÷èñòîâûìè ÿâëÿþòñÿ äâà ïîñëåäíèõ êàëèáðà. 349
Ðàññìîòðèì íåñêîëüêî êàëèáðîâîê, â ÷àñòíîñòè ñõåìó êàëèáðîâêè êðóãëûõ ïðîôèëåé íà ñðåäíåñîðòíîì ñòàíå 350 (ðèñ. 15.2), ðàñïîëîæåíèå îáîðóäîâàíèÿ êîòîðîãî áîëåå ïîäðîáíî ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 14.24. Ñòàí ïðîèçâîäèò êðóãëûå ïðîôèëè äèàìåòðîì îò 30 äî 87 ìì. Ñëåäóåò íàïîìíèòü, ÷òî íà ðàññòîÿíèè 70 ì îò 10-é êëåòè ðàñïîëîæåí 3-êëåòåâîé êàëèáðóþùèé áëîê è çà ñ÷åò ãîðÿ÷åêàëèáðîâàííûõ ïðîôèëåé ñîðòàìåíò ñòàíà çíà÷èòåëüíî ðàñøèðåí. Ïðè ðåâåðñèâíîì ðåæèìå ïðîêàòêè â ïåðâîé êëåòè 530 ìîæíî âàðüèðîâàòü ðàçìåðàìè èñõîäíîé çàãîòîâêè. Òðåòüþ êëåòü âûïîëíèëè â âèäå ãëàäêîé áî÷êè. Ïîñêîëüêó ýòà êëåòü îáðàçóåò íåïðåðûâíóþ ãðóïïó ñî âòîðîé, òî â íåé ìîæíî îáåñïå÷èòü äîñòàòî÷íî âûñîêîå îáæàòèå áåç ïîòåðè óñòîé÷èâîñòè è ñ íàäåæíûì çàõâàòîì. Âûãîäà æå îò òîãî, ÷òî íå òðåáóåòñÿ çàòðàò íà íàðåçêó êàëèáðà, î÷åâèäíà. ×èñòîâàÿ ñèñòåìà ñîñòîèò èç ïðåä÷èñòîâîãî îâàëà, ðàñïîëîæåííîãî â âåðòèêàëüíîé êëåòè, è ãîðèçîíòàëüíîãî ÷èñòîâîãî êðóãà. Ïåðâûå ÷åòûðå êëåòè âûïîëíåíû ïî ñèñòåìå ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ, ñëåäóþùèå ÷åòûðå êàëèáðà îòíîñÿòñÿ ê âûòÿæíîé ñèñòåìå è âûïîëíåíû ïî ñèñòåìå îâàëðåáðîâîé îâàë èëè îâàëêðóã, ÷òî ïðè íåáîëüøîé âûòÿæêå ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü øèðîêèé íàáîð êðóãëûõ ïðîôèëåé èç 6, 8 èëè 10 êëåòåé. Ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì ðåàëèçîâàòü èäåþ óíèâåðñàëèçàöèè êàëèáðîâêè, ñâîäÿùóþñÿ ê òîìó, ÷òîáû ïðè ìèíèìàëüíîì ÷èñëå êàëèáðîâ íà âàëêàõ ïðîêàòàòü ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå ÷èñëî ïðîôèëåðàçìåðîâ ïðîêàòà. Ãîðàçäî áîëüøå ïðîáëåì â âûáîðå êàëèáðîâ âûòÿæíîé ñèñòåìû ïðèõîäèòñÿ ðåøàòü íà ìåëêîñîðòíûõ è ïðîâîëî÷íûõ íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ. Îñíîâíàÿ çàäà÷à çäåñü ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü âûñîêóþ óñòîé÷èâîñòü è ñòàáèëüíîñòü ïðîöåññà ïðîêàòêè ïðè âûñîêîé âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòè ïðèìåíÿåìûõ êàëèáðîâ. Íåîáõîäèìî òàêæå ñîõðàíèòü âûñîêóþ óíèâåðñàëüíîñòü êàëèáðîâêè. Ðàññìîòðèì îïûò îñâîåíèÿ ïðîêàòêè êðóãëûõ è êâàäðàòíûõ ïðîôèëåé íà òèïîâîì ìåëêîñîðòíîì ñòàíå 250 ¹ 1 Êðèâîðîæñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî êîìáèíàòà (ðèñ. 15.3, 15.4). Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ êëåòåé ñòàíà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 14.3. Èñõîäíàÿ çàãîòîâêà êâàäðàò ðàçìåðîì 80½80 ìì, ïîëó÷åííûé íà ÍÇÑ.  ÷åðíîâûõ êëåòÿõ 13 âðåçàíû ÿùè÷íûå êàëèáðû.  âûòÿæíûõ êàëèáðàõ 411 ïåðâîíà÷àëüíî áûëà ïðèìåíåíà ñèñòåìà îâàëêâàäðàò. Ýòà ñèñòåìà îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ âûòÿæíóþ ñïîñîáíîñòü, ïîçâîëÿåò ïðîêàòàòü ìåëêèå êðóãè äèàìåòðîì îò 10 äî 14 ìì, ïðè÷åì ïðè ïðîêàòêå êðóãîâ áîëåå 14 ìì ïîëó÷àåòñÿ ñðàâíèòåëüíî íèçêèé ðàñõîä ýíåðãèè íà 1 ò ïðîêàòà. Îäíàêî îïûò ïîêàçàë, ÷òî ïî òàêîé ñèñòåìå êàëèáðîâ ïðîêàòêà â óñëîâèÿõ íàòÿæåíèÿ ìåæäó êëåòÿìè ïðîõîäèò êðàéíå íåóñòîé÷èâî. Âñëåäñòâèå íàòÿæåíèÿ êâàäðàòíûå êàëèáðû çàïîëíÿþòñÿ íå ïîëíîñòüþ. Ïðîêàòêà êâàäðàòíîé ïîëîñû ñ íåçàïîëíåííûìè óãëàìè â îâàëüíîì êàëèáðå ñîïðîâîæäàåòñÿ ñêðó÷èâàíèåì ïîëîñû ìåæäó êëåòÿìè, è íåò ñïîñîáîâ óäåðæàòü òàêóþ ïîëîñó â òðåáóåìîì ïîëîæåíèè. Ñêðó÷èâàíèå êâàäðàòà â îâàëüíîì êàëèáðå âûçûâàåò èñêàæåíèå ôîðìû îâàëà è ÷àñòî ñòàíîâèòñÿ ïðè÷èíîé çàñòðåâàíèÿ ðàñêàòà â âàëêàõ. Ýòè íåäîñòàòêè ñóùåñòâåííî óñëîæíÿþò ïðîöåññ ïðîêàòêè ïðè çíà÷èòåëüíîì íàòÿæåíèè ïîëîñû ìåæäó êëåòÿìè. Ñíèæåíèå íàòÿæåíèÿ ëèøü óìåíüøàåò ýòè íåäîñòàòêè, íî íå óñòðàíÿåò ïîëíîñòüþ. Ê òîìó æå ïðè íèçêèõ íàòÿæåíèÿõ ïîÿâëÿåòñÿ îïàñíîñòü ïîëó÷èòü ïðîêàòêó ñ ïåòëåé, íà ÷òî ñòàí íå íàñòðîåí. Ýòî ïðèâîäèò, êàê ïðàâèëî, ê àâàðèè íà ñòàíå. 350
6Ã
5Ã 4Ã 3Ã 2Ã 1Ã
10Ã 9Â 8Ã
Ðèñ. 15.2. Ñõåìà ïðîêàòêè êðóãëûõ ïðîôèëåé íà ñðåäíåñîðòíîì ñòàíå 350 351
Ðèñ. 15.3. Êàëèáðîâêà âàëêîâ ìåëêîñîðòíîãî ñòàíà 250
Òàêèì îáðàçîì, ñèñòåìà îâàëêâàäðàò íå îáåñïå÷èëà óñëîâèé äëÿ íîðìàëüíîé, óñòîé÷èâîé ðàáîòû ñòàíà è áûëà çàìåíåíà ñèñòåìîé îâàëðåáðîâîé îâàë. Ïðè ýòîì ïðîêàòêà âî âñåõ êàëèáðàõ ñòàëà óñòîé÷èâîé, äàæå ïðè çíà÷èòåëüíûõ êîëåáàíèÿõ íàòÿæåíèÿ ìåæäó êëåòÿìè, èñ÷åçëè ñëó÷àè ïåòëåîáðàçîâàíèÿ â ìåæêëåòåâîì ïðîìåæóòêå. Íàáëþäàåòñÿ îïðåäåëåííàÿ íåóñòîé÷èâîñòü ïðè ïðîêàòêå ìåëêîé îâàëüíîé ïîëîñû â ðåáðîâîì îâàëå. Îäíàêî ïðè ïðèìåíåíèè áîëåå òåñíûõ ïðîâîäîê íåäîñòàòîê óñòðàíÿåòñÿ. Íåñìîòðÿ íà òî ÷òî ñèñòåìà êàëèáðîâ 352
8 êë.
9 êë.
10 êë.
11 êë.
12 êë.
13 êë.
14 êë.
15 êë.
Ðèñ. 15.4. Êàëèáðîâêà ÷èñòîâîé ãðóïïû êëåòåé äëÿ ïðîêàòêè êâàäðàòíûõ ïðîôèëåé
îâàëðåáðîâîé îâàë ìåíåå ïðîèçâîäèòåëüíà, ÷åì ñèñòåìà îâàëêâàäðàò, ïî íîâîé êàëèáðîâêå ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà ïîâûñèëàñü çà ñ÷åò áîëåå ñòàáèëüíîé ïðîêàòêè, óìåíüøåíèÿ ïåðåíàëàäîê, ïîâûøåíèÿ ñòîéêîñòè êàëèáðîâ è äðóãèõ ïðè÷èí. Êàëèáðîâêà îâàëðåáðîâîé îâàë â íàñòîÿùåå âðåìÿ óñïåøíî ïðèìåíÿåòñÿ íà ìíîãèõ ìåëêîñîðòíûõ è ïðîâîëî÷íûõ ñòàíàõ. Îäíàêî ïðè õîðîøåé ñèñòåìå ðåãóëèðîâàíèÿ íàòÿæåíèÿ è ïðè ñîîòâåòñòâóþùåé êâàëèôèêàöèè ïåðñîíàëà ïðèìåíåíèå ñèñòåìû îâàëêâàäðàò îáåñïå÷èâàåò áîëåå âûñîêóþ âûòÿæíóþ ñïîñîáíîñòü. Ýòî ïîçâîëÿåò ïðèìåíèòü áîëåå êðóïíóþ èñõîäíóþ çàãîòîâêó (íàïðèìåð, êâàäðàò ðàçìåðîì 100½100 ìì âìåñòî 80½80 ìì) ïîâûñèòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà èëè ðàñøèðèòü ñîðòàìåíò ïðîêàòà â ñòîðîíó áîëåå ìåëêèõ ïðîôèëåé. Ïîýòîìó íà ñòàíå 250 öåïî÷êó äëÿ ïðîêàòêè ìèíèìàëüíîãî êðóãà äèàìåòðîì 10 ìì ñîõðàíèëè ïî ñèñòåìå îâàëêâàäðàò. Íåóñòîé÷èâîñòü ðåæèìà ïðîêàòêè ýòîãî ïðîôèëÿ óñòðàíÿþò çà ñ÷åò òùàòåëüíîé íàñòðîéêè ñòàíà è âûñîêîãî óðîâíÿ êâàëèôèêàöèè îáñëóæèâàþùåãî ïåðñîíàëà. 353
15.2. Ðàñ÷åò êàëèáðîâêè ïðîñòûõ ïðîôèëåé Ðàñ÷åò êàëèáðîâêè âêëþ÷àåò â ñåáÿ ðàñ÷åò ôîðìû è ðàçìåðîâ ïîëîñ ïî âñåì ïðîïóñêàì è ðàñ÷åò ðàçìåðîâ êàëèáðîâ, êîòîðûå íàðåçàþòñÿ íà âàëêàõ äëÿ ðåàëèçàöèè íàìå÷åííûõ ïåðåõîäîâ. Ðàññìîòðèì ïåðâóþ ÷àñòü ïðîöåññà, ïðè ýòîì áóäåì èñïîëüçîâàòü òåðìèí êàëèáðîâêà ïðîôèëÿ. Ðàñ÷åò êàëèáðîâêè ïðîñòûõ ïðîôèëåé îáû÷íî âåäóò ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè îò ÷èñòîâîãî ïðîôèëÿ ê èñõîäíîé çàãîòîâêå. Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ýòàïîâ îïåðàöèé ðàñ÷åòà, êîòîðûå ñòóäåíò îáÿçàí çíàòü, ïðîñëåäèì íà ïðèìåðå 10-êëåòåâîãî ñðåäíåñîðòíîãî ñòàíà 350 Êèðîâñêîãî çàâîäà (ñì. ðèñ. 14.24 è 15.2). Ðàñïðåäåëåíèå êëåòåé ñòàíà ïîä ÿùè÷íóþ, âûòÿæíóþ è ÷èñòîâóþ ñèñòåìû Ýòîò âàæíûé ýòàï ðàñ÷åòà êàëèáðîâêè ïðîôèëåé â íåêîòîðûõ ó÷åáíèêàõ íå ðàññìàòðèâàåòñÿ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ÷àñòî ðàñ÷åòíûå êàëèáðîâêè, ïðîèçâåäåííûå ñòóäåíòàìè, îêàçûâàþòñÿ íå îòíîñÿùèìèñÿ ê êîíêðåòíîìó ñòàíó, íå ó÷èòûâàþòñÿ åãî îñîáåííîñòè. Áóäåì ðóêîâîäñòâîâàòüñÿ ñëåäóþùèìè ñîîáðàæåíèÿìè: ÷èñòîâàÿ ñèñòåìà äëÿ ïðîêàòêè êðóãëûõ, êâàäðàòíûõ è øåñòèãðàííûõ ïðîôèëåé ñîñòîèò, êàê ïðàâèëî, èç äâóõ êàëèáðîâ; êîëè÷åñòâî âûòÿæíûõ êàëèáðîâ âñåãäà ÷åòíî; äëÿ ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ äîñòàòî÷íî äâóõ-÷åòûðåõ êëåòåé. Äëÿ ñòàíà 350 âûáåðåì ÷åòûðå ÿùè÷íûõ (êëåòè 14), ÷åòûðå âûòÿæíûõ (êëåòè 58) è äâà ÷èñòîâûõ êàëèáðà (êëåòè 9 è 10).  êà÷åñòâå âûòÿæíîé äëÿ ïðîêàòêè êðóãëîãî (èëè øåñòèãðàííîãî) ïðîôèëÿ íàçíà÷èì ñèñòåìó êàëèáðîâ îâàëðåáðîâîé îâàë, äëÿ êâàäðàòíîãî ðîìáêâàäðàò. Ïóñòü çàäàíî ïðîêàòàòü êðóãëûé ïðîôèëü äèàìåòðîì dí = 30 ìì èç êâàäðàòíîé çàãîòîâêè ðàçìåðîì 100½100 ìì, äîïóñê íà ïðîêàò îáû÷íîé òî÷íîñòè ïî
êâ. 100
1
2
3
4
b5 F5 = 2478,0 h5 = 38,3 b5 = 86,3
b6
7 b7
F6 = 1846,0 F7 = 1297,0 h7= 26,6 h6 = 54,3 b7 = 66,0 b6 = 45,3
8 b8
h9
6
h8
5
h7
h5
h6
a4 = 60 F4 = 3600
9 b9
10
F10 = 692,4
F8 = 995,3 F9 = 796,3 h8 = 38,2 h9= b8 = 34,74 b9 =
Ðèñ. 15.5. Ðàñïðåäåëåíèå êàëèáðîâ ïî êëåòÿì ñòàíà 350 354
d10= 29,7
ÃÎÑÒ 259088 ñîñòàâëÿåò +0,3...0,7 ìì. Ðàñïðåäåëåíèå êàëèáðîâ ïî êëåòÿì (ðèñ. 15.5) ïðèìåðíî ñîîòâåòñòâóåò çàâîäñêîìó (ñì. ðèñ. 15.2). Ïðåä÷èñòîâîé îâàë (9-ÿ êëåòü) íàðåçàí â âåðòèêàëüíîé êëåòè. Êàê îòìå÷àëîñü ðàíåå, âìåñòî ÿùè÷íîãî êàëèáðà â 3-é êëåòè ïîëåçíî èìåòü ãëàäêóþ áî÷êó. Ðàñ÷åò ÷èñòîâîé ñèñòåìû êàëèáðîâ  íàøåì ïðèìåðå ÷èñòîâàÿ ñèñòåìà âêëþ÷àåò â ñåáÿ ÷èñòîâîé êðóã è ïðåä÷èñòîâîé îâàë. ×èñòîâîé êàëèáð ñòðîèòñÿ ïî íîìèíàëüíûì ðàçìåðàì ÷èñòîâîãî êðóãà (30 ìì) ñ ó÷åòîì òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå è ìèíóñîâîãî äîïóñêà. Íàðåçàííûé íà âàëêàõ êàëèáð äîëæåí îáåñïå÷èâàòü ïðîêàòêó ïðîôèëÿ ïî ìèíóñîâîìó äîïóñêó, ÷òîáû â ïðîöåññå èçíîñà êàëèáðà ïîñòåïåííî äâèãàòüñÿ â ñòîðîíó ïëþñîâûõ äîïóñêîâ. Ðàñ÷åòíûé (ãîðÿ÷èé) äèàìåòð êðóãëîãî ïðîêàòà, âûõîäÿùåãî èç ÷èñòîâîãî êàëèáðà, dã = dí (1 + βt ) ∆, ãäå ∆ ìèíóñîâûé äîïóñê; β êîýôôèöèåíò òåìïåðàòóðíîãî ðàñøèðåíèÿ ïðîêàòûâàåìîãî ìåòàëëà. Ïðè òåìïåðàòóðå ïðîêàòêè t = 10001150 °C ìíîæèòåëü (1 + bt) = 1,012 1,013. Èòàê, ïîëó÷àåì d10 = 30 ⋅ 1,013 0,7 = 29,7 ìì. Ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ F10 = πd102/4 = 3,14 ⋅ 29,72/4 = 692,4 ìì2. Äëÿ ðàñ÷åòà ïðåä÷èñòîâîãî êàëèáðà íàçíà÷èì âûòÿæêè ïðè ïðîêàòêå â ÷èñòîâîì è ïðåä÷èñòîâîì êàëèáðå (ñ íîìåðàìè 10 è 9). Îáû÷íî èñïîëüçóþò ðåêîìåíäàöèè, îñíîâàííûå íà ðàáîòå äåéñòâóþùèõ êàëèáðîâîê: λ÷èñò = 1,121,18 è λïðåä÷ = 1,221,28. Âûáèðàåì λ10 = 1,15 è λ9 = 1,25. Ïëîùàäè ïîïåðå÷íûõ ñå÷åíèé òàêîâû: F9 = F10 λ10 = 692,4 ⋅ 1,15 = 796,3 ìì2; F8 = F9 λ9 = 796,3 ⋅ 1,25 = 995,3 ìì2 = Fâ. Çíàÿ ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïîëîñû Fâ, âûõîäÿùåé èç ïîñëåäíåãî âûòÿæíîãî êàëèáðà, ëåãêî íàéòè åå ðàçìåðû. Åñëè ýòî êâàäðàò, òî åãî ñòîðîíà àâ = Fâ .  íàøåì ïðèìåðå ôîðìà ïîëîñû Fâ ðåáðîâîé îâàë. Äëÿ ðåáðîâîãî îâàëà îòíîøåíèå îñåé êîëåáëåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 1,0 äî 1,25. Âûáåðåì h8/b8 = 1,1 (â ïðèâåäåííîé ðàíåå çàâîäñêîé êàëèáðîâêå â 8-ì êàëèáðå îòíîøåíèå îñåé ðåáðîâîãî îâàëà ðàâíî 1,0). Ðåøàåì ñèñòåìó äâóõ óðàâíåíèé ñ äâóìÿ íåèçâåñòíûìè: F8 = 0,75 b8h8 = 995,3; h8/b8 = 1,1. Ïîëó÷àåì è çàíîñèì íà ÷åðòåæ ðàçìåðû: b8 = 34,74 ìì, h8 = 38,2 ìì. Ðàçìåðû ïðåä÷èñòîâîãî îâàëà h9 è b9 áóäåì íàõîäèòü ïîçæå ïî ìåòîäèêå ðàñ÷åòà âûòÿæíûõ êàëèáðîâ. Âûáîð ïðîìåæóòî÷íîãî êâàäðàòà ìåæäó âûòÿæíîé è ÿùè÷íîé ñèñòåìàìè Îò ðàçìåðîâ êâàäðàòà çàâèñèò ñóììàðíàÿ âûòÿæêà â ÿùè÷íîé λÿ è ñóììàðíàÿ âûòÿæêà λâ â âûòÿæíîé ñèñòåìàõ.  íàøåì ïðèìåðå ïðîìåæóòî÷íûì ÿâëÿåòñÿ êâàäðàò èç 4-é êëåòè ñî ñòîðîíîé à4. Ñóììàðíûå âûòÿæêè λÿ = λ14 è λâ = λ58. 355
Åñëè äîïóñòèòü, ÷òî âî âñåõ êàëèáðàõ âûòÿæêè îäèíàêîâû, òî ñðåäíÿÿ âûòÿæêà λñð =
n
λΣ ,
ãäå n = nÿ + nâ îáùåå ÷èñëî ïðîïóñêîâ; λΣ = F0 / Fâ ñóììàðíàÿ âûòÿæêà â îáåèõ ñèñòåìàõ. Òîãäà ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïðîìåæóòî÷íîãî êâàäðàòà Fÿ = (λñð)nÿ.  íàøåì ïðèìåðå nÿ = nâ = 4, n = 8, λΣ = 10000 / 995,3 = 10,05. Çíà÷åíèå λñð ìû âû÷èñëÿòü íå áóäåì, âîñïîëüçóåìñÿ òåì, ÷òî nÿ = nâ. Îòñþäà λ14 = λ58 = λ Σ = 3,17, ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ F4 = 1000 / 3,17 = 3154,6 ìì2, è ñòîðîíà êâàäðàòà àÿ = = 3154,6 = 56,2 ìì. Èòàê, ïðè ðàâåíñòâå âûòÿæåê â ÿùè÷íîé è âûòÿæíîé ñèñòåìàõ òðåáóåòñÿ êâàäðàò à4 = 56 ìì. Ìîæíî åãî óâåëè÷èòü, òåì ñàìûì îñëàáèâ âûòÿæêè â ÿùè÷íûõ è óñèëèâ èõ â âûòÿæíûõ êàëèáðàõ. Ìîæíî, êîíå÷íî, ïîñòóïèòü íàîáîðîò. Íî ñëåäóåò âûïîëíèòü äâà îãðàíè÷åíèÿ. Ñ îäíîé ñòîðîíû, â ÿùè÷íûõ êàëèáðàõ îáæàòèÿ íå äîëæíû ïðåâûøàòü ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûõ çíà÷åíèé ïî óãëó çàõâàòà, ïîýòîìó ïðîâåðÿåì, êàê íà áëþìèíãå: Σ∆hÿ = k(h0 hÿ) + k(b0 bÿ), k = 1,31,4; ∆hmax = D(1 cos[α]). Äîëæíî áûòü Σ∆hÿ /∆hmax ≤ nÿ, ò. å. êîëè÷åñòâà âûäåëåííûõ êëåòåé äîëæíî õâàòèòü äëÿ ïðîêàòêè â êàëèáðàõ ÿùè÷íîé ñèñòåìû, åñëè â êàæäîé èç íèõ îáæàòèÿ áóäóò ìàêñèìàëüíûìè. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, íåîáõîäèìî ïðîâåðèòü âîçìîæíîñòè âûòÿæíîé ñèñòåìû ïî åå âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòè. Ñëåäóåò âîñïîëüçîâàòüñÿ ãðàôèêàìè âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòè ñèñòåì êàëèáðîâ, ïðèâåäåííûìè â [6] è íà ðèñ. 6.35, èëè óñðåäíåííûìè ðåêîìåíäàöèÿìè â ó÷åáíèêàõ ïî êàëèáðîâêå âàëêîâ äëÿ âûáðàííîé ñèñòåìû êàëèáðîâ. Âî âñåõ ñëó÷àÿõ âûòÿæêà â ïàðå âûòÿæíûõ êàëèáðîâ ñðàâíèâàåòñÿ ñ íåêîòîðîé ïðåäåëüíî äîïóñòèìîé.  íàøåì ñëó÷àå íàçíà÷èì àÿ = 60 ìì (áëèçêî ê ðàñ÷åòíîìó 56,2 ìì) è ïðîâåðèì âîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ òàêîãî êâàäðàòà â ÿùè÷íîé ñèñòåìå. Âîçìîæíîñòè âûòÿæíîé ñèñòåìû ñåé÷àñ ðàññìàòðèâàòü íå áóäåì. Åñëè â õîäå ðàñ÷åòà âûòÿæíîé ñèñòåìû âûÿñíèòñÿ, ÷òî âûòÿæêè ïðåâûøàþò âûòÿæíóþ ñïîñîáíîñòü, òî âåðíåìñÿ ê ýòîìó ïóíêòó ðàñ÷åòà è âñå ïåðåñ÷èòàåì äëÿ äðóãîãî êâàäðàòà. Èòàê, Σ∆hÿ = 1,3(100 60) + 1,3(100 60) = 104 ìì; ∆hmax = 480(1 cos22°) = 35 ìì; 104/35 = 3 < nÿ. Ïðîêàòêà çàäàííîãî êâàäðàòà â ÷åòûðå ïðîïóñêà âîçìîæíà. Çàìåòèì, ÷òî êâàäðàò ðàçìåðîì 56 ìì íè÷åì íå õóæå çàäàííîãî. Ïðè ýòîì çàãðóçêà ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ âîçðàñòåò, à îïàñíîñòü ïåðåãðóçèòü âûòÿæíóþ ñèñòåìó óìåíüøèòñÿ. Ðàñ÷åò ÿùè÷íûõ êàëèáðîâ Òàêèì îáðàçîì, â ÿùè÷íîé ñèñòåìå çà nÿ = 4 íåîáõîäèìî ïðîêàòàòü êâàäðàò àÿ. Ðàñ÷åò ðåæèìîâ îáæàòèÿ ìîæíî ïîëíîñòüþ îñóùåñòâëÿòü ïî ìåòîäèêå, ðàññìîòðåííîé äëÿ áëþìèíãà: ïðè èçâåñòíîì ñóììàðíîì îáæàòèè Σ∆hÿ îïðåäåëÿåì ñðåäíåå îáæàòèå ∆hñð; 356
âáëèçè ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ âûáèðàåì îáæàòèÿ â êàæäîì ïðîõîäå ∆hi ïî âîçðàñòàþùåìó èëè óáûâàþùåìó ãðàôèêó; íà ñîðòîâûõ ñòàíàõ îáû÷íî ïðèíèìàþò óáûâàþùèé ãðàôèê, õîòÿ â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ âîçìîæåí ãðàôèê ñ âîçðàñòàþùèì îáæàòèåì; íàçíà÷àåì ïîðÿäîê êàíòîâîê; çàïîëíÿåì òàáëèöó îáæàòèé; ðàññ÷èòûâàåì ñèëû ïðîêàòêè è ìîìåíòû íà âàëó äâèãàòåëÿ ïî ïðîïóñêàì; ïðîâåðÿåì ðåæèì îáæàòèÿ ïî îãðàíè÷åíèÿì ïî ìàêñèìàëüíîìó óãëó çàõâàòà, äîïóñòèìîìó óñèëèþ è ìàêñèìàëüíîìó ìîìåíòó; ïîñëåäíÿÿ ïðîâåðêà äëÿ ðåâåðñèâíîãî ñòàíà ïðîèçâîäèòñÿ êàê íà áëþìèíãå, à äëÿ íåðåâåðñèâíîãî êàê íà ÍÇÑ. Ðàñ÷åò âûòÿæíîé ñèñòåìû êàëèáðîâ Ðàñ÷åò âûòÿæíîé ñèñòåìû òàêæå ñëåäóåò ïðîèçâîäèòü ïîýòàïíî. Ðàñïðåäåëåíèå ïàðíûõ âûòÿæåê. Âûòÿæíàÿ ñèñòåìà ñîäåðæèò k = nâ /2 ïàð êàëèáðîâ, â êàæäîé èç êîòîðûõ ñîäåðæèòñÿ íåðàâíîîñíûé è ðàâíîîñíûé (èëè ïî÷òè ðàâíîîñíûé) êàëèáðû, êîòîðûå òîëüêî â ïàðå õàðàêòåðèçóþò âûòÿæíóþ ñïîñîáíîñòü ýòèõ êàëèáðîâ è âñåé ñèñòåìû â öåëîì. Âûòÿæêó â j-é ïàðå îáîçíà÷èì λj . Ïàðíûå âûòÿæêè λj âûáèðàþò ïðîèçâîëüíî, ðóêîâîäñòâóÿñü ñëåäóþùèìè ïðàâèëàìè: ïðîèçâåäåíèå ïàðíûõ âûòÿæåê ïî âñåì ïàðàì ðàâíî ñóììàðíîé âûòÿæêå λâ ïî âûòÿæíîé ñèñòåìå: k
λâ = ∏ λ j ; j −1
ïî õîäó ïðîêàòêè ïàðíûå âûòÿæêè óáûâàþò, òàê êàê ýòî ñïîñîáñòâóåò ïîëó÷åíèþ áîëåå òî÷íûõ ðàçìåðîâ ïðîêàòà äëÿ ïîñëåäóþùåé ÷èñòîâîé ñèñòåìû; íè â îäíîé ïàðå âûòÿæêè íå äîëæíû ïðåâûøàòü ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ. Ìîæíî ïðåäëîæèòü íåñêîëüêî êðèòåðèåâ, ïî êîòîðûì âûáîð ïàðíûõ âûòÿæåê îïòèìèçèðóåòñÿ. Ñíèæåíèå ïàðíûõ âûòÿæåê ïî õîäó ïðîêàòêè ñîîòâåòñòâóåò ìàêñèìóìó êà÷åñòâà ìåòàëëà. Ìîæíî âûáðàòü êðèòåðèåì ðàâåíñòâî ïî âñåì ïàðàì çàïàñà âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòè. Íàïîìíèì, ÷òî çàïàñîì âûòÿæíîé ñïîñîáíîñòè â j-é ïàðå íàçûâàåòñÿ êîýôôèöèåíò Çj = 1−
λj λ j max
,
ãäå λj max ìàêñèìàëüíî âîçìîæíàÿ âûòÿæêà â äàííîé ïàðå êàëèáðîâ. Ïî ýòîìó êðèòåðèþ íåîáõîäèìî ìèíèìèçèðîâàòü ðàçíîñòü (Çj max Çj min). Âîçìîæíû òðàäèöèîííûå êðèòåðèè îïòèìèçàöèè. Ìàêñèìóì ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïîòðåáóåò, âåðîÿòíî, ðàñïðåäåëåíèÿ ïàðíûõ âûòÿæåê ïî âîçðàñòàþùåìó ãðàôèêó. Ìèíèìóì ðàñõîäà ýíåðãèè íàïðÿìóþ íå ñâÿçàí ñ çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ âûòÿæåê. Ïîñëå âûáîðà ïàðíûõ âûòÿæåê ëåãêî ðàññ÷èòûâàþòñÿ âñå ÷åòíûå (ðàâíîîñíûå) êàëèáðû âûòÿæíîé ñèñòåìû. Âîçâðàòèìñÿ ê íàøåìó ïðèìåðó. Âûòÿæíàÿ ñèñòåìà ñîäåðæèò äâå ïàðû êàëèáðîâ ñ âûòÿæêàìè λ46 è λ68. 357
Ñóììàðíàÿ âûòÿæêà λâ = F4/F8 = 3600/995,3 = 3,62. Íàçíà÷àåì ïàðíûå âûòÿæêè ïî óáûâàþùåìó ãðàôèêó: λ46 = 1,95 è λ68 = 1,85. Îíè íå ïðåâûøàþò ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûõ äëÿ ñèñòåìû îâàëðåáðîâîé îâàë, ëåæàùèõ â ïðåäåëàõ 2,12,3. Äëÿ ïðîâåðêè: ïðîèçâåäåíèå âûòÿæåê äàåò ÷èñëî 3,62. Ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïîëîñû, âûõîäÿùåé èç 6-ãî êàëèáðà, F6 = F4/λ46 = F8λ68; F6 = 3600/1,95 =1846 ìì2. Íàçíà÷àåì îòíîøåíèå îñåé ðåáðîâîãî îâàëà â ïðåäåëàõ 1,001,25 (íàïðèìåð, 1, 2) è ïîëó÷àåì ñèñòåìó äâóõ óðàâíåíèé ñ äâóìÿ íåèçâåñòíûìè: 1846 = 0,75 h6 b6; h6/b6 = 1,2. Ðåøàÿ åå, íàõîäèì ðàçìåðû ðàâíîîñíîé ïîëîñû: h6 = 54,3; b6 = 45,3. Îïðåäåëåíèå ïëîùàäåé ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ íåðàâíîîñíûõ ïîëîñ. Ñèñòåìà âûòÿæíûõ êàëèáðîâ ðàñïàëàñü íà îòäåëüíûå ïàðû, â êàæäîé èç êîòîðûõ èìååòñÿ íåðàâíîîcíàÿ (ñ íîìåðîì j1) è ðàâíîîñíàÿ (ñ íîìåðîì j2) ïîëîñû (ðèñ. 15.6). Âíóòðè êàæäîé ïàðû íåèçâåñòíûìè ÿâëÿþòñÿ òîëüêî ðàçìåðû íåðàâíîîñíîé ïîëîñû Fj1, bj1 è hj1.
j1
Fj2 bj1
Fj1
hj2
j0
hj1 bj0
hj0
Fj0
j2 bj0
hj0 bj1 bjk
hj1 bj2
Ðèñ. 15.6. Äåôîðìàöèÿ â j-é ïàðå êàëèáðîâ
 êàæäîé ïàðå âûòÿæêà λj = λ1j λ2j, ãäå λ1j è λ2j âûòÿæêè â 1-ì è 2-ì êàëèáðå ïàðû. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ÷àñòíûå âûòÿæêè ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì å=
λ2 j − 1 λ1 j − 1
.
Ðåêîìåíäàöèè ïî îïðåäåëåíèþ êîýôôèöèåíòà å ïðèâåäåíû â ðàçä. 6.6. Ðåøàÿ äâà óðàâíåíèÿ, íàõîäèì íåèçâåñòíûå λ1j è λ2j. Îòñþäà ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ íåðàâíîîñíûõ ïîëîñ F1j = F0j /λ1j = F2j λ2j, ãäå F0j è F2j ïëîùàäè ñå÷åíèÿ ïðåäøåñòâóþùåé è ïîñëåäóþùåé ïîëîñ ïî îòíîøåíèþ ê ðàññìàòðèâàåìîìó íåðàâíîîñíîìó ñå÷åíèþ. 358
= 2478/(0,75 ⋅ 38,3) = 86,3 ìì. Îòíîøåíèå îñåé îâàëà b5 / h5 = = 86,3 / 38,3 = 2,2 íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ îïòèìàëüíûõ çíà÷åíèé. Ìåòîäèêà ×åêìàðåâà ïðèåìëåìà â òîì ñëó÷àå, êîãäà ðàñ÷åò ïðîèçâîäèòñÿ äëÿ íåòèïîâîãî ñòàíà, äëÿ ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè è ñïëàâîâ íå íà æåëåçíîé îñíîâå. Íåäîñòàòîê åå ñîñòîèò â òîì, ÷òî
Óøèðåíèå ∆, ìì
Âåðíåìñÿ ê ïðèìåðó.  ñîîòâåòñòâèè ñ ðåêîìåíäàöèÿìè, ïðèâåäåííûìè â ðàçä. 6.6, îòíîøåíèå îñåé îâàëüíûõ êàëèáðîâ â ñèñòåìå îâàëðåáðîâîé îâàë ëåæèò îáû÷íî â ïðåäåëàõ bîâ /hîâ = b1/h1 = 2,02,5. Ïðè ýòîì êîýôôèöèåíò å èìååò çíà÷åíèÿ â èíòåðâàëå 0,70,8. Ïðèíèìàåì å = 0,75 è ïîëó÷àåì äëÿ ïåðâîé ïàðû êàëèáðîâ ñèñòåìó äâóõ óðàâíåíèé: 0,75 = (λ6 1) / (λ5 1); λ46 = 1,95 = λ5 λ6. Îòñþäà λ5 = 1,452; λ6 = 1,342. Àíàëîãè÷íî ñèñòåìà 0,75 = (λ8 1)/(λ7 1); λ68 = 1,85 = λ7 λ8 äàåò λ7 =1,423; λ8 = 1,303. Ïëîùàäè íåðàâíîîñíûõ ïîëîñ òàêîâû: F5 = F4 / λ5 = 3600 / 1,452 = 2478 ìì2; F7 = F6 / λ7 = 1846 / 1,423 = 1297 ìì2. Íàõîæäåíèå ðàçìåðîâ íåðàâíîîñíûõ ïîëîñ. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ìåòîäèê íàõîæäåíèÿ ðàçìåðîâ íåðàâíîîñíûõ ïîëîñ. Íàèáîëåå òî÷íûå ðåçóëüòàòû îáåñïå÷èâàåò ìåòîäèêà, ïðåäñòàâëåííàÿ â [6]. Îäíàêî îíà ñëîæíà è òðåáóåò íàëè÷èÿ â ÝÂÌ àâòîðñêîé ïðîãðàììû. Ðàññìîòðèì äâå íàèáîëåå ïðîñòûå ìåòîäèêè. Ïåðâàÿ (ìåòîäèêà ×åêìàðåâà) çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî íà âñåõ äåéñòâóþùèõ ñòàíàõ ñ ïðèìåðíî îäèíàêîâûìè äèàìåòðàìè âàëêîâ ïðè ïðîêàòêå íèçêîè ñðåäíåóãëåðîäèñòûõ ìàðîê ñòàëè óøèðåíèå ìåòàëëà â ðàâíîîñíîì êàëèáðå îïðåäåëÿåòñÿ âûòÿæêîé â ïàðå êàëèáðîâ λj è øèðèíîé èëè ñòîðîíîé êâàäðàòà ðàâíîîñíîé ïîëîñû (â íàøåì ïðè18 ìåðå øèðèíîé ðåáðîâîãî îâàëà). 16 Âîñïîëüçóåìñÿ ãðàôèêîì λj=2,4 (ðèñ. 15.7) äëÿ îïðåäåëåíèÿ ðàçìå14 ðîâ îâàëà â 5-ì êàëèáðå. Ïðè λ46 = 2,1 = 1,95 è b6 = 45,3 èìååì ∆b6 = 7 ìì. 12 1,8 Îòñþäà h5 = b6 ∆b6 = 45,37,0 = 10 = 38,3 ìì. Ïîñêîëüêó ïëîùàäü F5 = = 0,75 b5 h5, ïîëó÷àåì 8 1,5 b5 = F5 /(0,75 h5) = 6
1,2
4 2 0 10
20
30
40
50
60 70
80
90
Øèðèíà ðåáðîâîãî îâàëà, ìì Ðèñ. 15.7. Óøèðåíèå îâàëüíîé ïîëîñû â ðåáðîâîì îâàëüíîì êàëèáðå ïðè ïðîêàòêå â âàëêàõ äèàìåòðîì 350 ìì 359
íå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîâåðêà äåôîðìàöèè ìåòàëëà êàê â íåðàâíîîñíîì, òàê è â ðàâíîîñíîì êàëèáðå. Òàêàÿ ïðîâåðêà íåîáõîäèìà, òàê êàê ïðè ïðîêàòêå ðàçíûõ ìàðîê ñòàëè (â òîì ÷èñëå â ïðåäåëàõ óãëåðîäèñòûõ), à òàêæå ðàçáðîñå òåìïåðàòóðíûõ è èíûõ óñëîâèé ïðîêàòêè äàæå íà îäíîòèïíûõ ñòàíàõ óøèðåíèå ìåíÿåòñÿ. Âòîðàÿ ìåòîäèêà, êîòîðóþ íàçîâåì èòåðàöèîííîé, íå èìååò ïåðå÷èñëåííûõ íåäîñòàòêîâ, íî òðåáóåò íàïèñàíèÿ íåáîëüøîé ïðîãðàììû äëÿ ðàñ÷åòà íà ÝÂÌ. Çà åå îñíîâó ïðèíÿòî óòâåðæäåíèå, ÷òî ñóùåñòâóåò òîëüêî åäèíñòâåííàÿ íåðàâíîîñíàÿ ïîëîñà (ñ íîìåðîì j1) ðàçìåðàìè b1j è h1j , êîòîðàÿ äîñòàòî÷íî õîðîøî âûïîëíÿåòñÿ ñàìà è ïðè åå ïðîêàòêå â ñëåäóþùåì êàëèáðå îáåñïå÷èâàåò òî÷íûå ðàçìåðû ðàâíîîñíîé ïîëîñû. Ïðåäñòàâèì ñõåìó ðàñ÷åòà â âèäå ñëåäóþùåé áëîê-ñõåìû. 1. Çàäàåì å (èñïîëüçóåì ðåêîìåíäàöèè, äàííûå â ðàçä. 6.6). 2. Çàäàåì îòíîøåíèå îñåé íåðàâíîîñíîé ïîëîñû b1j /h1j; ïëîùàäü F1j = γb1j h1j, ãäå γ êîýôôèöèåíò, çàâèñÿùèé îò ôîðìû ïîëîñû; äëÿ îâàëüíîé ïîëîñû γ = 0,660,75 (ðàíåå ìû ïðèìåíÿëè çíà÷åíèå 0,75), γ = 0,5 äëÿ ðîìáè÷åñêîé ïîëîñû è ò. ï.; çíàÿ îòíîøåíèå îñåé è èõ ïðîèçâåäåíèå, íàõîäèì b1j è h1j. 3. Âû÷èñëÿåì óøèðåíèå è ðàñ÷åòíûå ðàçìåðû íåðàâíîîñíîãî ñå÷åíèÿ; ôîðìóëû äëÿ ðàñ÷åòà óøèðåíèÿ ∆bj1 â íåðàâíîîñíîì êàëèáðå ïðèâåäåíû â ðàçä. 6.4 (äëÿ ñèñòåìû îâàëðåáðîâîé îâàë ñì. ðèñ. 6.18); ìîæíî ðåêîìåíäîâàòü áîëåå òî÷íûå ôîðìóëû, ïðèâåäåííûå â [6]; ðàñ÷åòíàÿ øèðèíà íåðàâíîîñíîé ïîëîñû bj1ðàñ÷ = hj0 + ∆bj1; åñëè |bj1ðàñ÷ bj1| > ε, ãäå ε çàäàííàÿ âåëè÷èíà òî÷íîñòè, òî íåîáõîäèìî ïåðåéòè ê ï. 2, èíà÷å ê ñëåäóþùåìó ïóíêòó; 4. Âû÷èñëÿåì óøèðåíèå è ðàñ÷åòíûå ðàçìåðû ðàâíîîñíîãî ñå÷åíèÿ; ïî ôîðìóëàì, ñîîòâåòñòâóþùèì ðèñ. 6.18 èëè ïðèâåäåííûì â [6], íàõîäèì óøèðåíèå ∆bj 2 è ðàñ÷åòíóþ øèðèíó ðàâíîîñíîé ïîëîñû: bj2ðàñ÷ = hj1 + ∆bj2; åñëè |bj2ðàñ÷ bj2| > ε, òî íåîáõîäèìî ïåðåéòè ê ï. 1, èíà÷å ðàñ÷åò íåðàâíîîñíîé ïîëîñû çàêîí÷åí. Çàìåòèì, ÷òî ïî îäíîé èç ýòèõ ìåòîäèê ðàññ÷èòûâàåòñÿ òàêæå íåðàâíîîñíûé ïðîôèëü ÷èñòîâîé ñèñòåìû.  íàøåì ïðèìåðå ïî èòåðàöèîííîé ìåòîäèêå ðàññ÷èòûâàåì âòîðóþ ïàðó âûòÿæíûõ êàëèáðîâ (êàëèáð 7). 1. Çàäàåì å = 0,75. 2. Îòíîøåíèå îñåé îâàëà b7/h7 = 2,5; ðåøàÿ ñîâìåñòíî ñ óðàâíåíèåì F7 = 0,75 ⋅ b7 h7 = 1297, ïîëó÷àåì h7 = 26,3, b7 = 65,7 ìì. 3. Óøèðåíèå ðàññ÷èòûâàåì ïî ôîðìóëå (ñì. ðèñ. 6.18, á), ïîñòðîåííîé íà ðàçìåðàõ ïðèâåäåííîé ïîëîñû, ∆b = (0,4 0,5)
∆h ⋅ Rê
∆h . h1cp
Èìååì b6 ïð = F6/h6 = 1846 / 54,3 = 34,0 ìì; h7ïð = F7/b7 = 1297/65,7 = 19,7 ìì; h1ñð = 0,5(b6ïð + h7ïð) = 0,5(34,0 + 19,7) = 26,85 ìì; ∆h = b6ïð h7ïð = 34,0 19,7 = = 14,3 ìì; òàê êàê äèàìåòð âàëêîâ â 7-é êëåòè ñòàíà D = 370 ìì, òî Rê = = D/2 h7 ïð = 370/2 19,7 = 165,3 ìì; 360
∆b = 0,45 14,3 ⋅ 165,3
14,3 = 11,7 ìì; 26,85
b7ðàñ÷ = h6 + ∆b = 54,3 + 11,7 = 66,0 ìì, ïîëó÷èëîñü çíà÷åíèå, áëèçêîå ê b7 = = 65,7 ìì, îñòàâèì ðàçìåðû îâàëà ðàâíûìè 26,3½66,0 ìì, ïëîùàäü F7 è âûòÿæêè λ6 è λ7 ñëåäóåò ñêîððåêòèðîâàòü. 4. Ðàññ÷èòûâàåì óøèðåíèå â ðàâíîîñíîì êàëèáðå ïî ôîðìóëå ∆b = (0,25 0,3)
∆ h ⋅ Rê
∆h ; h 1cp
h8ïð = F8/b8 = 995,3/34,7 = 28,7 ìì; b7ïð = F7/h7 = 1297/26,3 = 49,3 ìì; h7ñð = = 0,5(b7ïð + h8ïð) = 0,5(49,3 + 28,7) = 39 ìì; ∆h = b7ïð h8ïð = 49,3 28,7 = = 20,6 ìì; Rê = D/2 h8ïð = 370/2 28,7 = 156,3 ìì; 20,6 = 8,1 ìì; ∆(b = 0,27 20,6 ⋅ 156,3 39 b8ðàñ÷ = h7 + ∆b = 26,3 + 8,1 = 34,4 ìì. Ïîñêîëüêó ðàçìåðû b8ðàñ÷ è b8 = 34,74 ìì îòëè÷àþòñÿ òîëüêî íà 0,3 ìì, òî âíîâü íåìíîãî ñêîððåêòèðóåì ðàçìåðû îâàëà â 7-ì êàëèáðå, óâåëè÷èâ åãî âûñîòó íà 0,3 ìì. Ïîëó÷èì îêîí÷àòåëüíûå ðàçìåðû îâàëà 26,6½66,0 ìì è ýòè ðàçìåðû çàíîñèì íà ðèñ. 15.6. Ðàçìåðû îâàëà, ïîëó÷àåìîãî â 9-é êëåòè, ïðåäëàãàåòñÿ ñòóäåíòàì ðàññ÷èòàòü ñàìîñòîÿòåëüíî ïî îáåèì ìåòîäèêàì è ñðàâíèòü èõ. 15.3. Ïðîêàòêà è êàëèáðîâêà ïîëîñîâîé ñòàëè
h
h
Ïîëîñîâîé ñòàëüþ íàçûâàþò ñîðòîâîé ïðîêàò ïðÿìîóãîëüíîãî ñå÷åíèÿ ñ êàòàíûìè (îñòðûìè) èëè çàêðóãëåííûìè êðàÿìè (ðèñ. 15.8). Ðàçìåðû ãîðÿ÷åêàòàíîé ñòàëüíîé ïîëîñû ïî ÃÎÑÒ 10376 èçìåíÿþòñÿ ïî âûñîòå îò 4 äî 60 ìì è ïî øèðèíå îò 11 äî 200 ìì. Ïðîêàò âûïóñêàåòñÿ â âèäå ïðóòêîâ äëèíîé äî 12 ì èëè â ðóëîíàõ (ïî òðåáîâàíèþ çàêàç÷èêà). Ðàçíîâèäíîñòüþ ïîëîñîâîé ñòàëè ÿâëÿåòñÿ îáðó÷íîå æåëåçî ñ îñòðûìè êðîìêàìè, øèííîå æåëåçî ñ çàêðóãëåííûìè êðàÿìè, ðåññîðû, øòðèïñû (çàãîòîâêà äëÿ ñâàðíûõ òðóá), ãîðÿ÷åêàòàíàÿ ëåíòà è ò. ï. Ïî ÃÎÑÒ 10376 âûïóñêàåòñÿ ïðîêàò ïîâûøåííîé (ìàðêèðîâêà Á) è îáû÷íîé (ìàðêèðîâêà Â) òî÷íîñòè. Ïðåäåëüíûå îòêëîíåíèÿ íà ïîëîñû ìàëûõ òîëùèí (h = 46 ìì) ïî òîëùèíå ñîñòàâëÿþò ïðè îáû÷íîé òî÷íîñòè + 0,30,5 ìì, ïðè ïîâûøåííîé +0,2...0,3 ìì. Íà òîëñòûå ïîëîñû (h = 50 60 ìì) äîïóñêè, ñîîòâåòñòâåííî, +0,3...2,4 ìì è +0,2...1,8 ìì.
b
b
Ðèñ. 15.8. Ïîëîñîâàÿ ñòàëü 361
h
a
Ïîëîñà âõîäèò â ñîðòàìåíò ïî÷òè âñåõ ñîðòîâûõ ñòàíîâ îáùåãî íàçíà÷åíèÿ. Ïðèìåíÿþòñÿ òàêæå ñïåöèàëèçèðîâàííûå øòðèïñîâûå ñòàíû. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ïðîêàòêè ïîëîñ íà âñåõ ñòàíàõ îäèíàêîâà: ïðè ïðîèçâîäñòâå ìåëêèõ ïîëîñ ñíà÷àëà ìîãóò ðàñïîëàãàòüñÿ ÿùè÷íûå è âûòÿæíûå êàëèáðû, íà âûõîäå èç êîòîðûõ ïîëó÷àåòñÿ êâàäðàò çàäàííîãî ñå÷åíèÿ ñî ñòîðîíîé à. Ýòà ÷àñòü ñõåìû ïðîêàòêè, êàê ïðàâèëî, ÿâëÿåòñÿ îáùåé è äëÿ äðóãèõ ïðîôèëåé êðóãîâ, êâàäðàòîâ, óãîëêîâ è ò. ä., îáåñïå÷èâàÿ óíèâåðñàëüíîñòü êàëèáðîâêè ïî ñòàíó â öåëîì. Äàëåå ñëåäóþò ïðîïóñêè, â êîòîðûõ èç êâàäðàòà à ôîðìèðóåòñÿ òðåáóåìàÿ ïîëîñà. Íà áîëåå êðóïíûõ ñòàíàõ ïåðâàÿ ÷àñòü êàëèáðîâêè îòñóòñòâóåò, ò. å. èñõîäíàÿ êâàäðàòíàÿ çàãîòîâêà èìååò ñòîðîíó à. Èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò âòîðàÿ ÷àñòü êàëèáðîâêè ïîëîñû, êîòîðóþ óñëîâíî íàçîâåì ïîëîñîâîé. Òåîðåòè÷åñêè ïðîêàòêà ìîæåò ïðîõîäèòü òîëüêî â ãîðèçîíòàëüíûõ âàëêàõ (ðèñ. 15.9), è ïðè ñóììàðíîì îáæàòèè b Σ∆h = à h, Ðèñ. 15.9. Äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà çà ñ÷åò ñóììàðíîãî óøèðåíèÿ Σ∆b ïîëó÷àåòâ ïîëîñîâûõ êàëèáðàõ ñÿ òðåáóåìàÿ øèðèíà ïîëîñû b. Îòñþäà Σ∆b = b à. Îòíîøåíèå Σ∆b/Σ∆h = Ê ìîæíî òðàêòîâàòü êàê ñðåäíèé ïîêàçàòåëü óøèðåíèÿ çà âñå ïðîïóñêè. Îáû÷íî íà ñîðòîâûõ ñòàíàõ îí èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 0,3 äî 0,45. ×åì øèðå è òîëùå ïîëîñà, òåì ìåíüøå ïîêàçàòåëü Ê. Èòàê, b −a . a−h Îòñþäà ñòîðîíà êâàäðàòà a, êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò çàäàííûå ðàçìåðû ïîëîñû h½b, òàêîâà: K =
b + Kh (15.1) . 1+K  ñâÿçè ñ òåì, ÷òî âîçìîæíû îøèáêè â îïðåäåëåíèè ñðåäíåãî ïîêàçàòåëÿ óøèðåíèÿ K, ôàêòè÷åñêè ñòîðîíó êâàäðàòà à íåñêîëüêî óâåëè÷èâàþò, à èçáûòî÷íîå óøèðåíèå óñòðàíÿþò â âåðòèêàëüíîì (ðåáðîâîì) ïðîïóñêå. Íà ñòàíå ñ âåðòèêàëüíûìè è ãîðèçîíòàëüíûìè âàëêàìè ðåáðîâûõ êëåòåé ìîæåò áûòü íåñêîëüêî. Íà ñòàíå áåç âåðòèêàëüíûõ êëåòåé, êàê ïðàâèëî, îäíó ïðåäïîñëåäíþþ ãîðèçîíòàëüíóþ êëåòü äåëàþò ðåáðîâîé. Ðàññìîòðèì ëèíåéíûé ñòàí, ïðåäñòàâëåííûé íà ðèñ. 14.6 è 14.7. Ïðîêàòêà ïîëîñû íà òàêèõ ñòàíàõ ýòî ñòàðàÿ òåõíîëîãèÿ, õîòÿ íà ìíîãèõ çàâîäàõ åùå ïðèìåíÿåòñÿ. Òðåõâàëêîâûå êëåòè èìåþò ñòóïåí÷àòûå âàëêè (ðèñ. 15.10, à), ÷òî ïîçâîëÿåò çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ìåæäó îñÿìè âàëêîâ âàðüèðîâàòü îáæàòèÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ. Ïðåäïîñëåäíÿÿ êëåòü èìååò ðåáðîâûå êàëèáðû (ðèñ. 15.10, á). Ïðè òàêèõ âàëêàõ âåñü ñîðòàìåíò ïîëîñ ìîæíî ïðîêàòûâàòü áåç ïåðåâàëêè, òîëüêî èçìåíÿÿ çàçîð ìåæäó âàëêàìè ïðè íàñòðîéêå ñòàíà. Ïîñëåäíÿÿ êëåòü ñòàíà (2-âàëêîâàÿ è íåðåâåðñèâíàÿ) èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ÷èñòîâîé ïðîêàòêè. Çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ çàçîðà ìåæäó âàëêàìè ðåáðîâîé è ÷èñòîâîé êëåòåé ìîæíî îáåñïå÷èòü òðåáóåìóþ òî÷íîñòü ïðîêàòà. a=
362
á) h8 h7
h
H
h6 h4 h3
h5
h2 h1
à)
b b1
Ðèñ. 15.10. Âàëêè ëèíåéíîãî ñòàíà äëÿ ïðîêàòêè ïîëîñû (ñòóïåí÷àòûå è ðåáðîâûå)
Íàèáîëåå ñîâåðøåííîé òåõíîëîãèåé ÿâëÿåòñÿ ïðîêàòêà ïîëîñîâîé ñòàëè íà íåïðåðûâíûõ ñïåöèàëèçèðîâàííûõ øòðèïñîâûõ ñòàíàõ. Ýòè ñòàíû èìåþò êîðîòêóþ áî÷êó âàëêîâ ñ òîëñòûìè øåéêàìè, ïîýòîìó äîïóñêàþò âûñîêèå îáæàòèÿ, îáåñïå÷èâàþò âûñîêóþ òî÷íîñòü ïðîêàòà è âûäåðæèâàþò áîëüøèå óñèëèÿ. Íà ñïåöèàëèçèðîâàííûõ øòðèïñîâûõ ñòàíàõ èìååòñÿ íåñêîëüêî âåðòèêàëüíûõ êëåòåé, ïîýòîìó ñòîðîíà òðåáóåìîãî êâàäðàòà à, âû÷èñëÿåìàÿ ïî (15.1), ìîæåò áûòü óâåëè÷åíà äî îäíîãî èç áîëüøèõ òèïîâûõ çíà÷åíèé (íàïðèìåð, 80, 100 èëè 120 ìì). Îáû÷íî ýòîò êâàäðàò ÿâëÿåòñÿ èñõîäíîé çàãîòîâêîé, ïîñòóïàþùåé â ïåðâóþ êëåòü, à âûòÿæíûå è ÿùè÷íûå êàëèáðû îòñóòñòâóþò. Äëÿ ïðèìåÀ ðà íà ðèñ. 15.11 ïðèâåäåíà ñõåìà ðàñ4 ïîëæåíèÿ êëåòåé è ñõåìà ïðîêàòêè ïîëîñû íà ñðåäíåñîðòíîì øòðèïñî5 âîì ñòàíå, èìåþùåì 10 ãîðèçîíòàëüíûõ è 4 âåðòèêàëüíûõ êëåòåé. 1 Ðàñ÷åò ïîëîñîâîé ÷àñòè êàëèá ðîâêè âûïîëíÿåòñÿ â ñëåäóþùåì ïîðÿäêå. 6 1. Ïåðåñ÷èòûâàåì íîìèíàëüíûå 2 ðàçìåðû ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû hí 7 è bí íà ãîðÿ÷èå ðàçìåðû ñ ó÷åòîì 8 ìèíóñîâîãî äîïóñêà: 3 h = 1,012 hí ∆h; à b = 1,012 bí ∆b. 9 2. Âû÷èñëÿåì ñóììàðíûé êîýô10 Á ôèöèåíò âûñîòíîé äåôîðìàöèè: 1 a = . ηΣ h
3. Åñëè ïðîíóìåðîâàòü âñå ãîðèçîíòàëüíûå êëåòè ïîëîñîâîé ãðóïïû
Ðèñ. 15.11. Ñõåìà ïðîêàòêè ïîëîñîâîé ñòàëè íà ñïåöèàëèçèðîâàííîì íåïðåðûâíîì øòðèïñîâîì ñòàíå 363
êàëèáðîâ i = 1, 2, ...
, n, òî ÷àñòíûå êîýôôèöèåíòû âûñîòíîé äåôîðìàöèè ïî ïðîïóñêàì äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü óñëîâèþ 1 1 1 ⋅⋅⋅ = η1 η2 ηn
n
1
∏η i =1
i
=
1 ⋅ ηΣ
(15.2)
Íóìåðàöèþ îáû÷íî âåäóò îò ïîñëåäíåãî ê ïåðâîìó ïðîïóñêó, ò. å. ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè. ×èñëî ãîðèçîíòàëüíûõ êëåòåé ïîëîñîâîé ãðóïïû n ëèáî îïðåäåëÿåòñÿ êîíñòðóêöèåé ñòàíà, ëèáî âû÷èñëÿåòñÿ ïî õîäó ðàñ÷åòà. 4. Ïðîèçâîëüíî íàçíà÷àåì ðÿä ÷èñåë 1/ηi, îáåñïå÷èâàþùèõ ïðîèçâåäåíèå (15.2) è óêëàäûâàþùèõñÿ â ðàìêè çíà÷åíèé, ïðèíÿòûõ äëÿ áîëüøèíñòâà ïðîêàòíûõ ñòàíîâ. Äëÿ ïåðâîãî ïî õîäó ðàñ÷åòà ïðîïóñêà (÷èñòîâîãî) ïðèíèìàþò çíà÷åíèÿ â ïðåäåëàõ 1/η1 = 1,21,3, äëÿ ïîñëåäíåãî ïî õîäó ðàñ÷åòà ïðîïóñêà 1/ηn = 1,61,8. Îñòàëüíûå çíà÷åíèÿ âûñòðàèâàþòñÿ â ýòèõ ãðàíèöàõ ïî óáûâàþùåìó çàêîíó ê êîíöó ïðîêàòêè. Äëÿ êîíòðîëÿ ñðåäíèé ïîêàçàòåëü âûñîòíîé äåôîðìàöèè äîëæåí óêëàäûâàòüñÿ â ïðåäåëû 1 = ηcp
n
1 ηΣ = 1,41,6.
Òåì ñàìûì îïðåäåëÿåòñÿ è ÷èñëî n, è ÷àñòíûå êîýôôèöèåíòû âûñîòíîé äåôîðìàöèè. 5. Âû÷èñëÿåì âûñîòû â i-òûõ ïðîïóñêàõ: hi+1 = hi(1/ηi). Îáæàòèå ∆hi = hi+1 hi. Óøèðåíèå ìîæíî ïîñ÷èòàòü ïî ëþáîé ôîðìóëå, ñïðàâåäëèâîé äëÿ ïðîêàòêè íà ãëàäêîé áî÷êå, íàïðèìåð ν
∆bi 1,15 ∆h bi +1 = , 0,5 ⋅ ∆hi ⋅ Dk − ∆hi 2hi +1 2µ hi +1 ãäå µ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Äëÿ ãîðèçîíòàëüíûõ êëåòåé ïîêàçàòåëü ν = 0, äëÿ ðåáðîâûõ ïðîïóñêîâ ν = 1. 6. Ñóììàðíîå óøèðåíèå âî âñåõ ãîðèçîíòàëüíûõ êëåòÿõ ∆bΣ = Σ∆bi. 7. Îáæàòèå â ðåáðîâîì ïðîïóñêå ∆hð = (à + Σ∆bi) b. Îíî íå äîëæíî ïðåâûøàòü äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ ïî óãëó çàõâàòà: ∆hð 11 +0...1,0 ìì; ïî òîëùèíå ñòåíêè d: ïðè d < 5,1 ìì ± 0,5 ìì è ïðè d > 6,0 ±0,7 ìì. ÃÎÑÒîì îãîâàðèâàþòñÿ ïåðåêîñ ïîëîê íà äëèíå 1 ì, ïðîãèá ñòåíêè (äî 0,51,5 ìì), îáùàÿ êðèâèçíà è ò. ä. Äëèíà âûïóñêàåìîãî ïðîêàòà îò 2 äî 12 ì. Øâåëëåðû èçãîòîâëÿþò â îñíîâíîì èç óãëåðîäèñòîé ñòàëè îáûêíîâåííîãî êà÷åñòâà è íèçêîëåãèðîâàííûõ ñòàëåé. Øâåëëåð ïðîèçâîäèòñÿ íà òåõ æå ñòàíàõ, ÷òî è äâóòàâðîâàÿ áàëêà, ò. å. íà ïîñëåäîâàòåëüíûõ, ëèíåéíûõ è óíèâåðñàëüíûõ ñïåöèàëèçèðîâàííûõ. Ïðèâåäåì ðàçëè÷íûå ñïîñîáû ïðîêàòêè øâåëëåðà íà ýòèõ ñòàíàõ (ðèñ. 15.33). Íà ðèñ. 15.33, à ïîêàçàí áàëî÷íûé ñïîñîá, â êîòîðîì èñïîëüçóåòñÿ îáùíîñòü êîíôèãóðàöèè áàëêè è øâåëëåðà. Ìîæíî ïîñòðîèòü óíèâåðñàëüíóþ êàëèáðîâêó, â êîòîðîé òðè÷åòûðå ÷åðíîâûå êëåòè ÿâëÿþòñÿ îáùèìè, ïðè ýòîì ñîêðàòèòü ïàðê âàëêîâ, ñíèçèòü ÷èñëî ïåðåâàëîê è âðåìÿ íà íàñòðîéêó ñòàíà. Øâåëëåðíûå êàëèáðû, â îòëè÷èå îò áàëî÷íûõ, èìåþò ðàçúåìû òîëüêî ñ îäíîé ñòîðîíû, ïîýòîìó çàêðûòûé ôëàíåö äîëæåí ïîñòåïåííî ñîêðàùàòüñÿ. Íàëè÷èå åãî, ñ îäíîé ñòîðîíû, òðåáóåò äîïîëíèòåëüíîãî ðàñõîäà ýíåðãèè, ñâÿçàíî à)
á)
â)
ã)
1
2
2040 %
2040 % 1015 %
1015 %
7
1015 %
6
1,52,0 %
5
13 %
4
1015 %
3
Ðèñ. 15.33. Ìåòîäû ïðîêàòêè øâåëëåðà íà ëèíåéíûõ è ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñòàíàõ: à áàëî÷íûé; á ñ óâåëè÷åííûì óêëîíîì ïîëîê (êîðûòíûé ìåòîä); â ñ ðàçâåðíóòûìè ïîëêàìè; ã ñî ñãèáàíèåì ïðÿìûõ ïîëîê
383
ñ áîëüøîé íåðàâíîìåðíîñòüþ äåôîðìàöèè ïî ñå÷åíèþ è êàæåòñÿ áåñïîëåçíûì. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ëîæíûé (çàêðûòûé) ôëàíåö íåîáõîäèì, ÷òîáû ñîõðàíèòü òåìïåðàòóðó ìåòàëëà áîëåå ðàâíîìåðíîé ïî ñå÷åíèþ ïðîôèëÿ. Îñîáåííî ýòî âàæíî äëÿ ïðàâèëüíîãî âûïîëíåíèÿ óãëà øâåëëåðà â ìåñòå ñî÷ëåíåíèÿ ïîëêè è ñòåíêè. Äëÿ êîíòðîëÿ øèðèíû ïîëîê ïðèìåíÿþò êîíòðîëüíûå êàëèáðû (ñì., íàïðèìåð, ðèñ. 15.33, à, êàëèáð 6). Ïðåäïîñëåäíèé êàëèáð îáÿçàòåëüíî äîëæåí áûòü êîíòðîëüíûì. Ïî êîíñòðóêöèè êàëèáðà âèäíî, ÷òî ïóòåì èçìåíåíèÿ çàçîðà ìåæäó âàëêàìè ìîæíî íàñòðàèâàòü êàëèáð íà òðåáóåìóþ øèðèíó ïîëîê. Êîíòðîëüíûõ êàëèáðîâ ïî õîäó ïðîêàòêè ìîæåò áûòü äâà. Áàëî÷íûé ìåòîä ïðîêàòêè ñàìûé ñòàðûé è äàæå íà ñòàðûõ ëèíåéíûõ ñòàíàõ ïðèìåíÿåòñÿ ðåäêî. Îñíîâíîé íåäîñòàòîê ñâÿçàí ñ òåì, ÷òî äåôîðìàöèÿ ïîëîê îñóùåñòâëÿåòñÿ áîêîâûì îáæàòèåì, ò. å. ïðîòåêàåò íåèíòåíñèâíî, ïîýòîìó òðåáóåòñÿ áîëüøîå êîëè÷åñòâî êàëèáðîâ. ×òîáû óâåëè÷èòü îáæàòèå ïîëîê, ïðèìåíÿþò ïðîêàòêó ñ óâåëè÷åííûì âûïóñêîì (êîðûòíûé ìåòîä ñì. ðèñ. 15.33, á). Ïðè ýòîì ñòåíêà ãîòîâîãî ïðîôèëÿ (÷èñòîâîãî êàëèáðà) ìîæåò áûòü êàê èçîãíóòîé, òàê è ïðÿìîé.  ïåðâîì ñëó÷àå ñòåíêà è ïîëêè ñòûêóþòñÿ ïîä ïðÿìûì óãëîì, è íà ïðàâèëüíîé ìàøèíå ïîñëå ïðîêàòêè âûïðàâëÿåòñÿ ñòåíêà ïðîôèëÿ. Íà îòå÷åñòâåííûõ çàâîäàõ òàêàÿ êàëèáðîâêà íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíà. Âî âòîðîì ñëó÷àå ïðàâêå ïîäâåðãàþòñÿ ïîëêè. Åùå áîëüøàÿ èíòåíñèâíîñòü äåôîðìàöèè ïîëîê îáåñïå÷èâàåòñÿ ïî êàëèáðîâêå ñ ðàçâåðíóòûìè ïîëêàìè (ñì. ðèñ. 15.33, â). Ïðè òàêîé ïðîêàòêå ñîêðàùàåòñÿ ðàñõîä ýíåðãèè íà ôîðìîîáðàçîâàíèå, ñíèæàåòñÿ íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè, èçíîñ âàëêîâ, îáåñïå÷èâàåòñÿ áîëåå ðàâíîìåðíàÿ òåìïåðàòóðà ïî ñå÷åíèþ ïðîôèëÿ. Îäíàêî, íåñìîòðÿ íà î÷åâèäíûå ïðåèìóùåñòâà äàííîé êàëèáðîâêè, îíà íå ïîëó÷èëà øèðîêîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ. Ïîëîñà â òàêèõ êàëèáðàõ ìåíåå óñòîé÷èâà, óñëîâèÿ çàõâàòà â êàëèáðàõ çàòðóäíåíû, ïåðåõîä îò ðàçâåðíóòûõ ê ïðÿìîïîëî÷íûì êàëèáðàì òðåáóåò ñëîæíîé àðìàòóðû. Ðàçâåðíóòûå êàëèáðû çàíèìàþò áîëüøîå ìåñòî íà âàëêàõ, ïîýòîìó íå âñåãäà óäàåòñÿ ðàçìåñòèòü èõ íà âàëêàõ. Ïðè ðåçêîì ïåðåõîäå îò ðàçâåðíóòûõ ê ïðÿìîïîëî÷íûì êàëèáðàì ìîãóò ïîÿâèòüñÿ ìîðùèíû íà ïîëêàõ ïðîôèëÿ. Êàëèáðîâêà ïðîôèëÿ ïî ñõåìå, ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 15.33, ã, âûïîëíÿåòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïåðâûå êàëèáðû áûëè âûïîëíåíû ïî ïîëîñîâîìó ïðèíöèïó. Çäåñü êàëèáðû ìîãóò áûòü îòêðûòûìè, êàê â ñõåìå íà ðèñ. 15.13, III. Ïðè ýòîì äîñòèãàåòñÿ âûñîêàÿ ñòåïåíü îáæàòèÿ, õîðîøàÿ ðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè ïî ñå÷åíèþ, íåâûñîêèé âðåç ðó÷üåâ â âàëêè, ìàëûé èçíîñ êàëèáðîâ. Ïðè ïðîêàòêå ìåëêèõ øâåëëåðîâ ïîëîñîâûå êàëèáðû ïðèìåíÿþò ïî÷òè äî ïðåä÷èñòîâîãî êîíòðîëüíîãî êàëèáðà è ðàçãèáàíèå ïðîèçâîäÿò òîëüêî â ÷èñòîâîì êàëèáðå. Ñ óâåëè÷åíèåì ðàçìåðîâ ïðîôèëÿ òðåáóåòñÿ íåñêîëüêî êàëèáðîâ ñ ïðÿìûìè ïîëêàìè, â êîòîðûõ ïðîèñõîäèò áîëåå ïëàâíîå ðàçãèáàíèå ïîëîê. Îäíàêî íà êðóïíûõ øâåëëåðàõ ðàçãèáàíèå ïîëîê äàæå â íåñêîëüêèõ êàëèáðàõ ïðîòåêàåò òðóäíî. Òðåáóåòñÿ ñëîæíàÿ è òî÷íî íàñòðàèâàåìàÿ àðìàòóðà, íå èñêëþ÷åíû ðèñêè íà ïîëêàõ îò áóðòîâ âàëêîâ, ðàçìåðû ïðîôèëÿ íåóñòîé÷èâû. Òàêèì îáðàçîì, ëþáàÿ ñõåìà ïðîêàòêè øâåëëåðà èìååò ñâîè ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè. Ìíîãèå ïðîáëåìû ïî ïðîèçâîäñòâó ïðîôèëåé ñåðèè Ï, Ý è Ë ìîãóò áûòü ðåøåíû òîëüêî ñ èñïîëüçîâàíèåì óíèâåðñàëüíûõ êàëèáðîâ. Êàê óêàçûâàëîñü, íà ìíîãèõ ñòàíàõ ïîñëåäîâàòåëüíîãî è ëèíåéíîãî òèïà âîçìîæíî óñòàíàâëèâàòü íà ìåñòî ïîñëåäíåé êëåòè óíèâåðñàëüíóþ êëåòü èëè îáîðóäîâàòü ñòàöèîíàðíóþ óíè384
âåðñàëüíóþ êëåòü. Íåïðåðûâíûé ñòàí 450 Çàïàäíî-Ñèáèðñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà, à òàêæå ÓÁÑ Íèæíåòàãèëüñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî êîìáèíàòà èìåþò ñïåöèàëüíûå óíèâåðñàëüíûå êëåòè. Ïðîêàòêà øâåëëåðà â óíèâåðñàëüíîé êëåòè (ðèñ. 15.34) ïðèíöèïèàëüíî íå îòëè÷àåòñÿ îò ïðîêàòêè áàëêè â òàêèõ æå êàëèáðàõ. Íà ïîëóíåïðåðûâíûõ ñðåäíåñîðòíûõ ñòàíàõ 350 Äíåïðîäçåðæèíñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà è ×åðÌÊ ðàçðàáîòàíà ïîëîñîâàÿ êàëèáÐèñ. 15.34. Ïðîêàòêà øâåëëåðà ðîâêà âàëêîâ. â óíèâåðñàëüíîì êàëèáðå Ðàññìîòðèì êàëèáðîâêó, ðåàëèçîâàííóþ íà ×åðÌÊ äëÿ ïðîêàòêè øâåëëåðîâ ¹ 5 è 10 ñ ïðÿìûìè ïîëêàìè ïî ÃÎÑÒ 824097 ñ ðàçìåðàìè, ñîîòâåòñòâåííî: ¹ 5 h = 50±1,5; b = 32±1,5; t = 4,6; s = 4,4 ìì è ¹ 10 h = 100±2,0; b = 46±2,0; t = 7,6; s = 4,5 ìì (ðèñ. 15.35). Êîíå÷íûé ïðîôèëü èìååò èçîãíóòóþ ñòåíêó, êîòîðàÿ âûïðàâëÿåòñÿ íà ïðàâèëüíîé ìàøèíå.
137
152
8 70,7
1
100
84
70,5
Øâåëëåð ¹ 10Ï. Øâåëëåð ¹ 5Ï. Øâåëëåð ¹ 10Ï. Øâåëëåð ¹ 5Ï. Êëåòü Çàãîòîâêà ∅ 80 ìì, Çàãîòîâêà ∅ 125 ìì, Êëåòü Çàãîòîâêà ∅ 80 ìì, Çàãîòîâêà ∅ 125 ìì, l = 5,5 ì l = 6,0 ì l = 5,5 ì l = 6,0 ì
86
10
90 53
142 57
123
43
28
160
16
5
4,7
8,3
4,4
25
150
14
6,7
32
7
33
81
12
5,3
34
102
6
47
154
15
88
5
54
11
7,3
46,6
76
4
153
57
3
37
6,0 8,1
9 6,2
8
153
54
70
146
54
70
2
84
Ðèñ. 15.35. Êàëèáðîâêà øâåëëåðà ¹ 5 è 10 íà ïîëóíåïðåðûâíîì ñòàíå 350 385
Ïðè àíàëèçå êàëèáðîâêè íåîáõîäèìî îáðàòèòü âíèìàíèå íà òî, ÷òî êîíôèãóðàöèÿ êàëèáðîâ òî÷íî ñîîòâåòñòâóåò ðàñïîëîæåíèþ êëåòåé ñòàíà 350 (ñì. ðèñ. 14.5). Ýòà êàëèáðîâêà èìååò òîò æå ïðèíöèï ïîñòðîåíèÿ, ÷òî è êàëèáðîâêà óãîëêà íà íåïðåðûâíîì ñòàíå (ñì. ðèñ. 15.16 è 15.17). Ïîñëå ïðîïóñêîâ, îñóùåñòâëÿåìûõ íà ãëàäêîé áî÷êå, ñëåäóþò îòêðûòûå êàëèáðû ïîëîñîâîãî òèïà ñ ðàñïëàñòàííûìè ïîëêàìè. Ýòî ïîçâîëÿåò âåñòè ïðîêàòêó â íåïðåðûâíûõ ãðóïïàõ êëåòåé ñòàíà ñ íåáîëüøèì íàòÿæåíèåì. Äëÿ êîíòðîëÿ øèðèíû ïîëîê èñïîëüçóþòñÿ âåðòèêàëüíûå êëåòè ñòàíà. Ïðåèìóùåñòâà ñõåìû ïðîêàòêè, êàê è ïðè ïðîêàòêå óãîëêà, çàâèñÿò îò êîíñòðóêöèè âåðòèêàëüíûõ êîíòðîëüíûõ êàëèáðîâ. Îíè äîëæíû íàäåæíî óäåðæèâàòü ïðîôèëü è îáåñïå÷èâàòü íåðàâíîìåðíîñòü îáæàòèÿ ïîëîê äëÿ âûðàâíèâàíèÿ èõ øèðèíû. 15.7. Ïðîêàòêà è êàëèáðîâêà ðåëüñîâ Ðåëüñû ðàçëè÷àþò ïî íàçíà÷åíèþ æåëåçíîäîðîæíûå ðåëüñû, èëè ðåëüñû øèðîêîé êîëåè, ìàðîê Ð33Ð75, óçêîêîëåéíûå ìàðêè Ð8Ð24 (â îáîèõ ñëó÷àÿõ öèôðà ïðèìåðíî îçíà÷àåò ìàññó â êèëîãðàììàõ îäíîãî ïîãîííîãî ìåòðà ïðîôèëÿ), òðàìâàéíûå, êðàíîâûå, äëÿ ìåòðîïîëèòåíà è äð. (ðèñ. 15.36). Ïîìèìî ïðÿìîãî íàçíà÷åíèÿ ðåëüñû øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ñòðîèòåëüñòâå. Íàèáîëåå îòâåòñòâåííûì è ðàñïðîñòðàíåííûì ÿâëÿåòñÿ æåëåçíîäîðîæíûé ðåëüñ Ð50 (ìàññà 1 ïîã. ì ðàâíà 51,5 êã), ïðèìåíÿåìûé äëÿ ïðîêëàäêè æåëåçíîäîðîæíûõ ïóòåé. Ïî ÃÎÑÒ 717475 (êîòîðûé âðåìåííî, ñ 01.07 2001 ã., îòìåíåí íà òåððèòîðèè ÐÔ) îí èìååò ñëåäóþùèå îñíîâíûå ðàçìåðû è äîïóñêè ïî íèì: âûñîòà 152 (+0,8...0,5) ìì, øèðèíà ïîäîøâû 132 (±1) ìì, òîëùèíà ñòåíêè â ñðåäíåì ñå÷åíèè 16 (+0,75...0,5) ìì, ñðåäíÿÿ òîëùèíà ïîäîøâû 10,5 (+1,0...0,5) ìì, øèðèíà ãîëîâêè ïî îñíîâàíèþ 72 (±0,5) ìì, óêëîí âíóòðåííåé ãðàíè ïîäîøâû 1:4. Ðåëüñû ïðîèçâîäÿò íà ñòàíàõ ëèíåéíîãî òèïà, ñðåäè êîòîðûõ ñëåäóåò îòäåëüíî îòìåòèòü ðåëüñîáàëî÷íûå ñòàíû, ïðîèçâîäÿùèå îñíîâíóþ ìàññó æåëåçíîäîðîæíûõ è äðóãèõ êðóïíûõ ðåëüñîâ (ñì. ðèñ. 15.20). Ìåëêèå ðåëüñû ïðîèçâîäÿò à)
â)
á)
ã)
ä) å)
æ)
ç)
Ðèñ. 15.36. Òèïû ïðîêàòûâàåìûõ ðåëüñîâ: à, á æåëåçíîäîðîæíûå; â äëÿ ñòðåëî÷íûõ îñòðÿêîâ; ã òðàìâàéíûå; ä êîíòððåëüñû; å, æ ïîäêðàíîâûå; ç óçêîêîëåéíûå
386
òàêæå íà äðóãèõ ñîðòîâûõ ñòàíàõ. Èñõîäíûì ìàòåðèàëîì äëÿ ïðîêàòêè æåëåçíîäîðîæíûõ ðåëüñîâ ÿâëÿþòñÿ ñëèòêè ìàññîé îêîëî 10 ò, èç êîòîðûõ íà áëþìèíãå, âõîäÿùåì â ñîñòàâ êîìïëåêñà ðåëüñîáàëî÷íîãî ñòàíà, êàòàþò áëþìû ìàññîé 24 ò, ïðåäíàçíà÷åííûå íåïîñðåäñòâåííî äëÿ ðåëüñîâ. Äëÿ ïðîèçâîäñòâà ðåëüñîâ èñïîëüçóþò ñïîêîéíóþ âûñîêîóãëåðîäèñòóþ ñòàëü ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà 0,50,78 %. Îñíîâíàÿ ìàññà ðåëüñîâîé ñòàëè â Ðîññèè âûïëàâëÿåòñÿ â ìàðòåíîâñêèõ ïå÷àõ, õîòÿ èäåò ïîñòîÿííîå ñîêðàùåíèå äîëè ìàðòåíîâñêîé ñòàëè è çàìåíà åå íà ñòàëè êîíâåðòåðíîé ïëàâêè. Á.Ï. Áàõòèíîâ âûäåëÿåò ñåìü òèïîâûõ ñõåì ïðîêàòêè ðåëüñîâ. Åñëè ó÷èòûâàòü ñòàðûå êàëèáðîâêè, òî èõ áóäåò åùå áîëüøå. Ðàññìîòðèì òîëüêî äâå ñõåìû, êîòîðûå, íà íàø âçãëÿä, îòðàæàþò ïðèíöèïèàëüíûå ìîìåíòû ïðîêàòêè íà ñóùåñòâóþùèõ ñòàíàõ (ðèñ. 15.37).  îáåèõ ñõåìàõ âíà÷àëå ðàñïîëîæåíû òðè ïîäãîòîâèòåëüíûõ (òàâðîâûõ), à çàòåì ñëåäóþò ðåëüñîâûå êàëèáðû. Íàçíà÷åíèå ïîäãîòîâèòåëüíûõ êàëèáðîâ îáåñïå÷èòü òðåáóåìîå ðàñïðåäåëåíèå ìåòàëëà ïî ñå÷åíèþ ïîäêàòà. Ïî ñõåìå, ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 15.37, à, ïðîêàòêà âåäåòñÿ â çàêðûòûõ êàëèáðàõ, è ïðè íåáîëüøîé øèðèíå ïîäîøâû ðåëüñà ýòî îáåñïå÷èâàåò òðåáóåìóþ òî÷íîñòü ïðîôèëÿ. Ïðè ïðîêàòêå ðåëüñîâ ñ øèðîêîé ïîäîøâîé æåëåçíîäîðîæíûõ è îñîáåííî òðàìâàéíûõ ïðèìåíÿþò ïðîêàòêó ïî ñõåìå, ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 15.37, á. Çäåñü øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ ÿâëåíèå âûíóæäåííîãî óøèðåíèÿ ïðè íåðàâíîìåðíîì îáæàòèè ïî ñå÷åíèþ.  ïåðâîì êàëèáðå (ñì. ðèñ. 15.37, á) ãðåáíåì íèæíåãî âàëêà ïðîèçâîäèòñÿ ðàçðåçàíèå áëþìà ïî÷òè äî åãî ñåðåäèíû. Ýòî âàæíî ïîòîìó, ÷òî ñðåäíÿÿ ÷àñòü ìàðòåíîâñêîãî ñëèòêà à) è áëþìà, êàê ïðàâèëî, ðûõëà, ýòîò äåôåêò íå ïîëíîñòüþ óñòðàíÿåòñÿ ïðè ïðîêàòêå íà áëþìèíãå, èìåþòñÿ òàêæå ðàçëè÷íûå âêëþ÷åíèÿ è çàãðÿçíåíèÿ. Ïîñëå ðàçðåçêè áëþìà ïðè äàëüíåéøåé ïðîêàòêå ýòîò îáúåì ìåòàëëà ïîéäåò íà ôîðìèðîâàíèå íàèìåíåå îòâåòñòâåííîãî ó÷àñòêà ðåëüñà ñðåäíåé ÷àñòè åãî ïîäîøâû. Ñëåäóþùèå äâà ïîäãîòîâèòåëüíûõ á) êàëèáðà íåîáõîäèìû äëÿ áûñòðîãî íàðàùèâàíèÿ øèðèíû ïîäîøâû. Çäåñü ó÷àñòêè áóäóùåé ïîäîøâû ðåëüñà ïîäâåðãàþòñÿ çíà÷èòåëüíî áîëüøåé äåôîðìàöèè, ÷åì ó÷àñòêè ãîëîâêè è ñòåíêè. Çà ñ÷åò èõ âçàèìîäåéñòâèÿ âîçíèêàåò çíà÷èòåëüíîå âûíóæäåííîå óøèðåíèå. Ïåðâûé ðåëüñîâûé êàëèáð ðàçðåçíîé, è ñ íåãî íà÷èíàåòñÿ ôîðìèðîâàíèå ãîëîâêè è ñòåíêè ðåëüñà.  îáåèõ ñõåìàõ êàëèáðîâêè ïðèìåíÿþòñÿ çàêðûòûå ðåëüñîâûå êàëèáðû ñ ÷åðåäîâàíèåì Ðèñ. 15.37. Ñõåìû ïðîêàòêè ðåëüñîâ ðàçúåìîâ, êàê â áàëî÷íûõ êàëèáðàõ. 387
Òîëüêî ÷èñòîâîé êàëèáð ïî ãîëîâêå ðåëüñà äîëæåí áûòü îòêðûòûì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü òðåáóåìûå ïî ÃÎÑÒó ôîðìó ãîëîâêè è ðàäèóñû çàêðóãëåíèé. Ïî ñõåìå, ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 15.37, à, ðàçúåìû êàëèáðîâ ñëåäóþò ñ îäíîé ñòîðîíû è êàëèáðû ðàñïîëàãàþòñÿ â âàëêàõ ïðÿìî. Ýòî îáåñïå÷èâàåò ìåíüøèé âðåç ðó÷üåâ â âàëêè, ÷åì ïî ñõåìå á, è îòñóòñòâèå îñåâûõ óñèëèé íà âàëêàõ ïðè ïðîêàòêå. Çàòî ñõåìà ñ íàêëîííûìè êàëèáðàìè (ñì. ðèñ. 15.37, á) ïîçâîëÿåò ñîõðàíÿòü ïàðàëëåëüíûìè ïëîñêîñòè ïîäîøâû è ãîëîâêè, ÷òî îñîáåííî âàæíî ïðè ïðîêàòêå æåëåçíîäîðîæíûõ ðåëüñîâ. ×òîáû ïðåäîòâðàòèòü îñåâîå ñìåùåíèå âàëêîâ ïðè ïðîêàòêå, ÷àñòü áî÷êè âàëêîâ ïðèõîäèòñÿ ðàñõîäîâàòü íà çàìêè (ðèñ. 15.38). Âñå ïðèâåäåííûå ñõåìû ïðîêàòêè ðåëüñà óæå óñòàðåëè è ñîõðàíÿþòñÿ òîëüêî ïîòîìó, ÷òî ñóùåñòâóþùèå ðåëüñîáàëî÷íûå ñòàíû óäîâëåòâîðÿþò ïîòðåáíîñòè ñòðàíû â ðåëüñàõ. Çàìîê 1020 % Çàìîê 1020 %
1020 % Çàìîê
Ðèñ. 15.38. Ðàñïîëîæåíèå íàêëîííûõ ðåëüñîâûõ êàëèáðîâ íà âàëêàõ
Âî âñåì ìèðå âåäóòñÿ èíòåíñèâíûå èññëåäîâàíèÿ ïî ñîâåðøåíñòâîâàíèþ òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà ðåëüñîâ. Íàïðèìåð, êîìïàíèÿ SMS Meer GmbH (ã. Ìåíõåíãëàäáàõ, Ãåðìàíèÿ) ïîñòàâèëà â Êîðåþ è Êèòàé è èìååò åùå íåñêîëüêî çàêàçîâ íà íîâûé íåïðåðûâíûé óíèâåðñàëüíûé ñòàí äëÿ ïðîêàòêè ðåëüñîâ (ðèñ. 15.39). Ñòàí ñîñòîèò èç ðåâåðñèâíîé êëåòè (ìàëûé áëþìèíã), ðåâåðñèâíîé êëåòè ñ ðåëüñîâûìè êàëèáðàìè è íåïðåðûâíîé ãðóïïû èç òðåõ êëåòåé, èç êîòîðûõ ïåðâàÿ ðåâåðñèâíàÿ è ÷åòâåðòàÿ íåðåâåðñèâíàÿ óíèâåðñàëüíûå, à ñðåäíÿÿ êëåòü äóî íåðåâåðñèâíàÿ. Ïî ðàñïîëîæåíèþ îáîðóäîâàíèÿ ñòàí ïîõîæ íà íèæíåòàãèëüñêèé ÓÁÑ. Êàëèáðû íà âàëêàõ ðàñïîëîæåíû òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ðåàëèçîâàòü ñõåìó ïðîêàòêè, ïðåäñòàâëåííóþ íà ðèñ. 15.40. Âèäíî, ÷òî ïîñëå ñåìè ðåâåðñèâíûõ ïðîïóñêîâ â êëåòè 1 ïðîêàò ïðîõîäèò ñðàçó êëåòè 2 è 3, çàòåì â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè òîëüêî 2 3 4 êëåòü 2 (â êëåòè 3 êàëèáð îòñóòñòâóåò) è äàëåå Áë. 1 êëåòè 24 â ðåæèìå íåïðåðûâíîé ïðîêàòêè. Óíèâåðñàëüíûå êëåòè 2, 4 ïîçâîëÿþò îñóùåñòâëÿòü îáæàòèÿ ñ ÷åòûðåõ ñòîðîí, ÷òî îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ òî÷íîñòü ãîòîâîãî ïðîêàòà. Ïðè ïðîèçâîäñòâå ðåëüñîâ âûñîêèå òðåáîÐèñ. 15.39. Ñõåìà íåïðåðûâíîãî âàíèÿ ïðåäúÿâëÿþòñÿ ê êà÷åñòâó ãîòîâîé ïðîóíèâåðñàëüíîãî ðåëüñîâîãî ñòàíà: äóêöèè. Ïîêàçàòåëè êà÷åñòâà óñëîâíî ìîæíî 1 êëåòü ðåâåðñèâíàÿ äóî; 2 êëåòü ðåâåðñèâíàÿ óíèâåðñàëüíàÿ; 3 âñïî- ñãðóïïèðîâàòü â äâå êàòåãîðèè.  ïåðâóþ âõîäÿò ìîãàòåëüíàÿ íåðåâåðñèâíàÿ êëåòü äóî; òðåáîâàíèÿ ïî ãåîìåòðèè ïðîêàòà è ñîñòîÿíèþ 4 ÷èñòîâàÿ êëåòü íåðåâåðñèâíàÿ åãî ïîâåðõíîñòè, à âî âòîðóþ ìåõàíè÷åñêèå óíèâåðñàëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêè ìåòàëëà ïðîôèëÿ. 388
1-ÿ êë. äóî ðåâ.
2-ÿ êë. óí. ðåâ.
3-ÿ êë. äóî ðåâ.
4-ÿ êë. óí. ðåâ.
Ðèñ. 15.40. Ñõåìà ïðîêàòêè ðåëüñîâ íà íåïðåðûâíîì óíèâåðñàëüíîì ðåëüñîâîì ñòàíå
Íà ïîâåðõíîñòè áîêîâûõ ãðàíåé ãîëîâêè è êðîìêàõ ïîäîøâû ðåëüñà íå äîïóñêàþòñÿ çàáîèíû, ðèñêè è ïðî÷èå äåôåêòû. Ïî âñåé ïîâåðõíîñòè äîëæíû îòñóòñòâîâàòü ïëåíû, ðâàíèíû, òðåùèíû è çàêàòû. Äîïóñêàþòñÿ îòäåëüíûå âîëîñîâèíû è ìîðùèíû ãëóáèíîé íå áîëåå 1,0 ìì è äëèíîé íå áîëåå 1 ì. Äåôåêòû äîëæíû áûòü óäàëåíû ïîëîãîé çà÷èñòêîé íà ãëóáèíó äî 1 ìì. Ðåëüñû ïîñëå ïðîêàòêè ðàçðåçàþòñÿ ïèëàìè íà äëèíó 12,5 ì èëè ÷àùå 25 ì. Íà ýòîé äëèíå íå äîïóñêàþòñÿ âîëíèñòîñòü è êðèâèçíà, ïðåâûøàþùàÿ 1/2200 äëèíû ðåëüñà, ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ èñêëþ÷àþòñÿ êîíöåâûå èñêðèâëåíèÿ. Áîëüøîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ êà÷åñòâó òîðöà ðåëüñà: ïîâåðõíîñòü åãî äîëæíà áûòü îòôðåçåðîâàíà ñòðîãî ïîä ïðÿìûì óãëîì ê îñè. Êîíå÷íî, âàæíåéøèìè â ôîðìèðîâàíèè ñâîéñòâ ÿâëÿþòñÿ îïåðàöèè òåðìîîáðàáîòêè ïðîêàòà. Êðàòêî ðàññìîòðèì îñíîâíûå òåõíîëîãè÷åñêèå îïåðàöèè, êîòîðûì ïîäâåðãàåòñÿ ðåëüñ ïîñëå ïðîêàòêè è ðåçêè íà ìåðíûå äëèíû. Íà õîëîäèëüíèêå ðåëüñû îõëàæäàþòñÿ äî òåìïåðàòóðû íå íèæå 500 °Ñ, à çàòåì çàãðóæàþòñÿ ðÿäàìè ïîäîøâîé âíèç â ÿìû çàìåäëåííîãî îõëàæäåíèÿ, ãäå â øòàáåëÿõ ìåäëåííî îñòûâàþò äî òåìïåðàòóðû 100150 °Ñ. Ïðè ýòîì âûïðàâëÿþòñÿ êðèâèçíû ðåëüñîâ è óäàëÿþòñÿ ôëîêåíû èç ìåòàëëà. (Íàïîìíèì, ÷òî ôëîêåíû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé âíóòðåííèå ìèêðîïîðû, êîòîðûå ïîÿâëÿþòñÿ çà ñ÷åò âûñîêîãî äàâëåíèÿ ìåòàíà, îáðàçîâàâøåãîñÿ ïðè ñîåäèíåíèè ñ óãëåðîäîì îñâîáîæäàþùåãîñÿ âîäîðîäà ïðè îõëàæäåíèè ìåòàëëà). 389
Íà íåêîòîðûõ çàâîäàõ àíòèôëîêåííàÿ îáðàáîòêà îñóùåñòâëÿåòñÿ â ïå÷àõ èçîòåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè. Ïî ýòîé òåõíîëîãèè íà õîëîäèëüíèêå ïðîêàò îõëàæäàåòñÿ äî òåìïåðàòóðû 350500 °Ñ, çàòåì ïðè òîé æå ñêîðîñòè äâèæåíèÿ øëåïïåðà (0,15 ì/ñ) ïîñòóïàåò â ïðîõîäíóþ ïå÷ü, ãäå â òå÷åíèå 2 ÷ âûäåðæèâàåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðå 600 °Ñ. Çàòåì ðåëüñû âíîâü îêàçûâàþòñÿ íà õîëîäèëüíèêå è îñòûâàþò íà íåì äî òåìïåðàòóðû 100150 °Ñ è ìåíåå. Ïîñëå àíòèôëîêåííîé îáðàáîòêè ðåëüñû ïîñòóïàþò íà îòäåëêó. Ïåðâàÿ îòäåëî÷íàÿ îïåðàöèÿ ïðàâêà îñóùåñòâëÿåòñÿ â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè íà ðîëèêî-ïðàâèëüíûõ ìàøèíàõ, ñïîñîáíûõ ïîäâåðãàòü ðåëüñ çíàêîïåðåìåííîìó èçãèáó â äâóõ ïëîñêîñòÿõ. Îêîí÷àòåëüíóþ ïðàâêó âûïîëíÿþò íà øòåìïåëüíûõ èëè ñïåöèàëüíûõ ïðàâèëüíûõ ïðåññàõ. Çàòåì ðåëüñ ïîñòóïàåò íà îòäåëî÷íûé ñòåëëàæ, ïî êîòîðîìó îí ïåðåìåùàåòñÿ â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì ñâîåé äëèíå. Ñòåëëàæ îáîðóäîâàí ñ äâóõ ñòîðîí ôðåçåðíûìè ñòàíêàìè äëÿ ôðåçåðîâàíèÿ êîíöîâ ðåëüñîâ, ñïåöèàëèçèðîâàííûìè ñòàíêàìè äëÿ ñâåðëåíèÿ íà êàæäîì êîíöå òðåõ îâàëüíûõ êðåïåæíûõ îòâåðñòèé, ïðîõîäíûìè óñòàíîâêàìè äëÿ íàãðåâà ÒÂ× è ñòðóåâûìè àïïàðàòàìè äëÿ áûñòðîãî îõëàæäåíèÿ è ïîâåðõíîñòíîé çàêàëêè êîíöîâ ðåëüñîâ (íà äëèíå ïðèìåðíî 0,5 ì îò òîðöà). Èçíîñîñòîéêîñòü çàêàëåííûõ ïî êîíöàì ðåëüñîâ â 2,53,0 ðàçà âûøå, ÷åì íåçàêàëåííûõ. Ïî äëèíå îòäåëî÷íîãî ñòåëëàæà óñòàíîâëåíû èíñïåêöèîííûå ñòåëëàæè äëÿ îñìîòðà è ïðèåìêè ðåëüñîâ. Êàê ðàçíîâèäíîñòü îïèñàííîé òåõíîëîãèè ìîæíî îòìåòèòü çàêàëêó êîíöîâ ðåëüñà ñ ïðîêàòíîãî íàãðåâà.  ýòîì ñëó÷àå ïîñëå ðàñêðîÿ íà ïèëàõ ãîðÿ÷åé ðåçêè ðåëüñû ïîäàþò íà ãîðÿ÷èå ñòåëëàæè ïî 23 øò., ãäå íà èõ êîíöû íàêëàäûâàþòñÿ ñòðóåâûå óñòðîéñòâà ñ ðåãóëèðóåìûì ïîòîêîì âîäû. Æåëåçíîäîðîæíûå ðåëüñû òðåáóþò ïîâûøåííîé òâåðäîñòè íå òîëüêî ïî êîíöàì, íî è ïî âñåé äëèíå ïî ïåðèìåòðó ãîëîâêè íà ãëóáèíó íå ìåíåå 12 ìì (ïî ïîâåðõíîñòè êàòàíèÿ). Òâåðäîñòü ðåëüñà íà êîíöàõ îáû÷íî äîñòèãàåò HB 380400 è ïî ïîâåðõíîñòè ãîëîâêè äî HB 350390. Ñòåíêà è ïîäîøâà ðåëüñà, íàîáîðîò, äîëæíû îñòàâàòüñÿ ìÿãêèìè, ÷òîáû ïðîòèâîñòîÿòü çíàêîïåðåìåííûì íàãðóçêàì ïðè äâèæåíèè ïîåçäà. Äëÿ ïîâåðõíîñòíîé çàêàëêè ãîëîâêè ðåëüñà èñïîëüçóþò çàêàëî÷íûé àãðåãàò, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ óñòàíîâêó íàãðåâà ãîëîâêè ðåëüñà òîêàìè âûñîêîé ÷àñòîòû, â êîòîðîé ïîâåðõíîñòíûé ñëîé ãîëîâêè ïðèìåðíî çà 10 ñ ðàçîãðåâàåòñÿ äî òåìïåðàòóð âûøå Àñ3. Äàëåå ñëåäóåò ñïðååðíàÿ óñòàíîâêà äëÿ áûñòðîãî îõëàæäåíèÿ è çàêàëêè ãîëîâêè ðåëüñà. Ïîñëå òàêîé òåðìîîáðàáîòêè ðåëüñ âíîâü ïîäâåðãàåòñÿ ïðàâêå, îñìîòðó, à òàêæå èñïûòàíèÿì. Ãîòîâûå ðåëüñû âûáîðî÷íî ïîäâåðãàþòñÿ êîïðîâûì èñïûòàíèÿì ïðè òåìïåðàòóðå äî 60 °Ñ. Èñïûòûâàåìûå ðåëüñû äîëæíû âûäåðæèâàòü óäàðíóþ íàãðóçêó íà êîïðå ãðóçîì ìàññîé 1 ò ñ âûñîòû íå ìåíåå 3 ì. Äëÿ ðåëüñîâ îòâåòñòâåííîãî íàçíà÷åíèÿ ïðèìåíÿþò òàêæå îáúåìíóþ çàêàëêó ñ îòïóñêîì. Ïîñëå ôðåçåðîâàíèÿ è ñâåðëåíèÿ îòâåðñòèé ðåëüñû ïîäàþòñÿ íà ñïåöèàëüíóþ ëèíèþ, èìåþùóþ: íàãðåâàòåëüíóþ ïå÷ü ðîëèêîâîãî òèïà äëÿ íàãðåâà äî òåìïåðàòóðû 840 °Ñ; åìêîñòü ñ ìèíåðàëüíûì ìàñëîì äëÿ çàêàëêè ðåëüñà. Íå ïîçæå ÷åì ÷åðåç 8 ÷ ïîñëå çàêàëêè îñóùåñòâëÿåòñÿ îòïóñê ðåëüñîâ â ïå÷àõ ïðè òåìïåðàòóðå 450480 °Ñ â òå÷åíèå 2 ÷. Ïîñëå îòïóñêà è îõëàæäåíèÿ 390
äî òåìïåðàòóðû 60 °Ñ ðåëüñû ïîäàþòñÿ íà ðîëèêîïðàâèëüíóþ ìàøèíó, çàòåì íà ïðàâèëüíûå ïðåññû è èíñïåêöèîííûå ñòåëëàæè. Çäåñü ïðîèçâîäèòñÿ îñìîòð êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè è èçìåðåíèå òâåðäîñòè ãîëîâêè ðåëüñà. Òâåðäîñòü ñòàëåé, ñîäåðæàùèõ 0,650,75 % Ñ, ïîñëå òàêîé îáðàáîòêè ðàâíà HB 320 380, ïî âñåìó ñå÷åíèþ äîñòèãàåòñÿ ñòðóêòóðà ñîðáèòà çàêàëêè, îáåñïå÷èâàþùàÿ âûñîêèå ïðî÷íîñòíûå è ïëàñòè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà. Äëÿ êîíòðîëÿ ôëîêåíîâ â ãîòîâûõ ðåëüñàõ èñïîëüçóåòñÿ óëüòðàçâóêîâîé äåôåêòîñêîï ÓÄÌ-1Ì, êîòîðûé ìîæåò ðàáîòàòü êàê ïî øëèôîâàííîé, òàê è ïî ÷åðíîâîé ïîâåðõíîñòÿì ìåòàëëà.  ïîñëåäíåå âðåìÿ ó÷àñòêè îòäåëêè ðåëüñîâ îñíàùàþòñÿ òàêæå îáîðóäîâàíèåì äëÿ êîíòðîëÿ ìàêðîñòðóêòóðû ñòàëè íåïîñðåäñòâåííî â õîäå òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà. Îäíà èç ñóùåñòâåííûõ òåíäåíöèé â ïðîèçâîäñòâå ðåëüñîâ óëó÷øåíèå êà÷åñòâà èñõîäíîãî ìåòàëëà, ïîñòóïàþùåãî â ïðîêàòêó ïóòåì åãî ðàôèíèðîâàíèÿ (î÷èñòêè). Ïðèìåíÿþòñÿ âíåïå÷íîå âàêóóìèðîâàíèå è îáðàáîòêà ñèíòåòè÷åñêèìè øëàêàìè æèäêîãî ìåòàëëà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî â ìåòàëëå óìåíüøàåòñÿ êîëè÷åñòâî îêñèäíûõ âêëþ÷åíèé ïðèìåðíî íà 30 %, à êîëè÷åñòâî ñóëüôèäíûõ âêëþ÷åíèé â 1,52,0 ðàçà. Ðåëüñû, ïîëó÷åííûå èç ðàôèíèðîâàííîé ñòàëè, èìåþò áîëåå âûñîêèå ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà. Îäíèì èç ðåçåðâîâ ïîâûøåíèÿ êà÷åñòâà è ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ðåëüñîâ ñ÷èòàåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè, õîòÿ ñòîèìîñòü òàêèõ ðåëüñîâ ñóùåñòâåííî âîçðàñòàåò, è îïûò èõ ïðîèçâîäñòâà è èñïîëüçîâàíèÿ ïîêà íåçíà÷èòåëåí. 15.8. Êàëèáðîâêà ôàñîííûõ ïðîôèëåé ïðîêàòà Ïðèìåíåíèå ôàñîííûõ ïðîôèëåé ïðîêàòà âìåñòî òðàäèöèîííûõ ïðîôèëåé îáùåãî íàçíà÷åíèÿ (êðóãëûõ è ïð.) ïîçâîëÿåò ýêîíîìèòü áîëüøîå êîëè÷åñòâî ìåòàëëà ó ïîòðåáèòåëÿ. Êîýôôèöèåíò èñïîëüçîâàíèÿ ìåòàëëà óâåëè÷èâàåòñÿ äî 0,80,9, ñîêðàùàåòñÿ òðóäîåìêîñòü ïðîèçâîäñòâà ìàøèí, çíà÷èòåëüíî ñíèæàåòñÿ ýíåðãîïîòðåáëåíèå ïðè ïðîèçâîäñòâå êîíå÷íûõ äåòàëåé.  Ðîññèè ñóùåñòâóåò ìíîãî öåõîâ, ðàñïîëîæåííûõ íåïîñðåäñòâåííî íà ìàøèíîñòðîèòåëüíûõ çàâîäàõ, êîòîðûå ïðîèçâîäÿò äëÿ äàííîãî ïðåäïðèÿòèÿ èëè ãðóïïû ïîäîáíûõ ïðåäïðèÿòèé ôàñîííûé ïîäêàò äëÿ ïîñëåäóþùåé øòàìïîâêè. Áîëüøîå êîëè÷åñòâî ïðîôèëåé îòðàñëåâîãî íàçíà÷åíèÿ ïðîêàòûâàþò íà Êóçíåöêîì, Ãóðüåâñêîì, ×óñîâñêîì è äðóãèõ ðîññèéñêèõ çàâîäàõ. Ìíîãèå çàâîäû, ñïåöèàëèçèðóþùèåñÿ íà ïðîèçâîäñòâå ôàñîííûõ ïðîôèëåé, ðàñïîëîæåíû íà Óêðàèíå: çàâîä èì. Ïåòðîâñêîãî â Äíåïðîïåòðîâñêå, Åíàêèåâñêèé, Äîíåöêèé çàâîäû, çàâîä èì. Äçåðæèíñêîãî â Äíåïðîäçåðæèíñêå è äð.  1960-õ ãîäàõ áûëè ïóùåíû â ýêñïëóàòàöèþ ñðàçó òðè ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ïðîèçâîäñòâà ôàñîííûõ ïðîôèëåé ìåæîòðàñëåâîãî íàçíà÷åíèÿ (ó÷àñòêè öåõîâ íà Èæåâñêîì è Îìóòíèíñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêèõ çàâîäàõ è öåõ ôàñîííûõ ïðîôèëåé íà ×åðåïîâåöêîì ñòàëåïðîêàòíîì çàâîäå). Ñðåäè ïðåäïðèÿòèé, ñïåöèàëèçèðóþùèõñÿ íà ïðîèçâîäñòâå ôàñîííûõ ïðîôèëåé, íåîáõîäèìî îòìåòèòü òàêæå çàâîä òóðáèííûõ ëîïàòîê è öåõ òóðáèííûõ ëîïàòîê íà ÎÀÎ Êèðîâñêèé çàâîä â Ñàíêò-Ïåòåðáóðãå. 391
Ñîðòàìåíò ôàñîííûõ ïðîôèëåé, ïðèìåíÿåìûõ â ðàçëè÷íûõ îòðàñëÿõ ïðîìûøëåííîñòè, âåñüìà ðàçíîîáðàçåí.  áûâøåì ÑÑÑÐ íàñ÷èòûâàëîñü áîëåå òðåõ òûñÿ÷ ïðîôèëåé ñàìîé ðàçíîîáðàçíîé ôîðìû è ðàçìåðîâ. Ñðåäíÿÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòü ïðèìåíåíèÿ êàæäîãî ïðîôèëÿ îáû÷íî íå ïðåâûøàåò 510 ëåò, ïîýòîìó ïðîèñõîäèò ïîñòåïåííîå èçúÿòèå èç ñîðòàìåíòà óñòàðåâøèõ ïðîôèëåé è ïîïîëíåíèå åãî íîâûìè.  ñîðòàìåíòå ÑØÀ íàñ÷èòûâàåòñÿ îêîëî ÷åòûðíàäöàòè òûñÿ÷ ôàñîííûõ ïðîôèëåé ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî ñòàðûå ïðîôèëè èç ñîðòàìåíòà íå èçûìàþòñÿ, õîòÿ ïðîèçâîäñòâî èõ ïðåêðàùåíî. Ïðèìåðíî òàêîå æå êîëè÷åñòâî ïðîôèëåé íàñ÷èòûâàåò ñîðòàìåíò Ãåðìàíèè. Ðàçëè÷àþò äâå êàòåãîðèè ôàñîííûõ ïðîôèëåé. Ê ïåðâîé îòíîñÿòñÿ ïðîôèëè, ïîëó÷àåìûå ãîðÿ÷åé ïðîêàòêîé èëè ïðåññîâàíèåì. Òàêèå ïðîôèëè ñîäåðæàò îêàëèíó íà ïîâåðõíîñòè, òî÷íîñòü ïî ðàçìåðàì íåâûñîêà. Îíè ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïîñëåäóþùåé øòàìïîâêè èëè îáðàáîòêè ðåçàíèåì è îáåñïå÷èâàþò çíà÷èòåëüíóþ ýêîíîìèþ ìåòàëëà íà ýòèõ çàêëþ÷èòåëüíûõ îïåðàöèÿõ. Öåëåñîîáðàçíîñòü ïðèìåíåíèÿ ôàñîííûõ ïðîôèëåé âìåñòî êðóãëûõ èëè êâàäðàòíûõ îáóñëîâëåíà çíà÷èòåëüíûì ïîâûøåíèåì êîýôôèöèåíòà èñïîëüçîâàíèÿ ìåòàëëà (ÊÈÌ). Íàïðèìåð, ïðè ïðîèçâîäñòâå òóðáèííûõ ëîïàòîê èç êðóãëîãî ïðîêàòà ÊÈÌ ðàâåí 0,40,5, à ïðè ïðèìåíåíèè ôàñîííîãî ïîäêàòà 0,800,85. Êî âòîðîé êàòåãîðèè îòíîñÿò òî÷íûå ôàñîííûå ïðîôèëè ïîâûøåííîé òî÷íîñòè ïî ãåîìåòðè÷åñêèì ðàçìåðàì, íå èìåþùèå íà ïîâåðõíîñòè îêàëèíû. Òàêèå ïðîôèëè ìàêñèìàëüíî ïðèáëèæåíû ê ôîðìå ãîòîâîãî èçäåëèÿ, â ðÿäå ñëó÷àåâ òðåáóþò òîëüêî çàêëþ÷èòåëüíûå îïåðàöèè îáðàáîòêè (øëèôîâàíèÿ, ñâåðëåíèÿ îòâåðñòèé, ðåçêè íà ìåðíûå äëèíû è ïð.). Òî÷íûå ôàñîííûå ïðîôèëè ïîëó÷àþò ïî äâóõñòóïåí÷àòîé òåõíîëîãèè. Ñíà÷àëà ãîðÿ÷åé ïðîêàòêîé èëè ïðåññîâàíèåì ïðîèçâîäÿò ôàñîííóþ çàãîòîâêó, à çàòåì ïîñëå ñíÿòèÿ îêàëèíû åå ïîäâåðãàþò îäíîé èç ÷èñòîâûõ îïåðàöèé: âîëî÷åíèþ â ñïëîøíîé èëè ðàçúåìíîé âîëîêå; õîëîäíîé ïðîêàòêå â 2- èëè ìíîãîâàëêîâîì êàëèáðå; õîëîäíîé ïðîêàòêå-âîëî÷åíèþ â ðîëèêîâîé âîëîêå, êîòîðàÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîêàòíóþ êëåòü ñ íåïðèâîäíûìè âàëêàìè. Òàêèì îáðàçîì, ïðîèçâîäñòâî ôàñîííûõ ïðîôèëåé ýòî îáøèðíûé íàáîð ñïåöèàëèçèðîâàííîãî îáîðóäîâàíèÿ è òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé. Çäåñü ìû ðàññìîòðèì òîëüêî ïðîèçâîäñòâî ãîðÿ÷åêàòàíûõ ôàñîííûõ ïðîôèëåé è îñîáåííîñòè èõ êàëèáðîâêè. Âñå ôàñîííûå ïðîôèëè, ïðîèçâîäèìûå íà ñòàíàõ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêîé, ïðèíÿòî äåëèòü íà ãðóïïû ïî ñòåïåíè èõ ñëîæíîñòè, îáùíîñòè òåõíîëîãèè èõ ïðîêàòêè è êàëèáðîâêè âàëêîâ. Íàïðèìåð, îäíà èç êëàññèôèêàöèé, ïðåäëîæåííàÿ Á.Ì. Èëþêîâè÷åì [8], (ðèñ. 15.41) âêëþ÷àåò â ñåáÿ 14 ãðóïï. Îáû÷íî äëÿ êàæäîé èç íèõ ðàçðàáàòûâàþòñÿ ñâîè ïðèåìû êàëèáðîâêè. Ïðè ðàçðàáîòêå ñõåìû ïåðåõîäîâ íîâîãî ïðîôèëÿ áîëüøîå çíà÷åíèå èìååò íàêîïëåííûé çàâîäàìè îïûò ïðîêàòêè è êàëèáðîâêè îñâîåííûõ ïðîôèëåé òîé æå ãðóïïû. Ìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî íå ñóùåñòâóåò îáùåé ìåòîäèêè êàëèáðîâêè è ðàñ÷åòà ôîðìîèçìåíåíèÿ ìåòàëëà â ôàñîííûõ êàëèáðàõ. Êàëèáðîâêó ôàñîííûõ ïðîôèëåé ñêîðåå íå ðàññ÷èòûâàþò, à ïðîåêòèðóþò, è ýòîò ïðîöåññ îáåñïå÷èâàåòñÿ ìàñòåðñòâîì êàëèáðîâùèêà, îò îïûòà è ýðóäèöèè êîòîðîãî âî ìíîãîì çàâèñèò êà÷åñòâî òîé èëè èíîé êàëèáðîâêè. Åñòü ïðèìåðû, êîãäà îäèí è òîò æå ïðîôèëü ðàçíûìè êàëèáðîâùèêàìè ïðîèçâîäèòñÿ ïî ðàçëè÷íûì ñõåìàì, äëÿ ðåøåíèÿ 392
îäíèõ è òåõ æå çàäà÷ èñïîëüçóþòñÿ ðàçíûå èäåè. Áîëüøîå çíà÷åíèå ïðè ýòîì èìåþò ìåëî÷è, ò. å. îñîáåííîñòè ïðîôèëÿ, òðåáîâàíèÿ ê åãî òî÷íîñòè, îñîáåííîñòè êîíñòðóêöèè ñòàíà è îñíàñòêè è ìíîãîå äðóãîå. Ïðåæäå ÷åì íàó÷èòüñÿ ïðîåêòèðîâàòü êàëèáðîâêè ôàñîííûõ ïðîôèëåé, ñòóäåíò äîëæåí ïîíèìàòü òå èäåè, òå ñðåäñòâà ðåøåíèÿ, êîòîðûå èìååò â ñâîåì àðñåíàëå êàëèáðîâùèê. Ìîæíî âûäåëèòü íåêîòîðûå ïðèíöèïû, êîòîðûìè îí ðóêîâîäñòâóåòñÿ.
1
2
7
11
3 8
12
4
5
9
13
6
10 14
Ðèñ. 15.41. Êëàññèôèêàöèÿ ôàñîííûõ ïðîôèëåé ïðîêàòà, ïîëó÷àåìûõ ïðîêàòêîé: 1 ïîëîñîâûå ñ äâóìÿ îñÿìè ñèììåòðèè; 2 ïîëîñîâûå ñ îäíîé (âåðòèêàëüíîé) îñüþ ñèììåòðèè; 3 ïîëîñîâûå àñèììåòðè÷íûå; 4 ïîëîñîâûå êëèíîâèäíûå ñ ãîðèçîíòàëüíîé îñüþ ñèììåòðèè; 5 êëèíîâèäíûå àñèììåòðè÷íûå; 6 ïîëîñîâûå àñèììåòðè÷íûå ñ êëèíîâèäíûìè óòîëùåíèÿìè; 7 ïîëîñîâûå àñèììåòðè÷íûå ñ îòîãíóòûìè êðàÿìè; 8 ïîëîñîâûå æåëîá÷àòûå; 9 ïîëîñîâûå ñ îñòðûìè ýëåìåíòàìè ïî êðàÿì; 10 ïîëîñîâûå ñ êðóãëûìè óòîëùåíèÿìè ïî êðàÿì; 11 ïîëîñîáóëüáîâûå; 12 ïîëîñîâûå îäíîãðåáíåâûå; 13 ïîëîñîâûå äâóõè áîëåå ãðåáíåâûå; 14 ïîëîñîâûå ñ âûñòóïàìè â âèäå ëàñòî÷êèíà õâîñòà
393
1. Ïðè îñâîåíèè íîâîãî ïðîôèëÿ ñëåäóåò îòíåñòè åãî ê òîé èëè èíîé êëàññèôèêàöèîííîé ãðóïïå è íà îñíîâàíèè àíàëèçà èçâåñòíûõ êàëèáðîâîê ïîäîáíûõ ïðîôèëåé âûáðàòü ïðèíöèïèàëüíóþ ñõåìó åãî ïðîêàòêè. Êîíå÷íî, ó÷èòûâàþò îñîáåííîñòè ñòàíà, òðåáîâàíèÿ ê ïðîôèëþ, åãî ñëîæíîñòü, ìàðêó ñòàëè è ò. ä. Âûáèðàþò ÷èñëî ïðîïóñêîâ è ñðåäñòâà, îáåñïå÷èâàþùèå ïîëó÷åíèå òðåáóåìîé òî÷íîñòè è êà÷åñòâà ãîòîâîãî ïðîôèëÿ. 2. Íà îñíîâàíèè êîíôèãóðàöèè ñå÷åíèÿ è òðåáîâàíèé ïî òî÷íîñòè îòäåëüíûõ ýëåìåíòîâ íàìå÷àþò ìåñòà ðàçúåìîâ è òèï ÷èñòîâîãî êàëèáðà. Êàê ïðàâèëî, ÷èñòîâîé êàëèáð âûïîëíÿþò çàêðûòûì, ÷òîáû êîíòðîëèðîâàòü ÷èñòîâûå ðàçìåðû ïî áîêîâûì ãðàíÿì ïðîôèëÿ. Åñëè ïî áîêîâûì ãðàíÿì æåñòêèå òðåáîâàíèÿ îòñóòñòâóþò, òî êàëèáð äåëàþò îòêðûòûì. 3. Ðàññ÷èòûâàþò ðàçìåðû ÷èñòîâîãî êàëèáðà ñ ó÷åòîì òåìïåðàòóðíîãî ðàñøèðåíèÿ è ìèíóñîâûõ äîïóñêîâ. Äëÿ ôàñîííîãî ïðîôèëÿ äîïóñêè íà ðàçìåðû ïî ýëåìåíòàì ìîãóò áûòü ðàçíûìè. 4. Ôîðìó è ðàçìåðû ïðåä÷èñòîâîãî êàëèáðà ïðîåêòèðóþò èñõîäÿ èç ïðèíöèïà ðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè ïî øèðèíå ïîëîñû â ÷èñòîâîì êàëèáðå. Ãðàôè÷åñêèì ìåòîäîì êîíñòðóèðóþò êîíòóð ïðåä÷èñòîâîãî êàëèáðà, äëÿ ÷åãî: ÷èñòîâîé ïðîôèëü ðàçáèâàþò ïî øèðèíå âåðòèêàëüíûìè ñå÷åíèÿìè íà n õàðàêòåðíûõ ýëåìåíòîâ, êàæäûé èç êîòîðûõ áëèçîê ê èçâåñòíûì â òåîðèè ïðîñòûì ïðîôèëÿì: ïðÿìîóãîëüíèê, îâàë, ðîìá è ò. ï.; äëÿ êàæäîãî ýëåìåíòà ñ íîìåðîì i = 1, 2, ...
, n íàçíà÷àþò ñðåäíþþ âûñîòó ýëåìåíòà hi è êîýôôèöèåíò âûñîòíîãî îáæàòèÿ 1/D (îáû÷íî 1,051,25) è îïðåäåëÿþò ñðåäíþþ âûñîòó i-òîãî ýëåìåíòà íà ïðåä÷èñòîâîé ïîëîñå: h0i = hi(1/D); îïðåäåëÿþò îáæàòèå ïî êàæäîìó ýëåìåíòó ∆hi = h0i hi, ðàñïðåäåëÿþò åãî ìåæäó âåðõíèì è íèæíèì âàëêàìè. 5. Êîíòóð ïðåä÷èñòîâîãî êàëèáðà íåîáõîäèìî ñòðîèòü ñ ó÷åòîì óøèðåíèÿ ìåòàëëà â ÷èñòîâîì êàëèáðå; ðàññ÷èòàòü äîñòîâåðíî óøèðåíèå ïðîôèëÿ â ôàñîííûõ êàëèáðàõ íå óäàåòñÿ, ïîýòîìó êàëèáðû êîíñòðóèðóþò òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû îøèáêè â ðàñ÷åòàõ èëè ïðèêèäî÷íûõ îöåíêàõ óøèðåíèÿ ñóùåñòâåííî íå ñêàçûâàëèñü íà òî÷íîñòè ÷èñòîâîãî ïðîôèëÿ. 6. Íàìå÷àþò ìåñòà ðàçúåìîâ è òèïû êàëèáðîâ. Îáû÷íî ïðåä÷èñòîâîé êàëèáð äåëàþò çàêðûòûì; äàëåå ðåøàþò, ìîæíî ëè îáåñïå÷èòü òðåáóåìóþ òî÷íîñòü ïðîôèëÿ, èñïîëüçóÿ òîëüêî çàêðûòûå êàëèáðû; äëÿ íàäåæíîñòè ÷àñòî ïðèìåíÿþò ðåáðîâîé êàëèáð, óñòàíàâëèâàåìûé, êàê ïðàâèëî, íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä ïðåä÷èñòîâûì. Åñëè åñòü ðåáðîâîé êàëèáð, òî ïðåäøåñòâóþùèå åìó ÷åðíîâûå êàëèáðû ìîãóò áûòü îòêðûòûìè. 7. Îò ïåðâîãî äî ïðåä÷èñòîâîãî êàëèáðà êîýôôèöèåíò âûñîòíîãî îáæàòèÿ 1/D ðàñïðåäåëÿþò ìåæäó ïðîïóñêàìè ïî óáûâàþùåìó ãðàôèêó îò çíà÷åíèé 1,61,8 äî 1,11,3 (â ïðåä÷èñòîâîì êàëèáðå). Íåðàâíîìåðíîñòü îáæàòèÿ ïî ýëåìåíòàì äîïóñòèìà òîëüêî â ïåðâûõ êàëèáðàõ, â ÷èñòîâîì è æåëàòåëüíî â ïðåä÷èñòîâîì êàëèáðàõ äåôîðìàöèÿ äîëæíà áûòü ðàâíîìåðíîé. 8. Ïðîâîäÿò ãðàôè÷åñêèé àíàëèç äåôîðìàöèè ìåòàëëà âî âñåõ êàëèáðàõ. Êàê óêàçûâàëîñü ðàíåå, ïðè ýòîì: ñòðîÿò ãðàôèê ðàñïðåäåëåíèÿ îáæàòèé ïî øèðèíå è ïî íåìó äåëàþò âûâîäû îá èçãèáå ïîëîñû, âûíóæäåííîì óøèðåíèè è óòÿæêå ýëåìåíòîâ ïðîôèëÿ; 394
àíàëèçèðóþò óñëîâèÿ çàõâàòà è äåëàþò çàêëþ÷åíèå î ñêðó÷èâàíèè è ñìåùåíèè ïîëîñû â êàëèáðå, îá óñòîé÷èâîñòè ïðîöåññà ïðîêàòêè; ãðàôè÷åñêèé àíàëèç êàëèáðîâêè ïðîâîäÿò ñ ó÷åòîì óøèðåíèÿ â êàëèáðå. 9. Îêîí÷àòåëüíûé àíàëèç êàëèáðîâêè ïðîèçâîäèòñÿ íà îñíîâàíèè ïîäîáíûõ êàëèáðîâîê èëè îïûòíîé ïðîêàòêè; ðîëü îïûòíîé ïðîêàòêè ïðè îñâîåíèè êàæäîãî íîâîãî ïðîôèëÿ î÷åíü âåëèêà. Ðàññìîòðèì äåéñòâóþùóþ êàëèáðîâêó (ðèñ. 15.42) ïðè ïðîêàòêå ïðîôèëÿ â ïÿòè êàëèáðàõ. Àíàëèç ãîòîâîãî ïðîôèëÿ (ðèñ. 15.43, à) ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðîðàáîòêà åãî ýëåìåíòîâ ïî øèðèíå âîçìîæíà â çàêðûòîì ÷èñòîâîì êàëèáðå ñ ðàçúåìàìè ââåðõó (ñì. ðèñ. 15.42, êàëèáð 5). Ðàçìåðû ÷èñòîâîãî êàëèáðà ìîãóò áûòü ïîñòðîåíû ïî ãîðÿ÷èì ðàçìåðàì ïðîôèëÿ ñ ó÷åòîì ìèíóñîâûõ äîïóñêîâ.
Ðèñ. 15.42. Êîíñòðóèðîâàíèå êàëèáðîâêè ôàñîííîãî ïðîôèëÿ
à)
á)
1,25
1,40
1,20
1,30
1,15
1,20
1,10
1,10
1,05 1,00
I
II
III
IV
V
VI
Ê
II S I S
VI III
IV
V
S
M
N
Ðèñ. 15.43. Ãðàôè÷åñêèé àíàëèç äåôîðìàöèè ìåòàëëà â êàëèáðàõ 5 (à) è 4 (á) 395
Ïðîôèëü ðàçáèâàåòñÿ íà øåñòü ýëåìåíòîâ ïðîñòîé ôîðìû. Ïðè ïðîêàòêå â ÷èñòîâîì êàëèáðå âûáèðàåì ñðåäíèé êîýôôèöèåíò âûñîòíîé äåôîðìàöèè, íàïðèìåð 1,15. Æåëàòåëüíî â ÷èñòîâîì êàëèáðå îáåñïå÷èòü òàêóþ æå ñòåïåíü äåôîðìàöèè ïî âñåì ýëåìåíòàì, îäíàêî ïî ýëåìåíòàì II è III (ñì. ðèñ. 15.43, à) åå óâåëè÷èëè, ÷òîáû çà ñ÷åò âûíóæäåííîãî óøèðåíèÿ èç ýòèõ çîí â ñîñåäíèå óëó÷øèòü çàïîëíåíèå óãëîâ ýëåìåíòîâ I è IV. Òàêèì îáðàçîì, ãðàôèê îáæàòèé ïî ýëåìåíòàì âûãëÿäèò òàê, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 15.43, à. Íåáîëüøàÿ òåíäåíöèÿ ê èñêðèâëåíèþ ïîëîñû äîëæíà ãàñèòüñÿ â òåñíûõ âûâîäíûõ ïðîâîäêàõ.  íèæíåé ÷àñòè ðèñóíêà ïîêàçàíî, ÷òî îáæèìàåìûé ìåòàëë â ÷èñòîâîì êàëèáðå íåîáõîäèìî ðàñïðåäåëèòü ïî ýëåìåíòàì òàêèì à) á) îáðàçîì, ÷òîáû íå áûëî ñêðó÷èâàíèÿ è ñìåùåíèÿ ïîëîñû ïðè çàõâàòå. Íàèëó÷øèå óñëîâèÿ äîñòèãàþòñÿ â òîì ñëó÷àå, êîãäà ïî îäíîìó âàëêó (â äàííîì ñëó÷àå íèæíåìó) î÷åðòàíèÿ âõîäÿùåé â êàëèáð ïîëîñû è êàëèáðà ñîâïàäàþò. Ïðè êîíñòðóèðîâàíèè ïîëîñû, âõîäÿùåé â ÷èñòîâîé êàëèáð, è ïðåä÷èñòîâîãî êàëèáðà ó÷èòûâàþò óøèðåíèå (ðèñ. 15.43, á). Ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî îñíîâíîå óøèðåíèå ïðîèñõîäèò â ýëåìåíòàõ I è VI. Ïîñ÷èòàåì åãî, íàïðèìåð, ïî ôîðìóëå Ãóáêèíà, êàê äëÿ ïðÿìîóãîëüíîé ïîëîñû íà ãëàäêîé áî÷êå. Íî ïîñêîëüêó óêàçàííûå ýëåìåíòû íàõîäÿòñÿ â çàêðûòûõ ÷àñòÿõ êàëèáðà, òî íåîáõîäèìî çàäàòü êîýôôèöèåíòû ñòåñíåíèÿ â ïðåäåëàõ 0,60,8.  íàøåì ñëó÷àå ïîëó÷èëè óøèðåíèå (ñ ó÷åòîì ñòåñíåíèÿ) ýëåìåíòà VI 1,2 ìì è ýëåìåíòà I 0,8 ìì, îáùåå óøèðåíèå 2,0 ìì. Ïðè êîíñòðóèðîâàíèè ïðåä÷èñòîâûõ ïîëîñû è êàëèáðà ýòè óøèðåíèÿ ñëåäóåò ó÷åñòü. Ñëåäóþùèé îò êîíöà ïðîêàòêè êàëèáð 3 âûáðàí ðåáðîâûì. Ïîñêîëüêó ïðåäøåñòâóþùèå åìó êàëèáðû 1 è 2 (ñì. ðèñ. 15.42) ðåøåíî ñäåëàòü îòêðûòûìè, íàëè÷èå ðåáðîâîãî êàëèáðà ñòàíîâèòñÿ îáÿçàòåëüíûì, ÷òîáû ïðîêîíòðîëèðîâàòü øèðèíó ïîëîñû, ïîëó÷åííóþ èç êàÐèñ. 15.44. Çàêðûòàÿ (à) è îòêðû- ëèáðà 2. Ýòî ïîçâîëÿåò òàêæå ñêîððåêòèðîâàòü òàÿ (á) êàëèáðîâêè âàëêîâ äëÿ îøèáêè â ðàñ÷åòå óøèðåíèÿ äëÿ ÷èñòîâîãî ïðîêàòêè òàâðîâîãî ïðîôèëÿ è ïðåä÷èñòîâîãî êàëèáðîâ. Äëÿ ïðåä÷èñòîâîãî êàëèáðà ïîñòóïàþùàÿ â íåãî ïîëîñà êîíñòðóèðóåòñÿ ïî òåì æå ïðèíöèïàì, ÷òî è äëÿ ÷èñòîâîãî. Íî òðåáîâàíèÿ ïî ðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè ïî øèðèíå äîëæíû îñëàáåâàòü ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò ÷èñòîâîãî ïðîïóñêà. Ãðàôèê âûñîòíîé äåôîðìàöèè â ïðåä÷èñòîâîì êàëèáðå ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 15.43, á. Î÷åðòàíèÿ ëåâîé ÷àñòè ðåáðîâîé ïîëîñû îïðåäåëåíû èç óñëîâèÿ íàèëó÷øåãî ðàçìåùåíèÿ ýòîé ÷àñòè 396
ïîëîñû â íèæíåì ðó÷üå ïðåä÷èñòîâîãî êàëèáðà. Ðàñïðåäåëåíèå ìåòàëëà ïî ïðàâîé êðîìêå ðåáðîâîé ïîëîñû ìîæåò áûòü ïðîèçâîëüíûì, è òàêóþ êðîìêó ìîæíî ñêîíñòðóèðîâàòü èñõîäÿ èç óäîáñòâ ïðîêàòêè â ðåáðîâîì êàëèáðå. Ïðè ïðîêàòêå â ðåáðîâîì êàëèáðå óøèðåíèåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, ïîýòîìó ïî ðåáðîâîé ïîëîñå ëåãêî ñòðîèòñÿ ïðåäøåñòâóþùàÿ åé ïîëîñà è êàëèáð 2 (ñì. ðèñ. 15.42). Ïîëîñû, âûõîäÿùèå èç êàëèáðîâ 2 è 3, îòëè÷àþòñÿ òîëüêî íà âåëè÷èíó îáæàòèÿ â ðåáðîâîì êàëèáðå. Äàëåå íàçíà÷àþò âûòÿæêè â êàëèáðàõ 1 è 2 (ïî óáûâàþùåìó ãðàôèêó) è òåì ñàìûì îïðåäåëÿþò ðàçìåðû èñõîäíîé çàãîòîâêè. Åñëè ïðîâåñòè ãðàôè÷åñêèé àíàëèç òàêæå â êàëèáðàõ 2 è 1, òî ìû óâèäèì, ÷òî â êàëèáðå 2 âõîäÿùàÿ â íåãî ïîëîñà 1 ïðè çàõâàòå íàäåæíî ôèêñèðóåòñÿ íèæíèì âàëêîì, à â êàëèáðå 1 èñõîäíàÿ ïðÿìîóãîëüíàÿ çàãîòîâêà ïî âñåé øèðèíå âåðõíèì âàëêîì.  ýòèõ êàëèáðàõ ðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè íå òðåáóåòñÿ. Òàêèì îáðàçîì, âûáîð ìåòîäà êîíòðîëÿ óøèðåíèÿ ÷åòêî íå îïðåäåëåí. Ìîæíî èñïîëüçîâàòü çàêðûòûå êàëèáðû, òîãäà ðåáðîâûå êàëèáðû íå ïîòðåáóþòñÿ. Ìîæíî, íàîáîðîò, èñïîëüçîâàòü òîëüêî îòêðûòûå êàëèáðû ñ øèðîêèì ïðèìåíåíèåì ðåáðîâûõ êàëèáðîâ.  ïåðâîì âàðèàíòå òî÷íîñòü ïðîôèëÿ áóäåò îáúåêòèâíî âûøå, ÷åì âî âòîðîì. Íî â îòêðûòûõ êàëèáðàõ âðåç ðó÷üåâ êàëèáðîâ â âàëêè ìåíüøå, óïðîùàåòñÿ èõ íàðåçêà.  íàøåì ñëó÷àå ïîñëåäíèå äâà êàëèáðà îêàçàëèñü çàêðûòûìè, à âñå ïðåäûäóùèå îòêðûòûìè, ÷òî äîïóñòèìî ïðè íàëè÷èè ðåáðîâîãî êàëèáðà. Ðàññìîòðèì îñîáåííîñòè îáîèõ ñïîñîáîâ êîíòðîëÿ óøèðåíèÿ íà ñëåäóþùåì ïðèìåðå (ñì. ðèñ. 15.44). Çàêðûòàÿ êàëèáðîâêà îáåñïå÷èâàåò òî÷íîñòü ïðîêàòà çà ñ÷åò ñòåñíÿþùåãî äåéñòâèÿ ñòåíîê êàëèáðà, íî ïðè ýòîì â íåêîòîðûõ êàëèáðàõ îòäåëüíûå ýëåìåíòû ïðîôèëÿ äåôîðìèðóþòñÿ òîëüêî âñëåäñòâèå áîêîâîãî îáæàòèÿ, ò. å. íåèíòåíñèâíî. Íåîáõîäèìî êàíòîâàòü ïîëîñó èëè ââîäèòü ðåáðîâûå ïðîïóñêè, ÷òîáû îñëàáèòü ýòîò íåäîñòàòîê. Ïðè ïðîêàòêå ïî îòêðûòîé êàëèáðîâêå ïîëîñà ÷àñòî êàíòóåòñÿ è óøèðåíèå êîíòðîëèðóåòñÿ è êîððåêòèðóåòñÿ òîëüêî çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ çàçîðà ìåæäó âàëêàìè. Âñå îøèáêè â ðàñ÷åòàõ óøèðåíèÿ êîìïåíñèðóþòñÿ íàñòðîéêîé ñòàíà. Îäíàêî òî÷íîñòü ïðîêàòà ìîæåò áûòü íèæå, ÷åì ïî çàêðûòîé êàëèáðîâêå. Êñòàòè, ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå íà êîíñòðóêöèþ ïåðâûõ äâóõ êàëèáðîâ îòêðûòîé êàëèáðîâêè. Îíè î÷åíü íàïîìèíàþò òàâðîâûå êàëèáðû ïðè ïðîêàòêå ðåëüñîâ. Çäåñü òàêæå ðåøàåòñÿ çàäà÷à áûñòðîãî íàðàùèâàíèÿ äëèíû ýëåìåíòîâ òàâðîâîãî ïðîôèëÿ çà ñ÷åò âûíóæäåííîãî óøèðåíèÿ. Ïðè êàëèáðîâêå ôàñîííûõ ïðîôèëåé øèðîêî èñïîëüçóþò ÿâëåíèå âûíóæäåííîãî óøèðåíèÿ äëÿ íàðàùèâàíèÿ øèðèíû ïîëîñû èëè ôîðìèðîâàíèÿ ñëîæíûõ ýëåìåíòîâ ïðîôèëÿ.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàññìîòðèì äâå äåéñòâóþùèå êàëèáðîâêè. Ïåðâàÿ (ðèñ. 15.45, à) ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ïðîêàòêè îáû÷íîé ïîëîñû èç ïðÿìîóãîëüíîé çàãîòîâêè. Ïî òðàäèöèîííîé òåõíîëîãèè, ðàññìîòðåííîé ðàíåå, ïîëîñó äîëæíû ïðîêàòûâàòü èç íåêîòîðîãî êâàäðàòà ñî ñòîðîíîé à íà ãëàäêèõ âàëêàõ ñ îäíèì ðåáðîâûì ïðåä÷èñòîâûì êàëèáðîì. Íî íà ×åðåïîâåöêîì ñòàëåïðîêàòíîì çàâîäå ïðîêàòíûé ñòàí èìååò âñåãî ÷åòûðå êëåòè, ò. å. äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ òðàäèöèîííîé òåõíîëîãèè êëåòåé íå õâàòàåò. Îïûòíûé êàëèáðîâùèê íàøåë èíîå ðåøåíèå. Áûñòðîå íàðàùèâàíèå òðåáóåìîé øèðèíû äîñòèãíóòî, âî-ïåðâûõ, çà ñ÷åò ðàçðåçêè èñõîäíîé ïîëîñû â 1-ì êàëèáðå 397
à)
á)
Ðèñ. 15.45. Êàëèáðîâêà âàëêîâ äëÿ ïðîêàòêè ïîëîñû (à) è ïåòëè äâåðöû àâòîìîáèëÿ (á) íà 4-êëåòåâîì ñòàíå
ñ ïîñëåäóþùèì åãî âûïðÿìëåíèåì è, âî-âòîðûõ, çà ñ÷åò óâåëè÷åííîãî îáæàòèÿ ïî êîíöàì ïîëîñû, ÷òî âûçâàëî âûíóæäåííîå óøèðåíèå ïðîôèëÿ. Êñòàòè, 1-é êàëèáð ýòîé êàëèáðîâêè ñ óñïåõîì ïðèìåíÿåòñÿ òàêæå äëÿ ïðîêàòêè ïîëîñ ñ óòîëùåíèÿìè íà êîíöàõ (ðèñ. 15.45, á). Ïðàêòè÷åñêè òîò æå ïðèåì èñïîëüçîâàí ïðè ïðîåêòèðîâàíèè êàëèáðîâêè ïîëîñîáóëüáîâîãî ïðîôèëÿ (ðèñ. 15.46). Ïåðâûé êàëèáð òàêæå ÿâëÿåòñÿ ðàçðåçíûì. Îí ìîæåò áûòü ïðèìåíåí òàêæå äëÿ ïðîêàòêè äâóòàâðîâîé áàëêè è øâåëëåðà. Äàëåå ëåâàÿ ïîëêà ïðîôèëÿ îòãèáàåòñÿ è áîëåå èíòåíñèâíî, ÷åì ïðàâàÿ, îáæèìàåòñÿ ïðÿìûì îáæàòèåì, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ïîëîñîáóëüáîâûé ïðîôèëü ñ òîíêîé è äëèííîé ïîëîñîâîé ÷àñòüþ â íåáîëüøîì ÷èñëå êàëèáðîâ. Ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå íà êàëèáð 4, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ êîíòðîëüíûì ïî ëåâîé ïîëêå. Íà ïðàâîé ïîëêå ñôîðìèðîâàí ëîæíûé ôëàíåö, êàê ïðè ïðîêàòêå øâåëëåðà. Ñîõðàíåíèå òàêîãî ôëàíöà äî êîíöà ïðîêàòêè ñïîñîáñòâóåò óäåðæàíèþ âûñîêîé òåìïåðàòóðû â ýòîì ìåñòå è âûïîëíåíèþ òî÷íîãî óãëà â ÷èñòîâîì êàëèáðå. 398
Ðèñ. 15.46. Êàëèáðîâêà âàëêîâ äëÿ ïðîêàòêè ïîëîñîáóëüáîâîãî ïðîôèëÿ
Âèäèìî, ïðèâåäåííûå ïðèìåðû êàëèáðîâîê íå èñ÷åðïûâàþò âñåãî ìíîãîîáðàçèÿ èäåé è ïðèåìîâ êàëèáðîâêè ôàñîííûõ ïðîôèëåé. Áîëåå ïîëíî îíè ðàññìîòðåíû â ñïåöèàëüíîé ëèòåðàòóðå ïî êàëèáðîâêå âàëêîâ, íàïðèìåð â [6, 8].
399
×ÀÑÒÜ 3
ËÈÑÒÎÏÐÎÊÀÒÍÎÅ ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ Ãëàâà 16 ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ÒÎËÑÒÎÃÎ ËÈÑÒÀ 16.1. Îáùèå âîïðîñû  ãë. 9 ðàññìàòðèâàëàñü îáùàÿ ñõåìà ïðîèçâîäñòâà ñîðòîâîé è ëèñòîâîé ïðîäóêöèè è îáñóæäàëàñü îáùàÿ ïðîáëåìàòèêà ïðîèçâîäñòâà ýòèõ îñíîâíûõ âèäîâ ïðîäóêöèè, ïîëó÷àåìûõ ïðîêàòêîé. Ðàññìîòðèì ëèñòîâóþ ÷àñòü ýòîé ñõåìû (ðèñ. 16.1). Êàê óêàçûâàëîñü, äëÿ îñíîâíîé äîëè ïðîèçâîäèìîãî ëèñòà èñõîäíîé çàãîòîâêîé ñëóæèò ëèòîé ñëÿá. Îí äåøåâëå, ÷åì êàòàííûé íà ñëÿáèíãå, è ïðè ñîâðåìåííûõ ñðåäñòâàõ î÷èñòêè æèäêîãî ìåòàëëà îáåñïå÷èâàåò âûñîêîå êà÷åñòâî ãîòîâîãî ëèñòà, îñîáåííî òîíêîãî. Íî ñ óâåëè÷åíèåì òîëùèíû ëèñòà ïðîðàáàòûâàåìîñòü öåí-
Ñëèòîê ÑÏÖ
Ëèòîé ñëÿá
Ñëÿáèíã Êàòàíûé ñëÿá Ëèòîé ñëÿá
ÍØÏÑ
Ã/ê ëèñò (òîâàð)
Ðóëîí (ïîäêàò)
Ïîäêàò
Ñòàí õîë. ïðîêàòêè
Òîëñòîëèñòîâîé ñòàí
Òîëñòûé ëèñò
Õ/ê ëèñò (òîâàð)
Öåõà 4-ãî ïåðåäåëà
Ðèñ. 16.1. Ñõåìà ïðèçâîäñòâà ëèñòîâîé ïðîäóêöèè 400
òðàëüíûõ ñëîåâ ñå÷åíèÿ óìåíüøàåòñÿ è ëèêâàöèîííàÿ äîðîæêà ïî öåíòðó ëèòîãî ñëÿáà â áîëüøåé ñòåïåíè âëèÿåò íà êà÷åñòâî ãîòîâîãî ëèñòà. Ïðè ýòîì êà÷åñòâî ëèñòà èç êàòàíîãî ñëÿáà ìîæåò áûòü âûøå, ÷åì èç ëèòîãî. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ëèñòîâûõ ñòàíîâ âûøå ïðè èñïîëüçîâàíèè ëèòûõ ñëÿáîâ, ÷åì êàòàíûõ, òàê êàê ìàññà èõ ìîæåò äîñòèãàòü 40 ò. Ìàññà ñàìûõ êðóïíûõ ëèñòîâûõ ñëèòêîâ íå ïðåâûøàåò 2327 ò è ïðè îòäåëåíèè ãîëîâíîé è äîííîé ÷àñòåé íà ñëÿáèíãå â çäîðîâîé ÷àñòè îñòàåòñÿ 1522 ò ìåòàëëà. Äëÿ íåêîòîðûõ ëèñòîâûõ ñòàíîâ ïî òåõíîëîãè÷åñêèì ïðè÷èíàì çäîðîâàÿ ÷àñòü ðàçðåçàåòñÿ íà îòäåëüíûå ñëÿáû ìàññîé íå áîëåå 5 ò, ÷òî çíà÷èòåëüíî ñíèæàåò âîçìîæíîñòè ñòàíà. Ìíîãèå ñîâðåìåííûå êðóïíûå ìåòàëëóðãè÷åñêèå ïðåäïðèÿòèÿ, âûïóñêàþùèå âûñîêîêà÷åñòâåííûé ëèñò, íå èìåþò ñëÿáèíãîâ è ïîëíîñòüþ îáåñïå÷èâàþòñÿ ëèòûìè ñëÿáàìè (íàïðèìåð, ÍËÌÊ â Ðîññèè, âñå ÿïîíñêèå è áîëüøèíñòâî àìåðèêàíñêèõ çàâîäîâ). 16.2. Ñîðòàìåíò òîëñòîëèñòîâîé ïðîäóêöèè è ðàçâèòèå òîëñòîëèñòîâîãî ïðîèçâîäñòâà â Ðîññèè Ïî ÃÎÑÒ 5687 òîëñòûì íàçûâàåòñÿ ëèñò òîëùèíîé îò 4 äî 160 ìì, øèðèíîé îò 600 äî 4900 ìì è äëèíîé îò 2 äî 12 ì, ðåäêî äî 1820 ì. Ëèñò òîëùèíîé áîëåå 60 ìì íîñèò îòäåëüíîå íàçâàíèå ïëèòà. Òîëñòûé ëèñò ïîñòàâëÿåòñÿ â âèäå êàðòî÷åê, êîòîðûå âûðåçàþòñÿ ïî òðåáîâàíèþ çàêàç÷èêà. Ëèñò îáðåçàåòñÿ ïî êðîìêàì íà ãèëüîòèííûõ íîæíèöàõ èëè ãàçîâûì ðåçàêîì, è ñïîñîá îáðåçêè ëèñòà òàêæå îãîâàðèâàåòñÿ çàêàç÷èêîì. Òîëñòûé ëèñò ñ êàòàíûìè êðîìêàìè íàçûâàåòñÿ óíèâåðñàëüíûì, òàê êàê îí ïðîèçâîäèòñÿ íà ñïåöèàëèçèðîâàííûõ óíèâåðñàëüíûõ ñòàíàõ, îñíàùåííûõ âåðòèêàëüíûìè âàëêàìè äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ êðîìîê. Óíèâåðñàëüíûé ëèñò èìååò òîëùèíó 450 ìì, øèðèíó 2001050 ìì è äëèíó äî 18 ì. Ïðèâåäåííûå ãðàíèöû ñîðòàìåíòà òîëñòîãî ëèñòà óñëîâíû è â çíà÷èòåëüíîé ìåðå óñòàðåëè. Òàê, ìíîãèå ñîâðåìåííûå òîëñòîëèñòîâûå ñòàíû ïî ïàñïîðòó äîëæíû ïðîêàòûâàòü ëèñòû ìèíèìàëüíîé òîëùèíîé 5 ìì, íî ïðàêòè÷åñêè âñå ñòàíû íà÷èíàþò ïðîèçâîäñòâî ëèñòà ñ òîëùèíû 8 ìì è äàæå áîëåå. Íà øèðîêîïîëîñíîì ñòàíå âûãîäíåå, ÷åì íà òîëñòîëèñòîâîì, ïðîèçâîäèòü òîëñòûå ëèñòû òîëùèíîé îò 4 äî 8 ìì (è äàæå äî 16 ìì), ïîýòîìó ýòà ÷àñòü òîëñòîëèñòîâîãî ñîðòàìåíòà ïîñòåïåííî ïåðåøëà ê ñòàíó, ïðåäíàçíà÷åííîìó äëÿ ïðîèçâîäñòâà òîíêîãî ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà. Òî÷íî òàê æå âåðõíèé ïðåäåë ïëèò òîëùèíîé 160 ìì âîâñå íå ÿâëÿåòñÿ ïðåäåëüíûì, ñîâðåìåííûå òîëñòîëèñòîâûå ñòàíû (íàïðèìåð, ñòàíà 5000 ÎÀÎ Ñåâåðîñòàëü ìîãóò ïðîêàòûâàòü ïëèòû òîëùèíîé áîëåå 300 ìì). Òðåáîâàíèÿ ïî òîëùèíå ëèñòà è ìàðêàì ñòàëè, à òàêæå ïî êà÷åñòâó òîëñòîãî ëèñòà çàêðåïëÿþòñÿ â ñîîòâåòñòâóþùèõ ÃÎÑÒàõ è ÒÓ è ñèëüíî çàâèñÿò îò ïîòðåáèòåëÿ ýòîãî ëèñòà. Îñíîâíûìè ïîòðåáèòåëÿìè ÿâëÿþòñÿ ñóäîñòðîåíèå, òðóáíàÿ ïðîìûøëåííîñòü, êîòëî-, ìîñòî- àâòîñòðîåíèå. Îñîáûå ñâîéñòâà è ïîâûøåííîå êà÷åñòâî ëèñòîâ òðåáóþòñÿ õèìè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè è àòîìíîìó ýíåðãîìàøèíîñòðîåíèþ. Áîëüøå âñåãî òîëñòîãî ëèñòà ïðîèçâîäèò ßïîíèÿ.  ýòîé ñòðàíå î÷åíü ðàçâèò òàíêåðíûé ôëîò. Íå èìåÿ ñîáñòâåííîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ñûðüÿ, ßïîíèÿ òàíêåðàìè çàâîçèò åãî èç Èíäèè, Áðàçèëèè è äðóãèõ ñòðàí. Ñîáñòâåííûå ïîòðåáíîñòè â òîëñòîì ëèñòå, à òàêæå âûñîêèé ñïðîñ íà ìèðîâîì ðûíêå îïðåäåëèëè 401
âåäóùåå ìåñòî ýòîé ñòðàíû ïî êîëè÷åñòâó è êà÷åñòâó òîëñòîãî ëèñòà. Çíà÷èòåëüíóþ äîëþ íà ìèðîâîì ðûíêå ñîñòàâëÿåò àìåðèêàíñêèé è íåìåöêèé òîëñòûé ëèñò. Ðîññèÿ èìååò áîëüøóþ ïîòðåáíîñòü â òîëñòîì ëèñòå äëÿ ñóäîñòðîåíèÿ è êðóïíûõ íåôòå- è ãàçîïðîâîäîâ, à òàêæå äëÿ áûñòðî ðàçâèâàþùèõñÿ õèìè÷åñêîãî è àòîìíîãî ìàøèíîñòðîåíèÿ.  1985 ãîäó ïî ïðîèçâîäñòâó òîëñòîãî ëèñòà ÑÑÑÐ íàõîäèëñÿ íà âòîðîì ìåñòå â ìèðå (16 ìëí. ò) ïîñëå ßïîíèè (18 ìëí. ò), îäíàêî ïîñëå ðàçâàëà Ñîâåòñêîãî Ñîþçà áîëüøîå êîëè÷åñòâî òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíîâ îêàçàëîñü íà Óêðàèíå, è ïåðåä Ðîññèåé âñòàë âîïðîñ íàðàùèâàíèÿ ìîùíîñòåé ïî ïðîèçâîäñòâó òîëñòîãî ëèñòà. Ðîññèÿ â ñîñòàâå ÑÑÑÐ íà÷àëà ïðîèçâîäèòü òîëñòûé ëèñò â äîñòàòî÷íîì êîëè÷åñòâå ïîñëå ñòðîèòåëüñòâà ðÿäà òèïîâûõ òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíîâ 2800 (ðèñ. 16.2).  1955 ãîäó òàêîé ñòàí áûë ïîñòðîåí íà Êîììóíàðñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì çàâîäå (ÊÌÇ, Óêðàèíà), â 1960-ì íà ÎÕÌÊ è ò. ä. ( íàçâàíèè ëèñòîâûõ ñòàíîâ óêàçûâàåòñÿ äëèíà áî÷êè ïðîêàòíûõ âàëêîâ, òàê êàê ýòà õàðàêòåðèñòèêà íàèëó÷øèì îáðàçîì îòðàæàåò âîçìîæíîñòè ñòàíà.)
1
10
14 15
13
II
12 II I 2
3
4
5
11
6
7
I
8
9
Ðèñ. 16.2. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ òèïîâîãî òîëñòîëèñòîâîãî ñòàíà 2800
Çàãîòîâêà (ñëÿá) ïîñòóïàåò íà çàãðóçî÷íûå ðåøåòêè 1, ãäå âçâåøèâàåòñÿ è îñìàòðèâàåòñÿ, çàòåì ñ ïîìîùüþ òîëêàòåëÿ çàãðóæàåòñÿ â îäíó èç ìåòîäè÷åñêèõ íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé 2. Ïðè ïðîòàëêèâàíèè âñÿ ñàäêà ïå÷è ïåðåìåùàåòñÿ íà îäèí øàã, è îäíà íàãðåòàÿ çàãîòîâêà ñáðàñûâàåòñÿ íà ïðèåìíûé ðîëüãàíã, âåäóùèé ê âåðòèêàëüíîé êëåòè 3 ñòàíà.  ýòîé êëåòè îáæàòèå ñëÿáà ïðîèñõîäèò ïî áîêîâûì ãðàíÿì, à íà îñíîâíûõ øèðîêèõ ãðàíÿõ îêàëèíà ðàçëàìûâàåòñÿ è ðàçðûõëÿåòñÿ. Çàòåì îíà ñìûâàåòñÿ âîäîé, ïîäàâàåìîé ïîä âûñîêèì äàâëåíèåì (äî 150 àòì) èç ñèñòåìû ñîïåë ãèäðîñáèâà.  ãîðèçîíòàëüíîé ÷åðíîâîé êëåòè 4 â ðåâåðñèâíîì ðåæèìå ïðîèñõîäèò ïðîêàòêà äî íåêîòîðîé ïðîìåæóòî÷íîé òîëùèíû. Îêîí÷àòåëüíûå ðàçìåðû ëèñòà òàêæå ðåâåðñèâíîé ïðîêàòêîé ôîðìèðóþòñÿ â óíèâåðñàëüíîé ÷èñòîâîé êëåòè 5, êîòîðàÿ ñîäåðæèò ãîðèçîíòàëüíûå è âåðòèêàëüíûå âàëêè. Ïîñëåäíèå òîëüêî ñíèìàþò óøèðåíèå (áåç äîïîëíèòåëüíîãî îáæàòèÿ âî èçáåæàíèå íàïëûâîâ) è ôîðìèðóþò øèðèíó ãîòîâîãî ëèñòà. Íà ìíîãèõ ñòàíàõ, ïîñòðîåííûõ ïîñëå 1965 ãîäà, ÷èñòîâàÿ êëåòü ñîäåðæèò òîëüêî ãîðèçîíòàëüíûå âàëêè, òàê êàê èäåþ èñïîëüçîâàíèÿ âåðòèêàëüíûõ âàëêîâ äëÿ ïîëó÷åíèÿ êàòàíûõ êðîìîê è ñîêðàùåíèÿ áîêîâîé îáðåçè íà ëèñòå äî êîíöà îñóùåñòâèòü íå óäàëîñü. Äàëåå ãîòîâûé ëèñò òîëùèíîé 2550 ìì ïîñëå ïðàâêè íà ïðàâèëüíîé ìàøèíå 6 ïî øëåïïåðó 7 ïîñòóïàåò íà ïåðâóþ ëèíèþ I. Çäåñü ñ ïîìîùüþ ñèñòåìû ãèëüîòèííûõ íîæíèö 8 è 9, ðàñïîëîæåííûõ â ïðîäîëüíîì è ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèÿõ, îñóùåñòâëÿåòñÿ îáðåçêà áîêîâûõ è òîðöåâûõ êðî402
ìîê, à òàêæå ðàñêðîé ëèñòà ïî çàêàçó. Êàê ïðàâèëî, íà îäíîì ëèñòå îò êàæäîé ïëàâêè âûðåçàåòñÿ ïîëîñêà ìåòàëëà äëÿ ìåòàëëîãðàôè÷åñêèõ è ìåõàíè÷åñêèõ èñïûòàíèé (ïðîáû).  âèäå ãîòîâîé êàðòî÷êè ëèñò ïîñòóïàåò íà õîëîäèëüíèê 10. Ëèñòû òîëùèíîé 525 ìì ïîñëå ïðàâêè íà ðîëèêîïðàâèëüíîé ìàøèíå 11 ïåðåìåùàþòñÿ ïî øëåïïåðó 12 íà âòîðóþ ëèíèþ II, íà êîòîðîé ïåðåä ïîðåçêîé ïîäîãðåâàþòñÿ â ïå÷è 13. Íà ïðîäîëüíûõ 14 è ïîïåðå÷íûõ 15 íîæíèöàõ îáðåçàþòñÿ áîêîâûå è òîðöåâûå êðîìêè, à òàêæå âûðåçàþòñÿ ïðîáû. Ãîòîâûé ëèñò òàêæå ïîñòóïàåò íà õîëîäèëüíèê 10 è äàëåå íà îòäåëî÷íûå îïåðàöèè. Ïðåäñòàâëåííûé ñòàí î÷åíü ïðîñò. Îí íå ñîäåðæèò îáîðóäîâàíèÿ ïî êîíòðîëþ êà÷åñòâà ìåòàëëà â ïðîöåññå ïðîêàòêè è, ñëåäîâàòåëüíî, íå ìîæåò ãàðàíòèðîâàòü âûñîêîãî êà÷åñòâà ëèñòà. Íà ñîâðåìåííûõ ñòàíàõ çàêàç÷èêó íåîáõîäèìî âûäàâàòü ëèñòû ñ óêàçàíèåì ãàðàíòèðîâàííûõ ñâîéñòâ, à òàêæå ïàñïîðò ïîâåðõíîñòíûõ è âíóòðåííèõ äåôåêòîâ ëèñòà, åñëè îíè äîïóñòèìû. Íà ëèñòàõ, ïðåòåíäóþùèõ íà âûñîêîå êà÷åñòâî, ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû äîëæíû áûòü óäàëåíû. Íà ñòàíå 2800 òàêîãî îáîðóäîâàíèÿ íåò, êîíòðîëü ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ âèçóàëüíûì îñìîòðîì. Ñòàí íå èìååò ïîâîðîòíîãî óñòðîéñòâà, ïîçâîëÿþùåãî ïåðåâåðíóòü ëèñò äëÿ îñìîòðà âòîðîé åãî ïîâåðõíîñòè. Ïðîöåäóðû âûÿâëåíèÿ è óñòðàíåíèÿ äåôåêòîâ ñîñðåäîòî÷åíû íà îòäåëüíîì ó÷àñòêå öåõà (íà àäúþñòàæå), à íå â ëèíèè ñòàíà. Ýòî, âî-ïåðâûõ, äîðîãî, à âîâòîðûõ, íà àäúþñòàæå íå óäàåòñÿ îðãàíèçîâàòü 100 %-íûé êîíòðîëü êà÷åñòâà ïðîäóêöèè. Íà ñîâðåìåííîì ñòàíå â òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè äîëæíû áûòü óñòàíîâëåíû ñîîòâåòñòâóþùèå äàò÷èêè (äåôåêòîñêîïû), íàïðèìåð óëüòðàçâóêîâûå, äëÿ êîíòðîëÿ ïîâåðõíîñòíûõ è âíóòðåííèõ äåôåêòîâ. Òàêæå â òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè äîëæíû íàõîäèòüñÿ çà÷èñòíûå ñòàíêè. Êîíå÷íî, íåîáõîäèìà àâòîìàòèçèðîâàííàÿ ñèñòåìà ñëåæåíèÿ çà êàæäûì ëèñòîì íà âñåõ ïåðåäåëàõ íà áàçå ñåòè ÝÂÌ. Íà ðàññìàòðèâàåìûõ ñòàíàõ òàêèå ñèñòåìû òîëüêî íà÷àëè ïîÿâëÿòüñÿ â ðåçóëüòàòå èõ ðåêîíñòðóêöèè.  ëèíèè ñòàíà 2800 íåò òåðìè÷åñêèõ ïå÷åé. Òàê íàçûâàåìûå ñûðûå ëèñòû, êîòîðûå ïîëó÷àþòñÿ ïðè åñòåñòâåííîé ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ ïîñëå ïðîêàòêè áåç åãî òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè, íå óäîâëåòâîðÿþò áîëüøèíñòâî çàêàç÷èêîâ.  ëèíèè ñòàíà äîëæíî áûòü îáîðóäîâàíèå äëÿ çàêàëêè, íîðìàëèçàöèè, îòæèãà, ðåæèìíîãî îõëàæäåíèÿ ëèñòà. Ïîïûòêè ïðèñòðîèòü ê äåéñòâóþùåìó ñòàíó 2800 äîïîëíèòåëüíûé òåðìè÷åñêèé öåõ (íàïðèìåð, â Àë÷åâñêå) ïîêàçàëè, ÷òî òàêîé ïóòü äîðîã, òàê êàê íå ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü òåïëî ïðîêàòíîãî íàãðåâà. Êðîìå òîãî, îðãàíèçàöèîííûå çàòðàòû íà ïðîèçâîäñòâî â äîïîëíèòåëüíîì öåõå âñåãäà âûøå, ÷åì íà ñòàíå, äàæå ïðè òåõ æå òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèÿõ. Íàêîíåö, áîëåå âûñîêèå ñâîéñòâà, ïîëó÷àåìûå ïðè ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåæèìàõ, èñïîëüçóþùèõ ñîâìåñòíîå âëèÿíèå íà ñòðóêòóðó ìåòàëëà ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè è òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè íåïîñðåäñòâåííî â ïðîöåññå ïðîêàòêè (òåðìîìåõàíè÷åñêàÿ è êîíòðîëèðóåìàÿ îáðàáîòêà), â îòäåëüíî ñòîÿùåì öåõå íåäîñòèæèìû. Äëèíà áî÷êè âàëêîâ 2800 ïîçâîëÿåò ïðîêàòûâàòü ëèñò íå øèðå 2400 ìì, à äëÿ ñóäîñòðîåíèÿ, àòîìíîãî è õèìè÷åñêîãî ìàøèíîñòðîåíèÿ òðåáóþòñÿ áîëåå øèðîêèå ëèñòû. ×åì øèðå ëèñò, òåì ìåíüøå ñâàðî÷íûõ è ìîíòàæíûõ ðàáîò. Íåîáõîäèìû ñòàíû ñ äëèíîé áî÷êè âàëêîâ 36005500 ìì, èìåþùèå â ñâîåì ñîñòàâå òåðìè÷åñêèå ñðåäñòâà è îáîðóäîâàíèå äëÿ êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ìåòàëëà. 403
Çíà÷èòåëüíûì ñîáûòèåì â ïðîèçâîäñòâå òîëñòîãî ëèñòà â ÑÑÑÐ ñòàëî ñòðîèòåëüñòâî â 1973 ãîäó ñòàíà 3600 íà çàâîäå Àçîâñòàëü (ã. Ìàðèóïîëü, Óêðàèíà), èìåþùåãî ñîâðåìåííîå è ïî ðÿäó ïîçèöèé óíèêàëüíîå îáîðóäîâàíèå, êîòîðîå îáåñïå÷èâàåò âûñîêîå êà÷åñòâî ïðîäóêöèè, óäîâëåòâîðÿþùåå ñîâðåìåííûì òðåáîâàíèÿì (ðèñ. 16.3). Ñòàí ïðîèçâîäèò èç óãëåðîäèñòûõ, êîíñòðóêöèîííûõ è ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè ëèñòû òîëùèíîé îò 5 äî 50 ìì è ïëèòû äî 200 ìì, øèðèíîé 20003200 ìì è äëèíîé äî 28 ì. Ïðîêàòêó âåäóò èç êàòàíûõ ñëÿáîâ òîëùèíîé 130250 ìì, øèðèíîé 11001900 ìì è ìàññîé îò 2,2 äî 16,0 ò, êîòîðûå ïîëó÷àþò íà ñëÿáèíãàõ çàâîäîâ èì. Èëüè÷à (Ìàðèóïîëü) è Çàïîðîæñòàëü (Çàïîðîæüå). Îñíîâíóþ ÷àñòü çàãîòîâêè ñîñòàâëÿþò ëèòûå ñëÿáû, ïîëó÷àåìûå íà ÓÍÐÑ êîíâåðòåðíîãî öåõà Àçîâñòàëè. Íà ñòàíå ïðåäóñìîòðåíà òàêæå ïðîêàòêà ñëèòêîâ âåñîì îò 10 äî 30 ò, ðàçìåðàìè 450940½13002000½24003000 ìì. Äëÿ íàãðåâà ñëèòêîâ íà ñòàíå èìåþòñÿ íàãðåâàòåëüíûå êîëîäöû 34, à äëÿ íàãðåâà ñëÿáîâ ÷åòûðå ìåòîäè÷åñêèå ïå÷è 6, îáîðóäîâàííûå àâòîìàòè÷åñêèìè âåñàìè 4, ïîêàçàíèÿ êîòîðûõ ñðàçó ïîïàäàþò â ñåòåâóþ àâòîìàòèçèðîâàííóþ ñèñòåìó ñëåæåíèÿ è ó÷åòà ìåòàëëà ïî âñåé òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè. Ñëÿáû ñî ñêëàäà òðàíñïîðòèðóþò òåëåæêîé 1 ê ñòàíó è ïîäúåìíî-îïóñêàþùèìñÿ ñòîëîì 2 çàãðóæàþò íà ïå÷íîé ðîëüãàíã 3, à çàòåì òîëêàòåëÿìè 5 â ìåòîäè÷åñêèå ïå÷è. Ïðè ïåðåìåùåíèè òîëêàòåëÿ íà îäèí øàã îäíà íàãðåòàÿ äî òåìïåðàòóðû 1180 1280 °Ñ çàãîòîâêà âûïàäàåò íà òðàíñïîðòíûé ðîëüãàíã. Íàãðåòûå â êîëîäöàõ ñëèòêè êðàíîì ïåðåäàþòñÿ íà ñòàöèîíàðíûé îïðîêèäûâàòåëü 35, êîòîðûé óêëàäûâàåò ñëèòîê íà ðîëüãàíã, âåäóùèé ê ëèíèè ñòàíà.  äåôîðìàöèîííîé ÷àñòè ñòàíà èìååòñÿ òèïîâîé íàáîð îáîðóäîâàíèÿ âåðòèêàëüíàÿ êëåòü äóî 7, ÷åðíîâàÿ 8 è ÷èñòîâàÿ 9 êëåòè êâàðòî (áåç âåðòèêàëüíûõ âàëêîâ), çà êàæäîé óñòàíîâëåíû ãèäðîñáèâû. Îäíîé èç îñîáåííîñòåé ñòàíà ÿâëÿåòñÿ óñòàíîâêà ïîâîðîòíûõ ðîëüãàíãîâ íå òîëüêî ó ÷åðíîâîé, íî è ïåðåä è çà âåðòèêàëüíîé êëåòüþ. Ýòî ïîçâîëÿåò ïðèìåíÿòü òåõíîëîãè÷åñêèå ñõåìû ïðîêàòêè, íå èñïîëüçóåìûå ðàíåå, è àêòèâíî óïðàâëÿòü ôîðìîé ðàñêàòà. Íàáîð îáîðóäîâàíèÿ ñòàíà î÷åíü ìíîãîîáðàçåí è ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü ëèñò ïîâûøåííîé òî÷íîñòè, ñ çàäàííîé ñòðóêòóðîé ìåòàëëà è âûñîêèì óðîâíåì ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ. Ïðåäóñìîòðåíî íåñêîëüêî òåõíîëîãè÷åñêèõ ïîòîêîâ ìåòàëëà. Òåõíîëîãè÷åñêèé ïîòîê äëÿ îòäåëêè ïëèò âêëþ÷àåò â ñåáÿ ñëåäóþùèå òåõíîëîãè÷åñêèå îïåðàöèè. Ïðîêàòàííûå â ÷åðíîâîé êëåòè êâàðòî ïëèòû è òîëñòûå ëèñòû ïåðåäàòî÷íîé òåëåæêîé 37 ïî îäíîìó èëè â âèäå øòàáåëÿ, ïîëó÷àåìîãî íà øòàáåëèðóþùåì ñòîëå 36, íàïðàâëÿþòñÿ â ïðîëåò çàìåäëåííîãî îõëàæäåíèÿ. Çäåñü îíè ìîãóò òåðìè÷åñêè îáðàáàòûâàòüñÿ â ñàäî÷íûõ ïå÷àõ 40. Ïå÷è ñíàáæåíû çàêàëî÷íûìè âàííàìè äëÿ çàêàëêè ëèñòà. Ãîòîâûå ëèñòû, íå òðåáóþùèå çàêàëêè, ïîäâåðãàþòñÿ îãíåâîé ðåçêå 38 è çà÷èñòêå 39, çàòåì íàïðàâëÿþòñÿ íà ó÷àñòîê îñìîòðà, êîíòðîëÿ è îòäåëêè. Òîëñòûå ïëèòû ïðàâÿòñÿ íà ïðåññå. Ïåðåíîñíûìè óëüòðàçâóêîâûìè äàò÷èêàìè ïðîâåðÿåòñÿ êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè, à ïðè íåîáõîäèìîñòè âûÿâëÿþòñÿ âíóòðåííèå äåôåêòû ëèñòîâ. Áîëåå òîíêèå ëèñòû (äî 50 ìì) ïðîêàòûâàþòñÿ â ÷èñòîâîé êëåòè êâàðòî 9. Äàëåå îíè ìîãóò áûòü ïîäâåðãíóòû çàêàëêå íà ðîëèêîçàêàëî÷íîé ìàøèíå (â âàííå ñ âîäîé) 11, êîòîðàÿ â ñëó÷àå íåíàäîáíîñòè óòàïëèâàåòñÿ ïîä ðîëüãàíã. Ïîñëå ïðîêàòêè ëèñò ìîæåò ïðîéòè ïî îäíîìó èç ÷åòûðåõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïîòîêîâ: 404
48
48 47
39
48
21
12
12 42
33 40
41
32
38
31
43 44 45
31
17 30 21
29
24
46
28
18
37
34 7
8
36
35 6
11 10
12
15 20
9
27
25
19
16
22
26
23 24
13
4 2 3
5
14
1
Ðèñ. 16.3. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ñòàíà 3600 çàâîäà Àçîâñòàëü:
405
1 òðàíñïîðòíàÿ òåëåæêà; 2 ïîäúåìíî-îïóñêàþùèéñÿ ñòîë; 3 ïå÷íîé ðîëüãàíã; 4 âåñû; 5 òîëêàòåëü; 6 ìåòîäè÷åñêèå ïå÷è; 7 âåðòèêàëüíàÿ êëåòü; 8 ÷åðíîâàÿ êëåòü êâàðòî; 9 ÷èñòîâàÿ êëåòü êâàðòî; 10, 24, 25 íîæíèöû; 11 çàêàëî÷íàÿ ìàøèíà; 12 ðîëèêîâàÿ ïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 13 äèñêîâûé õîëîäèëüíèê; 14, 19 ïðàâèëüíûå ìàøèíû; 15 îõëàæäàþùåå óñòðîéñòâî; 16, 18, 30, 32 øëåïïåðû; 17 íîðìàëèçàöèîííûå ïå÷è; 20 îñíîâíîé ðîëüãàíã; 21 êàðìàíû; 22 èíñïåêöèîííûé ñòåëëàæ ¹ 1; 23 äåôåêòîñêîï; 26 èíñïåêöèîííûé ñòåëëàæ ¹ 2; 27, 28 ðàçìåòî÷íàÿ è ðàñêðîéíàÿ ìàøèíû; 29 ìàðêèðîâî÷íûå ìàøèíû; 31 òåðìè÷åñêèå ïå÷è; 33, 43 çàêàëî÷íûå âàííû; 34 íàãðåâàòåëüíûå êîëîäöû; 35 âåñû; 36 øòàáåëèðóþùèé ñòîë; 37 ïåðåäàòî÷íàÿ òåëåæêà; 38 ìàøèíà îãíåâîé ðåçêè; 39 óñòàíîâêà äëÿ çà÷èñòêè ïîâåðõíîñòè; 40 ñàäî÷íûå ïå÷è äëÿ òåðìîîáðàáîòêè; 41 ïå÷ü äëÿ íàãðåâà ïîä çàêàëêó; 42 ðîëèêîçàêàëî÷íàÿ ìàøèíà; 44 çàêàëî÷íàÿ ïå÷ü; 45 ïå÷ü äëÿ îòïóñêà; 46 êàðìàí äëÿ ãîòîâîé ïðîäóêöèè; 47 íîæíèöû ñ ãóñèíûì ïîëåì; 48 êàðìàí
1) íåðîâíûå ëèñòû ïîäâåðãàþòñÿ ãîðÿ÷åé ïðàâêå ïðè òåìïåðàòóðå îêîëî 500 °Ñ íà ðîëèêîâîé ïðàâèëüíîé ìàøèíå 12 è ïî ðîëüãàíãó íàïðàâëÿþòñÿ íà äàëüíåéøóþ îòäåëêó; 2) ëèñòû òîëùèíîé 2050 ìì ÷àñòè÷íî îõëàæäàþòñÿ íà äèñêîâîì õîëîäèëüíèêå 13 è ïðàâÿòñÿ â ãîðÿ÷åì ñîñòîÿíèè íà ïðàâèëüíîé ìàøèíå 14, çàòåì íà õîëîäèëüíèêå îõëàæäàþòñÿ äî òåìïåðàòóðû 100200 °Ñ è ñ ïîìîùüþ îõëàæäàþùåãî óñòðîéñòâà 15 äî êîìíàòíîé òåìïåðàòóðû; 3) ëèñòû òîëùèíîé 520 ìì ïî øëåïïåðó 16 ïîñòóïàþò â íîðìàëèçàöèîííûå ïå÷è 17, çàòåì ïî øëåïïåðó 18 ïîäàþòñÿ ê ïðàâèëüíîé ìàøèíå 19 è ïîñëå îõëàæäåíèÿ íà õîëîäèëüíèêå 13 âûõîäÿò íà îñíîâíîé ðîëüãàíã 20 ëèíèè ñòàíà; 4) çàêàëåííûå íà ðîëèêîâîé çàêàëî÷íîé ìàøèíå 11 ëèñòû ïî øëåïïåðó 16 ïîñòóïàþò â êàðìàíû 21 è äàëåå òåëåæêîé ïåðåäàþòñÿ â ïðîëåò îòäåëêè. Ïî ïåðâûì òðåì òåõíîëîãè÷åñêèì ïîòîêàì óñòàíîâëåíû èíñïåêöèîííûå ñòåëëàæè 22 äëÿ âèçóàëüíîãî êîíòðîëÿ ïîâåðõíîñòè ëèñòà, êîòîðûå îáîðóäîâàíû ïîâîðîòíûì óñòðîéñòâîì äëÿ ïåðåâîðà÷èâàíèÿ ëèñòà ñ íèæíåé ïëîñêîñòè íà âåðõíþþ. Äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî êîíòðîëÿ èìåþòñÿ äåôåêòîñêîïû 23, ðàáîòàþùèå íà èñïîëüçîâàíèè ôåððîçîíäíûõ äàò÷èêîâ, ðàñïîëîæåííûõ ïî âñåé øèðèíå ëèñòà. Îíè ÷åðòÿò äèàãðàììó äåôåêòîâ ïî îäíîé, à ïîñëå ïåðåâîðîòà è ïî âòîðîé ïîâåðõíîñòè ëèñòà ñ óêàçàíèåì ãëóáèíû çàëåãàíèÿ äåôåêòà. Ýòè äåôåêòîãðàììû çàòåì èñïîëüçóþòñÿ ïðè çà÷èñòêå äåôåêòîâ íà èíñïåêöèîííîì ñòîëå 26. Èìååòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ âîçìîæíîñòü ïðîêîíòðîëèðîâàòü ïîâåðõíîñòü ìåòàëëà óæå íà âûõîäå âíå ëèíèè ñòàíà ñ ïîìîùüþ äîïîëíèòåëüíûõ ðó÷íûõ äåôåêòîñêîïîâ. Íàèáîëåå îòâåòñòâåííûå çàêàç÷èêè ïîëó÷àþò äåôåêòîãðàììó êàê ïàñïîðò ëèñòà âìåñòå ñ äðóãîé âûõîäíîé äîêóìåíòàöèåé. Íà ñòàíå èìååòñÿ àâòîìàòèçèðîâàííîå óñòðîéñòâî 27 è 28 äëÿ ðàçìåòêè è ðàñêðîÿ ëèñòà. Êîîðäèíàòíàÿ ñèñòåìà óñòðîéñòâà ïîëó÷àåò èíôîðìàöèþ îò ÝÂÌ, íàõîäÿùåéñÿ â ñèñòåìå ñëåæåíèÿ çà ìåòàëëîì è ñîäåðæàùåé ñâåäåíèÿ î âûïîëíÿåìûõ çàêàçàõ. Ïî ðàçìåòêå ëèñò ðàçðåçàåòñÿ íà êàðòî÷êè íà íîæíèöàõ 24 (ëèñòû òîëùèíîé 520 ìì) è 25 (ëèñòû òîëùèíîé 2050 ìì), îñóùåñòâëÿþùèõ òàêæå îáðåçêó êðîìîê. Íîæíèöû 24, 25 è 10 ïðåäíàçíà÷åíû òàêæå äëÿ îòáîðà ïðîá, èç êîòîðûõ â ëàáîðàòîðèè èçãîòàâëèâàþò îáðàçöû äëÿ èññëåäîâàíèÿ ñòðóêòóðû è ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ, à òàêæå êîíòðîëÿ õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ìåòàëëà. Ïîñëå ïîðåçêè êàðòî÷êè â ïîòîêå ìàðêèðóþòñÿ íà ìàðêèðîâî÷íûõ ìàøèíàõ 29.  òåõíîëîãè÷åñêîì ïîòîêå èìååòñÿ íåñêîëüêî ïðàâèëüíûõ ìàøèí è íîæíèö ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ. Âíå ïîòîêà ðàñïîëîæåíî òàêæå ìíîãî óíèêàëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ, òàêîãî êàê ïðåññà äëÿ ïðàâêè, óñòàíîâêè ãàçîâîé ðåçêè, è äðóãèå ñòàíêè äëÿ çà÷èñòêè è ðåìîíòà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà. Ïî õîäó òåõíîëîãè÷åñêîãî ïîòîêà ïðåäóñìîòðåí îòæèã ìåòàëëà â òåðìè÷åñêîé ïå÷è 31, çàêàëêà ñ íàãðåâîì â ïå÷è 41 è îõëàæäåíèåì â ðîëèêîçàêàëî÷íîé ìàøèíå 42, îòïóñê â ïå÷àõ, ðåæèìíîå îõëàæäåíèå íà óñòàíîâêå óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ îïðåäåëåííîé ñòðóêòóðû ìåòàëëà. Êàê âèäíî, ñòàí èìååò ïîëíûé íàáîð òåðìè÷åñêèõ ñðåäñòâ äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûñîêîêà÷åñòâåííîãî ëèñòà ïî ìåõàíè÷åñêèì ñâîéñòâàì è ñòðóêòóðå ìåòàëëà. Ñòàí 3600 èìååò åùå ðÿä ïðåèìóùåñòâ. Îí îáîðóäîâàí ìåñäîçàìè äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî èçìåðåíèÿ óñèëèÿ ïðîêàòêè, àâòîìàòè÷åñêèìè èçìåðèòåëÿìè øèðèíû è òîëùèíû ïðîêàòà. Óíèêàëüíûé ïðèâîä âàëêîâ ñòàíà ïîçâîëÿåò ïåðåäàâàòü ìîìåíò â 255 òì íà 1 ì äëèíû áî÷êè âàëêîâ, ÷òî â 1,5 ðàçà áîëüøå, ÷åì íà 406
ïîäîáíûõ çàðóáåæíûõ ñòàíàõ. Æåñòêèå êëåòè ïîçâîëÿþò ïðîêàòûâàòü ëèñò òîëùèíîé âûøå 5 ìì ñ áîëåå æåñòêèì äîïóñêîì +0,25...0,4 ìì, ÷åì íà äðóãèõ ñòàíàõ ïîäîáíîãî òèïà. Íà ñòàíå óñòàíîâëåíî òðè óïðàâëÿþùèå ñ÷åòíî-ðåøàþùèå ìàøèíû, èç êîòîðûõ îäíà óïðàâëÿåò òåõíîëîãèåé íàãðåâà ìåòàëëà ïîä ïðîêàòêó, âòîðàÿ òåõíîëîãèåé ïðîêàòêè íà ñòàíå è òðåòüÿ ðåæèìàìè òåðìîîáðàáîòêè â òåðìè÷åñêèõ ïå÷àõ. Êðîìå òîãî, èìååòñÿ ÀÑÓÏ (àâòîìàòèçèðîâàííàÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì), îñóùåñòâëÿþùàÿ ñëåæåíèå çà õîäîì âûïîëíåíèÿ çàêàçîâ è ïëàíèðóþùàÿ ïðîèçâîäñòâî íà ìåñÿö, ñóòêè è ñìåíó, à òàêæå àâòîìàòèçèðîâàííàÿ ñèñòåìà ñëåæåíèÿ çà ìåòàëëîì â ïðîöåññå ïðîêàòêè. Ïîäîáíûé ñòàí 3600 ñïðîåêòèðîâàí (íî íå ïîñòðîåí) äëÿ Çàïàäíî-Ñèáèðñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî êîìáèíàòà. Êàê âèäíî, ñòàí äîðîãîé, ñëîæíûé â óïðàâëåíèè, íî ïî òåõíè÷åñêèì õàðàêòåðèñòèêàì íàõîäèòñÿ íà óðîâíå ñîâðåìåííûõ çàðóáåæíûõ ñòàíîâ è ïî ìíîãèì ïàðàìåòðàì ïðåâîñõîäèò èõ. Ñëåäóþùèì ýòàïîì â ðàçâèòèè òîëñòîëèñòîâîãî ïðîèçâîäñòâà â Ðîññèè äîëæåí áûë ñòàòü ñòàí 5000 Èæîðñêîãî çàâîäà, ïîçâîëÿþùèé ïðîèçâîäèòü ëèñòû øèðèíîé îò 2500 äî 4600 ìì, òîëùèíîé îò 10 äî 450 ìì èç ñàìûõ ðàçíîîáðàçíûõ ìàðîê ñòàëè, âêëþ÷àÿ íîâûå ñëîæíûå ìàðêè, èñïîëüçóåìûå â àòîìíîì ìàøèíîñòðîåíèè, à òàêæå òèòàíîâûå ñïëàâû, ïðèìåíÿåìûå â ñóäîñòðîåíèè è õèìè÷åñêîì ìàøèíîñòðîåíèè. Ïðåäóñìîòðåíî ïðîèçâîäñòâî áèìåòàëëè÷åñêèõ êðóïíûõ ëèñòîâ èç êîíñòðóêöèîííûõ ìàðîê ñòàëè ñ ïëàêèðóþùèì ñëîåì òîëùèíîé 57 ìì èç íåðæàâåþùèõ, êèñëîòîñòîéêèõ è ñïåöèàëüíûõ ñòàëåé è ñïëàâîâ òèòàíà. Áèìåòàëëè÷åñêèå ëèñòû ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ åìêîñòåé, êîðïóñîâ, òðóá, ðàáîòàþùèõ â ñèëüíîàãðåññèâíûõ ñðåäàõ (íàïðèìåð, â öåëëþëîçíî-áóìàæíîé ïðîìûøëåííîñòè). Ìîðñêàÿ âîäà òàêæå ÿâëÿåòñÿ àãðåññèâíîé ñðåäîé. Îáîðóäîâàíèå ñòàíà äîëæíî áûëî ïðîèçâîäèòü ïðîäóêöèþ ïî âîñüìè òåõíîëîãè÷åñêèì ïîòîêàì, âêëþ÷àþùèì â ñåáÿ ðàçëè÷íûå ðåæèìû äåôîðìàöèè ìåòàëëà, îãíåâóþ çà÷èñòêó ÷åðíîâûõ ðàñêàòîâ, çàêàëêó è óñêîðåííîå îõëàæäåíèå ñ ïðîêàòíîãî íàãðåâà, ãîðÿ÷óþ è õîëîäíóþ ïðàâêó è ðåçêó, òåðìîîáðàáîòêó ïî ðàçíûì ðåæèìàì, çà÷èñòêó è ðàçâåòâëåííûé êîíòðîëü êà÷åñòâà ìåòàëëà.  ïðîåêòå ïðåäóñìîòðåíà òàêæå àíòèôëîêåííàÿ îáðàáîòêà ìåòàëëà â îòàïëèâàåìûõ ïå÷àõ è ÿìàõ. Ðàññìîòðèì ñõåìó ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ñòàíà 5000 ïî ïåðâîíà÷àëüíîìó ïðîåêòó (íå â ìàñøòàáå ðèñ. 16.4). Äëÿ íàãðåâà èñõîäíîé çàãîòîâêè ïðîåêòîì ïðåäóñìîòðåíî ïÿòü òèïîâ ïå÷åé: ìåòîäè÷åñêèå ïå÷è ñ øàãàþùèìè áàëêàìè äëÿ ñëÿáîâ, êîëîäöû äëÿ ñëèòêîâ è áðàìîâ (êîâàíûõ ñëÿáîâ èç êðóïíûõ ñëèòêîâ ïîñëå îòäåëåíèÿ ãîëîâíîé è äîííîé ÷àñòåé), êàìåðíûå ïå÷è äëÿ òÿæåëûõ ñëèòêîâ è áðàìîâ, ýëåêòðè÷åñêèå ïå÷è äëÿ ëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè è èíäóêöèîííûå âûêóóìíûå ïå÷è äëÿ òèòàíîâûõ ñëèòêîâ è ñïåöñïëàâîâ. Ïîñëå íàãðåâà çàãîòîâêà äîëæíà ïîñòóïàòü â êàìåðó ãèäðîñáèâà îêàëèíû è çàòåì íà ïðîêàòêó. Ãîðèçîíòàëüàÿ êëåòü äóî 7 ïî ïðîåêòó èìååò ðàçìåðû áî÷êè âàëêîâ ∅ 1600½4000 ìì, âåðòèêàëüíàÿ êëåòü 8 ∅ 1000½1100 ìì è ãîðèçîíòàëüíàÿ êëåòü êâàðòî 10 ∅ 2360½4800 ìì. Ìåæäó âåðòèêàëüíîé è êëåòüþ êâàðòî óñòàíîâëåíà ìàøèíà îãíåâîé çà÷èñòêè (ÌÎÇ) 9 è êàíòîâàòåëü, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ â ñëó÷àå íåîáõîäèìîñòè. Íà ðîëüãàíãå ïåðåä êëåòüþ êâàðòî ïðåäóñìîòðåíà âîçìîæíîñòü ïîêà÷èâàíèÿ ðàñêàòà äëÿ ïîäñòóæèâàíèÿ ïåðåä ÷èñòîâûìè ïðîõîäàìè è ðåàëèçàöèè ðåæèìîâ êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè. 407
408 28
28 29
14 27
24 26
21
23
20 19 18
14
22
17 15
33
15
2
25
16
13
11
32
31
30
15 34
35
10
12
9
43
8
6
1
7 4
5
3 40 36
40 40
37
40 40
40
38
39
41 34
40 40
40 42
Ðèñ. 16.4. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ñòàíà 5000 (ïî ïðîåêòó íà ïîëíîå ðàçâèòèå ñòàíà): 1 çàãðóçî÷íûé ñòîë; 2 ìåòîäè÷åñêèå ïå÷è ñ øàãàþùèìè áàëêàìè (ñåé÷àñ ñòðîèòñÿ ñ âûêàòíûìè òåëåæêàìè 43); 3 íàãðåâàòåëüíûå êîëîäöû; 4 íàãðåâàòåëüíûå êàìåðíûå ïå÷è ñ âûêàòíûì ïîäîì; 5 ýëåêòðè÷åñêèå âàêóóìíûå ïå÷è; 6 âàêóóìíûå èíäóêöèîííûå ïå÷è; 7 ãîðèçîíòàëüíàÿ êëåòü äóî; 8 âåðòèêàëüíàÿ êëåòü; 9 ìàøèíà îãíåâîé çà÷èñòêè; 10 ðàáî÷àÿ êëåòü êâàðòî; 11 óñòàíîâêà ðåãëàìåíòèðîâàííîãî îõëàæäåíèÿ; 12 óñòàíîâêà òåðìîóïðî÷íåíèÿ ëèñòîâ; 13 êëåéìèòåëü; 14 ìàðêèðîâùèê ëèñòîâ; 15 òåëåæêà; 16 ëèñòîïðàâèëüíàÿ ìàøèíà ËÏÌ ¹ 2; 17 ñäâîåííûå êðîìêîîáðåçíûå íîæíèöû (ÑÊÎÍ) ¹ 1; 18 ËÏÌ ¹ 3; 19 ËÏÌ ¹ 4; 20 óñòàíîâêà óëüòðàçâóêîâîãî êîíòðîëÿ; 21 óñòàíîâêà êîíòðîëÿ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ; 22 èíñïåêöèîííûé ñòîë; 23 ýëåêòðè÷åñêàÿ ïå÷ü; 24 óñòàíîâêà óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ; 25 õîëîäèëüíèê; 26 ÑÊÎÍ ¹ 2; 27 íîæíèöû ïðîäîëüíîé ðåçêè; 28 ëèñòîóêëàä÷èê; 29 ìàøèíà âûáîðî÷íîé çà÷èñòêè ëèñòîâ; 30 óñòàíîâêà äðîáåìåòíîé çà÷èñòêè; 31 çàêàëî÷íûå ïå÷è ¹ 12; 32 õîëîäèëüíèê; 33 îòïóñêíûå ïå÷è ¹ 36; 34 íåîòàïëèâàåìûå êîëîäöû; 35 òåðìè÷åñêèå ïå÷è ñ âûêàòíûì ïîäîì; 36 ìàøèíà îãíåâîé ðåçêè ïëèò; 37 äâå óñòàíîâêè ãàçîâîé ðåçêè ëèñòîâ; 38 êàíòîâàòåëü; 39 ìàøèíà äëÿ çà÷èñòêè ëèñòîâ è ïëèò; 40 òåðìè÷åñêèå ïå÷è ñ âûêàòíûì ïîäîì; 41 óñòàíîâêà äëÿ ìîéêè è ñóøêè ñëÿáîâ ñëèòêîâ; 42 âîäÿíîé çàêàëî÷íûé ìåõàíèçèðîâàííûé áàê
Ïîñëå ïðîêàòêè â êëåòè êâàðòî ðàñêàò äîëæåí áûë ïðîõîäèòü ïî îäíîìó èç òðåõ ïîòîêîâ: 1) íà óñòàíîâêó äëÿ çàêàëêè ñ ïðîêàòíîãî íàãðåâà 12 (äëÿ ïðîêàòà òîëùèíîé 10160 ìì), îòêóäà ïðîêàò òîëùèíîé 1050 ìì ïîñòóïàåò íà ðîëüãàíã ê ëèñòîïðàâèëüíûì ìàøèíàì 18 è 19 è äàëåå ïî òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè (íàáîð àãðåãàòîâ íà ðèñ. 16.4 îïðåäåëÿåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé), à ïðîêàò òîëùèíîé 51160 ìì íà òåëåæêó 15 äëÿ ïåðåäà÷è íà ïðîìåæóòî÷íûé ñêëàä ïëèò; 2) íà òåëåæêó 15 äëÿ ïåðåäà÷è íà ðåçêó è ïðåäâàðèòåëüíóþ òåðìîîáðàáîòêó òîëñòûõ ëèñòîâ è ïëèò (òîëùèíîé 51450 ìì); âåñü ïðîêàò ýòîé ãðóïïû ïîäâåðãàåòñÿ ðåçêå, çà÷èñòêå, ïðåäâàðèòåëüíîé òåðìîîáðàáîòêå â çäàíèè öåõà ñòàíà 5000 è îêîí÷àòåëüíîé òåðìîîáðàáîòêå â îòäåëüíîì òåðìè÷åñêîì öåõå; 3) ëèñòû òîëùèíîé 1050 ìì ïîñëå õîëîäèëüíèêà 32 ïåðåäàþòñÿ íà ó÷àñòîê îòäåëêè è òåðìîîáðàáîòêè; ñþäà æå ïîñòóïàþò õîëîäíûå ðàñêàòû ïîñëå çàêàëêè â óñòàíîâêå 12; íà ó÷àñòêå òåðìîîáðàáîòêè îñóùåñòâëÿåòñÿ çàêàëêà, îòïóñê, íîðìàëèçàöèÿ, àóñòåíèçàöèÿ è äðóãèå îïåðàöèè. Ïðîêàò, íóæäàþùèéñÿ â ïðîòèâîôëîêåííîé îáðàáîòêå, ïåðåäàåòñÿ â ïå÷è èëè ÿìû çàìåäëåííîãî îõëàæäåíèÿ.  ñëó÷àå íåîáõîäèìîñòè ïåðåä òåðìè÷åñêèìè ïå÷àìè ïðîêàò ïîäâåðãàåòñÿ ñïëîøíîé çà÷èñòêå íà äðîáåìåòíîé óñòàíîâêå 30 èëè ìàøèíàõ àáðàçèâíîé çà÷èñòêè 39. Ëèñòû, îõëàæäåííûå íà óñòàíîâêå 12, ïîñëå ðåçêè íà íîæíèöàõ 16 øëåïïåðîì 26 ïîäàþòñÿ â îòïóñêíûå ïå÷è 28 è çàòåì íà õîëîäèëüíèêè è õîëîäíóþ îòäåëêó. Îñîáåííîñòüþ ñòàíà ÿâëÿëîñü òàêæå òî, ÷òî îí íàõîäèëñÿ íà Èæîðñêîì çàâîäå, èìåþùåì ñòàëåïëàâèëüíîå îáîðóäîâàíèå äëÿ ïðîèçâîäñòâà ñàìûõ êðóïíûõ â Åâðîïå ñëèòêîâ (äî 325 ò). Çàâîä ðàñïîëàãàåò ñàìûìè êðóïíûìè â Ðîññèè êîâî÷íûìè ïðåññàìè óñèëèåì 6000 è 12000 ò, êîòîðûå ïîçâîëÿþò êîâàòü ñëèòêè â áðàìû âåñîì äî 85 ò, èñïîëüçóåìûå â êà÷åñòâå çàãîòîâêè äëÿ ïðîêàòêè êðóïíûõ ëèñòîâ è ïëèò íà ñòàíå 5000.  ýòîì ñîñòîÿëà óíèêàëüíîñòü ñòàíà. Îäíàêî ñòàí ïîëó÷èëñÿ î÷åíü äîðîãèì. Òå çàäà÷è, êîòîðûå îí äîëæåí áûë ðåøàòü äëÿ íóæä àòîìíîãî è õèìè÷åñêîãî ìàøèíîñòðîåíèÿ, ñåé÷àñ íå ñòîëü àêòóàëüíû.  ñóäîñòðîåíèè è äðóãèõ îòðàñëÿõ ìàøèíîñòðîåíèÿ ïðîèçâîäñòâî ðåçêî ñîêðàòèëîñü. Ìíîãèå òîëñòîëèñòîâûå ñòàíû, âêëþ÷àÿ ñòàí 3600, îêàçàëèñü çà ãðàíèöåé.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ñòàí 5000 âõîäèò â ñîñòàâ ÷åðåïîâåöêîãî çàâîäà Ñåâåðñòàëü (öåõ ËÏÖ-3) è îðèåíòèðóåòñÿ íà ïðîêàòêó øèðîêèõ ëèñòîâ â êà÷åñòâå çàãîòîâêè äëÿ ñâàðíûõ òðóá áîëüøîãî äèàìåòðà èç ðÿäîâûõ è íèçêîëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè è, âîçìîæíî, èç áèìåòàëëà.  êà÷åñòâå çàãîòîâêè íàìå÷åíî èñïîëüçîâàòü íå òîëüêî ñëÿáû ïðîèçâîäñòâà ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü (øèðèíîé äî 1500 ìì è òîëùèíîé äî 250 ìì), íî è áîëåå êðóïíûå ñëÿáû ÍèæíåÒàãèëüñêîãî êîìáèíàòà (øèðèíîé äî 2700 ìì è òîëùèíîé äî 320 ìì). Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà óâåëè÷èâàåòñÿ äî 800 òûñ. ò, à â ïåðñïåêòèâå äî 1 ìëí. ò. Äîñòðàèâàþòñÿ ïðàâèëüíûå ìàøèíû äëÿ ãîðÿ÷åé ïðàâêè ëèñòà, óñòàíîâêè äëÿ êîíòðîëÿ êà÷åñòâà, òåðìè÷åñêèå ñðåäñòâà, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ îáðàáîòêè òðóáíûõ ñòàëåé è øòðèïñà (çàãîòîâêè) äëÿ òðóá áîëüøîãî äèàìåòðà. Ðÿäîì ñî ñòàíîì 5000 ñòðîèòñÿ íîâûé òðóáíûé öåõ. Ðàññìîòðèì ñõåìó ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ñòàíà 5000 íà íàñòîÿùåå âðåìÿ (â ìàñøòàáå ðèñ. 16.5). Ïîêà ÷òî îòñóòñòâóåò êëåòü äóî è äðóãèå âàæíûå 409
410 Ðèñ. 16.5. Ñõåìà ðàñïîëæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ñòàíà 5000 íà íà÷àëî 2005 ãîäà: 1 ïå÷è ñ âûêàòíûì ïîäîì; 2 çàãðóçî÷íàÿ òåëåæêà è çàãðóçî÷íûé ñòîë; 3 âåñû; 4 òîëêàòåëü; 5 íàãðåâàòåëüíàÿ ìåòîäè÷åñêàÿ ïå÷ü ñ ïðîõîäíûìè òåëåæêàìè; 6 óñòðîéñòâî âûäà÷è ñëÿáîâ; 7 ðîëüãàíã; 8 ìàíèïóëÿòîð ïåðåä êëåòüþ äóî; 9 êàìåðà ãèäðîñáèâà îêàëèíû; 10 ìàíèïóëÿòîð çà êëåòüþ äóî; 11 ðîëüãàíã ñ êàíòîâàòåëåì; 12 ðàñêàòíîé ðîëüãàíã; 13 ìàíèïóëÿòîð; 14 óñòðîéñòâî ñêàíèðîâàíèÿ ôîðìû ðàñêàòà; 15 êëåòü êâàðòî; 16 òîëùèíîìåð; 17 óñòàíîâêà êîíòðîëèðóåìîãî îõëàæäåíèÿ (ÓÊÎ); 18 óñòàíîâêà òåðìîóïðî÷íåíèÿ; 19 êëåéìèòåëü; 20 ñòàëêèâàòåëü ïëèò; 21 ïåðåäàòî÷íàÿ òåëåæêà äëÿ ïëèò; 22 ëèñòîïðàâèëüíàÿ ìàøèíà (ËÏÌ ¹ 1); 23 óñòàíîâêà óëüòðàçâóêîâàÿ (ÓÇÊ) Ñåâåð-6-5000; 24 øëåïïåð-õîëîäèëüíèê; 25 ñòåëëàæ èíñïåêòîðñêèé: 26 êàíòîâàòåëü; 27 ìàðêèðîâùèê; 28 ðîëüãàíã ïåðåä ÑÊÎÍ; 29 ñäâîåííûå êðîìêîîáðåçíûå íîæíèöû ÑÊÎÍ; 30 íîæíèöû ïîïåðå÷íîé ðåçêè; 31 êëåéìèòåëü è ìàðêèðîâùèê; 32 ìàøèíà ñïëîøíîé çà÷èñòêè; 33 òåðìè÷åñêàÿ ïå÷ü ñ âûêàòíûì ïîäîì; 34 ñòåíä òåðìè÷åñêîé ðåçêè; 35 êàíòîâàòåëü ëèñòîâ è ïëèò; 36 ìàøèíà ëèñòîïðàâèëüíàÿ 7½500½3600; 37 óñòàíîâêà óëüòðàçâóêîâàÿ Ñåâåð-10-5000; 38 ó÷àñòîê ðó÷íîãî ÓÇÊ; 39 òåëåæêà; 40 ìîñòîâîé êðàí
åäèíèöû îáîðóäîâàíèÿ. Ñäâîåííûå êðîìêîîáðåçíûå íîæíèöû ÑÊÎÍ è ïðàâèëüíàÿ ìàøèíà âðåìåííî óñòàíîâëåíû â þæíîì ïðîëåòå, îò÷åãî ïîòîê ãîòîâîãî ïðîêàòà âûõîäèò â òóïèêîâóþ ÷àñòü öåõà, è íåò ìåñòà äëÿ ñêëàäèðîâàíèÿ è îòäåëêè ãîòîâîãî ëèñòà.  äàëüíåéøåì ýòè àãðåãàòû è äðóãîå îáîðóäîâàíèå áóäóò óñòàíàâëèâàòüñÿ âî âíîâü ñòðîÿùèõñÿ çàïàäíûõ ïðîëåòàõ öåõà. Çàäà÷à ðàçâèòèÿ ñîáñòâåííîãî ïðîèçâîäñòâà òîëñòîãî ëèñòà â Ðîññèè ñ êàæäûì ãîäîì ñòàíîâèòñÿ âñå îñòðåå. Âîçðîæäàåòñÿ ñóäîñòðîåíèå, àòîìíîå ìàøèíîñòðîåíèå, òðóáíàÿ ïðîìûøëåííîñòü, òÿæåëîå ìàøèíîñòðîåíèå ãëàâíûå ïîòðåáèòåëè òîëñòîãî ëèñòà.  ïåðñïåêòèâå íàìå÷åíî ñòðîèòåëüñòâî íîâîãî ñòàíà 5000 íà Íèæíå-Òàãèëüñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì êîìáèíàòå, åñòü íàìåðåíèå âåðíóòüñÿ ê ïðîåêòó ñòðîèòåëüñòâà ñòàíà 3600 íà Çàïàäíî-Ñèáèðñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì çàâîäå. Ðåêîíñòðóèðîâàíû îðñêî-õàëèëîâñêèé ñòàí 2800 è ÷åðåïîâåöêèé ñòàí 2800/1700. Î ïîñëåäíåì íåîáõîäèìî ñêàçàòü îòäåëüíî. Ýòîò ñòàí, ïîìèìî òèïîâîé òîëñòîëèñòîâîé ëèíèè êëåòåé ñòàíà 2800, ñîäåðæèò íåïðåðûâíóþ ãðóïïó êëåòåé 1700, õàðàêòåðíóþ äëÿ ñòàíîâ, ïðîèçâîäÿùèõ òîíêèé ãîðÿ÷åêàòàíûé ëèñò. Âî âðåìÿ ñòðîèòåëüñòâà ïðåäïîëàãàëîñü, ÷òî ñòàí áóäåò ïðîèçâîäèòü òîëñòûé è òîíêèé ãîðÿ÷åêàòàíûé ëèñò îäíîâðåìåííî. Îäíàêî ïðè ìàññîâîì ïðîèçâîäñòâå ëèñòà òàêàÿ èäåÿ îêàçàëàñü íåóäà÷íîé, òàê êàê ñòàí íå ìîã ðàçâèòü íóæíóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïî êàæäîìó èç ýòèõ âèäîâ ëèñòà. Òîëñòîëèñòîâîé è òîíêîëèñòîâîé ñòàíû, êàê ñèàìñêèå áëèçíåöû, ìåøàëè äðóã äðóãó ðàçâèâàòüñÿ. Áûëè ïðîåêòû ðåêîíñòðóèðîâàòü ñòàí ïîä êàêîé-íèáóäü îäèí âèä ëèñòà, íàïðèìåð òîëñòûé. Îäíàêî ðàçâàë ñîâåòñêîé ýêîíîìèêè íåîæèäàííî âûñâåòèë ïðåèìóùåñòâà òàêîãî ñòàíà.  óñëîâèÿõ íåâûñîêîé ïîòðåáíîñòè â ëèñòå îí âïîëíå ñïðàâëÿåòñÿ ñ ïðîèçâîäñòâîì è òîãî, è äðóãîãî âèäà ëèñòà, à øèðîòà ñîðòàìåíòà ñòàëà åãî ïðåèìóùåñòâîì. Ïîñëå ïðîâåäåííîé ðåêîíñòðóêöèè ñòàí ïðîèçâîäèò âûñîêîêà÷åñòâåííûå òåðìîîáðàáîòàííûé òîëñòûé ëèñò è òîíêèé ëèñò, ïðåäíàçíà÷åííûé â îñíîâíîì äëÿ ïîñëåäóþùåé õîëîäíîé ïðîêàòêè.  çàðóáåæíûõ ñòðàíàõ ïðîèçâîäñòâî òîëñòîãî ëèñòà ñòàëî ðàçâèâàòüñÿ ñðàçó ñî ñòðîèòåëüñòâà ñòàíîâ ñ ïîâûøåííîé äëèíîé áî÷êè âàëêîâ è ñî ñðåäñòâàìè äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ âûñîêîãî êà÷åñòâà ïðîäóêöèè. Íà÷èíàÿ ñ 1960-õ ãîäîâ íàáëþäàåòñÿ áûñòðûé ðîñò òîëñòîëèñòîâîãî ïðîèçâîäñòâà â ÑØÀ, ÔÐÃ, ßïîíèè, Ôðàíöèè, Àíãëèè è äàæå â òàêèõ ñòðàíàõ, êàê Òóðöèÿ, Ôèíëÿíäèÿ, Ïîðòóãàëèÿ è äð.  îñíîâíîì ñòðîèëèñü ñòàíû ñ äëèíîé áî÷êè áîëåå 4000 ìì. Òîëüêî â ßïîíèè â 19661968 ãîäû áûëî ïîñòðîåíî ñðàçó ïÿòü òàêèõ ñòàíîâ. Ñàìûå êðóïíûå èç íèõ â ã. Ìèöóñèìà (ñòàí 5500 ôèðìû Êàâàñàêè ñòèë) è â ã. Îèòà (ñòàí 5500 ôèðìû Íèïïîí ñòèë) ïîçâîëÿþò ïðîèçâîäèòü ëèñòû è ïëèòû òîëùèíîé 50300 ìì è øèðèíîé 39004400 ìì èç ñëÿáîâ ìàññîé 5080 ò.  1970-å ãîäû â ßïîíèè ïîñòðîåíî åùå íåñêîëüêî ñàìûõ ñîâðåìåííûõ ñòàíîâ, íàñûùåííûõ àâòîìàòèçèðîâàííûìè ñèñòåìàìè óïðàâëåíèÿ òåõíîëîãèåé è ïðîèçâîäñòâîì. Ïîñëåäíèå òîëñòîëèñòîâûå ñòàíû îòëè÷àþòñÿ âûñîêîé æåñòêîñòüþ ðàáî÷èõ êëåòåé è ðàññ÷èòàíû íà óñèëèÿ ïðîêàòêè 50008000 òûñ. ò (èæîðñêèé ñòàí 5000 ïðîåêòèðîâàëñÿ íà óñèëèÿ äî 9000 ò, à ñòàí 5590 â ÑØÀ ïîçâîëÿåò ðàçâèâàòü óñèëèÿ äî 16000 ò). Äëÿ çàðóáåæíûõ ñòàíîâ, îñîáåííî ÿïîíñêèõ, õàðàêòåðíà âûñîêàÿ ñòåïåíü ïðèìåíåíèÿ ÝÂÌ â óïðàâëåíèè òåõíîëîãè÷åñêèì ïðîöåññîì è êà÷åñòâîì ëèñòà, ñòàíû èìåþò øèðîêèå âîçìîæíîñòè ïî òåðìè÷åñêîé è òåðìîìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêå ëèñòà, ïî îòäåëêå ëèñòà â ïîòîêå è êîíòðîëþ åãî êà÷åñòâà. 411
16.3. Ñõåìû äåôîðìàöèè Íàãðåòûé â ìåòîäè÷åñêîé ïå÷è ñëÿá ïîñòóïàåò â âåðòèêàëüíóþ êëåòü ñòàíà, â êîòîðîé îñóùåñòâëÿåòñÿ îáæàòèå ñëÿáà ïî áîêîâûì ãðàíÿì. Âåðòèêàëüíàÿ êëåòü èñïîëüçóåòñÿ äëÿ íåñêîëüêèõ öåëåé: äëÿ ñíÿòèÿ êîíóñíîñòè ñëèòêîâ, åñëè ïðîêàòêà âåäåòñÿ èç ñëèòêà; êàê îêàëèíîëîìàòåëü äëÿ ðàçðûõëåíèÿ îêàëèíû; äëÿ êîððåêòèðîâêè øèðèíû ñëÿáà; äëÿ ïîëó÷åíèÿ òîëñòûõ ëèñòîâ è ïëèò ñ êàòàíûìè êðîìêàìè; â ýòîì ñëó÷àå â ïðîöåññå ïðîêàòêè ðàñêàò ïåðèîäè÷åñêè îáæèìàþò â âåðòèêàëüíîé êëåòè, ÷òî ïðåäîòâðàùàåò îáðàçîâàíèå çàêàòîâ íà êðîìêàõ; äëÿ óïðàâëåíèÿ ôîðìîé ðàñêàòà â ïëàíå. Îäíîé èç îñíîâíûõ çàäà÷ ÿâëÿåòñÿ ðàçðûõëåíèå îêàëèíû íà îñíîâíûõ ïîâåðõíîñòÿõ ñëÿáà. Ãèäðîñáèâàìè, óñòàíîâëåííûìè çà âåðòèêàëüíîé è ÷åðíîâîé êëåòÿìè, êîòîðûå ïîäàþò ñòðóè âîäû ïîä äàâëåíèåì äî 150 àòì (15 ÌÏà), ðàçðûõëåííàÿ îêàëèíà ñìûâàåòñÿ ñ ïîâåðõíîñòè ñëÿáà. Äëÿ ïîäãîòîâêè ê ñáèâó îêàëèíû, î÷åâèäíî, äîñòàòî÷íî ïðîèçâåñòè â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ òîëüêî îäèí ïðîïóñê. Îäíàêî èíîãäà êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ â ýòîé êëåòè óâåëè÷èâàþò äî òðåõ-ïÿòè ñ öåëüþ óìåíüøåíèÿ øèðèíû ñëÿáà, êîãäà øèðèíà èñõîäíîãî ñëÿáà âûáðàíà áîëüøåé, ÷åì òðåáóåòñÿ ïî òåõíîëîãèè. Ïðè áîëüøîì ðàçíîîáðàçèè øèðèí ãîòîâîãî ëèñòà âûáèðàòü ïðàâèëüíóþ øèðèíó èñõîäíîãî ñëÿáà ïîä êàæäûé ëèñò íåâûãîäíî. Ìû âûèãðûâàåì â òîì, ÷òî â âåðòèêàëüíîé êëåòè ïðîèçâîäèì òîëüêî îäèí ïðîïóñê, íî ñóùåñòâåííî ïðîèãðûâàåì â ÷àñòîé ñìåíå êðèñòàëëèçàòîðîâ íà ÓÍÐÑ, íà èçãîòîâëåíèè è õðàíåíèè áîëüøîãî ïàðêà êðèñòàëëèçàòîðîâ. Ðàöèîíàëüíî èìåòü ÷åòûðå-ïÿòü ðàçíûõ ïî øèðèíå êðèñòàëëèçàòîðîâ, à áîëåå òî÷íóþ ïîäãîíêó øèðèíû ñëÿáà ïîä òðåáóåìóþ îñóùåñòâëÿòü â âåðòèêàëüíîé êëåòè. Ìîæíî áîëåå ñòðîãî ïîñòàâèòü îïòèìèçàöèîííóþ çàäà÷ó íà ìèíèìèçàöèþ ñóììàðíûõ çàòðàò íà ðàáîòó ñ êðèñòàëëèçàòîðàìè è íà âåðòèêàëüíûå ïðîïóñêè íà ñòàíå.  ðåçóëüòàòå åå ðåøåíèÿ ïîëó÷èòñÿ îïòèìàëüíûé ïàðê êðèñòàëëèçàòîðîâ è îïðåäåëèòñÿ êîëè÷åñòâî âåðòèêàëüíûõ ïðîïóñêîâ äëÿ êàæäîãî òèïîðàçìåðà ëèñòà. Ïîñëå âåðòèêàëüíûõ ïðîïóñêîâ â ÷åðíîâîé êëåòè êâàðòî îñóùåñòâëÿþòñÿ ïðîòÿæíûå ïðîïóñêè. Ïðè ýòîì íàïðàâëåíèå ïðîêàòêè ïî-ïðåæíåìó ñîâïàäàåò ñ äëèíîé ñëÿáà.  òàêèõ ïðîïóñêàõ ðåøàþò äâå çàäà÷è. Âî-ïåðâûõ, ñòðåìÿòñÿ ìàêñèìàëüíî ïðîðàáîòàòü ñå÷åíèå ñëÿáà ñ òåì, ÷òîáû óñòðàíèòü ëèòóþ ñòðóêòóðó, èçìåëü÷èòü çåðíî, ïîëó÷èòü ðàâíîìåðíóþ êàòàíóþ ñòðóêòóðó ïî âñåìó ñå÷åíèþ. Âî-âòîðûõ, ïðîòÿæíûå ïðîïóñêè íåîáõîäèìû äëÿ ïðèäàíèÿ ëèñòó ïðàâèëüíîé ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû â ïëàíå. Åñëè ñëÿá ïðåäñòàâèòü â âèäå îòäåëüíûõ ãîðèçîíòàëüíûõ ñëîåâ, ðàñïîëîæåííûõ íà ðàññòîÿíèè y îò öåíòðà (ðèñ. 16.6, à), òî ïðîðàáàòûâàåìîñòüþ Ïy êàæäîãî ñëîÿ áóäåò íàçûâàòüñÿ òà ñóììàðíàÿ ñòåïåíü äåôîðìàöèè, êîòîðóþ ïîëó÷àåò ýòîò ñëîé çà âåñü öèêë ïðîêàòêè ñëÿáà: Ïy = ∫ εiy dt . Çäåñü εi èíòåíñèâíîñòü äåôîðìàöèè â ñëîå ñ êîîðäèíàòîé y â íåêîòîðîì ïðîïóñêå è èíòåãðèðîâàíèå ñëåäóåò ïîíèìàòü êàê ñóììèðîâàíèå äåôîðìàöèè ïî ïðîïóñêàì. 412
à)
á)
y
Ï 1
2
h
Ï1
x 0
1
2y/h
Ðèñ. 16.6. Äåëåíèå ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ íà ñëîè (à), ïðîðàáàòûâàåìîñòü ñëîåâ íà âûñîêîì (á, êðèâàÿ 1), ñðåäíåì è íèçêîì (á, êðèâàÿ 2) î÷àãå äåôîðìàöèè
Ìîæíî çàïèñàòü Ïy = ∫
σiy εiy dt σiy
.
×èñëèòåëü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ýíåðãèþ äåôîðìàöèè. Äëÿ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè èíòåíñèâíîñòü íàïðÿæåíèé σiy ðàâíà ïðåäåëó òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà σs. Îòñþäà ìîæíî ñäåëàòü âûâîä: ÷åì áîëüøå ýíåðãèè çàòðà÷èâàåòñÿ íà äåôîðìàöèþ ñëîÿ è ÷åì ìåíüøå ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà (÷åì ìÿã÷å ìåòàëë), òåì áîëüøå ïðîðàáàòûâàåìîñòü ñëîÿ. Êðèâàÿ 1 (ðèñ. 16.6, á) ïîêàçûâàåò, ÷òî â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ ïðîðàáàòûâàåìîñòü ñëîåâ óìåíüøàåòñÿ ïî íàïðàâëåíèþ îò ïîâåðõíîñòè ñëÿáà ê åãî ñåðåäèíå, òàê êàê íà íà÷àëüíûõ ýòàïàõ ïðîêàòêè ñëÿáîâ ôàêòîð l/hñð, îïðåäåëÿþùèé âûñîòó î÷àãà äåôîðìàöèè, ìåíüøå èëè áëèçîê ê åäèíèöå. Ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ òîëùèíû ðàñêàòà ôàêòîð l/hñð óâåëè÷èâàåòñÿ, è î÷àã äåôîðìàöèè èç âûñîêîãî ïåðåõîäèò â ðàçðÿä ñðåäíèõ, è öåíòðàëüíûå ñëîè ïðîðàáàòûâàþòñÿ áîëåå èíòåíñèâíî, ÷åì ïîâåðõíîñòíûå (ñì. ðèñ. 16.6, á, êðèâàÿ 2). Ñóììàðíàÿ ïðîðàáàòûâàåìîñòü çà âñå ïðîïóñêè ìîæåò áûòü ðàçíîé ïðè ïðîêàòêå ëèñòîâ ðàçíîé òîëùèíû. Ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ îíà âûñîêà ïî âñåì ñëîÿì. Íî ïðè ïðîêàòêå òîëñòûõ ëèñòîâ è ïëèò öåíòðàëüíûå ñëîè ìîãóò áûòü íåäîñòàòî÷íî ïðîðàáîòàíû. Ñóùåñòâóåò ìèíèìàëüíàÿ ïðîðàáàòûâàåìîñòü Ï1, íèæå êîòîðîé ñâîéñòâà ìåòàëëà îñòàþòñÿ íèçêèìè.  öåíòðàëüíûõ ñëîÿõ ñîõðàíÿåòñÿ ñòðóêòóðà ëèòîãî ìåòàëëà. Ïðè ïðîðàáàòûâàåìîñòè Ï1 è áîëåå ñòðóêòóðà ñòàíîâèòñÿ îäíîðîäíîé è ìåëêîçåðíèñòîé, õàðàêòåðíîé äëÿ êàòàíîãî ìåòàëëà, ïîýòîìó æåëàòåëüíî âî âñåõ ñëîÿõ ïîëó÷èòü ïðîðàáàòûâàåìîñòü áîëåå Ï1.  ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ êàòàþò ìåòàëë ñ ìàêñèìàëüíûìè îáæàòèÿìè, ÷òîáû îáåñïå÷èòü âûñîêóþ ïðîðàáàòûâàåìîñòü öåíòðàëüíûõ ñëîåâ ìåòàëëà. Òåì íå ìåíåå íà òîëñòûõ ëèñòàõ è ïëèòàõ ñâîéñòâà ìåòàëëà ïî âûñîòå ìîãóò ðàçëè÷àòüñÿ. Äëÿ òàêèõ ëèñòîâ ÃÎÑÒàìè è ÒÓ îãîâàðèâàåòñÿ, ÷òî ïðè ñäàòî÷íûõ èñïûòàíèÿõ äîëæíû ôèêñèðîâàòüñÿ ñâîéñòâà ëèñòà â ñëîå, ðàñïîëîæåííîì íà ðàññòîÿíèè 2y/h = 1/3 îò åãî ñåðåäèíû.  ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ ìîæíî ðåøàòü åùå îäíó çàäà÷ó. Ïîñêîëüêó íà èñõîäíûõ ñëÿáàõ âûñîòà è øèðèíà î÷åíü íåñòàáèëüíû, ÷òî ñâÿçàíî ñ óñëîâèÿìè ðàçëèâêè ñëÿáà, òî ïðè ïðîêàòêå ëèñòîâ ðåæèìû îáæàòèÿ è â êîíå÷íîì ñ÷åòå âûñîòà è îñîáåííî øèðèíà ëèñòà ìîãóò êîëåáàòüñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ. Ïîñëå 413
ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ âûñîòà ñëÿáà ñòàíîâèòñÿ ñòðîãî îïðåäåëåííîé. Ýòî îáåñïå÷èâàåò ñòàáèëüíîå âûïîëíåíèå ðàññ÷èòàííûõ ðåæèìîâ îáæàòèÿ, ÷òî îñîáåííî âàæíî äëÿ àâòîìàòèçàöèè óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì ïðîêàòêè â ïîñëåäóþùèõ ïðîïóñêàõ. Áåç ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ äàæå ïðè íàëè÷èè ÀÑÓ ÒÏ ëèñòû èìåþò áîëüøîé ðàçáðîñ øèðèíû èç-çà íåñòàáèëüíîñòè ðàçìåðîâ ñëÿáà. Ïîñëå ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ âîçìîæíû ðàçëè÷íûå ñõåìû ïðîêàòêè ëèñòà. 16.3.1. Ïîïåðå÷íàÿ ñõåìà Ïîñëå ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ ñëÿá øèðèíîé b è äëèíîé l ðàçâîðà÷èâàåòñÿ íà 90° è ñíà÷àëà â ÷åðíîâîé, à çàòåì â ÷èñòîâîé êëåòÿõ ïðîêàòûâàåòñÿ äî êîíå÷íîé òîëùèíû h, íå ìåíÿÿ íàïðàâëåíèÿ ïðîêàòêè, ò. å. â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè ïî îòíîøåíèþ ê èñõîäíîìó ñëÿáó (ðèñ. 16.7). Òàêèå ïðîïóñêè íàçûâàþòñÿ ïîïåðå÷íûìè, è âñÿ ñõåìà ïðîêàòêè íîñèò òàêîå æå íàçâàíèå. Êàê âèäíî, åñëè íå ó÷èòûâàòü óøèðåíèå, äëèíà ñëÿáà l ïîñëå ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ äîëæíà áûòü ðàâíà øèðèíå ãîòîâîãî ëèñòà bë. Åñëè ñòàí ïðîêàòûâàåò ëèñòû ðàçíîé øèðèíû, òî ñëåäóåò ðåçàòü èñõîäíûé ñëÿá íà ñîîòâåòñòâóþùèå äëèíû ïîä çàêàç ïîñëå ÓÍÐÑ. Ýòî ìîæíî îðãàíèçîâàòü, åñëè îñóùåñòâëÿåòñÿ åäèíîå ïëàíèðîâàíèå ïðîèçâîäñòâà è ñëåæåíèå çà äâèæåíèåì ñëÿáîâ íà ó÷àñòêàõ ðåçêè íà ÓÍÐÑ è ïîñàäêè â ìåòîäè÷åñêóþ ïå÷ü íà ñòàíå. Óäîáñòâî çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî âûñîòà è øèðèíà ñëÿáà äëÿ âñåõ ðàçìåðîâ ëèñòîâ ìîãóò áûòü íåèçìåííûìè, ñëåäîâàòåëüíî, íà ÓÍÐÑ ðàçìåð êðèñòàëëèçàòîðà íå ñâÿçàí ñ ðàçìåðàìè ïðîêàòûâàåìûõ ëèñòîâ.
90°
b
ë
l
Ñëÿá
Ïîïåðå÷íûå ïðîïóñêè
l
Ãîòîâûé ëèñò
b
hë
Ðèñ.16.7. Ñõåìà ïîïåðå÷íîé ïðîêàòêè ëèñòà
Ê ïðåèìóùåñòâàì ïîïåðå÷íîé ñõåìû ïðîêàòêè ìîæíî îòíåñòè òàêæå íàëè÷èå òîëüêî îäíîé êàíòîâêè (ïîâîðîòà) ëèñòà çà âåñü öèêë ïðîêàòêè. Îäíàêî ïîïåðå÷íàÿ ñõåìà èìååò âåñüìà ñóùåñòâåííûå íåäîñòàòêè.  öåíòðå ëèòîãî ñëÿáà âñåãäà èìååòñÿ ëèêâàöèîííàÿ äîðîæêà, ðûõëîñòü è ðàçëè÷íûå âêëþ÷åíèÿ, ÷òî ñâÿçàíî ñ óñëîâèÿìè êðèñòàëëèçàöèè ìåòàëëà. ×åì ÷èùå ìåòàëë, ïîëó÷àåìûé â ñòàëåïëàâèëüíîì ïðîèçâîäñòâå, òåì ìåíüøå ýòèõ äåôåêòîâ, è ïðåèìóùåñòâà ïîïåðå÷íîé ñõåìû ïðîêàòêè ñòàíîâÿòñÿ áîëåå ïðèâëåêàòåëüíûìè. Îäíàêî ïðè ñîâðåìåííîì óðîâíå íåïðåðûâíîé ðàçëèâêè â ðåàëüíîì ñëÿáå âäîëü åãî îñè ïî äëèíå âñåãäà âñòðå÷àþòñÿ ìåëêèå äåôåêòíûå ó÷àñòêè. Ïðè ïðîêàòêå â ïîïåðå÷íûõ ïðîïóñêàõ â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè äåéñòâóþò ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå ñïîñîáñòâóþò ðàçðûâó ìåòàëëà â ìåñòå ñêîïëåíèÿ äåôåêòîâ. Ëèòûå ñëÿáû îïàñíî ïðîêàòûâàòü ïî ïîïåðå÷íîé ñõåìå, ïîýòîìó åå ïðèìåíÿþò â îñíîâíîì äëÿ ïðîêàòêè êàòàíûõ ñëÿáîâ. Äëÿ ëèòûõ ñëÿáîâ áîëåå íàäåæíà ïðîäîëüíàÿ ñõåìà ïðîêàòêè. 414
16.3.2. Ïðîäîëüíàÿ ñõåìà Ïîñëå ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ ñëÿá ïîâîðà÷èâàþò (êàíòóþò) íà 90°. Äàëåå ñëåäóþò óøèðèòåëüíûå ïðîïóñêè, â êîòîðûõ ñëÿá ïðîêàòûâàåòñÿ â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè äî ïîëó÷åíèÿ çàäàííîé øèðèíû ãîòîâîãî ëèñòà b = bë (áåç ó÷åòà óøèðåíèÿ). Óøèðèòåëüíûå ïðîïóñêè îñóùåñòâëÿþòñÿ â ÷åðíîâîé êëåòè êâàðòî. Çàòåì ñëÿá åùå ðàç ðàçâîðà÷èâàåòñÿ íà 90°, è äàëüíåéøàÿ åãî ïðîêàòêà âåäåòñÿ â ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèè äî ãîòîâûõ ðàçìåðîâ. Ïðîäîëüíûå ïðîïóñêè îñóùåñòâëÿþòñÿ ëèáî òîëüêî â ÷èñòîâîé êëåòè, ëèáî ñíà÷àëà â ÷åðíîâîé, à çàòåì â ÷èñòîâîé êëåòÿõ. Êàê âèäíî (ðèñ. 16.8), îñíîâíàÿ äåôîðìàöèÿ ëèñòà ïðîõîäèò â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ, â êîòîðûõ öåíòðàëüíûå äåôåêòû ñëÿáà ðàñêàòûâàþòñÿ â íàïðàâëåíèè äëèíû. Îíè ïðè ïðîêàòêå íå ðàñêðûâàþòñÿ, à ïðè áîëüøîé ñòåïåíè äåôîðìàöèè ñèëüíî âûòÿãèâàþòñÿ, ðàçðûâàþòñÿ è ïðàêòè÷åñêè èñ÷åçàþò. Êà÷åñòâî ëèñòà ïðè ïðîäîëüíîé ïðîêàòêå âûøå, ÷åì ïðè ïîïåðå÷íîé.
90°
Ïðîäîëüíûå ïðîïóñêè 90°
b
b
ë
l
Ñëÿá
Óøèðèòåëüíûå ïðîïóñêè
l
b
b
ë
l
Ãîòîâûé ëèñò
hë
Ðèñ. 16.8. Ïðîäîëüíàÿ ñõåìà ïðîêàòêè
Ïðè ïðîäîëüíîé ñõåìå ïðîêàòêè øèðèíà ñëÿáà ìîæåò áûòü ïîñòîÿííîé è ìèíèìàëüíî âîçìîæíîé, ïîñêîëüêó øèðèíà ãîòîâîãî ëèñòà ôîðìèðóåòñÿ â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ. Íî ñ òî÷êè çðåíèÿ çàòðàò ýíåðãèè êîëè÷åñòâî óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ ñëåäóåò ñâåñòè ê ìèíèìóìó. Âèäèìî, òàêæå íåîáõîäèìî ðåøèòü îïòèìèçàöèîííóþ çàäà÷ó íà ìèíèìóì ñóììàðíûõ çàòðàò íà ñìåíó è ñîäåðæàíèå ïàðêà êðèñòàëëèçàòîðîâ è íà óøèðèòåëüíûå ïðîïóñêè, ÷òîáû îïðåäåëèòü îïòèìàëüíûé ïàðê êðèñòàëëèçàòîðîâ è îïòèìàëüíîå êîëè÷åñòâî óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ. Ïðîäîëüíàÿ ñõåìà ïðîêàòêè èìååò íåäîñòàòêè. Ôîðìà ãîòîâîãî ëèñòà â ïëàíå áîëüøå îòëè÷àåòñÿ îò ïðÿìîóãîëüíîé, ÷åì ïðè ïîïåðå÷íîé ñõåìå ïðîêàòêè. Íàëè÷èå ëèøíåé êàíòîâêè ñíèæàåò ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïðîêàòêè. 16.3.3. Ïðîêàòêà íà óãîë Íàèëó÷øåå ïðèáëèæåíèå ê ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìå ëèñòà â ïëàíå îáåñïå÷èâàåò ñõåìà ïðîêàòêè íà óãîë (ðèñ. 16.9). Ïîñëå ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ ñëÿá ðàçâîðà÷èâàåòñÿ íà óãîë α ê íàïðàâëåíèþ îñè âàëêà è çàäàåòñÿ â ÷åðíîâóþ êëåòü êâàðòî. Ïîñëå ðåâåðñà âàëêîâ ñëÿá ïðîêàòûâàåòñÿ òóïûì óãëîì âïåðåä ïîä óãëîì β ê îñè âàëêà. 415
l
α Í. ï.
b
1
b
β l1
Í. ï.
Ðèñ. 16.9. Ñõåìà ïðîêàòêè íà óãîë
Ïðè ïðàâèëüíîì ïîäáîðå óãëîâ α è β çà ïàðó ïðîïóñêîâ ñëÿá ñòàíîâèòñÿ ïðÿìîóãîëüíûì. Ïðè ýòîì åãî øèðèíà b è äëèíà l óâåëè÷àòñÿ äî çíà÷åíèé b1 è l1. Çà íåñêîëüêî ïàð ïðîïóñêîâ íà óãîë ïîëó÷àåì òðåáóåìóþ øèðèíó ñëÿáà, ðàâíóþ øèðèíå ãîòîâîãî ëèñòà bë, è äàëüíåéøàÿ ïðîêàòêà ïðîèçâîäèòñÿ â îáû÷íûõ ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ. Ïîñëå ïàðû ïðîïóñêîâ íà óãîë âñå ãðàíè ñëÿáà îñòàþòñÿ ïðÿìîëèíåéíûìè, ïðè äðóãèõ ñõåìàõ ïðîêàòêè îíè çíà÷èòåëüíî èñêàæàþòñÿ, ÷òî óâåëè÷èâàåò ðàñõîä ìåòàëëà â îáðåçü. Ïðè ïðîêàòêå íà óãîë ïðîáëåìà ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû, âî-ïåðâûõ, ïðàâèëüíî ðàññ÷èòàòü óãëû α è β äëÿ êàæäîãî ñëÿáà è êàæäîãî ðåæèìà åãî äåôîðìàöèè, à âî-âòîðûõ, âûäåðæàòü ðàñ÷åòíûå çíà÷åíèÿ óãëîâ íà ñòàíå. Ïðèáîðîâ è îáîðóäîâàíèÿ äëÿ èçìåðåíèÿ ýòèõ óãëîâ è óäåðæàíèÿ ñëÿáà â çàäàííîì ïîëîæåíèè íà ðîëüãàíãå ñòàíû íå èìåþò. Ñõåìà ïðîêàòêè íà óãîë ïîëíîñòüþ çàâèñèò îò êâàëèôèêàöèè îïåðàòîðà ñòàíà è íåðåäêî ïðèâîäèò ê áðàêó ïî ãåîìåòðèè ëèñòà. 16.4. Ôîðìèðîâàíèå ãåîìåòðèè ëèñòà â ïëàíå 16.4.1. Ôîðìèðîâàíèå ïðîôèëÿ â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ Ïðè ïðîêàòêå â âåðòèêàëüíîé êëåòè î÷àã äåôîðìàöèè óçêèé è âûñîêèé (øèðèíîé è âûñîòîé î÷àãà äåôîðìàöèè â ýòîì ñëó÷àå ñëóæèò, ñîîòâåòñòâåííî, âûñîòà è øèðèíà ñëÿáà). Äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà íåðàâíîìåðíà êàê ïî øèðèíå, òàê è ïî äëèíå ñëÿáà. Îáðàçóþòñÿ íåðàâíîìåðíûå íàïëûâû ïî äëèíå ñëÿáà. 416
 íà÷àëå è êîíöå ïðîêàòêè íà äëèíå, ðàâíîé äëèíå äóãè çàõâàòà, íàïëûâû íå îáðàçóþòñÿ, òàê êàê ìåòàëë ìîæåò òå÷ü â äëèíó. Ñðåäíèå ïî äëèíå ó÷àÍàïðàâëåíèå ñòêè ñëÿáà îáðàçóþò ìîùíûå íàïëûâû. Ïðè ïîïðîêàòêè ñëåäóþùåé ïðîêàòêå â ãîðèçîíòàëüíûõ âàëêàõ ñðåäíÿÿ ÷àñòü ïî äëèíå èñïûòûâàåò áîëüøåå äîïîëíèòåëüíîå óøèðåíèå, ÷åì êîíöû ñëÿáà, ïîýòîìó ðàñêàò èìååò çàóæåííûå êîíöû (ðèñ. 16.10). Îïûòû ïîêàçàëè, ÷òî ïîñëå ãîðèçîíòàëüíîãî ïðîÐèñ. 16.10. Ôîðìà ñëÿáà ïóñêà øèðèíà ïåðåäíåãî êîíöà âñåãäà ìåíüøå, ïîñëå ïðîêàòêè â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ ÷åì çàäíåãî, íî äëèíà çàóæåííûõ ó÷àñòêîâ ïðèìåðíî îäèíàêîâà è â äâà-òðè ðàçà ïðåâûøàåò äëèíó î÷àãà äåôîðìàöèè. ×åì áîëüøå ïðîïóñêîâ â âåðòèêàëüíîé êëåòè, òåì êîíöû áîëåå çàóæåíû. À ïîñêîëüêó êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ âñåãäà íå÷åòíî, òî âñåãäà áóäåò ñóùåñòâîâàòü ðàçíèöà â øèðèíå ïåðåäíåãî è çàäíåãî êîíöîâ ñëÿáà. Äëÿ óñòðàíåíèÿ çàóæåííûõ êîíöîâ íà íåêîòîðûõ ñòàíàõ (íàïðèìåð, íà ñòàíå 3600 Àçîâñòàëè) îñóùåñòâëÿþò äîïîëíèòåëüíóþ ïðîêàòêó òîðöîâ ñëÿáà â âåðòèêàëüíîé êëåòè. Äëÿ ýòîãî ïîñëå ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêîâ â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ ñëÿá îäèí ðàç ïðîïóñêàþò â ãîðèçîíòàëüíûõ âàëêàõ, ÷òîáû íàïëûâû ïåðåøëè íà áîêîâûå ãðàíè ñëÿáà è îáðàçîâàëèñü óòîíåííûå êîíöû, çàòåì êàíòóþò ñëÿá íà 90° è ïðîèçâîäÿò åùå íåñêîëüêî ïðîïóñêîâ â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ, îáæèìàÿ òîðöû. Âèäíî, ÷òî íåðàâíîìåðíîå îáæàòèå â òàêèõ ïðîïóñêàõ ñïîñîáñòâóåò çàïîëíåíèþ íåäîñòàþùèõ îáúåìîâ ìåòàëëà ïî îñíîâíûì ãðàíÿì. Ïðè îïòèìàëüíûõ îáæàòèÿõ òîðöîâ ìîæíî ïîëó÷èòü ðàñêàò ïðàêòè÷åñêè ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Ïðè äîïîëíèòåëüíîé ïðîêàòêå êðîìîê ïðîèçâîäèòåëüíîñòü, êîíå÷íî, ñíèæàåòñÿ. 16.4.2. Ôîðìèðîâàíèå ïðîôèëÿ â ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ Âîñïîëüçóåìñÿ ðåçóëüòàòàìè àíàëèçà íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ ïðè ïðîêàòêå øèðîêèõ ëèñòîâ, ïðîâåäåííîãî â ñîîòâåòñòâóþùåì ðàçäåëå òåîðèè ÎÌÄ. Ïî øèðèíå ëèñòà äåôîðìàöèÿ íåðàâíîìåðíà. Êóáèê ìåòàëëà, âûäåëåííûé â òî÷êå  â ñðåäíåé ïî øèðèíå ÷àñòè (ðèñ. 16.11), íå ìîæåò ïåðåìåùàòüñÿ â øèðèíó, òàê êàê ýòîìó ïðåïÿòñòâóþò äîñòàòî÷íî ðàçâèòûå ñèëû òðåíèÿ. Âåñü ìåòàëë óñòðåìëÿåòñÿ â âûòÿæêó.  òî÷êå À, ðàñïîëîæåííîé âáëèçè êðîìîê íà áîëüøîì óäàëåíèè îò êîíöîâ ëèñòà, ìåòàëë èìååò âîçìîæíîñòü ñìåùàòüñÿ êàê â äëèíó, òàê è â øèðèíó, ïîñêîëüêó ñèëû òðåíèÿ â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè íà êðîìêàõ áûñòðî ïàäàþò äî íóëÿ. Íî çà ñ÷åò âçàèìîäåéñòâèÿ ñ íåäåôîðìèðóåìûìè (æåñòêèìè) êîíöàìè ïîëîñû äåôîðìàöèÿ ïî øèðèíå âûðàâíèâàåòñÿ. Ìåòàëë èç ïðèêðîìî÷íûõ îáëàñòåé âûíóæäåí ïîëíîñòüþ òå÷ü â äëèíó, óøèðåíèÿ íå ïðîèñõîäèò. Íî â òî÷êå À´, ðàñïîëîæåííîé òàêæå íà êðîìêå, íî íà ðàññòîÿíèè îò êîíöà ëèñòà íå áîëåå äëèíû äóãè çàõâàòà, ñ îäíîé ñòîðîíû æåñòêèé êîíåö îòñóòñòâóåò. 417
Ìåòàëë ìîæåò òå÷ü è â äëèíó, è â øèðèíó.  òî÷êå ´ îí ïî-ïðåæíåìó äâèæåòñÿ òîëüêî â äëèíó. Çà ñ÷åò ýòîãî êîíöû ëèñòà ïðèîáðåòàþò ôîðìó âååðà, èëè ÿçûêà. ßçûê òåì áîëåå âûðàæåí, ÷åì áîëüøå ïðîïóñêîâ îñó´ À´ ùåñòâëåíî â îäíîì íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè, ìåíüøå ñòåïåíü äåôîðìàöèè â îäíîì ïðîïóñêå, íî áîëüøå ñóììàðíàÿ äåôîðìàöèÿ çà âñå ïðîïóñêè.  ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ ìû ñòàëêèâàåìÐèñ. 16.11. Õàðàêòåð íàïðÿæåííîñÿ ñ îïèñàííûì ýôôåêòîì. Ëèñò ïðèîáðåòàäåôîðìèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ åò óêàçàííóþ ôîðìó, è ÷åì áîëüøå ñóììàðìåòàëëà â ñåðåäèíå è ïî êðîìêå íàÿ âûñîòíàÿ äåôîðìàöèÿ â ýòèõ ïðîïóñêàõ, ïðè ïðîêàòêå ëèñòà òåì áîëüøå èñêàæàåòñÿ åãî ôîðìà. Ýòî ÿâëåíèå ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ëèñòà â ïëàíå. Ïîñêîëüêó ïîñëå âåðòèêàëüíûõ ïðîïóñêîâ, òî÷íåå, ïîñëå ïåðâîãî ïðîòÿæíîãî ïðîïóñêà êîíöû ñëÿáà çàóæåíû ïî ïðè÷èíå íåðàâíîìåðíîé äåôîðìàöèè â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ, à â ïîñëåäóþùèõ ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ îíè ðàñøèðåíû, òî, êîìïåíñèðóÿ îäíî äðóãèì, ìîæíî ïîïûòàòüñÿ ïîëó÷èòü ïðÿìîóãîëüíûé ñëÿá ïîñëå ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ. Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî â ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ ìîæíî ïîäîáðàòü ñóììàðíîå îáæàòèå, ïðè êîòîðîì ñëÿá ïðèîáðåòàåò ïðàêòè÷åñêè ïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó, òîãäà ìîæíî íå ïðèìåíÿòü îáæàòèå òîðöîâ ñëÿáà. Îäíàêî ýòè îáæàòèÿ îáû÷íî ïðåâûøàþò ïðåäóñìîòðåííûå òåõíîëîãèåé. Âûðàâíèâàíèþ ãåîìåòðèè ëèñòà â ïëàíå ñïîñîáñòâóåò òàêæå îïòèìàëüíîå ñîîòíîøåíèå îáæàòèé â ïðîòÿæíûõ è óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ. Îáîçíà÷èì âûñîòíóþ äåôîðìàöèþ çà âñå ïðîòÿæíûå ïðîïóñêè λï, à çà âñå óøèðèòåëüíûå ïðîïóñêè λó: λï = hñ /hï è λó = hï /hó, À
Â
ãäå hc, hï è hó ñîîòâåòñòâåííî, âûñîòà èñõîäíîãî ñëÿáà è ðàñêàòà ïîñëå ïðîòÿæíûõ è óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ. Äîïóñòèì, ïåðåä ïðîêàòêîé â ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ ñëÿá èìåë ïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó â ïëàíå. Ïîñëå ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ êîíöû åãî ñòàëè âååðîîáðàçíûìè. Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî ïðè âûòÿæêå â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ λó, ïðèìåðíî ðàâíîé âûòÿæêå â ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ λï, ôîðìà ëèñòà â ïëàíå ïîñëå óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ ïðèáëèæàåòñÿ ê ïðÿìîóãîëüíîé. Òàêèì îáðàçîì, ïðîêàòêà, îáåñïå÷èâàþùàÿ ïðàêòè÷åñêè ïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó ëèñòà â ïëàíå, äîëæíà ïðîâîäèòüñÿ ïî ñëåäóþùåé ñõåìå: îáæàòèå áîêîâûõ ãðàíåé â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ çà íåñêîëüêî ïðîïóñêîâîäèí ïðîïóñê â ãîðèçîíòàëüíûõ âàëêàõêàíòîâêàîáæàòèå òîðöîâ â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ êàíòîâêàïðîòÿæíûå ïðîïóñêè â ãîðèçîíòàëüíûõ âàëêàõêàíòîâêàðàçáèâêà øèðèíû â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ ñ âûòÿæêîé, ðàâíîé âûòÿæêå â ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõêàíòîâêàïðîêàòêà â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ. Êàê ïîêàçàëè èññëåäîâàíèÿ, ïðè òàêîé ñõåìå ïðîêàòêè ñóùåñòâåííî óìåíüøàåòñÿ íå òîëüêî îáðåçü, íî è ðàçáðîñ øèðèíû ðàñêàòîâ â ïàðòèè, ïðîöåññ ïîëíîñòüþ ñòàáèëèçèðóåòñÿ. Îäíàêî ïðè ýòîì ñóùåñòâåííî ïàäàåò ïðîèçâîäèòåëüíîñòü. 418
Êðîìå òîãî, ïðàêòè÷åñêè íå óäàåòñÿ ñîçäàòü ðàâíûå âûòÿæêè â ïðîòÿæíûõ è óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ, òàê êàê ïðè ýòîì íåîáõîäèìî âûáèðàòü î÷åíü êîðîòêèå ñëÿáû è ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà ïàäàåò. Ïðåäïî÷èòàþò èìåòü ìàêñèìàëüíî äëèííûå ñëÿáû, íàñêîëüêî ïîçâîëÿåò äëèíà áî÷êè âàëêîâ â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ, íî ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ ìàëî, è îíè íå ìîãóò êîìïåíñèðîâàòü èñêàæåíèå ôîðìû â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ. 16.4.3. Ôîðìèðîâàíèå ïðîôèëÿ â óøèðèòåëüíûõ è ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ  óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ åùå â áîëüøåé ñòåïåíè, ÷åì â ïðîòÿæíûõ, ïðîÿâëÿåòñÿ ñêëîííîñòü ê îáðàçîâàíèþ ÿçûêà íà êîíöàõ ðàñêàòà. Åñëè íå áîðîòüñÿ ñ íèìè, òî ïîñëå óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ ýòè ÿçûêè îñòàíóòñÿ íà áîêîâîé ãðàíè ãîòîâîãî ëèñòà. Ïðè ôîðìèðîâàíèè êàðòî÷êè áîêîâàÿ îáðåçü áóäåò çíà÷èòåëüíîé. Ðàññìîòðèì ýòàïû ôîðìèðîâàíèÿ ãîòîâîãî ëèñòà â ïëàíå ïðè ïðîêàòêå â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ (ðèñ. 16.12, ôîðìà ïðîêàòà ïîñëå óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ ïîêàçàíà øòðèõàìè). Áîêîâàÿ ïîâåðõíîñòü ëèñòà ëþáîé òîëùèíû áóäåò èñêðèâëåííîé. Ïðè âûðåçêå ïðÿìîóãîëüíîé êàðòî÷êè èç òàêîãî ëèñòà áîêîâàÿ îáðåçü áóäåò çíà÷èòåëüíîé. Ýòî îñíîâíîé íåäîñòàòîê ïðîäîëüíîé ñõåìû ïðîêàòêè ïî ñðàâíåíèþ ñ îñòàëüíûìè. Ïðè ïîïåðå÷íîé ñõåìå ïðîêàòêè ÿçûêè îáðàçóþòñÿ ïî òîðöàì ëèñòà è ìåíüøå îòðàæàþòñÿ íà åãî ñóììàðíîé îáðåçè. Ïðè ïðîêàòêå íà óãîë áîêîâàÿ è òîðöåâàÿ îáðåçü ëèñòà äîëæíà áûòü ìèíèìàëüíîé. Ïî ìåðå óòîíåíèÿ ëèñòà â ïðîäîëüíûõ ïðî- Ðèñ. 16.12. Ýòàïû îáðàçîâàíèÿ ôîðìû ëèñòà â ïëàíå ïóñêàõ êðîìêè ïîñòåïåííî ìåíÿþò ñâîþ ôîðìó â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ çà ñ÷åò íåðàâíîìåðíîé âûòÿæêè ïî øèðèíå â ýòèõ ïîñëå óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ. Ïðè ìàëûõ îáæàòèÿõ â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ êðîìêà ãîòîâîãî ëèñòà îñòàåòñÿ âîãíóòîé. Ïðè óâåëè÷åíèè îáæàòèé îíà âûïðÿìëÿåòñÿ. Ïðè áîëüøèõ îáæàòèÿõ îíà ñòàíîâèòñÿ âûïóêëîé. Âèäèìî, ñóùåñòâóåò îïòèìàëüíîå ñîîòíîøåíèå ìåæäó îáæàòèÿìè â óøèðèòåëüíûõ è ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ, ïðè êîòîðûõ êðîìêà ñòàíîâèòñÿ ïðÿìîëèíåéíîé. Ìîæíî êîìïåíñèðîâàòü âååðîîáðàçíîñòü â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ ïîñëåäóþùåé ïðîêàòêîé â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ. Îáîçíà÷èì ñóììàðíóþ âûñîòíóþ äåôîðìàöèþ â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ: λïð = hó/hë, ãäå hë òîëùèíà ãîòîâîãî ëèñòà. ×åì áîëüøå λïð, òåì áîëüøå âîçìîæíîñòåé äëÿ îáðàçîâàíèÿ ÿçûêà ïî êîíöàì ãîòîâîãî ëèñòà. Ïðè îïðåäåëåííîì ñîîòíîøåíèè λïð /λó ìîæíî çàïîëíèòü çàóæåííûå êîíöåâûå ó÷àñòêè ëèñòà, îáðàçîâàâøèåñÿ â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ. Ïîñêîëüêó ïðîèçâåäåíèå λóλïð = hïð /hë äëÿ êàæäîãî ëèñòà îïðåäåëåíî è íå ïîäëåæèò âàðüèðîâàíèþ, òî ñóùåñòâóåò îïòèìàëüíîå ñîîòíîøåíèå ìåæäó äåôîðìàöèÿìè λó è λïð, îáåñïå÷èâàþùåå íàèìåíüøóþ ñóììàðíóþ îáðåçü ëèñòà. Î÷åâèäíî, èõ îòíîøåíèå ìîæíî èçìåíÿòü â ïðåäåëàõ îò λïð /λóø = hïð /hë, êîãäà λó = 1, äî λïð /λó = hë/hïð, êîãäà λïð = 1. 419
à)
á) Íàïðàâëåíèå ïðîêàòêè
λïð/λóø < A
Íàïðàâëåíèå ïðîêàòêè
λïð/λóø > A
Ðèñ. 16.13. Ôîðìà ëèñòà ïðè ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ äåôîðìàöèè
Îáðåçü îò êîíöîâ è êðîìîê, ìì
Ïðè ìàëûõ îòíîøåíèÿõ λïð /λó (ïðè ïîñòîÿííîì ïðîèçâåäåíèè λóλïð) îñíîâíàÿ äåôîðìàöèÿ ïðèõîäèòñÿ íà óøèðèòåëüíûå ïðîïóñêè, ãîòîâûé ëèñò áóäåò èìåòü ôîðìó, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 16.13, à. Îáðåçü ïî êðîìêàì áóäåò áîëüøîé, à êîíöåâàÿ îáðåçü ìàëîé. Ñ óâåëè÷åíèåì îòíîøåíèÿ λïð/λó áîêîâàÿ îáðåçü ñîêðàùàåòñÿ, íî ðàñòåò êîíöåâàÿ îáðåçü, òàê êàê ëèñò ïðèîáðåòàåò ôîðìó, ïîêàçàííóþ íà ðèñ. 16.13, á. Ïî äàííûì ðàçíûõ çàâîäîâ (â îñíîâíîì íåìåöêèõ è ÿïîíñêèõ) íàèìåíüøàÿ îáðåçü è íàèáîëüøåå ïðèáëèæåíèå ôîðìû ëèñòà ê ïðÿìîóãîëüíîé íà òîëñòûõ ëèñòàõ íàáëþäàåòñÿ ïðè îïòèìàëüíîì îòíîøåíèè À = λïð/λó = 1,51,8. ×åì òîíüøå è äëèííåå ãîòîâûé ëèñò, òåì áîëüøóþ äîëþ â îáùåé îáðåçè çàíèìàåò îáðåçü ïî êðîìêàì, ïîýòîìó îïòèìàëüíîå îòíîøåíèå À = λïð/λó áóäåò ñäâèãàòüñÿ â ñòîðîíó áîëüøèõ çíà÷åíèé. Äëÿ òîíêèõ ëèñòîâ íåîáõîäèìî ñòðåìèòüñÿ ê îòñóòñòâèþ áîêîâîé îáðåçè, ò. å. ê ìèíèìàëüíîé äåôîðìàöèè â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ (èëè ïîëíîìó èõ îòñóòñòâèþ). Îäíàêî ýòó ðåêîìåíäàöèþ â ïîëíîé ìåðå èñïîëüçóþò óæå íå íà òîëñòîëèñòîâîì, à íà øèðîêîïîëîñíîì ñòàíå. Èìåþòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ïî âåëè÷èíå îáðåçè ïî áîêîâûì êðîìêàì è ïî êîíöàì â çàâèñèìîñòè îò îòíîøåíèÿ λïð/λó (ðèñ. 16.14).
100 90 80
Êîíöû
70 60 50 40 30 20 Êðîìêè
10 0 1,5
3,0
4,5
6,0
7,5
9,0
10,5
12,0
Îòíîøåíèå λïð/λóø
Ðèñ. 16.14. Îáðåçü ëèñòà ïî êðîìêàì è êîíöàì â çàâèñèìîñòè îò îòíîøåíèÿ λïð/λó 420
Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ïîëó÷åíèÿ òîëñòîãî ëèñòà ñ ìèíèìàëüíîé îáðåçüþ íåîáõîäèìî ïðàâèëüíî ïîäáèðàòü ðàçìåðû èñõîäíîãî ñëÿáà è ñòðîãî äîçèðîâàííî ðàñïðåäåëÿòü äåôîðìàöèþ ïî âåðòèêàëüíûì, ïðîòÿæíûì, óøèðèòåëüíûì è ïðîäîëüíûì ïðîïóñêàì. Íå âñåãäà óäàåòñÿ âûïîëíèòü âñå íåîáõîäèìûå òðåáîâàíèÿ ïîýòîìó ñëåäóåò èñêàòü áîëåå ðàäèêàëüíûå ïóòè ðåøåíèÿ ïðîáëåìû. 16.5. Ñïîñîáû óñòðàíåíèÿ íåäîñòàòêîâ ïðîäîëüíîé ñõåìû ïðîêàòêè Ïðèñóùèå ïðîäîëüíîé ñõåìå ïðîêàòêè íåäîñòàòêè, ñâÿçàííûå ñ íàëè÷èåì óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ, íåîáõîäèìî ñâåñòè ê ìèíèìóìó. Ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî êîíñòðóêòèâíûõ è òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåøåíèé, óñòðàíÿþùèõ èñêàæåíèå ëèñòà â ïëàíå. Ïðåæäå âñåãî ñëåäóåò ðàññìîòðåòü òàêèå ðåøåíèÿ, â êîòîðûõ óøèðèòåëüíûå ïðîïóñêè âîîáùå îòñóòñòâóþò.  Ãåðìàíèè äëÿ îòëèâêè ñëÿáîâ ïðåäëîæåí êðèñòàëëèçàòîð ïåðåìåííîé øèðèíû, ñîñòîÿùèé èç äâóõ âçàèìíî ïåðåìåùàþùèõñÿ ïîëîâèíîê (ðèñ. 16.15). Òàêîé êðèñòàëëèçàòîð âíåäðèòü â ïðîìûøëåííîñòü íå óäàëîñü, òàê êàê ïðè ïåðåõîäå ñ îäíîé øèðèíû íà äðóãóþ íåêîòîðûé ó÷àñòîê íåïðåðûâíî-ëèòîãî ñëÿáà èìååò ïåðåìåííóþ øèðèíó, è ýòà ÷àñòü ìåòàëëà íå ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà. ×àñòûå ïåðåñòðîéêè êðèñòàëëèçàòîðà äåÐèñ. 16.15. Êðèñòàëñòàáèëèçèðóþò ïðîöåññ îòëèâêè ñëÿáîâ. Êðîìå òîãî, ïî ëèçàòîð ïåðåìåííîé øèðèíû îðãàíèçàöèîííûì òðóäíîñòÿì ïîêà íå óäàåòñÿ îòëèâàòü ñëÿáû ïîä çàêàç, ò. å. äëÿ êàæäîãî ëèñòà èíäèâèäóàëüíî. Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî æåñòêîå ïëàíèðîâàíèå ïðîèçâîäñòâà íà ó÷àñòêå îòëèâêè ñëÿáîâ è íà ïðîêàòíîì ñòàíå, ÷åãî íèãäå ïîêà íå îñóùåñòâëåíî. Âðÿä ëè êîãäàíèáóäü òàêàÿ òåõíîëîãèÿ áóäåò ñ÷èòàòüñÿ ðàöèîíàëüíîé. Áîëåå ïåðñïåêòèâíà óñòàíîâêà ïåðåä âåðòèêàëüíîé êëåòüþ äåéñòâóþùåãî ñòàíà îäíîé-äâóõ ðåäóêöèîííûõ êëåòåé (ïàòåíòû Ðîññèè, ÖÍÈÈ×åðìåò). Îòäåëüíî ñòîÿùèé ðåäóêöèîííûé ñòàí ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ 10 ìëí. ò/ãîä ïî âñàäó (ðèñ. 16.16), óñòàíîâëåííûé â ßïîíèè ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïîëó÷åíèÿ ñëÿáîâ 1
2
4
3 6
7
8 9
10 11
12 13
14
5
Ðèñ. 16.16. Ðåäóêöèîííûé ñòàí: 1 ïðèåìíûé ðîëüãàíã; 2 çàãðóçî÷íûé ðîëüãàíã; 3 ìåòîäè÷åñêàÿ ïå÷ü; 4 òîëêàòåëü; 5 àìîðòèçàòîð; 6 ðîëüãàíã; 7 êàìåðà ãèäðîñáèâà îêàëèíû; 8 ðàáî÷èé ðîëüãàíã; 9 ìàíèïóëÿòîð; 10 ðåäóêöèîííàÿ êëåòü; 11 ãîðèçîíòàëüíàÿ êëåòü; 12 íîæíèöû; 13 ìåõàíèçì óáîðêè îáðåçè; 14 óáîðî÷íûå êàðìàíû
421
øèðèíîé îò 950 äî 1850 ìì èç ëèòûõ ñëÿáîâ ðàçìåðàìè 280½1900. Ñëÿá ïîñëå íàãðåâà â ïå÷è 3 è ñíÿòèÿ ãèäðîñáèâîì îêàëèíû ïðîêàòûâàåòñÿ â äâóõ âåðòèêàëüíûõ ðåäóêöèîííûõ è îäíîé ãîðèçîíòàëüíîé êëåòÿõ, çàòåì ðàçðåçàåòñÿ íà ìåðíûå ÷àñòè, êîòîðûå íàÐèñ. 16.17. Ïðîêàòêà ñëÿáà â ðåäóêöèîííîé êëåòè ïðàâëÿþòñÿ íà îñíîâíîé ñòàí òîëñòîëèñòîâîé èëè øèðîêîïîëîñíûé èëè ê óáîðî÷íûì êàðìàíàì. Ðåäóêöèîííàÿ êëåòü ýòî êëåòü ñ âåðòèêàëüíûìè âàëêàìè, èìåþùèìè ãëóáîêèå è òåñíûå êàëèáðû. Ïðîêàòêà â òàêèõ êàëèáðàõ (ðèñ. 16.17) ñïîñîáñòâóåò çàùåìëåíèþ ñëÿáà â êàëèáðå, ïîýòîìó ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè ñëÿáà íàñòóïàåò ïðè ãîðàçäî áîëüøèõ îòíîøåíèÿõ øèðèíû ñëÿáà ê åãî âûñîòå b/h, ÷åì íà ãëàäêîé áî÷êå èëè â îáû÷íûõ ÿùè÷íûõ êàëèáðàõ. Ïðåäåëüíûå çíà÷åíèÿ íà ãëàäêîé áî÷êå b/h = 1,7, â ÿùè÷íîì êàëèáðå b/h = = 2,02,2, ïðè ïðîêàòêå â ñïåöèàëüíûõ ãëóáîêèõ è òåñíûõ êàëèáðàõ ðåäóêöèîííîãî ñòàíà ïîòåðÿ óñòîé÷èâîñòè íàáëþäàåòñÿ ïðè b/h = 7,08,0 è áîëåå. Êðîìå òîãî, â òàêèõ êàëèáðàõ äåôîðìàöèÿ ëåã÷å ïðîíèêàåò â ãëóáü î÷àãà äåôîðìàöèè, ïîýòîìó ïðè çíà÷åíèÿõ l/hcð ãîðàçäî ìåíüøèõ, ÷åì íà îáû÷íûõ âûñîêèõ î÷àãàõ äåôîðìàöèè, äåôîðìàöèÿ ïðîíèêàåò â öåíòðàëüíûå ñëîè. Íàïëûâû èç-çà íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè çíà÷èòåëüíî ìåíüøå âûðàæåíû, ÷åì, íàïðèìåð, ïðè ïðîêàòêå íà ñëÿáèíãå. Ðåäóêöèîííûå êëåòè ïîçâîëÿþò ëèòûå ñëÿáû ïîñòîÿííûõ ðàçìåðîâ ïðîêàòûâàòü äî òðåáóåìîé øèðèíû, îòêàçàâøèñü îò óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ. Íè íà îäíîì òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå íå óñòàíîâëåíû ðåäóêöèîííûå êëåòè, õîòÿ îíè õîðîøî ïîêàçàëè ñåáÿ â ïîëóïðîìûøëåííûõ èñïûòàíèÿõ. Âïåðâûå òàêèå êëåòè óñòàíîâëåíû íå íà òîëñòîëèñòîâûõ, à íà øèðîêîïîëîñíûõ ñòàíàõ (ÍØÏÑ), ãäå ïðîáëåìà ðåãóëèðîâàíèÿ øèðèíû ñëÿáà â øèðîêèõ ïðåäåëàõ ñòîèò îñòðåå, òàê êàê íà òàêèõ ñòàíàõ (ïîñëåäíåãî ïîêîëåíèÿ) âîîáùå íå ïðèìåíÿþòñÿ óøèðèòåëüíûå ïðîïóñêè.  1980 ãîäó ðåäóêöèîííûé ñòàí áûë óñòàíîâëåí íà ÍØÏÑ çàâîäà â Îèòå (ßïîíèÿ). Ñòàí èìååò äâå âåðòèêàëüíûå êëåòè ñ êàëèáðîâàííûìè âàëêàìè è îäíó ãîðèçîíòàëüíóþ êëåòü, óñòàíîâëåííóþ ìåæäó íèìè äëÿ óìåíüøåíèÿ íàïëûâîâ ïîñëå âåðòèêàëüíûõ ïðîïóñêîâ. Ìîæíî ðåøèòü ïðîáëåìû ñîêðàùåíèÿ áîêîâîé îáðåçè ïóòåì óñòàíîâêè ïðåññà ïîñëå ÷åðíîâîé êëåòè êâàðòî. Ïîñëå óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ ñëÿá îáæèìàåòñÿ ñ áîêîâ íà ïðåññå (ðèñ. 16.18). Ïðè ýòîì óñòðàíÿþòñÿ îáðàçîâàâøèåñÿ ÿçûêè, è íà áîêîâûõ êðîìêàõ ïîÿâëÿþòñÿ íåáîëüøèå íàïëûâû. Äàëüíåéøàÿ ïðîêàòêà â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ îñóùåñòâëÿåòñÿ â íàïðàâëåíèè æèðíîé ñòðåëêè. Ïî íàÐèñ. 16.18. Îáæàòèå áîêîâûõ êðîìîê ñëÿáà íà ïðåññå ïëûâàì âûñîòíîå îáæàòèå áîëüøå, ÷åì 422
ïî ñðåäíåé ÷àñòè, ïîýòîìó âûòÿæêà êðîìîê áîëüøå, ÷åì ñåðåäèíû. Ýòî êîìïåíñèðóåò íåäîñòàòîê ìåòàëëà, èäóùåãî â âûòÿæêó ïî êðîìêàì, ïîýòîìó êîíöû ëèñòà âûðàâíèâàþòñÿ ïî øèðèíå. Ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøèõ íàïëûâàõ ìîæíî ïîëó÷èòü âûòÿæêó ïî êðîìêàì áîëüøå, ÷åì ïî ñåðåäèíå, è êîíåö ëèñòà ïðèìåò ôîðìó ðûáüåãî õâîñòà. Ïðè íàëè÷èè ðûáüåãî õâîñòà áîêîâàÿ îáðåçü ëèñòà ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò, à êîíöåâàÿ çíà÷èòåëüíà, íî îíà ìàëî óâåëè÷èâàåò îáùèå îòõîäû, îñîáåííî ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ. Ñõåìà ïðîêàòêè ñ îáðàáîòêîé ñëÿáà íà ïðåññå ïîñëå óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ íå ñîâñåì óäîáíà, äîðîãà è îáåñïå÷èâàåò ìåíüøóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü, òàê êàê ñîäåðæèò äîïîëíèòåëüíóþ òåõíîëîãè÷åñêóþ îïåðàöèþ. Îðèãèíàëüíîå ðåøåíèå ïðåäëîæåíî íà ñòàíå 2800 Êîììóíàðñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà. Îòëèâàåìûé ñëÿá èìååò ôîðìó ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ñî ñêîñàìè ïî áîêîâûì êðîìêàì (ðèñ. 16.19, à).  óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ òàêîé ñëÿá ïîäàåòñÿ â âàëêè çàîñòðåííûì êîíöîì, ÷àñòü êîòîðîãî ïðîõîäèò ÷åðåç âàëêè áåç îáæàòèÿ (ðèñ 16.19, á). Ýòà ÷àñòü ñëÿáà èãðàåò ðîëü æåñòêîãî êîíöà, á) h
à)
b Ðèñ. 16.19. Ôîðìà ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ñëÿáà (à) è åãî ïðîêàòêà â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ (á)
ò. å. âíåêîíòàêòíîé çîíû, êîòîðàÿ âûðàâíèâàåò äåôîðìàöèþ ìåòàëëà ïî øèðèíå. Åñëè ïðîâåñòè àíàëîãèþ ñ ðèñ. 16.11, òî â äàííîì ñëó÷àå îòñóòñòâóþò ó÷àñòêè A´ è B´ è ÿçûêè íå îáðàçóþòñÿ. Íà ñòàíå 3600 çàâîäà Àçîâñòàëü ïðîáëåìû ôîðìû ðàñêàòà ïîñëå óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ ðåøàþò â âåðòèêàëüíîé êëåòè. Òàêîå æå ðåøåíèå ðåàëèçîâàíî íà ñòàíå 2800 ÎÕÌÊ.  âåðòèêàëüíîé êëåòè ñëÿá îáæèìàåòñÿ ñ ïåðåìåííûì îáæàòèåì ïî äëèíå, ïðèîáðåòàÿ õ-îáðàçíóþ ôîðìó â ïëàíå (ðèñ. 16.20). Î÷åâèäíî, âûåìêè â ñðåäíåé ÷àñòè ñëÿáà äîëæíû áûòü ðàññ÷èòàíû òàê, ÷òîáû êîìïåíñèðîâàòü ÿçûêè â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ. Ïîìèìî ýëåêòðîìåõàíè÷åñêîãî íàæèìíîãî óñòðîéñòâà, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî óñòàíàâëèâàåòñÿ ïîëîæåíèå âåðòèêàëüíûõ âàëêîâ äî ïðîêàòêè, ñòàí äîëæåí èìåòü ìîùíîå ãèäðàâëè÷åñêîå íàæèìíîå óñòðîéñòâî, ïîçâîëÿþùåå èçìåíÿòü ðàññòîÿíèå Ðèñ. 16.20. Ïåðåìåííîå îáæàòèå ñëÿáà ìåæäó âàëêàìè â ïðîöåññå ïðîêàòêè. â âåðòèêàëüíîé êëåòè 423
Êðîìå òîãî, óïðàâëÿþùàÿ ÝÂÌ äîëæíà ðàññ÷èòàòü òðåáóåìûé ïðîôèëü ñëÿáà è ðåàëèçîâàòü åãî â âåðòèêàëüíîé êëåòè â àâòîìàòè÷åñêîì ðåæèìå óïðàâëåíèÿ. Íå êàæäûé òîëñòîëèñòîâîé ñòàí èìååò òàêèå òåõíîëîãè÷åñêèå âîçìîæíîñòè. Íà ñîâðåìåííûõ ÿïîíñêèõ òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ ñ âàëêàìè 40005000 ìì, à òàêæå íåêîòîðûõ ñòàíàõ Ãåðìàíèè óñòàíîâëåíû ìîùíûå ãèäðîíàæèìíûå óñòðîéñòâà íà ÷åðíîâîé êëåòè. Ñ èõ ïîìîùüþ ïî ñîîòâåòñòâóþùåé ïðîãðàììå, ðàçðàáîòàííîé äëÿ êàæäîãî òèïà ëèñòà, â ïîñëåäíåì óøèðèòåëüíîì ïðîïóñêå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîêàòêà ñ ïåðåìåííûì îáæàòèåì. Ïîëó÷àåòñÿ ïîëîñà ïåðåìåííîé âûñîòû â íàïðàâëåíèè øèðèíû áóäóùåãî ëèñòà (ðèñ. 16.21, à). Ïîñëå ðàçâîðîòà íà 90° â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ (ðèñ. 16.21, á) áîêîâûå êðîìêè ïîëîñû ïîëó÷àþò äîïîëíèòåëüíîå îáæàòèå, è âìåñòî ÿçûêîâ íà êîíöàõ ïîëó÷àåòñÿ ðûáèé õâîñò (ðèñ. 16.22). Ñõåìà òàêîãî ïðîöåññà íàçâàíà MAS-ïðîêàòêîé. Êîíöåâàÿ îáðåçü íà ëèñòàõ, ïðîêàòàííûõ ïî MAS-òåõíîëîãèè, íàìíîãî íèæå, ÷åì ïî îáû÷íîé òåõíîëîãèè. Çíà÷èòåëüíî ñîêðàùàåòñÿ òàêæå áîêîâàÿ îáðåçü. Îñîáåííî ýôôåêòèâíî ïðèìåíåíèå äàííîãî ñïîñîáà óïðàâëåíèÿ ôîðìîé ðàñêàòà íà ñòàíàõ, íå èìåþùèõ âåðòèêàëüíûõ âàëêîâ, íàïðèìåð íà ñòàíå 3000 çàâîäà èì. Èëüè÷à (Óêðàèíà), íà ñòàíå 3200 â Èëüçåíáóðãå (Ãåðìàíèÿ) è äð. Ìîæíî ðåêîìåíäîâàòü åãî äëÿ ñòàíà 5000 ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü. Òàêèå ñòàíû äîëæíû áûòü îñíàùåíû ìîùíûìè ãèäðàâëè÷åñêèìè íàæèìíûìè óñòðîéñòâàìè, óïðàâëÿåìûìè îò ÝÂÌ â àâòîìàòè÷åñêîì ðåæèìå ïî ðàñ÷åòíîé ïðîãðàììå. á)
h
à)
b
b
Ðèñ. 16.21. Ñõåìà ÌAS-ïðîêàòêè: à â ïîñëåäíåì óøèðèòåëüíîì ïðîïóñêå; á ïåðåä ïðîäîëüíûìè ïðîïóñêàìè
Ëèñò 8½1800½7000 Ãîëîâà
Õâîñò
Øèðèíà ëèñòà, ìì
á) Äëèíà êîíöîâ, ìì
Äëèíà êîíöîâ, ìì
à)
Ëèñò 8½1800½7000
Ãîëîâà Õâîñò
Øèðèíà ëèñòà, ìì
Ðèñ. 16.22. Ôîðìà êîíöîâ îáû÷íîé ïîëîñû (à) è ïðè MAS-ïðîêàòêå (á) 424
Ñõåìû MAS-ïðîêàòêè âåñüìà ðàçíîîáðàçíû (ðèñ. 16.23) âñëåäñòâèå èçìåíåíèÿ îáæàòèÿ â ïðîöåññå ïðîêàòêè â ïðîòÿæíûõ èëè óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ. Ýòî ìîæåò äàòü áîëüøóþ ýêîíîìèþ ìåòàëëà ïðè èçãîòîâëåíèè êîíêðåòíûõ äåòàëåé.  íàøåé ñòðàíå ñïîñîá MAS-ïðîêàòêè ïðîøåë îïðîáîâàíèå íà ñòàíå 1500 Àøèíñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà. Çäåñü âïåðâûå èñïûòàíû ðàçëè÷íûå ñõåìû ïðîêàòêè (ðèñ. 16.24). à) á)
â)
Ðèñ. 16.23. Ñõåìû MAS-ïðîêàòêè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ëèñòîâ ðàçíîé êîíôèãóðàöèè â ïëàíå à)
á)
Ðèñ. 16.24. Ñõåìû ïðîêàòêè ëèñòà íà Àøèíñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì çàâîäå
Ïîäðîáíåå ðàññìîòðèì ñòðóêòóðó ïîòåðü ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå òîëñòîãî ëèñòà (ðèñ. 16.25). Çíà÷èòåëüíóþ äîëþ â îáùèõ ïîòåðÿõ ñîñòàâëÿåò îáðåçü ïî êîíöàì è êðîìêàì ëèñòà. Ïîòåðè íàìíîãî ñîêðàùàþòñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè MAS-ïðîêàòêè. Íà ÿïîíñêèõ çàâîäàõ îíè äîâåäåíû äî 710 %. Íà îòå÷åñòâåííûõ çàâîäàõ ýòè ïîòåðè çíà÷èòåëüíî âûøå, ïðè÷åì ïî âñåì ñîñòàâëÿþùèì, è ìîãóò äîñòèãàòü 1522 %. Íåîïðàâäàííî âåëèêè ïîòåðè íà óãàð ìåòàëëà â íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷àõ. Çíà÷èòåëüíî âûøå òàêæå ïîòåðè îò ïåðåñîðòèöû, ïðè ïîäãîòîâêå ìåòàëëà ê ñäà÷å (îòáðàêîâêà, çà÷èñòêà è ïð.). Ñóùåñòâåííóþ äîëþ íà íàøèõ è íà çàðóáåæíûõ çàâîäàõ ñîñòàâëÿþò òåõíîëîãè÷åñêèå ïîòåðè, ò. å. ïîòåðè, çàïëàíèðîâàííûå òåõíîëîãèåé ïðîèçâîäñòâà ëèñòà.  òåõíîëîãè÷åñêèå ïîòåðè âõîäÿò ïîòåðè íà îòðåçêó ïðîá äëÿ ïîñëåäóþùèõ ìåõàíè÷åñêèõ èñïûòàíèé, êîòîðûå âðÿä ëè ìîæíî óìåíüøèòü. Êðîìå òîãî, áîëüøóþ äîëþ ñîñòàâëÿþò ïîòåðè íà îáðåçêó êðîìîê (äî 160 ìì) â ñâÿçè ñ åãî íåðîâíîñòüþ ïî âûñîòå. Ìû çíàåì, ÷òî â ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ íà ñëÿáå îáðàçóþòñÿ áîêîâûå íàïëûâû (ðèñ. 16.26, à).  óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ öåíòðàëüíûå ñëîè òàêæå ïðîðàáàòûâàþòñÿ ñëàáî, ïîýòîìó çäåñü íàïëûâû îáðàçóþòñÿ â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè. 425
2,5 %
Ïîòåðè ïî êðîìêàì
0,3 %
Ïîòåðè íà îáðåçü êîíöîâ
3,0 % 1,8 %
Óãàð 0,3 % 0,6 % 0,9 %
0,3 % 0,6 % 0,9 %
3,2 %
3,2 %
Îøèáêè ïðè ïîäãîòîâêå ìåòàëëà Ïîòåðè îò ïåðåñîðòèöû
Òåõíîëîãè÷åñêèé ïðèïóñê
Ðèñ. 16.25. Ñòðóêòóðà ïîòåðü ìåòàëëà äî (ñëåâà) è ïîñëå (ñïðàâà) âíåäðåíèÿ MAS-ïðîêàòêè íà çàâîäå â ã. Ìèöóñèìà (ßïîíèÿ)
Ïîñëå ðàçâîðîòà îíè îêàçûâàþòñÿ íà áîêîâûõ êðîìêàõ è ïðè äàëüíåéøåé ïðîêàòêå â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ çàêðûâàþòñÿ. ×òîáû ïîëíîñòüþ óäàëèòü ýòè ó÷àñòêè, ÃÎÑÒîì ïðåäóñìîòðåíà äîïîëíèòåëüíàÿ áîêîâàÿ îáðåçêà äî 160 ìì (ðèñ. 16.26, á). ×åì òîëùå èñõîäíûé ñëÿá è øèðå êîíå÷íûé ëèñò, òåì áîëüøå íàïëûâû è òåõíîëîãè÷åñêèå ïîòåðè. Óâåëè÷èâàÿ ñòåïåíü ïðîðàáîòêè öåíòðàëüíûõ ñëîåâ ìåòàëëà â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ, ìîæíî óëó÷øèòü êîíôèãóðàöèþ áîêîâîé êðîìêè è óìåíüøèòü äîëþ òåõíîëîãè÷åñêîé îáðåçè. Ãîðàçäî áîëüøàÿ ÷àñòü òåõíîëîãè÷åñêèõ ïîòåðü ñâÿçàíà ñ îðãàíèçàöèåé ïðîèçâîäñòâà. Îñîáåííî âåëèêè îíè ïðè ïðîêàòêå ëèñòîâ ñ òî÷íî çàäàííûìè ðàçìåðàìè: âûñîòîé, äëèíîé è øèðèíîé. Ïðè áîëüøèõ äîïóñêàõ íà ýòè ðàçìåðû, à òàêæå èç-çà íåñòàáèëüíîñòè ïðîèçâîäñòâà âîçìîæåí áîëüøîé ðàçáðîñ ôàêòè÷åñêèõ ðàçìåðîâ îò çàïëàíèðîâàííûõ. Òåõíîëîã äîëæåí çàäàâàòü â ïðîèçâîäñòâî çíà÷èòåëüíî áîëüøåå êîëè÷åñòâî ìåòàëëà, ÷åì òðåáóåòñÿ: ëó÷øå çàëîæèòü ëèøíþþ îáðåçü, ÷åì íå âûïîëíèòü çàêàç ïî ðàçìåðàì. Ýòà ÷àñòü ïîòåðü ïîëíîñòüþ çàâèñèò îò îðãàíèçàöèè è êóëüòóðû ïðîèçâîäñòâà è íà ðîññèéñêèõ çàâîäàõ î÷åíü âåëèêà. Ñîêðàòèòü îðãàíèçàöèîííûå ïîòåðè ìîæíî â íåñêîëüêî ðàç. á) h
à)
b Ðèñ. 16.26. Òåõíîëîãè÷åñêàÿ îáðåçü ïðè ïðîêàòêå 426
 öåëîì îòìåòèì, ÷òî íà îòå÷åñòâåííûõ çàâîäàõ ïîêà íåäîñòàòî÷íîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ óìåíüøåíèþ ïîòåðü è óëó÷øåíèþ èõ ñòðóêòóðû, à òàêæå ïðîáëåìàì óëó÷øåíèÿ ãåîìåòðèè ëèñòà. 16.6. Òåðìè÷åñêàÿ è òåðìîìåõàíè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ëèñòà Áîëåå âàæíîé è ïåðâîî÷åðåäíîé ñ÷èòàåòñÿ çàäà÷à óëó÷øåíèÿ êà÷åñòâà òîëñòîëèñòîâîãî ìåòàëëà çà ñ÷åò ïðàâèëüíîãî âûáîðà òåìïåðàòóðíîãî ðåæèìà ïðîêàòêè, òåðìè÷åñêîé è òåðìîìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè ëèñòà â òåõíîëîãè÷åñêîì ïîòîêå ñòàíà. Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò (ïðîâåäåíû íà ñòàíå 2800 ×åðÌÊ), ÷òî ïðè îáû÷íîé ïðîêàòêå ëèñòîâ òîëùèíîé áîëåå 12 ìì òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ñîñòàâëÿåò 9001050 °Ñ, ÷òî íà 100150 °Ñ ïðåâûøàåò îïòèìàëüíóþ, ïðè÷åì êîëåáàíèÿ òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè âíóòðè ïàðòèè ëèñòîâ äîñòèãàþò 50 °Ñ è áîëåå. Ïîýòîìó äî 40 % ëèñòîâ ïî ïåðâûì èñïûòàíèÿì íå óäîâëåòâîðÿþò òðåáîâàíèÿì ñòàíäàðòîâ. Òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè äëÿ ñðåäíåóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé äîëæíà áûòü â äèàïàçîíå îò Àr3 äî (Àr3 + 50). Áîëåå âûñîêèå òåìïåðàòóðû ñïîñîáñòâóþò óâåëè÷åíèþ çåðíà, ïîýòîìó âÿçêèå õàðàêòåðèñòèêè ìåòàëëà ñíèæàþòñÿ. Îïàñíû òàêæå òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè íèæå Àr3, òàê êàê ïðè ýòîì íà÷èíàåò ðàñïàäàòüñÿ àóñòåíèò. Îáðàçóþùèåñÿ ïðè ðàñïàäå çåðíà ôåððèòà èìåþò ìåíüøóþ ïðî÷íîñòü è äåôîðìèðóþòñÿ ñ áîëüøåé èíòåíñèâíîñòüþ, ÷åì ïåðëèòíûå çåðíà. Îáðàçóåòñÿ òàê íàçûâàåìàÿ ïåñòðàÿ ñòðóêòóðà ìåòàëëà, â êîòîðîé çà ñ÷åò âçàèìîäåéñòâèÿ çåðåí ïîÿâëÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå ñíèæàþò îáùèå ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà. Äëÿ íèçêîëåãèðîâàííûõ ìàëîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé (äî 0,1 % Ñ), íàîáîðîò, ïîëåçíû òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè íèæå Àr3, òàê êàê ïðè ýòîì ïåðëèò ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò è ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü ïîëó÷èòü î÷åíü ìåëêèå ôåððèòíûå çåðíà, óïðî÷íèâ èõ ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè. Ïðîìûøëåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè ñ 1000 äî 800 °Ñ óâåëè÷èâàåò ïðåäåë òåêó÷åñòè íèçêîëåãèðîâàííîé ñòàëè 09Ã2ÔÁÒ íà 110130 Í/ìì2. Äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ îêîí÷àòåëüíûõ ñâîéñòâ òîëñòîãî ëèñòà áîëüøîå çíà÷åíèå èìåþò ðåæèìû åãî òåðìè÷åñêîé è òåðìîìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè. Áåç ýòèõ îïåðàöèé íå îáõîäèòñÿ ïðîèçâîäñòâî íè îäíîãî èç âèäîâ òîëñòîãî ëèñòà. Íà ñîâðåìåííûõ òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ â òåõíîëîãè÷åñêîì ïîòîêå, à òàêæå íà îòäåëüíî ñòîÿùèõ òåðìè÷åñêèõ àãðåãàòàõ îñóùåñòâëÿþò ïðàêòè÷åñêè âñå âèäû òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè îòæèã, íîðìàëèçàöèþ, óñêîðåííîå îõëàæäåíèå, çàêàëêó è îòïóñê ñ áîëüøèì ðàçíîîáðàçèåì ãðàôèêîâ íàãðåâà, âûäåðæêè è îõëàæäåíèÿ ìåòàëëà. Ðàññìîòðèì òåðìîìåõàíè÷åñêóþ (ÒÌÎ) è êîíòðîëèðóåìóþ ïðîêàòêó òîëñòîãî ëèñòà, êîòîðàÿ ñòàâèò ñâîåé çàäà÷åé ðàçðàáîòêó ðåæèìîâ îäíîâðåìåííîãî âîçäåéñòâèÿ íà ìåòàëë äîçèðîâàííûõ äåôîðìàöèè è òåðìîîáðàáîòêè â ïðîöåññå ïðîêàòêè ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ òðåáóåìîé ñòðóêòóðû è ñâîéñòâ ìåòàëëà. Íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíû òàêèå ðåæèìû íà íèçêîëåãèðîâàííûõ ìàëîóãëåðîäèñòûõ ñòàëÿõ òèïà 09Ã2, 08Ã2ÔÁ, 09Ã2ÑÔ, 17Ã1ÑÓ, 10ÕÑÍÄ è äð. Îäíî èç ãëàâíûõ òðåáîâàíèé ê ëèñòàì, ïðîêàòûâàåìûì èç òàêèõ ñòàëåé, âûñîêàÿ óäàðíàÿ 427
âÿçêîñòü ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ (40, 60 °Ñ è ìåíåå). Ñòàëè ñ ìèêðîäîáàâêàìè V è Nb ðåàëèçóþò ñâîè îïòèìàëüíûå ñâîéñòâà òîëüêî ïîñëå ÒÌÎ èëè êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ðàçíîâèäíîñòåé ÒÌÎ íèçêîóãëåðîäèñòûõ è íèçêîëåãèðîâàííûõ ñòàëåé. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíà äëÿ òîëñòîãî ëèñòà âûñîòêîòåìïåðàòóðíàÿ òåðìîìåõàíè÷åñêàÿ îáðàáîòêà (ÂÒÌÎ), ïðè êîòîðîé ëèñò ïîñëå ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè çàêàëèâàåòñÿ è çàòåì îòïóñêàåòñÿ ñ ïîëó÷åíèåì ôåððèòíî-ïåðëèòíûõ èëè áåéíèòíûõ ñòðóêòóð. Íàèëó÷øèé ðåçóëüòàò äîñòèãàåòñÿ â òîì ñëó÷àå, êîãäà çàêàëêà îñóùåñòâëÿåòñÿ îò òåìïåðàòóð, ëåæàùèõ â èíòåðâàëå äâóõôàçíîé (α + γ)-îáëàñòè, òàê êàê ïðè ýòîì èç àóñòåíèòà îáðàçóåòñÿ ìåëêîçåðíèñòûé ìàðòåíñèò ñ ðàçâèòîé ïîëèãîíèçèðîâàííîé ñòðóêòóðîé. Äëÿ óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ ëèñòà ïîñëå ïðîêàòêè øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè óñòàíîâêè ðîëèêîâîãî òèïà ðîëèêîçàêàëî÷íûå ìàøèíû. Îñíîâíàÿ çàäà÷à ïðè îõëàæäåíèè ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû èçáåæàòü êîðîáëåíèÿ ïîëîñû èç-çà íåðàâíîìåðíîãî åå îõëàæäåíèÿ. Ñîîòâåòñòâåííî, ìàøèíà äîëæíà áûòü îáîðóäîâàíà ñèñòåìàìè, îáåñïå÷èâàþùèìè è êîíòðîëèðóþùèìè ðàâíîìåðíîñòü îõëàæäåíèÿ ïîëîñû ïî âñåé ïëîùàäè. Îáû÷íî ïåðåä óñòàíîâêîé ëèñò äîëæåí ïðîéòè ïðàâêó. ÄîíÍÈÈ×åðìåò ðàçðàáîòàë ñîâìåùåííûé ïðîöåññ ïðàâêè è êîíòðîëèðóåìîãî èëè óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ ëèñòà. Ïðàâèëüíî-îõëàæäàþùàÿ ìàøèíà ñíàáæåíà ñèñòåìîé ïîäà÷è âîäû íà ïîëîñó ìåæäó ïðàâÿùèìè ðîëèêàìè. Ñèñòåìà ðàáîòàåò îò ÝÂÌ, ðàññ÷èòûâàþùåé ðåæèì ïîäà÷è âîäû, ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ïîëîñû è äðóãèå ïàðàìåòðû. Ïîñëå ïðîêàòêè â (α + γ)-îáëàñòè ïðè ÂÒÌÎ ÷àñòî âìåñòî çàêàëêè ïðèìåíÿþò äðóãèå ñïîñîáû îõëàæäåíèÿ ìåòàëëà.  çàâèñèìîñòè îò âðåìåíè âûäåðæêè, òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè è ñêîðîñòè ïîñëåäóþùåãî îõëàæäåíèÿ ïîëó÷àþò ðàçëè÷íûå ñòðóêòóðû è ñâîéñòâà ãîòîâîãî ëèñòà: ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ îõëàæäåíèÿ ïîëèãîíàëüíûé ôåððèò ñ ìåëêèìè âûòÿíóòûìè çåðíàìè, ïðè áîëåå âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ èãîëü÷àòûé ôåððèò ñ çåðíàìè íåïðàâèëüíîé ôîðìû ñ ðàçâèòîé ñóáñòðóêòóðîé è ïëîñêèìè ãðàíèöàìè, ðàçìåð êîòîðûõ çàâèñèò îò çåðåí ïåðâîíà÷àëüíî îáðàçóþùåãîñÿ ôåððèòà. Ïðè òåõ æå ñêîðîñòÿõ îõëàæäåíèÿ, íî áîëåå íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ äåôîðìàöèè îáðàçóåòñÿ âåðõíèé áåéíèò, ðàçìåð çåðåí êîòîðîãî è ïëîòíîñòü äèñëîêàöèîííîé ñòðóêòóðû îïðåäåëÿþòñÿ ðàçìåðîì çåðåí èñõîäíîãî àóñòåíèòà, à íå ôåððèòà, êàê â ïðåäûäóùåì ñëó÷àå. Ëåãêî ðåàëèçóåìà â ïîòîêå ñòàíà ÂÒÌÎ, çàêëþ÷àþùàÿñÿ â ãîðÿ÷åé äåôîðìàöèè àóñòåíèòà ñ ïîñëåäóþùèì áûñòðûì îõëàæäåíèåì äî òåìïåðàòóð ôàçîâîãî ïðåâðàùåíèÿ γ → α è äåôîðìàöèåé ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ. Ïðîèñõîäèò ïåðåêðèñòàëëèçàöèÿ ìåòàëëà çà ñ÷åò çàðîæäåíèÿ è ðîñòà íîâûõ çåðåí. Ïðè ýòîì çåðíî áûñòðî ðàçìåëü÷àåòñÿ, ïðîèñõîäèò ïîëèãîíèçàöèÿ ñòðóêòóðû îáðàçóþùåãîñÿ ìåëêîçåðíèñòîãî âûòÿíóòîãî ôåððèòà. Ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåííûå â íåì ñôåðè÷åñêèå ÷àñòèöû öåìåíòèòà îáåñïå÷èâàþò âûñîêèå ïðî÷íîñòíûå è íå ñíèæàþò ïëàñòè÷åñêèå ñâîéñòâà ëèñòà. Ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ñïîñîáñòâóåò, âî-ïåðâûõ, äîïîëíèòåëüíîìó èçìåëü÷åíèþ çåðíà, âî-âòîðûõ, îáðàçîâàíèþ íîâûõ äåôåêòíûõ ñòðóêòóð, ïîìîãàþùèõ ðàñïàäó àóñòåíèòà. ×åì íèæå òåìïåðàòóðà äåôîðìàöèè â (α + γ)-îáëàñòè è âûøå ñòåïåíü äåôîðìàöèè, òåì áîëüøàÿ äîëÿ ôåððèòà îêàçûâàåòñÿ â íàêëåïàííîì ñîñòîÿíèè, è çåðíà ôåððèòà ñòàíîâÿòñÿ ìåëü÷å è ïîëèãîíèçèðîâàííåå, ÷òî ñïîñîá428
ñòâóåò óâåëè÷åíèþ åãî ïðî÷íîñòè. Ïðè íàëè÷èè â ñòàëè ìèêðîëåãèðóþùèõ äîáàâîê V è Nb (â ñîòûõ äîëÿõ ïðîöåíòà) ïðîèñõîäèò èõ ðàñòâîðåíèå ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ, ÷òî çàìåäëÿåò ïðîöåññû, ñâÿçàííûå ñ äèôôóçèåé, ðîñò çåðíà, ðåêðèñòàëëèçàöèþ è γα-ïðåâðàùåíèå. Ïðè ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû ïðîêàòêè ïðîèñõîäèò îáèëüíîå âûäåëåíèå ìåëêîäèñïåðñíûõ êàðáîíèòðèäîâ ýòèõ ýëåìåíòîâ, êîòîðûå, ñ îäíîé ñòîðîíû, ïðåïÿòñòâóþò ðîñòó çåðåí ôåððèòà è ñïîñîáñòâóþò åùå áîëüøåìó èõ èçìåëü÷åíèþ è, ñ äðóãîé ñòîðîíû, óïðî÷íÿþò ôåððèò. Ïðè êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêå, êîòîðóþ íåêîòîðûå àâòîðû ñ÷èòàþò ðàçíîâèäíîñòüþ ÂÒÌÎ, äîëæíû ñòðîãî âûäåðæèâàòüñÿ ðåæèì è òåìïåðàòóðà íàãðåâà ìåòàëëà ïîä ïðîêàòêó, òåìïåðàòóðà ïðîêàòêè è ðåæèì îáæàòèÿ â ÷åðíîâîé êëåòè, âðåìÿ ïîäñòóæèâàíèÿ ðàñêàòà ïåðåä ÷èñòîâîé êëåòüþ, ÷àñòíûå è ñóììàðíîå îáæàòèÿ â ÷èñòîâîé êëåòè, òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè, ðåæèì îõëàæäåíèÿ ëèñòà ïîñëå ïðîêàòêè. Îïòèìàëüíûå ñâîéñòâà ëèñòà, ò. å. âûñîêàÿ ïðî÷íîñòü ïðè âûñîêîé ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà è âûñîêîé âÿçêîñòè ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, äîñòèãàþòñÿ ïðè îïðåäåëåííûõ äëÿ êàæäîé ìàðêè ñòàëè çíà÷åíèÿõ ïåðå÷èñëåííûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ. Ôîðìèðîâàíèå òàêèõ ñâîéñòâ ïðîèñõîäèò âñëåäñòâèå îäíîâðåìåííîãî äåéñòâèÿ ñëåäóþùèõ îñíîâíûõ ìåõàíèçìîâ: èçìåëü÷åíèå çåðíà, âíîñÿùåãî â îáùèé âêëàä äîëþ 3545 %, ïîëèãîíèçàöèÿ ñòðóêòóðû (ïðèìåðíàÿ äîëÿ 2535 %) è äèñïåðñèîííîå óïðî÷íåíèå êàðáîíèòðèäàìè âàíàäèÿ, òèòàíà è íèîáèÿ (2025 %). Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ìåõàíèçì óïðî÷íåíèÿ ôåððèòà ñ ïîìîùüþ êàðáîíèòðèäîâ ðàçëè÷åí â çàâèñèìîñòè îò âèäà ìèêðîëåãèðóþùèõ äîáàâîê. Òèòàí ðàñòâîðÿåòñÿ â àóñòåíèòå ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ, ïîýòîìó ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ ñòàëåé, íàãðåâàåìûõ äî ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûõ òåìïåðàòóð (12001250 °Ñ). Íèòðèäû òèòàíà ñòàáèëüíû ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ è ïîçâîëÿþò êîíòðîëèðîâàòü ðàçìåð çåðíà àóñòåíèòà. Ïðè ïîñëåäóþùåì îõëàæåíèè â ïðîöåññå ïðîêàòêè êàðáèäû òèòàíà âûäåëÿþòñÿ ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ è óïðî÷íÿþò àóñòåíèò. Äåôîðìàöèÿ óïðî÷íåííîãî è ìåëêîçåðíèñòîãî àóñòåíèòà è åãî ïîñëåäóþùèé ðàñïàä îáåñïå÷èâàþò ïîëó÷åíèå óïðî÷íåííûõ ìåëêèõ çåðåí ôåððèòà. Âàíàäèé ðàñòâîðÿåòñÿ â àóñòåíèòå ïðè áîëåå íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ (îêîëî 1150 °Ñ), ñëåäîâàòåëüíî, äîïóñêàåò áîëåå íèçêèé íàãðåâ ïîä ïðîêàòêó. Îí ïðàêòè÷åñêè íå ôîðìèðóåò âûäåëåíèé â àóñòåíèòå. Âûäåëåíèå êàðáîíèòðèäîâ âàíàäèÿ ïðîèñõîäèò â îñíîâíîì â ïðîöåññå è ïîñëå ôàçîâîãî γα-ïðåâðàùåíèÿ. Êàðáîíèòðèäû ìîãóò ðàñïîëàãàòüñÿ ïî ãðàíèöàì çåðåí, óïðî÷íÿÿ èõ. Ìíîãî ÷àñòèö âûäåëÿåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî â ôåððèò, ñïîñîáñòâóÿ åãî èçìåëü÷åíèþ è óïðî÷íåíèþ. Êàê ìèêðîëåãèðóþùèé ýëåìåíò äëÿ èçìåëü÷åíèÿ çåðíà íàèáîëåå ýôôåêòèâåí íèîáèé, êàðáîíèòðèäû êîòîðîãî îáåñïå÷èâàþò ìàêñèìàëüíîå òîðìîæåíèå ðåêðèñòàëëèçàöèè àóñòåíèòà. Ìåëêîäèñïåðñíûå ÷àñòèöû êàðáîíèòðèäîâ, îáèëüíî âûïàäàþùèå ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïðè òåìïåðàòóðàõ ôàçîâîãî ïåðåõîäà γα, èçìåëü÷àþò çåðíî ïî ìåõàíèçìó òîðìîæåíèÿ ðåêðèñòàëëèçàöèè. Ïðè íàëè÷èè íèîáèÿ â êîëè÷åñòâå 0,03 % ñòàëü íå ðåêðèñòàëëèçóåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå 950 °Ñ. Êàðáîíèòðèäû ïðîäîëæàþò âûïàäàòü òàêæå ïðè îõëàæäåíèè ïîñëå ïðîêàòêè è óïðî÷íÿþò ôåððèò ïî ìåõàíèçìó äèñïåðñèîííîãî òâåðäåíèÿ. Ýòî ïîçâîëÿåò íàèáîëåå ýôôåêòèâíî èçìåëü÷àòü è óïðî÷íÿòü ôåððèò â ïðîöåññå äåôîðìàöèè â (α + γ)-îáëàñòè è ïîñëåäóþùåãî îõëàæäåíèÿ. Ïðè ñîâìåñòíîì ëåãèðîâàíèè ìåòàëëà âàíàäèåì è íèîáèåì ðàñøèðÿþòñÿ âîçìîæíîñòè êàæäîãî 429
èç ìåõàíèçìîâ èçìåëü÷åíèÿ è óïðî÷íåíèÿ ìåòàëëà, à òàêæå äèàïàçîí òåìïåðàòóð, ïðè êîòîðûõ âûäåëÿþòñÿ óïðî÷íÿþùèå ÷àñòèöû. Òàêèì îáðàçîì, â çàâèñèìîñòè îò ëåãèðóþùèõ äîáàâîê äëÿ êàæäîé ìàðêè ñòàëè âûáèðàåòñÿ êàê òåìïåðàòóðà íàãðåâà ïîä ïðîêàòêó, òàê è òåìïåðàòóðíûé è äåôîðìàöèîííûé ðåæèì. Íàïðèìåð, èññëåäîâàíèÿ, ïðîâåäåííûå íà ñòàíå 3600 Àçîâñòàëè ïðè ïðîêàòêå ëèñòîâ òîëùèíîé îò 12 äî 32 ìì èç ñòàëåé ìàðîê 08Ã2ÑÔÁ è 09Ã2ÔÁ, ïðèìåíÿåìûõ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ýëåêòðîñâàðíûõ õëàäîñòîéêèõ ãàçîïðîâîäíûõ òðóá äèàìåòðîì 1420 ìì, ïîêàçàëè, ÷òî ñóùåñòâóåò îïðåäåëåííûé èíòåðâàë çíà÷åíèé ïåðå÷èñëåííûõ ïàðàìåòðîâ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ îäíîãî èç ãëàâíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ñâîéñòâ òîëñòîãî ëèñòà âûñîêîé óäàðíîé âÿçêîñòè ìåòàëëà ïðè òåìïåðàòóðàõ 40 è 60 °Ñ. Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû íàãðåâà ìåòàëëà ïîä ïðîêàòêó äî 1250 °Ñ ñíèæàåòñÿ óäàðíàÿ âÿçêîñòü è äîëÿ âÿçêîé ñîñòàâëÿþùåé â èçëîìå ñòàíäàðòíûõ îáðàçöîâ DWTT ïðè òåìïåðàòóðå íèæå 15 °Ñ. Ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ íàãðåâà áûñòðî ðàñòåò çåðíî àóñòåíèòà, è ïîñëå ïðîêàòêè â ãîòîâîì ëèñòå íàáëþäàåòñÿ ñòðóêòóðà âåðõåãî áåéíèòà è äàæå âîçìîæíû ó÷àñòêè ñ îñòàòî÷íûì àóñòåíèòîì. Ïðè âûñîêîì íàãðåâå òàêæå óìåíüøàåòñÿ ïëîòíîñòü äèñëîêàöèé, áîëüøå ðàñòâîðÿåòñÿ âûñîêîäèñïåðñíûõ êàðáîíèòðèäîâ âàíàäèÿ è íèîáèÿ. Ê ÷èñòîâîé êëåòè ìåòàëë ïðèõîäèò ñ íåáîëüøèì êîëè÷åñòâîì öåíòðîâ çàðîæäåíèÿ çåðåí ïåðëèòà, ÷òî âåäåò ê âûñîêîé óñòîé÷èâîñòè àóñòåíèòà ïðè òåìïåðàòóðàõ ïåðëèòíîãî ïðåâðàùåíèÿ. Ïðè ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû íàãðåâà ïîä ïðîêàòêó äî 1150 °Ñ óâåëè÷èâàåòñÿ óäàðíàÿ âÿçêîñòü ìåòàëëà íà 0,30,8 Äæ/ì2 è äîëÿ âÿçêîé ñîñòàâëÿþùåé ïðè èçëîìå. Ïðè ýòîì õðóïêîå ðàçðóøåíèå ìåòàëëà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîèñõîäèò íå ñòîëü ëàâèíîîáðàçíî, êàê ïðè ïðîêàòêå îò âûñîêèõ òåìïåðàòóð. Çåðíà àóñòåíèòà ïðè íàãðåâå è ïðîêàòêå îò òàêèõ òåìïåðàòóð èìåþò âûòÿíóòóþ ëàäüåîáðàçíóþ ôîðìó, âíóòðè çåðåí ôîðìèðóþòñÿ ïîëîñû äåôîðìàöèè ñ âûñîêîé ïëîòíîñòüþ äèñëîêàöèé. Âûñîêàÿ ýíåðãèÿ âíóòðèçåðåííûõ ñòðóêòóð ïðè îñòûâàíèè ñïîñîáñòâóåò çàðîæäåíèþ ìåëêîçåðíèñòûõ çåðåí ôåððèòà. Áîëåå íèçêèé íàãðåâ ïîä ïðîêàòêó (íèæå 1150 °Ñ) íåæåëàòåëåí, òàê êàê ïðèâîäèò ê íåäîñòàòî÷íîìó ðàñòâîðåíèþ â àóñòåíèòå êàðáîíèòðèäîâ âàíàäèÿ è íèîáèÿ. Ïðè äàëüíåéøåé ïðîêàòêå è îõëàæäåíèè ìåòàëëà èç ðàñòâîðà âûïàäàåò ìåíüøåå êîëè÷åñòâî âûñîêîäèñïåðñíûõ ÷àñòèö, êîòîðûå íåîáõîäèìû äëÿ óïðî÷íåíèÿ çåðåí ôåððèòà ïðè γα-ïðåâðàùåíèè. Âàæíåéøèìè ïàðàìåòðàìè êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè ÿâëÿþòñÿ ñòåïåíü äåôîðìàöèè è òåìïåðàòóðà ïðîêàòêè â êàæäîì ïðîïóñêå. Ïðîêàòêó îáû÷íî âåäóò â äâà ýòàïà. Äî òîëùèí, ðàâíûõ ïðèìåðíî äâóì-òðåì òîëùèíàì ãîòîâîãî ëèñòà, ïðîâîäèòñÿ ïåðâàÿ ïðîêàòêà ïî îáû÷íûì ðåæèìàì, ò. å. ïðè òåìïåðàòóðàõ íàãðåâà äåôîðìèðóþò àóñòåíèò. Çàòåì ëèñò ïîäñòóæèâàþò íà îòâîäÿùåì ðîëüãàíãå èëè íà ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ïëîùàäêàõ, îáîðóäîâàííûõ óñòðîéñòâàìè äëÿ óñêîðåíèÿ îõëàæäåíèÿ. Âòîðàÿ (÷èñòîâàÿ) ïðîêàòêà ïðîâîäèòñÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ ôàçîâîãî ïåðåõîäà, êîòîðàÿ, ñòðîãî ãîâîðÿ, äîëæíà âû÷èñëÿòüñÿ îòäåëüíî äëÿ êàæäîé ìàðêè è äàæå ïëàâêè ìåòàëëà. Íàïðèìåð, äëÿ ëèñòà 16,8½2195 ìì èç ñòàëè 09Ã2ÔÁ òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè ëåæèò â èíòåðâàëå 700750 °Ñ. ×åì íèæå òåìïåðàòóðà ïîäñòóæèâàíèÿ â ýòîì èíòåðâàëå è âûøå ñóììàðíàÿ ñòåïåíü äåôîðìàöèè â ÷èñòîâûõ ïðîïóñêàõ, òåì âûøå ñâîéñòâà ëèñòà. Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ïðîêàòêà äàæå ïðè íåáîëüøèõ åäèíè÷íûõ îáæàòèÿõ ñïîñîáñòâóåò óâåëè÷åíèþ óäàðíîé âÿçêîñòè 430
ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ è ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü äîëþ âÿçêîé ñîñòàâëÿþùåé ïðè èçëîìå ïðè òåìïåðàòóðå 60 °Ñ îò 0 äî 100 %. Ïðè ýòîì óìåíüøàåòñÿ òàêæå ðàçìåð çåðíà (äî áàëëà 911).  ñòðóêòóðå ñòàëè íàáëþäàþòñÿ õîðîøî ðàçâèòûå ìåëêèå ñóáçåðíà, ðàçäåëåííûå ìàëîóãëîâûìè ãðàíèöàìè. Äèñëîêàöèîííàÿ ñåòêà âíóòðè çåðåí èìååò ïðàâèëüíóþ ôîðìó. Íà ìíîãèõ òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ òåìïåðàòóðà âòîðîé ïðîêàòêè è ðåæèì äåôîðìàöèè â íèõ ñäåðæèâàþòñÿ âîçìîæíîñòÿìè îáîðóäîâàíèÿ. Ñòàíû 3600 è 5000, îïèñàííûå ðàíåå, ñïåöèàëüíî ïðîåêòèðîâàëèñü ïîä êîíòðîëèðóåìóþ ïðîêàòêó. Íà ñòàíå 5000 â ðåæèìå ÒÌÎ ïðîêàòàíà ïàðòèÿ ïðîêàòà èç ñòàëè 10ÃÁ äëÿ òîëñòîñòåííûõ òðóá ïîäâîäíîãî òðóáîïðîâîäà. Òåðìîìåõàíè÷åñêàÿ ïðîêàòêà ïðîâîäèòñÿ íà ñòàíå 2800 ÎÕÌÊ äëÿ ïðîèçâîäñòâà õëàäîñòîéêèõ òðóá èç ñòàëè 10Ã2ÑÔÁ. Óñïåøíîå ïðîìûøëåííîå îïðîáîâàíèå ðåæèìîâ êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè ïðîâåäåíî òàêæå íà íåïðåðûâíûõ øèðîêîïîëîñíûõ ñòàíàõ: íà ñòàíå 2000 ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü (ñòàëè 12ÃÑÁ è 12Ã2ÑÁ) è íà ñòàíå 2000 ÍËÌÊ íà ñòàëÿõ 08ÃÁÞ è 09ÃÁÞ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ òðóá ñåâåðíîãî èñïîëíåíèÿ äèàìåòðîì 530 ìì ñ òîëùèíîé ñòåíêè 512 ìì. Íà âåäóùèõ ïðåäïðèÿòèÿõ Ðîññèè è äðóãèõ ñòðàí ïî òåõíîëîãè÷åñêîìó ïîòîêó âåäóò àâòîìàòèçèðîâàííûé êîíòðîëü ïîëîæåíèÿ è ðàçìåðîâ ðàñêàòà â ïîòîêå, êîíòðîëü òåìïåðàòóðû, ñèëû ïðîêàòêè è äðóãèõ ïàðàìåòðîâ. Íî íà íàøèõ ñòàíàõ ìàëî èñïîëüçóþò êîìïüþòåðíûå ìîäåëè äëÿ îïòèìèçàöèè ïðîöåññà íàãðåâà ñëÿáà, òåìïåðàòóðíî-äåôîðìàöèîííûõ ïàðàìåòðîâ, óïðàâëåíèÿ ïðîêàòêîé ñðàçó íåñêîëüêèõ ñëÿáîâ íà ðàçíûõ ñòàäèÿõ èõ îáðàáîòêè. Íåîáõîäèìû òàêæå ìîäåëè ðåêðèñòàëëèçàöèè àóñòåíèòà è âûäåëåíèÿ êàðáîíèòðèäíûõ ôàç, ìîäåëè ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ, ìîäåëè òèïà ñòðóêòóðàñâîéñòâà. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì òîëùèíû ëèñòà ðåçêî âîçðàñòàþò òðóäíîñòè îáåñïå÷åíèÿ åãî òðåáóåìûõ ñâîéñòâ. Íàïðèìåð, ïðè ïðîèçâîäñòâå ëèñòà ïî îïòèìàëüíîé òåõíîëîãèè äëÿ òîëñòîñòåííûõ òðóá òåìïåðàòóðû, ïðè êîòîðûõ íàáëþäàåòñÿ 100 % âÿçêîé ñîñòàâëÿþùåé íà îáðàçöàõ DWTT, ðàâíû 100 °Ñ ïðè òîëùèíàõ 510 ìì è 10...
20 °Ñ ïðè òîëùèíàõ 3540 ìì. Ïîýòîìó ðàññìîòðåííûå ìîäåëè äîëæíû ñòðîèòüñÿ äëÿ êàæäîé ìàðêè ñòàëè, êàæäîãî ðàçìåðà ëèñòà ñ ó÷åòîì âñåõ îñîáåííîñòåé åãî ïðîèçâîäñòâà, íà÷èíàÿ îò âûïëàâêè ìåòàëëà. Ðàçíîâèäíîñòüþ êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè ÿâëÿåòñÿ ñïîñîá óïðî÷íåíèÿ ïðîêàòà â ïîòîêå ñòàíà ñ ïðîìåæóòî÷íîé ïåðåêðèñòàëëèçàöèåé ìåòàëëà ïîñëå ÷åðíîâîé êëåòè, çàïàòåíòîâàííûé ÿïîíñêîé ôèðìîé Ñóìèòîìî Êèíçóêè Êîã¸. Âíà÷àëå ïðîâîäèòñÿ îáû÷íàÿ ïðîêàòêà â îáëàñòè àóñòåíèòà, çàòåì ñëåäóåò ãëóáîêîå ïîäñòóæèâàíèå è âíîâü ïîäîãðåâ äî ìåæêðèòè÷åñêèõ òåìïåðàòóð, äàëåå âòîðàÿ ïðîêàòêà ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ è îõëàæäåíèå íà âîçäóõå. Äîïîëíèòåëüíîå èçìåëü÷åíèå çåðíà äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò äâîéíîé ôàçîâîé ïåðåêðèñòàëëèçàöèè ïðè αγïðåâðàùåíèÿõ. Òà æå èäåÿ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà ïðè ïîñòðîåíèè áîëåå ñëîæíûõ ðåæèìîâ êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè. Íàïðèìåð, äëÿ ìàëî- è ñðåäíåóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé ðàçðàáîòàíû äâà ðåæèìà (ðèñ. 16.27). Ïî ïåðâîé ñõåìå (ñì. ðèñ. 16.27, à) ìåòàëë íàãðåâàåòñÿ äî òåìïåðàòóðû 1050 °Ñ è âûäåðæèâàåòñÿ äî ïîëíîé àóñòåíèçàöèè, ïîñëå ÷åãî ñëåäóåò îõëàæäåíèå äî òåìïåðàòóðû 900 °Ñ è ÷åðíîâàÿ ïðîêàòêà. Çàòåì ëèñò îõëàæäàåòñÿ äî òåìïåðàòóðû 650 °Ñ è îñóùåñòâëÿåòñÿ âòîðàÿ ïðîêàòêà, ïîñëå ÷åãî ìåòàëë ïîâòîðíî àóñòåíèçèðóåòñÿ è åùå ðàç ïîäñòóæèâàåòñÿ. 431
à)
á)
1050 900
1050 910
20 % 40 %
800 650
18 %
800 650 600
14 % 17 %
44 %
Ðèñ. 16.27. Ðåæèìû êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè
Îêîí÷àòåëüíàÿ ïðîêàòêà âåäåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðå 800 °Ñ, ïîñëå ÷åãî ìåòàëë îõëàæäàåòñÿ íà âîçäóõå. Íà ðèñóíêå óêàçàíà ñóììàðíàÿ ñòåïåíü äåôîðìàöèè ïðè êàæäîé ïðîêàòêå. Ýòîò ðåæèì, à òàêæå ïðèâåäåííûå ðàíåå ðåæèìû ÂÒÌÎ èìåþò îäèí îáùèé ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê: ëèñò ïîñëå ïðîêàòêè ìîæåò èìåòü ïîëîñ÷àòóþ ñòðóêòóðó, êîãäà îòäåëüíûå ôàçû ðàñïîëàãàþòñÿ ñëîÿìè, âûòÿíóòûìè â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè. Ìåæäó òàêèìè ñëîÿìè âîçìîæíû îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ, ÷òî ñíèæàåò ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà ïðè øòàìïîâêå äåòàëåé. Ïðè øòàìïîâêå âîçìîæíà òàêæå ôåñòîíèñòîñòü, ò. å. ðàçíàÿ âûòÿæêà â ðàçíûõ íàïðàâëåíèÿõ. Íàïðèìåð, ïðè øòàìïîâêå êðóãëîãî äíèùà îíî ïîëó÷àåòñÿ íå êðóãëûì, à â âèäå ýëëèïñà. ×òîáû óñòðàíèòü ïîëîñ÷àòîñòü ñòðóêòóðû ëèñòà, ïîñëå ïðîêàòêè ïðèìåíÿþò ãëóáîêîå ïåðåîõëàæäåíèå ìåòàëëà ñ ïîñëåäóþùèì îòæèãîì. Íàïðèìåð, ÄîíÍÈÈ×åðìåò ïðåäëîæèë ñëåäóþùèé ðåæèì òåðìîîáðàáîòêè (ðèñ. 16.27, á): ïîñëå íàãðåâà ïðåäóñìàòðèâàåòñÿ ãëóáîêîå îõëàæäåíèå è äåôîðìàöèÿ çà îäèí ïðîõîä ïðè òåìïåðàòóðå 600 °Ñ, çàòåì êðàòêîâðåìåííàÿ àóñòåíèçàöèÿ ïðè 910 °Ñ è ïðîêàòêà ñíà÷àëà ïðè òåìïåðàòóðå 800 °Ñ, à çàòåì ïðè òåìïåðàòóðå 650 °Ñ. Ñóììàðíàÿ ñòåïåíü äåôîðìàöèè â ýòèõ ïðîõîäàõ 75 %. Ðåàëèçàöèÿ òàêèõ ñõåì òðåáóåò íå òîëüêî ìîùíîãî îáîðóäîâàíèÿ ñòàíà, íî è íàëè÷èÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïå÷åé â ëèíèè ïðîêàòíîãî ñòàíà, êîòîðûõ íà äåéñòâóþùèõ îòå÷åñòâåííûõ ñòàíàõ íå õâàòàåò. Äîïîëíèòåëüíîå èçìåëü÷åíèå çåðíà çà ñ÷åò ïåðåêðèñòàëëèçàöèè äîñòèãàåòñÿ ïðè òåðìîöèêëè÷åñêîé îáðàáîòêå ëèñòà. Ïðè ýòîì ìåòàëë íåñêîëüêî ðàç ïåðåõîäèò ãðàíèöó ôàçîâîãî ïåðåõîäà çà ñ÷åò íàãðåâà è ïîñëåäóþùåãî îõëàæäåíèÿ.  ïðèíöèïå òàêàÿ ñõåìà îáðàáîòêè óäîáíà, êîãäà ïîñëå ïðîêàòêè â àóñòåíèòíîé îáëàñòè ëèñò êðàòêîâðåìåííî çàìà÷èâàåòñÿ â áàêå ñ âîäîé, â êîòîðîì òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ îïóñêàåòñÿ çíà÷èòåëüíî íèæå òåìïåðàòóðû ôàçîâîãî ïåðåõîäà, çàòåì âûëåæèâàåòñÿ íà ðîëüãàíãå äî âûðàâíèâàíèÿ òåìïåðàòóðû ïî âûñîòå. ×åðåç íåêîòîðîå âðåìÿ ïîâåðõíîñòíûå ñëîè ïåðåõîäÿò òåìïåðàòóðó ôàçîâîãî ïåðåõîäà ââåðõ, ïîñëå ÷åãî ñëåäóåò âòîðàÿ çàìî÷êà ëèñòà â áàêå è î÷åðåäíîå âûëåæèâàíèå íà ðîëüãàíãå. Íà òîëñòûõ ëèñòàõ òåìïåðàòóðû ìåòàëëà õâàòàåò íà òðè-÷åòûðå òàêèõ òåðìîöèêëà, çà ñ÷åò ÷åãî çåðíî ôåððèòà çíà÷èòåëüíî ðàçìåëü÷àåòñÿ. Ðàññìîòðèì ãðàôèêè èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû ïî âûñîòå ëèñòà ïðè òàêîé òåðìîöèêëè÷åñêîé îáðàáîòêå, ïîëó÷åííûå ðàñ÷åòíûì ïóòåì (ðèñ. 16.28). 432
Ò, °Ñ 900 800 700 600
4
500 350 Ò, °Ñ 900 800
8
700 600 450 Ò, °Ñ 900 800 700 550
12
Ò, °Ñ 900 800 700 600 Ò, °Ñ 900 800 700 650
16
24
0
100
200
300
400
500
τ, ñ
Ðèñ. 16.28. Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ïî ñëîÿì ëèñòà òîëùèíîé 48 ìì ïðè òåðìîöèêëèðîâàíèè (÷èñëà íà ãðàôèêàõ ñîîòâåòñòâóþò ãëóáèíå ñëîÿ îò ïîâåðõíîñòè)
Íàèáîëåå ãëóáîêèå öèêëû ñîîòâåòñòâóþò ïîâåðõíîñòíûì ñëîÿì, òîãäà êàê âíóòðåííèå ñëîè îñòûâàþò ìîíîòîííî. Ïðè òàêîé îáðàáîòêå ñâîéñòâà ëèñòà ïî âûñîòå áóäóò ðàçëè÷íûìè. Íî äàæå ïîâåðõíîñòíîå óâåëè÷åíèå ñâîéñòâ ëèñòà èìååò áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ åãî ýêñïëóàòàöèîííûõ õàðàêòåðèñòèê. Åùå áîëåå âûñîêèå ñâîéñòâà íå òîëüêî ïîâåðõíîñòíûõ, íî è ñåðåäèííûõ ñëîåâ ëèñòà ìîãóò áûòü äîñòèãíóòû ïðè ñîâìåùåíèè òåðìîöèêëèðîâàíèÿ ñî çíà÷èòåëüíîé ñóììàðíîé äåôîðìàöèåé ìåòàëëà ïåðåä î÷åðåäíîé çàìî÷êîé â áàêå. Òåïëî îò ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè òàêæå èñïîëüçóåòñÿ äëÿ òåðìîöèêëèðîâàíèÿ, à ñàìà äåôîðìàöèÿ íåîáõîäèìà äëÿ äîïîëíèòåëüíîãî èçìåëü÷åíèÿ çåðíà. Ïðè ýòîì äîñòèãàåòñÿ ýôôåêò êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè, ïðè êîòîðîé äëÿ èçìåëü÷åíèÿ çåðíà èñïîëüçóåòñÿ ñðàçó íåñêîëüêî ìåõàíèçìîâ. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè íåò äîñòàòî÷íîãî îïûòà ïðîìûøëåííîãî ïðèìåíåíèÿ êàê òåðìîöèêëèðîâàíèÿ, òàê è êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè 433
ñ èñïîëüçîâàíèåì òåðìîöèêëèðîâàíèÿ. Íî ëàáîðàòîðíûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü ýòèõ âèäîâ òåðìè÷åñêîé è òåðìîìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè. Îñíîâíûì ïðåïÿòñòâèåì äëÿ èõ ïðîìûøëåííîãî âíåäðåíèÿ ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå íåîáõîäèìîãî îáîðóäîâàíèÿ è ïàäåíèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïðè ïðîèçâîäñòâå ëèñòà.  öåëîì ïðîèçâîäñòâî òîëñòîãî ëèñòà ñëåäóåò ðàññìàòðèâàòü êàê ñîâîêóïíîñòü ÷åðåäóþùèõñÿ îïåðàöèé äåôîðìàöèè è òåðìè÷åñêîé èëè òåðìîìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè íà âñåõ ñòàäèÿõ, íà÷èíàÿ îò íàãðåâà ïîä ïðîêàòêó è êîí÷àÿ îïåðàöèÿìè ïðàâêè è îõëàæäåíèÿ ìåòàëëà. Ïîñëå âûïîëíåíèÿ òåðìîìåõàíè÷åñêèõ âèäîâ îáðàáîòêè ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ñâîéñòâ ìåòàëëà ïðîäîëæàåòñÿ ïðè ïîñëåäóþùåé ïðàâêå è òåðìîîáðàáîòêå ìåòàëëà. Ìîæíî ïðåäñòàâèòü îáîáùåííóþ ñõåìó ïðîâåäåíèÿ ÂÒÌÎ è ÍÒÌÎ ïðè ïðîèçâîäñòâå òîëñòîãî ëèñòà (ðèñ. 16.29). t
1
2 3 4 5
6
7
8 9
A3 A1
Ðèñ. 16.29. Îáîáùåííàÿ ñõåìà òåðìîìåõàíè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ïðè ïðîèçâîäñòâå òîëñòîãî ëèñòà: 1 íàãðåâ ìåòàëëà; 2 ãîðÿ÷àÿ è íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ïðîêàòêà; 3, 5 îõëàæäåíèå, 4 ãîðÿ÷àÿ ïðàâêà; 6 õîëîäíàÿ ïðàâêà; 7 òåðìîîáðàáîòêà; 8 îõëàæäåíèå è ãîðÿ÷àÿ ïðàâêà; 9 õîëîäíàÿ ïðàâêà
 ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ñâîéñòâ ìåòàëëà âîâëå÷åíû îïåðàöèè ãîðÿ÷åé è õîëîäíîé ïðàâêè, â õîäå êîòîðûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ äîçèðîâàííàÿ äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà çà ñ÷åò çíàêîïåðåìåííîãî èçãèáà.  çàâèñèìîñòè îò òîëùèíû ëèñòà è ìàðêè ñòàëè ñîñòàâ è ïîðÿäîê îïåðàöèé ìåíÿåòñÿ, à ðåæèìû êîíêðåòèçèðóþòñÿ.
16.7. Îñîáåííîñòè ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå Ñêîðîñòíîé ðåæèì ïðîêàòêè íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå àíàëîãè÷åí áëþìèíãó. Ïðîêàòêà âåäåòñÿ â ðåâåðñèâíîì ðåæèìå, ñëåäîâàòåëüíî, íà äèàãðàììå ñêîðîñòåé (ðèñ. 16.30) â îáùåì ñëó÷àå ïðèñóòñòâóåò ïÿòü ó÷àñòêîâ. Çàäà÷à ïîëîñû â âàëêè ïðîèçâîäèòñÿ âî âðåìÿ ðàçãîíà äâèãàòåëÿ, à âûáðîñ íà ó÷àñòêå åãî çàìåäëåíèÿ. Ñîîòâåòñòâåííî, êàê íà áëþìèíãå, âû÷èñëÿþòñÿ ìîìåíòû íà âàëó 434
äâèãàòåëÿ íà êàæäîì ó÷àñòêå è îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîâåðêà ðåæèìà ïðîêàòêè ïî îòêëþ÷à- n2 nmax þùåìó è ýêâèâàëåíòíîìó ìîìåíòàì. Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì âàðüèðóþòñÿ ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü ïðîêàòêè nmax â äèàïàçîíå ïàñïîðò- n1 íûõ ñêîðîñòåé n1 è n2. nâûá nçàõ Îäíàêî ìåòîäèêà ðàñ÷åòà ðåæèìà îáæàòèÿ íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå èìååò ñóùåñòâåíτ τ4 τ5 τ1 τ2 τ3 íûå îòëè÷èÿ, ñâÿçàííûå ñ îñîáåííîñòÿìè òåõíîëîãèè ïðîêàòêè ëèñòà. Ðèñ. 16.30. Äèàãðàììà ñêîðîñòåé 1. Íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå â îáùåì ñëóâ ãîðèçîíòàëüíûõ êëåòÿõ ÷àå ñóùåñòâóåò ÷åòûðå ãðóïïû ïðîïóñêîâ òîëñòîëèñòîâîãî ñòàíà â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ, ïðîòÿæíûå, óøèðèòåëüíûå, èëè ïîïåðå÷íûå, è ïðîäîëüíûå.  êàæäîé ðåøàþòñÿ ñâîè çàäà÷è, ïîýòîìó êàæäóþ ãðóïïó íåîáõîäèìî ðàññ÷èòûâàòü îòäåëüíî ïî ðàçíûì êðèòåðèÿì. Íåîáõîäèìî âûäåëèòü ïîãðàíè÷íûå òîëùèíû ðàñêàòà, ðàçäåëÿþùèå ãðóïïû, èëè ïîëó÷èòü ýòè òîëùèíû â ðåçóëüòàòå ðàñ÷åòà. 2. ×èñëî ïðîïóñêîâ â ïðîòÿæíûõ è óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ äîëæíî áûòü ÷åòíûì, òàê êàê ôîðìîèçìåíåíèå ïåðåäíåãî è çàäíåãî êîíöîâ ðàñêàòà çàâèñèò îò íàïðàâëåíèÿ ïðîêàòêè. Êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ êàæäîé ãðóïïû îïðåäåëÿåòñÿ íåîáõîäèìîñòüþ çàêàí÷èâàòü ïðîêàòêó â êàæäîé êëåòè íà åå çàäíåé ñòîðîíå.  âåðòèêàëüíîé êëåòè ÷èñëî ïðîïóñêîâ íå÷åòíî. Ñóììàðíîå êîëè÷åñòâî ïðîòÿæíûõ, óøèðèòåëüíûõ è ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêîâ äîëæíî áûòü ÷åòíûì, ïîñêîëüêó îíè âûïîëíÿþòñÿ â äâóõ êëåòÿõ, à â êàæäîé êëåòè êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ íå÷åòíîå. Òàêèì îáðàçîì, íåîáõîäèìî ïðàâèëüíî ðàçìåòèòü, êàêèå ïðîïóñêè áóäóò îñóùåñòâëÿòüñÿ â ÷åðíîâîé è â ÷èñòîâîé ãîðèçîíòàëüíûõ êëåòÿõ. Ïðîòÿæíûå ïðîïóñêè âñåãäà ïðèõîäÿòñÿ íà ÷åðíîâóþ êëåòü. ×àùå âñåãî â ýòîé æå êëåòè ïðîõîäÿò óøèðèòåëüíûå ïðîïóñêè. Ïðîäîëüíûå ïðîïóñêè, êàê ïðàâèëî, ïðîâîäÿòñÿ â ÷èñòîâîé êëåòè. Îäíàêî ÷àñòü ýòèõ ïðîïóñêîâ ìîæåò áûòü âûïîëíåíà â ÷åðíîâîé êëåòè. 3. Îòíîøåíèå êîýôôèöèåíòîâ âûòÿæêè â ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêàõ ê âûòÿæêå â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ äîëæíî áûòü áëèçêèì ê åäèíèöå, à, ñ äðóãîé ñòîðîíû, îòíîøåíèå âûòÿæêè â ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêàõ ê âûòÿæêå â óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ 1,51,9. Ýòîãî ìîæíî äîáèòüñÿ ïîäáîðîì ðàçìåðîâ ñëÿáà. Îäíàêî òàêèå òðåáîâàíèÿ íå âñåãäà âûïîëíèìû, ïîýòîìó íå ñòðîãî îáÿçàòåëüíû. Íåâûïîëíåíèå èõ ïðèâåäåò ê óõóäøåíèþ ãåîìåòðèè ëèñòà â ïëàíå. 4. Îáû÷íî ðàñ÷åò ðåæèìîâ îáæàòèÿ íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå äëÿ êàæäîé ãðóïïû ïðîïóñêîâ ïðîèçâîäÿò îòäåëüíî. ×èñëî ïðîòÿæíûõ ïðîïóñêîâ nï çàäàåòñÿ, à îáæàòèÿ â íèõ îïðåäåëÿþòñÿ ïî ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîìó ïî òðàäèöèîííûì îãðàíè÷åíèÿì: ïî ìàêñèìàëüíîìó óãëó çàõâàòà (íå áîëåå 20°), ïî ìàêñèìàëüíîìó óñèëèþ (çàïèñàííîìó â ïàñïîðòå ñòàíà) è ïî îòêëþ÷àþùåìó ìîìåíòó. ×èñëî óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ nó îáóñëîâëåíî íåîáõîäèìîñòüþ ïîëó÷åíèÿ ðàñêàòà çàäàííîé øèðèíû. Ïîýòîìó êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ íàáèðàåì ñ ìàêñèìàëüíûìè îáæàòèÿìè, ñëåäÿ çà øèðèíîé ðàñêàòà. Ïî òàêîé ìåòîäèêå âî âñåõ óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêàõ, êðîìå ïîñëåäíåãî, îáæàòèÿ áóäóò ìàêñèìàëüíûìè. 435
 ïîñëåäíåì ïðîïóñêå îáæàòèå äîëæíî îáåñïå÷èòü òðåáóåìóþ øèðèíó. Îíî æå îïðåäåëÿåò òîëùèíó ðàñêàòà ïîñëå óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ hó. Äàëåå ìîæíî âûðàâíÿòü îáæàòèÿ ïî âñåì óøèðèòåëüíûì ïðîïóñêàì, íå èçìåíÿÿ hó è nó. ×èñëî ïðîäîëüíûõ ïðîïóñêîâ nïð îïðåäåëÿåòñÿ çàäàííûì ñóììàðíûì îáæàòèåì (hó hë). Âûáèðàòü îáæàòèÿ â ýòèõ ïðîïóñêàõ ìîæíî ïî òîé æå ìåòîäèêå, ÷òî è äëÿ óøèðèòåëüíûõ. Ïðèìåíåíèå áîëåå ñëîæíûõ ìåòîäîâ îïòèìèçàöèè, íàïðèìåð ìåòîäà äèíàìè÷åñêîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ, îáåñïå÷èâàåò ïðàêòè÷åñêè òîò æå ðåçóëüòàò. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ñ ó÷åòîì çàìå÷àíèé ï. 2 îáùåå ÷èñëî ïðîïóñêîâ (nï + nó + nïð) äîëæíî áûòü ñêîððåêòèðîâàíî. 5. Åñëè íà áëþìèíãå îñíîâíûì ôàêòîðîì, îãðàíè÷èâàþùèì îáæàòèå çà ïðîïóñê, áûë ìàêñèìàëüíûé óãîë çàõâàòà, òî íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå îí ðåäêî âûõîäèò íà ïåðåäíèé ïëàí. Áîëåå çíà÷èìûìè îãðàíè÷åíèÿìè ÿâëÿþòñÿ ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìàÿ ñèëà ïðîêàòêè [P] èëè îòêëþ÷àþùèé ìîìåíò Ìîòê = kÌíîì. Òåì íå ìåíåå óäîáíî âû÷èñëÿòü ïåðâîíà÷àëüíî äîïóñòèìîå îáæàòèå ïî óãëó çàõâàòà, ïîëîæèâ åãî ðàâíûì [α] = 1820°: ∆hmax = D(1 cos[α]). Ïîñëå ðàñ÷åòà ñèëû ïðîêàòêè è ìîìåíòîâ ïðîèçâîäèòñÿ êîððåêòèðîâêà îáæàòèÿ. Êàê âèäíî, ðàñ÷åò ðåæèìà îáæàòèÿ íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå ñëîæíåå, ÷åì íà áëþìèíãå, ïîýòîìó ëåã÷å îñóùåñòâëÿòü åãî íà ÝÂÌ ïî ñîîòâåòñòâóþùåé ïðîãðàììå è ëó÷øå âñåãî â äèàëîãîâîì ðåæèìå. 6. Ðàñ÷åò ðåæèìà îáæàòèÿ íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå, êàê è íà äðóãèì ñòàíàõ, ÿâëÿåòñÿ îïòèìèçàöèîííûì ïðîöåññîì. Ýòî çíà÷èò, ÷òî ðàññ÷èòàííûé ðåæèì äîëæåí óäîâëåòâîðÿòü ìàêñèìóìó èëè ìèíèìóìó êàêîãî-òî êðèòåðèÿ.  êà÷åñòâå êðèòåðèÿ ìîæåò âûñòóïàòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà, ñâîéñòâà ìåòàëëà, ðàñõîä ýíåðãèè è äð. Äîïîëíèòåëüíîå òðåáîâàíèå ðàâåíñòâî âðåìåííîé çàãðóçêè ÷åðíîâîé è ÷èñòîâîé ãîðèçîíòàëüíûõ êëåòåé, êîòîðîå ñâîäèòñÿ ê êðèòåðèþ, ñòðåìÿùåìóñÿ ê ìèíèìóìó: 2
∑ (t ìàø + t âñï ) − ∑ (t ìàø + t âñï ) → min . n1 n2
Çäåñü n1 è n2 ÷èñëî ïðîïóñêîâ â ÷åðíîâîé è ÷èñòîâîé êëåòÿõ. Ñóììèðîâàíèå ìàøèííîãî è âñïîìîãàòåëüíîãî âðåìåíè îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî âñåì ñîîòâåòñòâóþùèì ïðîïóñêàì. Î÷åíü âàæíûì äëÿ òîëñòîëèñòîâîé ïðîêàòêè ÿâëÿåòñÿ êðèòåðèé ðàñõîäà ýíåðãîçàòðàò íà íåå. Íåêîòîðûå àâòîðû ïðè âû÷èñëåíèè ýòîãî êðèòåðèÿ âêëþ÷àþò ýíåðãîçàòðàòû íå òîëüêî íà ïðîêàòêó, íî è íà íàãðåâ ìåòàëëà, ðàáîòó ñèñòåì îõëàæäåíèÿ è ïð. 16.8. Ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà Ââåäåì ïîíÿòèå ðàçíîòîëùèííîñòè ëèñòà. Îíî ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà âñå âèäû ëèñòîâîé ïðîäóêöèè òîëñòûé ëèñò, òîíêèé ãîðÿ÷åêàòàíûé è òîíêèé õîëîäíîêàòàíûé ëèñò. Åñëè ïî øèðèíå èëè äëèíå ëèñòà ôàêòè÷åñêàÿ òîëùèíà â ðàç436
íûõ òî÷êàõ ñ íîìåðàìè i = 1, 2,
..., n ðàâíà hi, òî àáñîëþòíîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ, èëè ïðîñòî ðàçíîòîëùèííîñòüþ, â ýòèõ òî÷êàõ íàçûâàþò îòêëîíåíèå ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå ∆i = hi − hñð ,
ãäå ñðåäíÿÿ òîëùèíà ëèñòà hñð =
1 n ∑ hi . n i =1
Ñðåäíÿÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà ∆ =
1 n ∑ ∆i . n i =1
Íå íàäî ïóòàòü ñðåäíþþ òîëùèíó ëèñòà hñð ñ íîìèíàëüíîé h è ðàçíîòîëùèííîñòü ∆ ñ äîïóñêîì íà òîëùèíó δ. Íîìèíàëüíàÿ òîëùèíà h ýòî òîëùèíà, êîòîðàÿ ñëóæèò òîâàðíîé õàðàêòåðèñòèêîé äàííîãî ëèñòà. Îíà íå îáÿçàòåëüíî ñîâïàäàåò ñî ñðåäíåé òîëùèíîé hcp è â îáùåì ñëó÷àå íå ðàâíà òîëùèíå ëèñòà â êàêîé-ëèáî åãî òî÷êå. ÃÎÑÒîì îïðåäåëåíû ìèíóñîâûé δ è ïëþñîâûé +δ äîïóñêè êàê äîïóñòèìûå îòêëîíåíèÿ òîëùèíû ëèñòà îò íîìèíàëà. Ìèíóñîâûé äîïóñê ïî÷òè âñåãäà áîëüøå ïëþñîâîãî. Çíà÷åíèÿ èõ îïðåäåëÿþòñÿ òîëùèíîé è êëàññîì òî÷íîñòè ëèñòà.  çàâèñèìîñòè îò òîëùèíû òîëñòîãî ëèñòà îíè êîëåáëþòñÿ îò ±0,1 ìì (äëÿ ëèñòîâ òîëùèíîé 410 ìì ïî 2-ìó êëàññó òî÷íîñòè) äî ±2,5 ìì (äëÿ ëèñòîâ òîëùèíîé áîëüøå 100 ìì ïî 7-ìó êëàññó òî÷íîñòè). Äëÿ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ òîëñòûõ ëèñòîâ äîïóñê ñîñòàâëÿåò +0,4...0,6 ìì. Ôàêòè÷åñêàÿ òîëùèíà ïðîêàòàííîãî ëèñòà â ëþáîì ìåñòå, â òîì ÷èñëå â òî÷êàõ ñ ìàêñèìàëüíîé è ìèíèìàëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ, äîëæíà óêëàäûâàòüñÿ â äîïóñêàåìûå îòêëîíåíèÿ îò íîìèíàëà: h δ ≤ hñð ± ∆i max ≤ h + δ. Ðàçëè÷àþò ïðîäîëüíóþ è ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà. Ñîîòâåòñòâåííî, äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè èçìåðÿåìûå òî÷êè i = 1, 2,
..., n ðàñïîëàãàþòñÿ âäîëü, à äëÿ ïîïåðå÷íîé ïîïåðåê ëèñòà. Íà òîëñòûõ ëèñòàõ èìåþò ìåñòî îáà âèäà ðàçíîòîëùèííîñòè. Îíè îïðåäåëÿþò ïëàíøåòíîñòü ëèñòà. È îáà âèäà ðàçíîòîëùèííîñòè çàêëàäûâàþòñÿ â îñíîâíîì â ïîïåðå÷íûõ ïðîïóñêàõ. Ïîýòîìó áîëåå àêòóàëüíûì ÿâëÿåòñÿ âîïðîñ î ôîðìèðîâàíèè ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòè. Çàìåòèì, ÷òî íà ïðàêòèêå ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü îïðåäåëÿþò íåñêîëüêî èíà÷å, ÷åì â ïðèâåäåííîì âûøå îïðåäåëåíèè. Äåéñòâèòåëüíî, èçìåðÿòü òîëùèíó â n òî÷êàõ ïî øèðèíå ñëîæíî, ïîýòîìó ýòî äåëàþò òîëüêî â òðåõ òî÷êàõ: â ñåðåäèíå è íà ðàññòîÿíèè 4060 ìì îò áîêîâûõ êðîìîê. Ïîñëåäíèå äâà ïîêàçàíèÿ óñðåäíÿþò, è ðàçíîòîëùèííîñòüþ ñ÷èòàþò ðàçíîñòü ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ è ïîêàçàíèÿ â ñåðåäèíå ëèñòà. Ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü çàâèñèò îò ñëåäóþùèõ îñíîâíûõ ôàêòîðîâ. 1. Ïðîãèá âàëêîâ. Åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ðàáî÷èå è îïîðíûå âàëêè êëåòè êâàðòî ñòðîãî öèëèíäðè÷åñêèå è â íåíàãðóæåííîì ñîñòîÿíèè îáðàçóþò ðàâíûé çàçîð ìåæäó âàëêàìè ïî âñåé øèðèíå, òî ïîñëå ïðèëîæåíèÿ íàãðóçêè â ðåçóëüòàòå óïðóãîãî èçãèáà âàëêîâ ùåëü ñòàíåò ÷å÷åâèöåîáðàçíîé (ðèñ. 16.31). Ðåøåíèå çàäà÷è î ñîâìåñòíîì ïðîãèáå ðàáî÷åãî è îïîðíîãî âàëêîâ ïðè íåðàâíîìåðíîì 437
ðàñïðåäåëåíèè íàãðóçêè âäîëü íèõ ñâÿçàíî ñ áîëüøèìè òðóäíîñòÿìè.  ÄîíÍÈÈ×åðìåòå òàêóþ çàäàÐ ÷ó ðåøèëè íà ÝÂÌ äëÿ ìíîãèõ äåéñòâóþùèõ òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíîâ. Ïîëó÷èëè, ÷òî ïðîãèá f ïî äëèíå âàëêîâ (èëè ïî øèðèíå ïîëîñû) ðàñïðåäåëÿåòñÿ ïî ñëîæíîé êðèâîé. Ëèøü â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè åå ìîæíî çàìåíèòü ïàðàáîëîé. ×òîáû êîìïåíñèðîâàòü ïðîãèá âàëêîâ è âûðîâíÿòü ùåëü ïî äëèíå âàëêà ïðè ïðîêàòêå, îäèí ðàáî÷èé âàëîê ïðîôèëèðóþò, ò. å. Ð äåëàþò áî÷êîîáðàçíûì ñ ïðîôèëåì, ñîîòâåòñòâóþùèì ýïþðå ðàñïðåäåëåíèÿ ïðîãèáà f. Ìàêñèìàëüíûé ïðîãèá ïî ñåðåäèíå âàëêîâ fmax è ðàñïðåäåëåíèå ïðîãèáà âäîëü îáðàçóþùåé çàâèñÿò Ðèñ. 16.31. Ïðîãèá âàëêîâ êâàðòî ïðè ïðîêàòêå ëèñòà îò äëèíû âàëêîâ, øèðèíû ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû, ñèëû ïðîêàòêè Ð è äðóãèõ ôàêòîðîâ. Ïðè ïðîêàòêå ðàçëè÷íûõ ëèñòîâ íà âàëêàõ ñ èìåþùåéñÿ ïðîôèëèðîâêîé ïðîãèá áóäåò êîìïåíñèðîâàí òîëüêî ïðè îäíîì íàáîðå ýòèõ ôàêòîðîâ. Ïðè äðóãèõ çíà÷åíèÿõ íåîáõîäèìî ââîäèòü êîððåêòèðîâêó ïðîãèáà âàëêîâ. Äëÿ ýòîãî ïðàêòè÷åñêè âñå ñòàíû èìåþò àâòîìàòè÷åñêóþ ñèñòåìó ðåãóëèðîâàíèÿ èçãèáà âàëêîâ (ñèñòåìó ïðîòèâîèçãèáà). Ïîä ïîäóøêè îïîðíûõ è ðàáî÷èõ âàëêîâ óñòàíîâëåíû ãèäðîíàæèìíûå óñòðîéñòâà, êîòîðûå ïðè îòêëîíåíèè ñèëû Ð è äðóãèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ îò çàäàííûõ çíà÷åíèé äîïîëíèòåëüíî àâòîìàòè÷åñêè èçãèáàþò âàëêè, âîçäåéñòâóÿ íà øåéêè âàëêîâ. Ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî ñõåì ðåãóëèðîâàíèÿ ïðîãèáà ðàáî÷èõ è îïîðíûõ âàëêîâ â ñèñòåìå ïðîòèâîèçãèáà (ðèñ. 16.32). à)
P
P
á) P
P
2
2
2
2 N
N
N 2
Ð
N
Ð
2
2 N
Ð
2
Ð
N 2
2 P
P
P
2
2
2
â)
P 2
P
P
2
2
N
N
Ð
2 N
2 N
Ð
2
2 P
P
2
2
Ðèñ. 16.32. Ñõåìû ðåãóëèðîâàíèÿ ïðîôèëÿ âàëêîâ: N ñèëû ïðîòèâîèçãèáà ðàáî÷èõ è îïîðíûõ âàëêîâ; Ð ñèëà ïðîêàòêè
438
Èñõîäíûé ïðîôèëü è èçíîñ âàëêîâ, ìì
Íàèáîëåå ðàöèîíàëüíîé ïî êîìïëåêñó ïîêàçàòåëåé ïðèçíàíà ñèñòåìà ðåãóëèðîâàíèÿ ïî ñõåìå, ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 16.31, á. Íåêîòîðûå çàâîäû îòäàþò ïðåäïî÷òåíèå ñõåìå, ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 16.32, à. 2. Òåìïåðàòóðíûé ïðîôèëü âàëêîâ. Ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå âàëêè ðàçîãðåâàþòñÿ çà ñ÷åò êîíòàêòà ñ ìåòàëëîì è ïðåâðàùåíèÿ ðàáîòû äåôîðìàöèè â òåïëî. Îõëàæäåíèå âàëêîâ ïðîèñõîäèò ïóòåì îòâîäà òåïëà îõëàæäàþùåé âîäîé è îòäà÷è òåïëà äåòàëÿì ñòàíà è â îêðóæàþùóþ ñðåäó. Ïðè äëèòåëüíîé è ñòàáèëüíîé ïðîêàòêå óñòàíàâëèâàåòñÿ ñòàáèëüíûé òåïëîâîé ïåðåïàä ïî äëèíå âàëêà, êîòîðûé è îïðåäåëÿåò òåïëîâîé ïðîôèëü âàëêà, òî÷íåå, åãî òåïëîâóþ âûïóêëîñòü. Åñëè òåìïåðàòóðà øååê âàëêîâ âñåãäà áëèçêà ê 20 °Ñ, òî íà ñðåäíåì ó÷àñòêå âàëêîâ, ïðîòÿæåííîñòüþ ïðèìåðíî 2/3 øèðèíû ðàñêàòà, îíà óñòàíàâëèâàåòñÿ íà óðîâíå 7085 °Ñ. Çàìåðû è ðàñ÷åòû ïîêàçûâàþò, ÷òî ìàêñèìàëüíàÿ ðàçíèöà â äèàìåòðå âàëêà ïîñåðåäèíå è íà êîíöàõ íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ 0,080,20 ìì. Ïðè ïðîôèëèðîâàíèè íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü òåïëîâîé ïðîôèëü âàëêà: â êàæäîé òî÷êå ïî äëèíå âàëêà îò èçãèáíîé à) ñîñòàâëÿþùåé, óâåëè÷èâàþùåé äèà0,4 0,2 ìåòð ê ñåðåäèíå, ñëåäóåò âû÷åñòü òåï0 5 3 ëîâóþ ñîñòàâëÿþùóþ, òðåáóþùóþ óìåíüøåíèÿ äèàìåòðà. Ñóììàðíûé ïðî0 D À 1 2 ôèëü âàëêà áóäåò äîñòàòî÷íî ñëîæíûì. 0,2 4 0,4 3. Èçíîñ âàëêîâ. Ïîïåðå÷íûé ïðîB C 0,6 ôèëü ëèñòà âî ìíîãîì îïðåäåëÿåòñÿ á) 0,4 õàðàêòåðîì èçíîñà ðàáî÷èõ âàëêîâ 5 0,2 â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè. Ðàññìîòðèì 3 0 äàííûå íåêîòîðûõ ñòàíîâ ïî èñõîäíîé 2 ïðîôèëèðîâêå âàëêîâ è èçìåíåíèþ èõ 0 4 1 ïðîôèëÿ çà îäíó êàìïàíèþ ðàáîòû âàë0,2 êîâ îò óñòàíîâêè íà ñòàí äî ïåðåâàëêè 0,4 íà ïåðåøëèôîâêó (ðèñ. 16.33). â) Ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü 0,2 3 0 èìååò ìåñòî óæå ïðè óñòàíîâêå âàëêîâ 5 íà ñòàí, ÷òî ñâÿçàíî ñ íà÷àëüíîé ïðî0 ôèëèðîâêîé âàëêîâ. Ïî ìåðå èçíîñà âàë1 2 4 0,2 êîâ ðàçíîòîëùèííîñòü âîçðàñòàåò. Ïðî0,4 èñõîäèò ïðèìåðíî ðàâíîìåðíûé èçíîñ 0,6 âàëêà íà òîì ó÷àñòêå áî÷êè, êîòîðûé 0 400 800 1200 1600 2000 2400 Äëèíà áî÷êè âàëêà, ìì íàõîäèëñÿ â êîíòàêòå ñ ìåòàëëîì. Êàê ïðàâèëî, èçíîñ ïîñåðåäèíå áî÷êè âàëÐèñ. 16.33. Ïðîôèëü ïîñëå ïåðåøëèôîâêè êà âûøå, ÷åì ïî êðàÿì, ïîòîìó ÷òî ðàáî÷åãî âàëêà (1), ðàáî÷åãî âàëêà ñ ó÷åâ íà÷àëå êàìïàíèè ïðîêàòûâàþòñÿ øèòîì òåïëîâîé âûïóêëîñòè (2), îïîðíîãî ðîêèå, à çàòåì ïî ìåðå èçíîñà âàëâàëêà (3) è ïðîôèëü ïîñëå èçíîñà ðàáîêîâ áîëåå óçêèå ïîëîñû. Íà âñåõ çà÷åãî (4) è îïîðíîãî (5) âàëêîâ íà ñòàíàõ âîäàõ òàêèì ñïîñîáîì ïðîäëåâàþò ñðîê 2300 Äîíåöêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà ñëóæáû âàëêîâ äî ïîëíîãî èõ èçíîñà. (ÄÌÇ) (à), 2800 Êîììóíàðñêîãî ìåòàëëóðãè÷åñêîãî çàâîäà (á), 2800 Èçíîñ ðàáî÷èõ âàëêîâ âíîñèò îñíîâÎÀÎ Ñåâåðñòàëü (â) íóþ äîëþ â îáùóþ ðàçíîòîëùèííîñòü 439
ëèñòà. Îíà ñîñòàâëÿåò îò 0,1 äî 0,5 ìì. ×åì øèðå ïðîêàòûâàåìûé ëèñò è áîëüøå äëèíà âàëêîâ, òåì áîëüøå ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü. Ïðèìåðíî òàêîé æå õàðàêòåð èçíîñà íàáëþäàåòñÿ íà îïîðíûõ âàëêàõ, õîòÿ èõ èçíîñ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ íà ìíîãèõ ñòàíàõ ïîêàçûâàþò, ÷òî çà îäíó êàìïàíèþ èçíîñ îïîðíûõ âàëêîâ äîñòèãàåò 0,150,30 ìì, è íåðàâíîìåðíîñòü èõ èçíîñà âíîñèò â îáùóþ ðàçíîòîëùèííîñòü äîëþ, ðàâíóþ 0,050,15 ìì. Èçíîñ âàëêîâ ïðè ïðîêàòêå ó÷èòûâàåòñÿ â ðàáîòå ñèñòåìû ïðîòèâîèçãèáà ïóòåì ââåäåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ êîððåêòèðîâîê â ìîäåëü â çàâèñèìîñòè îò êîëè÷åñòâà ïðîêàòàííîãî ìåòàëëà èëè îò êîëè÷åñòâà èçðàñõîäîâàííîé ýíåðãèè ñ íà÷àëà êàìïàíèè. Îäíàêî, êàê âèäíî, ñëîæíûé õàðàêòåð èçíîñà ïîëíîñòüþ ñêîððåêòèðîâàòü èçãèáîì âàëêîâ íå óäàåòñÿ. 4. Ïðîôèëèðîâêà âàëêîâ. Ïðîôèëèðîâêà âàëêîâ âûïîëíÿåòñÿ íå òîëüêî äëÿ òîãî, ÷òîáû óñòðàíèòü èëè ñâåñòè ê ìèíèìóìó ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïëàíøåòíîñòè ëèñòà, îñîáåííî ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ, âàæíà íå ñòîëüêî ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü, ñêîëüêî îáåñïå÷åíèå ðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè ïî øèðèíå ïîëîñû. Ñ ïîìîùüþ ïðîôèëèðîâêè âàëêà îáåñïå÷èâàþò òàêæå óñòîé÷èâîñòü ïîëîñû â âàëêàõ. Æåëàòåëüíî òàêæå äîáèòüñÿ ðàâíîìåðíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ äàâëåíèÿ íà ðàáî÷èå è îïîðíûå âàëêè ïî øèðèíå êîíòàêòà, äëÿ ðàâíîìåðíîñòè èçíîñà âàëêîâ. Òàêîé øèðîêèé íàáîð òðåáîâàíèé òðåáóåò ðàçíûõ ïîäõîäîâ ê ïðîôèëèðîâêå âàëêîâ. Ïîýòîìó, êàê âèäíî èç ðèñ. 16.33, íà ïðèâåäåííûõ çàâîäàõ ïðèìåíÿþòñÿ ðàçëè÷íûå èñõîäíûå ïðîôèëèðîâêè âàëêîâ. Óñòîé÷èâîñòü ïîëîñû â âàëêàõ ýòî óñòîé÷èâîå óäåðæàíèå ðàñêàòà òî÷íî íà ñåðåäèíå âàëêîâ, ÷òîáû ñèëà ïðîêàòêè ïîðîâíó ðàñïðåäåëÿëàñü íà îáà íàæèìíûõ âèíòà.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå ëèñò áóäåò èìåòü ðàçíóþ òîëùèíó ïî ëåâîé è ïðàâîé áîêîâûì êðîìêàì çà ñ÷åò ðàçíîé óïðóãîé äåôîðìàöèè äåòàëåé ëåâîé è ïðàâîé ïîäóøåê. Íåñèììåòðè÷íîå ðàñïðåäåëåíèå óñèëèé îïàñíî òàêæå òåì, ÷òî ïîëîñà ïðè ïðîêàòêå åùå áîëüøå ñìåùàåòñÿ îò ñåðåäèíû â ñòîðîíó áîëåå òîëñòîãî êðàÿ, è ëèñò çàáðàñûâàåòñÿ íà ñòàíèíó. Äëÿ íàäåæíîãî óäåðæàíèÿ ïîëîñû â âàëêàõ íà ñåðåäèíå áî÷êè âàëêè äåëàþò âîãíóòûìè, ò. å. ñ óìåíüøåíèåì äèàìåòðà ê ñåðåäèíå áî÷êè.  ýòîì ñëó÷àå ñèëû íîðìàëüíîãî äàâëåíèÿ Ð, äåéñòâóþùèå íà ïîëîñó, èìåþò ãîðèçîíòàëüíóþ ñîñòàâëÿþùóþ Ðõ, íàïðàâëåííóþ âíóòðü ê îñè ïðîêàòêè, è ïîëîñà àâòîìàòè÷åñêè ñìåùàåòñÿ íà ñåðåäèíó áî÷êè (ðèñ. 16.34). Òàêàÿ ïðîôèëèðîâêà âàëêîâ ïðÿìî ïðîòèâîïîëîæíà òîé, êîòîðàÿ ðåêîìåíäóåòñÿ äëÿ êîìïåíñàöèè óïðóãîãî ïðîãèáà âàëêîâ. Ïîýòîìó íà òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ ïðèPx Px ìåíÿþò ñàìûå ðàçíîîáðàçíûå ïðîôèëèðîâêè êàê ðàP P áî÷èõ, òàê è îïîðíûõ âàëêîâ îò âîãíóòûõ äî âûïóêëûõ ñ ðàçëè÷íîé ôîðìîé ïðîôèëÿ îáðàçóþùåé. Åäèíîãî ïîäõîäà ê ðàñ÷åòó îïòèìàëüíîé ïðîôèëèðîâêè íåò. Ðàññìîòðèì ïðîôèëèðîâêó ðàáî÷èõ è îïîðíûõ âàëêîâ, ïðèìåíÿåìûõ íà íåêîòîðûõ ñòàíàõ (ðèñ. 16.35), Ðèñ. 16.34. Òðåáóåìàÿ ïðîôèëèðîâêà âàëêîâ ïðè÷åì äëÿ ðàáî÷åãî âàëêà íà÷àëüíóþ è ñêîððåêäëÿ óñòîé÷èâîñòè òèðîâàííóþ çà ñ÷åò òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ (òåïëîâàÿ ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå äîáàâêà çàøòðèõîâàíà). Äëÿ óñòîé÷èâîãî óäåðæàíèÿ 440
ïîëîñû ðàáî÷èå âàëêè äîëæíû áûòü âîãíóòûìè òîëüêî íà êðàéíèõ ó÷àñòêàõ áî÷êè. Ñðåäíèå ó÷àñòêè ìîæíî ñäåëàòü ëèáî öèëèíäðè÷åñêèìè, ëèáî âûïóêëûìè, ÷òî ñíèæàåò ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà. Òàêàÿ ïðîôèëèðîâêà ðàáî÷èõ âàëêîâ â ñî÷åòàíèè ñ âûïóêëîé ïðîôèëèðîâêîé îïîðíîãî âàëêà (ñì. ðèñ. 16.35, á, æ, ç) ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü ïðàêòè÷åñêè ðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå ìåæâàëêîâîãî äàâëåíèÿ ïî äëèíå âàëêîâ è ðàâíîìåðíîñòü èõ èçíîñà. ×òîáû ýòà ðàâíîìåðíîñòü ñîõðàíÿëàñü ïðè ïðîêàòêå äîëüøå, ïðåäëîæåíî íà êîíöàõ ðàáî÷èõ âàëêîâ äåëàòü ñêîñû äëèíîé l = 0,5(L Bmin),
à)
1
ä)
2 á)
1 å) 2
â)
1
æ)
2 ã)
1 ç) 2 Ðèñ. 16.35. Ïðîôèëèðîâêè îïîðíûõ
(1) è ðàáî÷èõ (2) âàëêîâ òîëñòîãäå L äëèíà áî÷êè âàëêà; Bmin ìèíèëèñòîâûõ ñòàíîâ: ìàëüíàÿ øèðèíà ïîëîñû, ïðîêàòûâàåìîé à 2250 ÊÌÇ; á 2300 ÄÌÇ; â 2800 íà ñòàíå. ÎÕÌÊ (ñòàðàÿ); ã 2800 ÊÌÇ; äæ 2800 ×èñòî âîãíóòûå ïðîôèëèðîâêè âàëêîâ ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü (ñòàðàÿ, ïðîìåæóòî÷íàÿ ïðèìåíÿþòñÿ íà ðÿäå ñòàðûõ çàâîäîâ, îäè íîâàÿ); ç 2800 ÎÕÌÊ è 3600 çàâîäà Àçîâñòàëü (íîâûå, ïðåäëîæåííûå íàêî îíè íåæåëàòåëüíû. Ïðè ïðîêàòêå íà ÄîíÍÈÈ×åðìåòîì) òàêèõ âàëêàõ ïîëó÷àåòñÿ ÷å÷åâèöåîáðàçíàÿ ôîðìà ëèñòà ñ âûñîêîé ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ. ×òîáû åå ñíèçèòü, íà ñòàíå ïîñëåäíèå ïðîïóñêè îñóùåñòâëÿþò ïðàêòè÷åñêè áåç îáæàòèé. Ýòè ïðîïóñêè íàçûâàþòñÿ ïðîãëàæèâàþùèìè. Ïðè îáæàòèÿõ, áëèçêèõ ê íóëþ, ðåçêî ñíèæàåòñÿ ïðîãèá âàëêîâ, è ïîëîñà âûðàâíèâàåòñÿ ïî øèðèíå. Îäíàêî ïðîãëàæèâàþùèå ïðîïóñêè, ñíèæàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü, ìîãóò óõóäøèòü ñâîéñòâà ìåòàëëà. Èç äèàãðàììû ðåêðèñòàëëèçàöèè ìåòàëëà ñëåäóåò, ÷òî ïðè ìàëûõ îáæàòèÿõ â ðàéîíå êðèòè÷åñêèõ çíà÷åíèé ïîëó÷àåòñÿ î÷åíü êðóïíîå çåðíî, è ýòî ãóáèòåëüíî äëÿ óäàðíûõ õàðàêòåðèñòèê ëèñòà. Êðîìå òîãî, ïðîãëàæèâàíèå ïîëîñû òðåáóåò äîïîëíèòåëüíîãî âðåìåíè, è ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà ñíèæàåòñÿ. Êàê âèäíî, îïòèìàëüíàÿ ïðîôèëèðîâêà âàëêîâ ïî âñåì êðèòåðèÿì íåâîçìîæíà, êàæäûé çàâîä ðàçðàáàòûâàåò ñîáñòâåííóþ ïðîôèëèðîâêó íà îñíîâå ñâîåãî ñîðòàìåíòà ëèñòîâ, îñîáåííîñòåé ñòàíà, óñëîâèé ïðîêàòêè è ïð. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî íà òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ ñ ïîìîùüþ ïðîôèëèðîâêè âàëêîâ ìîæíî ðåøàòü ïðîáëåìó óïðàâëåíèÿ øèðèíîé ëèñòà. Ïðåäñòàâèì, ÷òî ïðè ñîîòâåòñòâóþùåé ïðîôèëèðîâêå âàëêîâ èëè ïîä äåéñòâèåì ïðîòèâîèçãèáà â ïîñëåäíåì óøèðèòåëüíîì ïðîïóñêå ïîëó÷åíà ÷å÷åâèöåîáðàçíàÿ ïîëîñà. Íà ñòàíàõ ñ äëèíîé áî÷êè âàëêîâ 45005500 ìì ïðè ïðîêàòêå òîëñòûõ è øèðîêèõ ëèñòîâ (áîëåå 4000 ìì) ìîæíî ïîëó÷èòü ðàçíîñòü òîëùèíû â ñåðåäèíå è ïî êðàÿì äî 2,83,8 ìì. Åñëè äàëüøå òàêóþ ïîëîñó ïðîêàòûâàòü â ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèè â ÷èñòîâîé êëåòè, èìåþùåé ðàâíîìåðíóþ ùåëü ìåæäó âàëêàìè â ïðîöåññå ïðîêàòêè, òî äåôîðìàöèÿ åå ïî øèðèíå áóäåò î÷åíü íåðàâíîìåðíà. 441
Ñðåäíèå ïî øèðèíå ñëîè áóäóò ïîëó÷àòü áîëüøåå îáæàòèå, ÷åì ïî êðàÿì. Çà ñ÷åò âçàèìîäåéñòâèÿ ñðåäíèõ è êðàéíèõ ñëîåâ ïîñëåäíèå äîëæíû ïðèíóäèòåëüíî âûòÿãèâàòüñÿ â äëèíó è óòÿãèâàòüñÿ ïî øèðèíå. Îïûòû ïîêàçûâàþò, ÷òî òàêèì ñïîñîáîì ìîæíî óìåíüøèòü øèðèíó øèðîêèõ ëèñòîâ íà 2060 ìì. Âèäèìî, ìåíÿÿ óñèëèå ïðîòèâîèçãèáà ïðè ïðîêàòêå â ïîñëåäíåì óøèðèòåëüíîì ïðîïóñêå, ìîæíî èçìåíÿòü ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü (ðàçìåðû ÷å÷åâèöû) ïî äëèíå ðàñêàòà. Ïîñëå ðàçâîðîòà ïîëîñû è ïðîêàòêè â ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèè ìû ïîëó÷èì ðàçíóþ óòÿæêó øèðèíû ëèñòà ïî åãî äëèíå. Çà ñ÷åò ýòîãî ìîæíî ïðèáëèçèòü ôîðìó ëèñòà â ïëàíå ê ïðÿìîóãîëüíîé. Ïîëó÷àåòñÿ ÷òî-òî ïîõîæåå íà MAS-ïðîêàòêó, íî çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ íå çàçîðà ìåæäó âàëêàìè, à ôîðìû ùåëè ìåæäó âàëêàìè. Íà ñóùåñòâóþùèõ òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ ïðåäëàãàåìûé ñïîñîá ðåãóëèðîâàíèÿ øèðèíû ïîëîñû ïîêà íå ïðèìåíÿåòñÿ, îí íàõîäèòñÿ â ñòàäèè ðàçðàáîòêè. 5. Ñèëà ïðîêàòêè. Íà ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ëèñòà è åãî ïëàíøåòíîñòü îêàçûâàåò áîëüøîå âëèÿíèå ðàñïðåäåëåíèå äàâëåíèÿ íà âàëêè ïî øèðèíå ëèñòà. Îíî çàâèñèò îò èñõîäíîé ïðîôèëèðîâêè, èçíîñà âàëêîâ è äðóãèõ ôàêòîðîâ. Íàïîìíèì, ÷òî çà ñ÷åò âëèÿíèÿ âíåøíèõ çîí â î÷àãå äåôîðìàöèè ýïþðà äàâëåíèÿ ïî øèðèíå íåðàâíîìåðíà. Íà óçêèõ î÷àãàõ ìàêñèìóì äàâëåíèÿ ïðèõîäèòñÿ íà ñåðåäèíó ïîëîñû ïî øèðèíå. Íà øèðîêèõ ïîëîñàõ íåðàâíîìåðíîñòü äàâëåíèÿ ñîñðåäîòî÷åíà â ïðèêðîìî÷íûõ îáëàñòÿõ (ñì. ðèñ. 5.3 è 5.4). Îñîáåííî âàæíû ðàññìàòðèâàåìûå ýôôåêòû ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ. Äëÿ èõ ñíèæåíèÿ ïðèãîäíû âñå ìåðîïðèÿòèÿ, çà ñ÷åò êîòîðûõ ñíèæàåòñÿ ñèëà ïðîêàòêè, ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðîêàòêè, óìåíüøåíèå êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ è ò. ä. Äëÿ ýòîé æå öåëè íà òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ ïðèìåíÿþò íåñèììåòðè÷íóþ ïðîêàòêó. Ñîâìåñòíûå èññëåäîâàíèÿ çàâîäà Àçîâñòàëü, ÄîíÍÈÈ×åðìåò, ÄÏÈ è ÍÊÌÇ ïîêàçàëè, ÷òî íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå ïðè ïðîêàòêå ëèñòîâ òîëùèíîé 814 ìì ïîëåçíî ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé âàëêîâ ñòàíà íà 34 %. Ïðè àñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêå â ñåðåäèíå î÷àãà äåôîðìàöèè, ïîìèìî îáû÷íûõ çîí îïåðåæåíèÿ è îòñòàâàíèÿ ïî îáîèì âàëêàì, ïîÿâëÿåòñÿ çîíà, â êîòîðîé ïî îäíîìó âàëêó ñèëû òðåíèÿ ñîîòâåòñòâóþò çîíå îïåðåæåíèÿ, à ïî äðóãîìó çîíå îòñòàâàíèÿ, ò. å. íàïðàâëåíû íàâñòðå÷ó äðóã äðóãó. Ýòî ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ óäåëüíîãî äàâëåíèÿ â öåíòðå î÷àãà äåôîðìàöèè è, ñëåäîâàòåëüíî, ê îáùåìó ñíèæåíèþ ñèëû ïðîêàòêè. Âàæíåå òî, ÷òî ñíèæåíèå ïèêà äàâëåíèé â ñåðåäèíå î÷àãà îáåñïå÷èâàåò áîëåå ðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå äàâëåíèÿ ïî øèðèíå ïîëîñû. Ïðè ýòîì ñíèæàåòñÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû è óëó÷øàåòñÿ åå ïëàíøåòíîñòü. 16.9. Ïðîèçâîäñòâî òîëñòîãî áèìåòàëëè÷åñêîãî ëèñòà Äëÿ õèìè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè, àòîìíîãî è ýíåðãåòè÷åñêîãî ìàøèíîñòðîåíèÿ, ñóäîñòðîåíèÿ, ïðîèçâîäñòâà òðóá è äðóãèõ îòðàñëåé òðåáóåòñÿ áîëüøîå êîëè÷åñòâî áèìåòàëëè÷åñêîãî òîëñòîãî ëèñòà. Òàêèå ëèñòû ñîñòîÿò èç äâóõ ñëîåâ, èç êîòîðûõ îäèí, îñíîâíîé, èçãîòîâëåí èç äåøåâîé óãëåðîäèñòîé èëè íèçêîëåãèðîâàííîé ñòàëè, à äðóãîé, íàçûâàåìûé ïëàêèðóþùèì ñëîåì, èç äîðîãîãî ëåãèðîâàííîãî ìåòàëëà ñî ñïåöèàëüíûìè ñâîéñòâàìè. Ïëàêèðóþ442
ùèé ñëîé äîëæåí îáåñïå÷èòü ýêñïëóàòàöèîííûå ñâîéñòâà áèìåòàëëà ïðè ðàáîòå â ýêñòðåìàëüíûõ óñëîâèÿõ, à îñíîâíîé íåñåò ñèëîâóþ íàãðóçêó. Ðåæå ïðèìåíÿþòñÿ òðèìåòàëëè÷åñêèå ëèñòû, â êîòîðûõ äâà ïëàêèðóþùèõ ñëîÿ ðàñïîëàãàþòñÿ ïî îáå ñòîðîíû îò îñíîâíîãî. Òîëùèíà ïëàêèðóþùåãî ñëîÿ íà òîëñòûõ áèìåòàëëè÷åñêèõ ëèñòàõ îáû÷íî êîëåáëåòñÿ â óçêèõ ïðåäåëàõ 57 ìì, à òîëùèíà îñíîâíîãî ñëîÿ, íàîáîðîò, ìîæåò áûòü ëþáîé. Ïðèìåíåíèå áèìåòàëëè÷åñêèõ ëèñòîâ äàåò áîëüøóþ ýêîíîìèþ çàòðàò ó ïîòðåáèòåëÿ. Íàïðèìåð, åìêîñòü, èçãîòîâëåííàÿ äëÿ öåëëþëîçíîáóìàæíîé ïðîìûøëåííîñòè èç áèìåòàëëà, ñîäåðæàùåãî ïëàêèðóþùèé ñëîé èç êèñëîòîóïîðíîé íåðæàâåþùåé ñòàëè, ïî ýêñïëóàòàöèîííûì ñâîéñòâàì íè÷åì íå îòëè÷àåòñÿ îò òàêîé æå åìêîñòè, ïîëíîñòüþ èçãîòîâëåííîé èç êèñëîòîóïîðíîé ñòàëè. Áèìåòàëëè÷åñêèé ëèñò ñ ïëàêèðóþùèì ñëîåì èç òèòàíà ìîã áû îáåñïå÷èòü ïðàêòè÷åñêè íåîãðàíè÷åííûé ñðîê ñëóæáû îáøèâêè êîðàáëÿ â àãðåññèâíîé ìîðñêîé âîäå. Áèìåòàëëè÷åñêèå òðóáû çíà÷èòåëüíî ïðîäëèëè áû æèçíü ìàãèñòðàëüíûõ ãàçîïðîâîäîâ è ò. ä. Ïðîèçâîäñòâî òîëñòîãî áèìåòàëëè÷åñêîãî ëèñòà èíòåíñèâíî ðàçâèâàåòñÿ âî âñåõ ñòðàíàõ. Îñíîâíûìè ïîñòàâùèêàìè íà ìèðîâîé ðûíîê ÿâëÿþòñÿ ßïîíèÿ, Ãåðìàíèÿ, ÑØÀ è äðóãèå ñòðàíû.  Ðîññèè ïîòðåáíîñòü â òàêîì ëèñòå íåïðåðûâíî ðàñòåò, è, âîçìîæíî, îíà ñòàíåò ãëàâíûì ïîòðåáèòåëåì áèìåòàëëè÷åñêîãî ëèñòà. Îäíàêî ïîêà åãî ïðîèçâîäñòâî íå ñòîëü ðàçâèòî, êàê òðåáóþò ïåðñïåêòèâíûå ïëàíû ðàçâèòèÿ îñíîâíûõ îòðàñëåé ïðîìûøëåííîñòè, ïîòðåáëÿþùèõ áèìåòàëëè÷åñêèé ëèñò. Íà äàííîì ýòàïå ñòàíîâëåíèÿ íàðîäíîãî õîçÿéñòâà Ðîññèè ïðè ñðàâíèòåëüíî íåáîëüøèõ îáúåìàõ ïîòðåáëåíèÿ ÷àñòî ïðåäïðèÿòèþ âûãîäíåå êóïèòü íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî òàêèõ ëèñòîâ íà ìèðîâîì ðûíêå, ÷åì íàëàæèâàòü ïðîèçâîäñòâî íà ñâîèõ òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ. Îäíàêî è ó íàñ â ñòðàíå (íà ÎÕÌÊ, Èæîðñêîì è äðóãèõ çàâîäàõ) ðàçðàáîòàíà òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà òîëñòîãî áèìåòàëëè÷åñêîãî ëèñòà. Íà Óêðàèíå òàêîé ëèñò ïðîèçâîäèò ÊÌÇ. Íà ñóùåñòâóþùèõ òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ áèìåòàëëè÷åñêèå ëèñòû ìîãóò ïðîèçâîäèòüñÿ ïðè íàëè÷èè ñïåöèàëèçèðîâàííîãî ó÷àñòêà äëÿ ïîäãîòîâêè áèìåòàëëè÷åñêèõ ñëÿáîâ è ïðè äîïîëíèòåëüíîì îáîðóäîâàíèè äëÿ êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ïðîäóêöèè, åãî äîïîëíèòåëüíîé îáðàáîòêè è èñïûòàíèÿ. Ïðè ïðîèçâîäñòâå áèìåòàëëè÷åñêèõ ëèñòîâ îñíîâíûå ïðîáëåìû âîçíèêàþò íà ñòàäèè èçãîòîâëåíèÿ áèìåòàëëè÷åñêîãî ñëÿáà. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî òåõíîëîãè÷åñêèõ ñõåì ïðîèçâîäñòâà áèìåòàëëè÷åñêèõ ñëÿáîâ, ñëóæàùèõ çàãîòîâêîé äëÿ ïðîêàòêè áèìåòàëëè÷åñêîãî ëèñòà. Ñàìîé ïðîñòîé ÿâëÿåòñÿ íàïëàâêà ïëàêèðóþùåãî ñëîÿ íà îñíîâíîé. Ðàññìîòðèì íåñêîëüêî ðàçíîâèäíîñòåé ýòîãî ñïîñîáà (ðèñ. 16.36). Êàê ïîêàçàíî íà ðèñ 16.36, à, â èçëîæíèöó ïîìåùàþò ñëÿá èç îñíîâíîãî ìåòàëëà (â òâåðäîì ñîñòîÿíèè) è äîëèâàþò â íåå ðàñïëàâ ëåãèðîâàííîãî ïëàêèðóþùåãî ìåòàëëà. Ïðè ñïëàâëåíèè ñëîåâ ïîëó÷àåòñÿ áèìåòàëëè÷åñêèé ñëÿá, êîòîðûé â äàëüíåéøåì ïî òåõíîëîãèè ïëàêèðóþùåãî ìåòàëëà íàãðåâàåòñÿ â ìåòîäè÷åñêèõ ïå÷àõ è ïðîêàòûâàåòñÿ ïî îáû÷íîé òåõíîëîãèè. Ïðè ïðîèçâîäñòâå òàêèõ ñëÿáîâ íåîáõîäèìî ïðåäîòâðàòèòü ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ â ìåñòå ñîåäèíåíèÿ îò îêèñëåíèÿ, íàïðèìåð, ïóòåì ïðèìåíåíèÿ èíåðòíûõ ãàçîâ, âàêóóìèðîâàíèÿ, èñïîëüçîâàíèÿ øëàêîâ è ïð. 443
à)
á)
Ðàñïëàâ Îñíîâíîé ïëàêèð. ñëîé ñëîÿ
â) Ýëåêòðîä
Ôëþñ Íàïðàâêà ïëàê. ñëîÿ
Îñíîâíîé ñëîé
Ýëåêòðîä
Ýë. äóãà Îñíîâíîé ñëîé
Øëàê
Ðàñïëàâ ïëàêèð. ñëîÿ
Ðèñ. 16.36. Èçãîòîâëåíèå áèìåòàëëè÷åñêèõ ñëÿáîâ ìåòîäàìè ðàñïëàâëåíèÿ ïëàêèðóþùåãî ñëîÿ: à çàëèâêà; á íàïëàâêà; â ÝØÏ
Áîëåå íàäåæåí ñïîñîá íàïëàâêè ïëàêèðóþùåãî ñëîÿ ïóòåì ðàñïëàâëåíèÿ ñâàðî÷íûõ ýëåêòðîäîâ ïîä ñëîåì ôëþñà (ðèñ. 16.36, á) èëè ñïîñîá ýëåêòðîøëàêîâîãî ïåðåïëàâà, êîãäà êàïëè ðàñïëàâëÿåìîãî ýëåêòðîäà èç ïëàêèðóþùåãî ìàòåðèàëà ïðîõîäÿò ñëîé ñïåöèàëüíî íàâåäåííîãî øëàêà, êîòîðûé î÷èùàåò è çàùèùàåò ìåòàëë ïëàêèðóþùåãî ñëîÿ (ðèñ. 16.36, â). Ìåòîäû, îñíîâàííûå íà ðàñïëàâëåíèè ïëàêèðóþùåãî ñëîÿ, ïðèìåíÿþòñÿ, íàïðèìåð, ïðè ïîëó÷åíèè áèìåòàëëè÷åñêèõ ëèñòîâ ñ ïëàêèðóþùèì ñëîåì èç ìåäè, íèêåëÿ è ïð. Îäíàêî òàêèå ìåòîäû èìåþò ñóùåñòâåííûå íåäîñòàòêè. Î÷åíü òðóäíî çàùèòèòü ïëîñêîñòè êîíòàêòà ñëîåâ îò îêèñëåíèÿ. Êðîìå òîãî, ïðè êîíòàêòå ðàñïëàâëåííîãî ïëàêèðóþùåãî ìåòàëëà ñ îñíîâíûì óãëåðîäèñòûì ìåòàëëîì ïðîèñõîäèò èõ âçàèìîäåéñòâèå. Åñëè ñïëàâëÿåìûå ìåòàëëû íåîãðàíè÷åííî ðàñòâîðèìû äðóã â äðóãå, òî ñîåäèíåíèå äîñòèãàåò âûñîêîé ïðî÷íîñòè è ïëàñòè÷íîñòè. Ýòî íàèëó÷øåå ñî÷åòàíèå ìåòàëëîâ ïëàêèðóþùåãî è îñíîâíîãî ñëîåâ. Åñëè æå ìåòàëëû îáðàçóþò õðóïêèå õèìè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ èëè ýâòåêòèêè, òî ïðîìåæóòî÷íûé ñëîé, à ñ íèì è âåñü áèìåòàëëè÷åñêèé ëèñò áóäóò èìåòü íèçêèå ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà. Íàïðèìåð, òèòàí ñî ñòàëüþ ïðè òåìïåðàòóðå 1050 °Ñ îáðàçóåò ýâòåêòèêó, êîòîðàÿ èìååò ïðàêòè÷åñêè íóëåâóþ ïëàñòè÷íîñòü è ïðî÷íîñòü, ïîýòîìó ìåòîäû ðàñïëàâëåíèÿ íå ïðèãîäíû äëÿ ïîëó÷åíèÿ áèìåòàëëè÷åñêèõ ñëÿáîâ òèòàíñòàëü. Êðîìå òîãî, ïðè êîíòàêòå îñíîâíîãî è ðàñïëàâëåííîãî ïëàêèðóþùåãî ìåòàëëîâ èíòåíñèâíî ïðîòåêàþò äèôôóçèîííûå ïðîöåññû. Íàïðèìåð, ïðè ïðîèçâîäñòâå áèìåòàëëà ñòàëüíåðæàâåþùàÿ ñòàëü óãëåðîä äèôôóíäèðóåò èç ñëîÿ ñòàëè â ïëàêèðóþùèé ñëîé, à ëåãèðóþùèå ýëåìåíòû (Cr, Ni, Òi è äð.) â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè. Íà ãðàíèöå ñîåäèíåíèÿ ñî ñòîðîíû íåðæàâåþùåãî ñëîÿ îáðàçóåòñÿ ïðîñëîéêà õðóïêèõ êàðáèäíûõ ñîåäèíåíèé ñ ìåòàëëàìè ïëàêèðóþùåãî ñëîÿ (õðîìîì, òèòàíîì è ïð.).  îñíîâíîì ñëîå îáðàçóåòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ïðîñëîéêà èç îáåçóãëåðîæåííîãî ìåòàëëà. Òàêèì îáðàçîì, íà ãðàíèöå ñîåäèíåíèÿ ôîðìèðóåòñÿ ïåðåõîäíàÿ çîíà, ñîñòîÿùàÿ èç äâóõ ñëîåâ êàðáèäíîãî è îáåçóãëåðîæåííîãî. Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà âñåãî áèìåòàëëè÷åñêîãî ëèñòà îïðåäåëÿþòñÿ ñâîéñòâàìè ïðîìåæóòî÷íîé çîíû: ïðåäåë òåêó÷åñòè åãî áóäåò òàêèì æå íåâûñîêèì, êàê ó îáåçóãëåðîæåííîãî ñëîÿ, à ïëàñòè÷íîñòü íèçêîé, 444
êàê ó êàðáèäíîãî ñëîÿ. Ìåòîäû ðàñïëàâëåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêè ïðîñòû, íî ïðèìåíÿþòñÿ ñðàâíèòåëüíî ðåäêî, ïîñêîëüêó îáåñïå÷èâàþò íåâûñîêèå ñâîéñòâà ëèñòà. Ìåòîä íàïëàâêè ïëàêèðóþùåãî ñëîÿ ïîä ñëîåì ôëþñà ïðèìåíÿåòñÿ íà ñòàíå 2000 ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü ïðè ïðîèçâîäñòâå òîíêèõ ãîðÿ÷åêàòàíûõ áèìåòàëëè÷åñêèõ ëèñòîâ ñòàëüíåðæàâåþùàÿ ñòàëü. Ïðè äåôîðìàöèè îò òîëùèíû èñõîäíîãî ñëÿáà 280 ìì äî êîíå÷íîé òîëùèíû 2 ìì ïðîìåæóòî÷íàÿ çîíà ðàñêàòûâàåòñÿ, ïðåâðàùàåòñÿ â îòäåëüíûå, íå ñâÿçàííûå ìåæäó ñîáîé îñòðîâêè, êîòîðûå íåçíà÷èòåëüíî âëèÿþò íà ñâîéñòâà ãîòîâîãî ëèñòà. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ òîëñòûõ ëèñòîâ èç óïîìÿíóòûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ïàð ñ âûñîêèìè ìåõàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè ïðèìåíÿþò ïàêåòíûå ìåòîäû èçãîòîâëåíèÿ áèìåòàëëè÷åñêèõ ñëÿáîâ. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî êîíñòðóêöèé ïàêåòîâ.  ñàìîì ïðîñòîì ïàêåòå òîëñòûé ëèñò èç ïëàêèðóþùåãî ìåòàëëà ïðèâàðåí ê îñíîâíîìó ñëîþ ïî ïåðèìåòðó (ðèñ. 16.37, à).  òàêîì âèäå ïàêåò íàãðåâàåòñÿ â ìåòîäè÷åñêîé ïå÷è è çàòåì ïðîêàòûâàåòñÿ íà ñòàíå êàê îáû÷íûé ñëÿá. ×òîáû ïðîèçîøëà ñâàðêà ñëîåâ ïî êîíòàêòíîé ïîâåðõíîñòè, íåîáõîäèìî íà èõ ãðàíèöå äîñòèãíóòü îïðåäåëåííîé è äîñòàòî÷íî âûñîêîé ïðîðàáàòûâàåìîñòè (ñóììàðíîé ñòåïåíè äåôîðìàöèè). Ñâàðêà áóäåò ïðî÷íåå è íàäåæíåå, åñëè â ïðîöåññå ïîäãîòîâêè è íàãðåâà ïàêåòà ñîõðàíèòü ÷èñòûå ïîâåðõíîñòè ñëîåâ. Äëÿ ýòîãî ïåðåä ñáîðêîé ïàêåòà âñå ïîâåðõíîñòè òùàòåëüíî çà÷èùàþòñÿ è ïðîìûâàþòñÿ àöåòîíîì èëè ñïèðòîì, à ïîñëå îêîí÷àòåëüíîé ñáîðêè èç ïàêåòà îòêà÷èâàåòñÿ ëèøíèé âîçäóõ, ÷òîáû ïîëíîñòüþ óñòðàíèòü îêèñëåíèå. Ïðè èçãîòîâëåíèè (ïðè ñâàðêå) òàêîãî ïàêåòà ïî ïåðèìåòðó ìåòàëë ðàñïëàâëÿåòñÿ, ïîýòîìó ïîñëå ïðîêàòêè áîëüøóþ ÷àñòü ëèñòà ïðèõîäèòñÿ îòïðàâëÿòü â îáðåçü. Áîëåå ñëîæíûé ïàêåò (ðèñ. 16.37, á) ñîäåðæèò êðûøêó, çàêðûâàþùóþ ïëàêèðóþùóþ ïëèòó îò îêèñëåíèÿ è çàãðÿçíåíèÿ. Ñâàðêà ïî ïåðèìåòðó îñóùåñòâëÿåòñÿ ÷åðåç ñòàëüíûå ïðîìåæóòî÷íûå ïðîêëàäêè, ïîýòîìó ïëàêèðóþùèé ñëîé â ïåðèôåðèéíûõ ñëîÿõ íå ðàñïëàâëÿåòñÿ. Ýòî íàèáîëåå ïðèìåíÿåìûé ïàêåò. Çäåñü òàêæå âñå äåòàëè ïåðåä ñáîðêîé çà÷èùàþòñÿ è ïðîìûâàþòñÿ, à ïîñëå ñáîðêè ïàêåò âàêóóìèðóåòñÿ. Íåäîñòàòêîì îáîèõ ïàêåòîâ ÿâëÿåòñÿ ðàçëè÷èå ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè ìåòàëëà ïî âåðõíåìó è íèæíåìó âàëêàì ïðè ïðîêàòêå.  ðåçóëüòàòå îáæàòèå ìÿãêîãî ñëîÿ áîëüøå, ÷åì òâåðäîãî, èç-çà íåðàâíîìåðíîñòè äåôîðìàöèè ìåæäó ñëîÿìè ïðîèñõîäèò âçàèìîäåéñòâèå. Ïðè ïðîêàòêå ñëÿá èçãèáàåòñÿ â ñòîðîíó
Ñâàðíîé øîâ
Ïëàêèð. ñëîé
Îñí. ñëîé
Êðûøêà
á)
à)
â)
Ïëàêèð. ñëîé Îñí. ñëîé
Ñâàðíîé øîâ
Ïðîêëàäêè
Ðèñ. 16.37. Òèïû ïàêåòîâ äëÿ ïðîêàòêè áèìåòàëëè÷åñêèõ ëèñòîâ 445
òâåðäîãî ñëîÿ (êàê ïðàâèëî, ïëàêèðóþùåãî). Ïîñëå ñâàðêè ñëîåâ èõ äåôîðìàöèÿ âûðàâíèâàåòñÿ, îäíàêî ñîõðàíÿåòñÿ âûñîêàÿ íåðàâíîìåðíîñòü, à çà ñ÷åò âçàèìîäåéñòâèÿ ñëîåâ â íèõ ôîðìèðóþòñÿ áîëüøèå îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ, çíà÷èòåëüíî ñíèæàþùèå ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ëèñòà. Âîçìîæíî äàæå ðàññëîåíèå. ×òîáû âûðàâíÿòü äåôîðìàöèþ íà îáîèõ âàëêàõ, íåîáõîäèìî ïðîêàòûâàòü ñèììåòðè÷íûé ïàêåò (ðèñ. 16.37, â). Âàæíûì ïðåèìóùåñòâîì ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî òàê ïðîêàòûâàþòñÿ ñðàçó äâà áèìåòàëëè÷åñêèõ ëèñòà, ïðîèçâîäèòåëüíîñòü âîçðàñòàåò. Îñíîâíûì æå íåäîñòàòêîì ÿâëÿåòñÿ ñëàáàÿ ïðîðàáàòûâàåìîñòü ïàêåòà â ìåñòå ñâàðêè ñëîåâ. Òîëùèíà ñëÿáà â ýòîì ñëó÷àå ïî÷òè â äâà ðàçà áîëüøå, ÷åì â ïðåäûäóùåì, ïîýòîìó ïðè ïðîêàòêå âûñîêà âåðîÿòíîñòü ïîïàäàíèÿ â îáëàñòü âûñîêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè, êîãäà äåôîðìàöèÿ íå ïðîíèêàåò â öåíòðàëüíûå ñëîè. Íåîáõîäèìû áîëüøèå ñóììàðíûå îáæàòèÿ, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ñâàðêó ïëàêèðóþùåãî ñëîÿ ñ îñíîâíûì, ÷òî âîçìîæíî ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ. Ïðîáëåìà íàäåæíîé ïðèâàðêè ïëàêèðóþùåãî ñëîÿ ê îñíîâíîìó ìåòàëëó ïî âñåé êîíòàêòíîé ïîâåðõíîñòè ÿâëÿåòñÿ îñíîâíîé ïðè ïàêåòíîé ïðîêàòêå áèìåòàëëà. Ïðè ïàêåòíîé ïðîêàòêå äëÿ ýòîãî ïðèìåíÿþò òîíêèå ïðîìåæóòî÷íûå ïðîñëîéêè. Ñ îäíîé ñòîðîíû, ïðîìåæóòî÷íûå ïðîñëîéêè ïðåäîòâðàùàþò îáðàçîâàíèå õðóïêèõ êàðáèäíûõ ïðîñëîåê è îáåçóãëåðîæåííîãî ñëîÿ, ñ äðóãîé ïðè ñîîòâåòñòâóþùåì ïîäáîðå ìàòåðèàëà ïðîñëîåê óäàåòñÿ ñíèçèòü ïðîðàáàòûâàåìîñòü, ïðè êîòîðîé ñëîè ïðèâàðèâàþòñÿ äðóã ê äðóãó. Èç òåîðèè ñâàðêè äàâëåíèåì èçâåñòíî, ÷òî ëó÷øå âñåãî (ïðè ìåíüøåì äàâëåíèè) ñâàðèâàþòñÿ îäíîðîäíûå ìåòàëëû, èìåþùèå áëèçêèå àòîìíûå ðàäèóñû. Òàê, õîðîøî ñâàðèâàþòñÿ æåëåçî (ñòàëü) ñ íèêåëåì, ñâèíåö ñ îëîâîì è ò. ä. Òðóäíåå ñâàðèâàþòñÿ îäèíàêîâûå ìåòàëëû, íàïðèìåð ñòàëü ñî ñòàëüþ. È ÷åì áîëüøå ðàçëè÷èå â àòîìíûõ ðàäèóñàõ, òåì òðóäíåå ñâàðèâàþòñÿ ìåòàëëû. Ñòàëü ñ òèòàíîì ñâàðèâàþòñÿ î÷åíü òðóäíî (ïðè íàëè÷èè ýâòåêòèêè ñâàðêà âîîáùå íåâîçìîæíà), òàê êàê ýòè ìåòàëëû èìåþò äàëåêî îòëè÷íûå àòîìíûå ðàäèóñû. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ïðîèçâîäñòâà áèìåòàëëè÷åñêèõ ëèñòîâ íåðæàâåþùàÿ ñòàëüñòàëü â ïàêåò íåîáõîäèìî çàëîæèòü ïðîñëîéêó èç íèêåëÿ. Íà ÊÌÇ òàêóþ ïðîñëîéêó íàíîñÿò ãàëüâàíè÷åñêèì ïóòåì íà ïëàêèðóþùóþ ïëèòó ïåðåä ñáîðêîé ïàêåòà. Íà ìíîãèõ çàâîäàõ (íàïðèìåð, íà ñòàíå 5000) ïðîñëîéêà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òîíêèé ëèñò, ñâàðåííûé èç îòäåëüíûõ íèêåëåâûõ ëåíòî÷åê. Íà ó÷àñòêå ñáîðêè ïàêåòîâ èìååòñÿ ñâàðî÷íîå îáîðóäîâàíèå, ïîçâîëÿþùåå çàêðåïèòü íèêåëåâûå ëåíòû íà îñíîâíîì ñëîå. Êîíå÷íî, ëåíòû ïðåäâàðèòåëüíî çà÷èùàþò è ïðîìûâàþò, à ñîáðàííûé ïàêåò âàêóóìèðóþò. Ïðî÷íîñòü ñöåïëåíèÿ ñëîåâ ñ ëåíòî÷íîé ïðîñëîéêîé âûøå, ÷åì ïðè ãàëüâàíè÷åñêîé. Åùå áîëåå ñëîæíàÿ ïðîñëîéêà íåîáõîäèìà äëÿ ïðîèçâîäñòâà áèìåòàëëà òèòàíñòàëü. Òàêîãî ìåòàëëà, êîòîðûé èìåë áû áëèçêèé àòîìíûé ðàäèóñ ê æåëåçó è òèòàíó, íå ñóùåñòâóåò. Ïîýòîìó íåîáõîäèìû äâîéíûå è äàæå òðîéíûå ïðîñëîéêè, íàïðèìåð âàíàäèé-íèîáèåâûå, íèêåëü-âàíàäèé-íèîáèåâûå è äðóãèå, êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò ïîñòåïåííûé ïåðåõîä ïî àòîìíîìó ðàäèóñó îò æåëåçà ê òèòàíó. Ïðè ïàêåòíîé ïðîêàòêå îäíà èç ïðîáëåì ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû ïðàâèëüíî ïîäîáðàòü ñîîòíîøåíèå òîëùèí ïëàêèðóþùåãî è îñíîâíîãî ñëîåâ äî ïðîêàòêè Hïë/Hîñ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òðåáóåìîãî ñîîòíîøåíèÿ ïîñëå ïðîêàòêè hïë/hîñ. Äî ìîìåíòà ñâàðêè ñëîåâ êàæäûé èç íèõ äåôîðìèðóåòñÿ íåçàâèñèìî äðóã îò äðóãà è ñîîòíîøåíèå îáæàòèé ïîä÷èíÿåòñÿ çàêîíîìåðíîñòè 446
2
∆hïë σ = îñ 2 , ∆hîñ σ ïë
ãäå σîñ è σïë ïðåäåëû òåêó÷åñòè ìåòàëëà îñíîâíîãî è ïëàêèðóþùèõ ñëîåâ. Îäíàêî ïîñëå ñâàðêè ñëîåâ äî êîíöà ïðîêàòêè îáà ñëîÿ äîëæíû äåôîðìèðîâàòüñÿ ïî÷òè îäèíàêîâî, ïîñêîëüêó âûòÿæêè èõ âûðàâíèâàþòñÿ, à óøèðåíèÿ ïðàêòè÷åñêè ðàâíû. Òàêèì îáðàçîì, òðóäíî ðàññ÷èòàòü íà÷àëüíîå ñîîòíîøåíèå òîëùèí ëèñòîâ, òàê ÷òîáû îíî ñîîòâåòñòâîâàëî òðåáóåìîìó ñîîòíîøåíèþ ïîñëå ïðîêàòêè. Âñå îòìå÷åííûå òðóäíîñòè ïî÷òè ïîëíîñòüþ èñ÷åçàþò, åñëè èçãîòîâëÿòü áèìåòàëëè÷åñêèé ëèñò ìåòîäîì âçðûâà. Ãîòîâûé ëèñò ïîëó÷àåòñÿ áåç íàãðåâà è ïîñëåäóþùåé ïðîêàòêè ñðàçó çà îäíó îïåðàöèþ (ðèñ. 16.38). Íà îñíîâíóþ ïëèòó ïîä óãëîì íàêëàäûâàåòñÿ ïëàêèðóþùèé ëèñò. Ðàçìåðû ïëèòû è ëèñòà ðàâíû êîíå÷íûì â ãîòîâîì áèìåòàëëè÷åñêîì ëèñòå. Âçðûâ÷àòîå âåùåñòâî Íàïðàâëåíèå âçðûâà
Ïëàêèð. ñëîé Îñíîâíîé ñëîé
Ðèñ. 16.38. Ïîëó÷åíèå áèìåòàëëè÷åñêîãî ëèñòà ìåòîäîì âçðûâà
Íà ïëàêèðóþùèé ëèñò íàíîñèòñÿ ðîâíûì ñëîåì âçðûâ÷àòîå âåùåñòâî. Çàòåì ïðîèçâîäèòñÿ íàïðàâëåííûé âçðûâ, è ïëàêèðóþùèé ëèñò ñëåâà íàïðàâî ñ áîëüøîé ñèëîé è ñêîðîñòüþ óñòðåìëÿåòñÿ ê îñíîâíîé ïëèòå. Óäåëüíûå äàâëåíèÿ ïðè ýòîì î÷åíü âåëèêè, äâèæåíèå ôðîíòà âîëíû âçðûâà ìîæíî ðåãóëèðîâàòü. Êðîìå òîãî, ïðîèñõîäèò íàäåæíîå ïðèâàðèâàíèå ïîâåðõíîñòåé. Ëèñò, ïîëó÷åííûé ìåòîäîì âçðûâà, îáåñïå÷èâàåò íàèáîëüøóþ ïðî÷íîñòü ñîåäèíåíèÿ ëèñòîâ. Çäåñü íåò ïðîìåæóòî÷íîé äèôôóçèîííîé çîíû, íå îáðàçóþòñÿ õèìè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ è äðóãèå ôàçû. Ìèêðîèññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî ãðàíèöà ñëîåâ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ÷èñòóþ òîíêóþ ïîâåðõíîñòü çóá÷àòîé ôîðìû. Çóáöû ôîðìèðóþòñÿ ïðè äâèæåíèè ôðîíòà âçðûâà ïî äëèíå ëèñòà, è ôîðìó èõ ìîæíî âàðüèðîâàòü. Òàêàÿ ôîðìà êîíòàêòíîé ïîâåðõíîñòè îáåñïå÷èâàåò äîïîëíèòåëüíóþ ïðî÷íîñòü ñîåäèíåíèþ. Ïîíÿòíî, ÷òî âçðûâíàÿ òåõíîëîãèÿ òðåáóåò ñòðîèòåëüñòâà ñïåöèàëüíî îáîðóäîâàííûõ ïîëèãîíîâ è ñîîòâåòñòâóþùåé ïîäãîòîâêè ïåðñîíàëà. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü òàêæå íå èäåò íè â êàêîå ñðàâíåíèå ñ ïðåäûäóùèìè òåõíîëîãèÿìè. Íà ÎÕÌÊ íàêîïëåí îïðåäåëåííûé îïûò ïðîèçâîäñòâà áèìåòàëëè÷åñêèõ ëèñòîâ, ïîëó÷åííûõ âçðûâîì. Èìååòñÿ òàêæå ëàáîðàòîðíûé îïûò â ðàçëè÷íûõ èññëåäîâàòåëüñêèõ êîëëåêòèâàõ. Øèðîêîãî ïðèìåíåíèÿ òàêàÿ òåõíîëîãèÿ íå ïîëó÷èëà, íî âïîëíå äîïóñòèìà äëÿ ïðîèçâîäñòâà óíèêàëüíûõ ëèñòîâ. 447
Ãëàâà 17 ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ËÈÑÒÀ ÍÀ ØÈÐÎÊÎÏÎËÎÑÍÛÕ ÑÒÀÍÀÕ 17.1. Ñîðòàìåíò è îáùàÿ òåõíîëîãèÿ Òîíêèé ãîðÿ÷åêàòàíûé ëèñò ïðîèçâîäèòñÿ íà íåïðåðûâíûõ, ïîëóíåïðåðûâíûõ è ðåâåðñèâíûõ ñòàíàõ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè. Íà íåïðåðûâíûõ øèðîêîïîëîñíûõ ñòàíàõ ïîëó÷àþò 8090 % òàêîãî ëèñòà òîëùèíîé 1,216,0 ìì. Äîëÿ ëèñòîâ òîëùèíîé ìåíåå 4 ìì ñîñòàâëÿåò äî 60 % â ñîðòàìåíòå ñòàíà. Ïîäàâëÿþùåå êîëè÷åñòâî ëèñòà èìååò òîëùèíó ñâûøå 1,7 ìì, òàê êàê äëÿ ïðîèçâîäñòâà áîëåå òîíêîãî ëèñòà â ãîðÿ÷åì ñîñòîÿíèè, êàê ïðàâèëî, íåîáõîäèìî ïðèìåíÿòü äîïîëíèòåëüíûå ìåðû. Êàê èçâåñòíî, ëèñòû òîëùèíîé ñâûøå 4 ìì ïî ÃÎÑÒó îòíîñÿòñÿ ê òîëñòîëèñòîâîé ïðîäóêöèè, îäíàêî òîëñòûå ëèñòû òîëùèíîé äî 16 ìì âûãîäíî ïðîèçâîäèòü íà ÍØÏÑ, êîòîðûå áîëåå ïðîèçâîäèòåëüíû, ýêîíîìè÷íåå è îáåñïå÷èâàþò áîëüøóþ òî÷íîñòü ïðîêàòêè, ÷åì òîëñòîëèñòîâûå ñòàíû. Ïðè ïðîèçâîäñòâå ëèñòîâ òîëùèíîé 516 ìì çàòðàòû ïî ïåðåäåëó íà ÍØÏÑ íà 2528 % íèæå, ÷åì íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå. Øèðîêîïîëîñíûå ñòàíû ïðîèçâîäÿò äî 10 % òîëñòîãî ëèñòà. Ëèñòû òîëùå 16 ìì íà ÍØÏÑ íå ïðîêàòûâàþò ïîòîìó, ÷òî íå õâàòàåò ìîùíîñòè ìîòàëîê, íà êîòîðûå ñìàòûâàåòñÿ ïîëó÷åííûé ëèñò ïîñëå ïðîêàòêè.  îòå÷åñòâåííîé è çàðóáåæíîé ïðàêòèêå èìåþòñÿ òåíäåíöèè ê óâåëè÷åíèþ òîëùèíû äî 2527 ìì. Øèðèíà ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà îïðåäåëÿåòñÿ äëèíîé áî÷êè âàëêîâ, è íà íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ ñòàíàõ 1700 è 2000 îíà, ñîîòâåòñòâåííî, íå ïðåâûøàåò 14001850 ìì. Ãîðÿ÷åêàòàíûé ëèñò ïåðâîíà÷àëüíî ïîëó÷àåòñÿ â âèäå ðóëîíîâ, ìàññà êîòîðûõ ìîæåò êîëåáàòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò êîíñòðóêöèè ñòàíà îò 5 äî 40 ò. Áîëüøîå êîëè÷åñòâî ðóëîíîâ çàòåì ïîñòóïàåò â öåõ õîëîäíîé ïðîêàòêè è ïåðåêàòûâàåòñÿ â õîëîäíîêàòàíûé ëèñò. Òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó è òî÷íîñòè ýòîé ÷àñòè ãîðÿ÷åêàòàíîé ïðîäóêöèè ïîëíîñòüþ äèêòóþòñÿ òðåáîâàíèÿìè ê õîëîäíîêàòàíîìó ëèñòó, è îíè âûøå, ÷åì òðåáîâàíèÿ ê ãîòîâîìó ãîðÿ÷åêàòàíîìó ëèñòó, êîòîðûé îòïðàâëÿåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ïîòðåáèòåëþ íà ïðåäïðèÿòèÿ ìàøèíîñòðîåíèÿ è îáúåêòû ñòðîèòåëüñòâà. Îäíàêî ëèøü íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî ïîòðåáèòåëåé ìîãóò èñïîëüçîâàòü ëèñò â ðóëîíàõ, òàê êàê íå èìåþò îáîðóäîâàíèÿ äëÿ èõ ðàçìîòêè, ïðàâêè è ðåçêè. Îñíîâíàÿ ÷àñòü ãîòîâîãî ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà ïîñòàâëÿåòñÿ â âèäå êàðòî÷åê äëèíîé îò 2000 äî 6000 ìì, íàáðàííûõ â ïàêåòû ìàññîé äî 36 ò. (Ìàññà 36 ò îïðåäåëåíà ãðóçîïîäúåìíîñòüþ æåëåçíîäîðîæíîé ïëàòôîðìû, íà êîòîðóþ çàãðóæàþòñÿ äâà ïàêåòà äëÿ ðàâíîìåðíîé çàãðóçêè.) Áîëüøàÿ ÷àñòü ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà èìååò ñ ïîâåðõíîñòè ñëîé îêàëèíû òîëùèíîé äî 3040 ìêì. Ãîðÿ÷åêàòàíûé ëèñò, îñâîáîæäåííûé îò îêàëèíû, íàçûâàåòñÿ äåêàïèðîâàííûì. Ñíÿòèå îêàëèíû îñóùåñòâëÿþò â öåõàõ õîëîäíîé ïðîêàòêè, ïîýòîìó ýòó ÷àñòü ãîðÿ÷åêàòàíîé ïðîäóêöèè èíîãäà îòíîñÿò ê ñîðòàìåíòó öåõîâ õîëîäíîé ïðîêàòêè. Èñõîäíîé çàãîòîâêîé äëÿ ïðîèçâîäñòâà ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà ÿâëÿþòñÿ ëèòûå èëè êàòàíûå ñëÿáû. Èñòîðèÿ ðàçâèòèÿ øèðîêîïîëîñíûõ ñòàíîâ øëà ïî ïóòè êàê ïîâûøåíèÿ êà÷åñòâà ëèñòà, òàê è óâåëè÷åíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñòàíà. Ïîâûøå448
íèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè äîñòèãàåòñÿ â çíà÷èòåëüíîé ìåðå çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ìàññû ëèòîãî ñëÿáà. Ñîâðåìåííûå ñòàíû ÷åòâåðòîãî ïîêîëåíèÿ èìåþò ïðîèçâîäèòåëüíîñòü äî 6 ìëí. ò â ãîä è èñïîëüçóþò ñëÿáû äëèíîé äî 18 ì, âûñîòîé äî 280 ìì è ìàññîé äî 3645 ò. Ïðè óâåëè÷åíèè òîëùèíû ñëÿáà áîëåå 280 ìì çàìåòíî ñíèæàåòñÿ êà÷åñòâî ìåòàëëà è ïðîèçâîäèòåëüíîñòü íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé. Ìàêñèìàëüíàÿ øèðèíà  ñëÿáà, îòëèâàåìîãî äëÿ ñîâðåìåííûõ ñòàíîâ, ðàâíà 2640 ìì. Îïòèìàëüíîå ñîîòíîøåíèå ðàçìåðîâ ñëÿáà  è H ñ÷èòàåòñÿ áëèçêèì ê 6 è â îáùåì ñëó÷àå âûáèðàåòñÿ ïî íåðàâåíñòâó B/H < 10. Êðîìå òîãî, ýêñïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì îïðåäåëåíî îïòèìàëüíîå ñîîòíîøåíèå âåñà ñëÿáà ê åãî øèðèíå G/B < 25 ò/ì, òàê êàê ñ ðîñòîì ýòîãî îòíîøåíèÿ óâåëè÷èâàþòñÿ êàïèòàëüíûå çàòðàòû íà ÍØÏÑ. Ðàññìîòðèì òåõíîëîãèþ ïðîêàòêè íà îäíîì èç ëó÷øèõ ðîññèéñêèõ ñòàíîâ ÷åòâåðòîãî ïîêîëåíèÿ ñòàíå 2000 ×åðÌÊ êîíñòðóêöèè ÍÊÌÇ (ðèñ. 17.1). Ñòàí ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè ëèñòà øèðèíîé 9001830 ìì è òîëùèíîé 1,216,0 ìì èç ëèòûõ ñëÿáîâ øèðèíîé 9501850 ìì, òîëùèíîé 150280 ìì è äëèíîé 10,5 ì, ìàññîé îò 4 äî 36 ò. Ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü ïðîêàòêè 27 ì/ñ, ïðîèçâîäèòåëüíîñòü äî 6 ìëí. ò â ãîä. Ñòàí èìååò 65 ëîêàëüíûõ ñèñòåì àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâëåíèÿ òåõíîëîãèåé ïðîèçâîäñòâà, íà÷èíàÿ îò íàãðåâà è çàêàí÷èâàÿ ìàðêèðîâêîé ïîëîñ. Èñõîäíûé ëèòîé ñëÿá çàãðóæàåòñÿ íà ïðèåìíûé ñòîë îäíîé èç ÷åòûðåõ íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé, ãäå ïðîèçâîäèòñÿ åãî âçâåøèâàíèå, èäåíòèôèêàöèÿ è ââîä èñõîäíûõ äàííûõ â êîìïüþòåðíóþ ñèñòåìó ñëåæåíèÿ è óïðàâëåíèÿ òåõíîëîãèåé (ÀÑÓÒÏ è ÀÑÓÏ). Ïå÷è èìåþò øàãàþùèå áàëêè, è ïðè çàãðóçêå ñëÿáà â ïå÷ü âñÿ ñàäêà ïåðåìåùàåòñÿ íà îäèí øàã. Ïðè ýòîì ïîñëåäíÿÿ íàãðåòàÿ çàãîòîâêà âûäàåòñÿ èç ïå÷è íà òðàíñïîðòíûé ðîëüãàíã ñòàíà ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîãî óñòðîéñòâà, èìåþùåãî ïîäúåìíûé ñòîë è ïðèâîä ïåðåìåùåíèÿ ñëÿáîâ. Äàëåå ïðîêàòêà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñíà÷àëà â ÷åðíîâîé, à çàòåì â ÷èñòîâîé ãðóïïàõ êëåòåé, ðàáîòàþùèõ â íåðåâåðñèâíîì ðåæèìå. Ïåðâàÿ êëåòü â ÷åðíîâîé ãðóïïå âåðòèêàëüíàÿ, â íåé íà îñíîâíûõ ãðàíÿõ ïðè îáæàòèè ðàçðûõëÿåòñÿ îêàëèíà. Çà êëåòüþ óñòàíîâëåí ãèäðîñáèâ, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî âîäîé ïîä äàâëåíèåì äî 150 àòì (15 ÌÏà) ñáèâàåòñÿ îêàëèíà. Äàëåå ñëåäóþò îäíà 2-âàëêîâàÿ è ÷åòûðå óíèâåðñàëüíûå 4-âàëêîâûå êëåòè.  îòëè÷èå îò ðàíåå óñòàíîâëåííûõ ÍØÏÑ, íàïðèìåð ñòàíà 2000 ÍËÌÊ, íà ÷åðåïîâåöêîì ñòàíå òðè ïîñëåäíèå ÷åðíîâûå óíèâåðñàëüíûå êëåòè ñîáðàíû â íåïðåðûâíóþ ãðóïïó, ÷òî ïîçâîëèëî óìåíüøèòü íå òîëüêî äëèíó ÷åðíîâîé ãðóïïû íà 4050 ì, íî è ñòîèìîñòü îáîðóäîâàíèÿ è ñàìîãî çäàíèÿ öåõà, óëó÷øèòü òåìïåðàòóðíûé ðåæèì ïðîêàòêè. ×èñòîâàÿ ãðóïïà êëåòåé ñîñòîèò èç ñåìè íåïðåðûâíûõ êëåòåé êâàðòî (ïðåäóñìîòðåíî ìåñòî äëÿ âîñüìîé). Ïåðåä íèìè óñòàíîâëåí ÷èñòîâîé îêàëèíîëîìàòåëü, èìåþùèé äâå ïàðû ïðèæèìíûõ ðîëèêîâ, îáæèìàþùèõ ïîëîñó ñ óñèëèåì 100 êÍ. Îáðàçóþùàÿñÿ â ïðîöåññå ïðîêàòêè îêàëèíà ðàçëàìûâàåòñÿ è çàòåì ñáèâàåòñÿ ãèäðîñáèâîì, óñòàíîâëåííûì çà îêàëèíîëîìàòåëåì. Ïðè ïðîêàòêå â ÷èñòîâîé ãðóïïå ìåæäó êëåòÿìè ñóùåñòâóåò íàòÿæåíèå ïîëîñû. Äëÿ ïîääåðæàíèÿ è ðåãóëèðîâàíèÿ íàòÿæåíèÿ â ìîìåíò ïðîõîæäåíèÿ ìåæäó êëåòÿìè ïîëîñà ïåðåãèáàåòñÿ ÷åðåç ïîäíèìàþùèéñÿ íàä óðîâíåì ðîëüãàíãà ðîëèê, óñèëèå íà êîòîðûé çàâèñèò îò íàòÿæåíèÿ. Ýòî óñèëèå ÿâëÿåòñÿ ñèãíàëîì ê ðåãóëèðîâàíèþ íàòÿæåíèÿ. Ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ïîëîñû ðîëèê ðåãóëÿòîðà íàòÿæåíèÿ óòàïëèâàåòñÿ íèæå óðîâíÿ ðîëüãàíãà è íå ïðåïÿòñòâóåò çàïðàâêå â âàëêè ñëåäóþùåé ïîëîñû. 449
450 Ñêëàä ñëÿáîâ 25
21 24
23 22 Òðàíñôîðìàòîðû
26
Ýëåêòðîìàøèííûé çàë
34 14
28
2
1 27
3½36000
29000
29 35
3
4
90000 ÍÀÑ
5 36
30 132000
6 16 15 7 33
8
10
31
12 13
9 11 7½6000
36
97500
Âàëüöåøëèôîâàëüíàÿ ìàñòåðñêàÿ
20
19 17 Ñêëàä âàëêîâ
18 32
Ðèñ. 17.1. Ïëàí ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ öåõà ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè ñ íåïðåðûâíûì øèðîêîïîëîñíûì ñòàíîì 2000 Ðàáî÷èå ÷åðíîâûå êëåòè: 1 2-âàëêîâàÿ; 2 óíèâåðñàëüíàÿ 4-âàëêîâàÿ; 35 íåïðåðûâíàÿ 3-êëåòåâàÿ ãðóïïà óíèâåðñàëüíûõ 4-âàëêîâûõ êëåòåé; Ðàáî÷èå ÷èñòîâûå êëåòè: 613 íåïðåðûâíàÿ ÷èñòîâàÿ ãðóïïà; 14 âåðòèêàëüíàÿ ÷åðíîâàÿ 2-âàëêîâàÿ êëåòü îêàëèíîëîìàòåëü; 15 ÷èñòîâîé îêàëèíîëîìàòåëü; 16 ëåòó÷èå áàðàáàííûå íîæíèöû; 17 ìîòàëêè äëÿ ïîëîñû òîëùèíîé 1,24,0 ìì; 18 ìîòàëêè äëÿ ïîëîñû òîëùèíîé 416 ìì; 19 òåëåæêà ñ êàíòîâàòåëåì ðóëîíîâ; 20 ïîâîðîòíûé ñòîë äëÿ ðóëîíîâ; 21 òåëåæêà äëÿ ñëÿáîâ; 22 ïîäúåìíûé ñòîë; 23 ñòàëêèâàòåëü ñëÿáîâ; 24 ïå÷íîé çàãðóçî÷íûé ðîëüãàíã; 25 òîëêàòåëè ïå÷íûå; 26 òåëåæêà äëÿ ïåðåäà÷è ñëÿáîâ; 27 ïðèåìíèê ñëÿáîâ èç ïå÷è; 28 ïå÷íîé ðàçãðóçî÷íûé ðîëüãàíã; 29 ðîëüãàíãè ÷åðíîâûõ êëåòåé; 30 ïðîìåæóòî÷íûé ðîëüãàíã; 31 îòâîäÿùèå äóøèðóþùèå ðîëüãàíãè; 32 òðàíñïîðòåðû ðóëîíîâ; 33 ïåðåäàòî÷íûå òåëåæêè; 34 íàãðåâàòåëüíûå ïå÷è ñ øàãàþùèìè áàëêàìè; 35 ÿìà äëÿ ñáîðà îêàëèíû; 36 óñòðîéñòâî äëÿ êîìëåêòíîé ñìåíû âàëêîâ
Íà ñòàíàõ ïåðâîãî è âòîðîãî ïîêîëåíèÿ â ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé ïðåäóñìàòðèâàëñÿ ðåâåðñèâíûé ðåæèì ïðîêàòêè, íà íåêîòîðûõ ïðèñóòñòâîâàëè óøèðèòåëüíûå ïðîïóñêè. Ýòî äàâàëî âîçìîæíîñòü ïîëó÷àòü ëèñòû ðàçíîé øèðèíû, íî ðåçêî ñäåðæèâàëî ïðîèçâîäèòåëüíîñòü.  ïîãîíå çà áîëåå âûñîêîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ ïðèøëîñü îòêàçàòüñÿ îò óøèðèòåëüíûõ ïðîïóñêîâ. Íà ñîâðåìåííîì ÍØÏÑ øèðèíà ëèñòà ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ øèðèíîé èñõîäíîãî ñëÿáà. Åñòü íåêîòîðàÿ âîçìîæíîñòü èçìåíèòü åå çà ñ÷åò ðåãóëèðîâàíèÿ îáæàòèÿ â âåðòèêàëüíîé êëåòè è çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ïàðêà êðèñòàëëèçàòîðîâ íà óñòàíîâêå íåïðåðûâíîé ðàçëèâêè. Îòñóòñòâèå âîçìîæíîñòåé øèðîêîãî è ãèáêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ øèðèíû ïîëîñû ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì íåäîñòàòêîì ñîâðåìåííûõ ÍØÏÑ. Ýòîò íåäîñòàòîê ïûòàþòñÿ óñòðàíèòü ðàçëè÷íûìè ñðåäñòâàìè, íàïðèìåð, íà ×åðÌÊ ðåàëèçóåòñÿ ïðîåêò óñòàíîâêè âìåñòî âåðòèêàëüíîé êëåòè ðåäóêöèîííîé è ãîðèçîíòàëüíîé ïðîãëàæèâàþùåé êëåòåé. Íà òðåõ ÿïîíñêèõ ñòàíàõ óñòàíîâëåíû ïðåññû çà âåðòèêàëüíîé êëåòüþ, êîòîðûå ìîãóò âî ìíîãî ðàç óìåíüøàòü, âî-ïåðâûõ, øèðèíó ñëÿáà, âî-âòîðûõ, íàïëûâû, îáðàçóþùèåñÿ ïðè ïðîêàòêå â âåðòèêàëüíûõ èëè ðåäóêöèîííûõ êëåòÿõ. Ïîñëå ïðîêàòêè ëèñò îõëàæäàåòñÿ îò òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè äî òðåáóåìîé òåìïåðàòóðû ñìîòêè íà äóøèðóþùåé óñòàíîâêå. Ïîñëå ñìîòêè ðóëîíû ëèáî ïî ïîäçåìíîìó êîíâåéåðó íàïðàâëÿþòñÿ â öåõ õîëîäíîé ïðîêàòêè ëèñòà, ëèáî â îòäåëåíèå îòäåëêè öåõà ÍØÏÑ.  ýòîì îòäåëåíèè íà àãðåãàòå ïîïåðå÷íîé ðåçêè (ÀÏÐ ðèñ. 17.2) ëèñòû ðàçìàòûâàþòñÿ, ïðàâÿòñÿ, çàòåì äðåññèðóþòñÿ (ïðîêàòûâàþòñÿ) ñ îáæàòèåì 15 % â êëåòè êâàðòî äðåññèðîâî÷íîãî ñòàíà, ïðàâÿòñÿ íà ðîëèêîïðàâèëüíîé ìàøèíå, ðàçðåçàþòñÿ íà êàðòî÷êè íà áàðàáàííûõ íîæíèöàõ, ñîðòèðóþòñÿ, ìàðêèðóþòñÿ è ñîáèðàþòñÿ â ïàêåòû, êîòîðûå îáâÿçûâàþòñÿ è êîíñåðâèðóþòñÿ äëÿ äëèòåëüíîãî õðàíåíèÿ (ïîäâåðãàþòñÿ àíòèêîððîçèéíîé îáðàáîòêå è óïàêîâûâàþòñÿ).
18 17
20
19
16
15
14
8
13
12 11 10
6
5
3
4
9
1
2
7
Ðèñ. 17.2. Ñõåìà àãðåãàòà ïîïåðå÷íîé ðåçêè ïîëîñû èç ðóëîíîâ: 1 îòãèáàòåëü; 2 ðàçìàòûâàòåëü; 3 ïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 4 óñòðîéñòâî äëÿ ÷èñòêè îò ãðÿçè; 5 öåíòðèðóþùèå ðîëèêè; 6 ëåòó÷èé ìèêðîìåòð; 7 îòêèäíûå ðîëüãàíãè; 8 ïåòëåâàÿ ÿìà; 9, 12 òÿíóùèå ðîëèêè; 10 îãðàíè÷èòåëü íàòÿæåíèÿ; 11 äðåññèðîâî÷íàÿ êëåòü; 13 ïåòëåâûå ÿìû; 14 äèñêîâûå íîæíèöû äëÿ îáðåçêè êðîìîê; 15 ðîëèêîïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 16 áàðàáàííûå íîæíèöû; 17 ìåõàíè÷åñêèé ìàðêèðîâùèê; 18 êàðìàí äëÿ áðàêîâàííûõ ëèñòîâ; 19 ïàêåòèðîâùèê áðàêîâàííûõ ëèñòîâ; 20 ïàêåòèðîâùèê ãîäíûõ ëèñòîâ
Áëàãîäàðÿ îáæàòèþ â äðåññèðîâî÷íîé êëåòè è çíàêîïåðåìåííîìó èçãèáó íà ïðàâèëüíîé ìàøèíå ëèñò ÷àñòè÷íî îñâîáîæäàåòñÿ îò îêàëèíû è óïðî÷íÿåòñÿ, ïîýòîìó ñâîéñòâà ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà â ïàêåòå âûøå, ÷åì â ðóëîíå.
451
17.2. Óëó÷øåíèå êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè ëèñòà Çà ïîñëåäíèå ãîäû çíà÷èòåëüíî âîçðîñëè òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó ïîâåðõíîñòè ãîðÿ÷åêàòàíûõ ïîëîñ. Äåôåêòû, èìåþùèåñÿ íà ãîðÿ÷åêàòàíîì ìåòàëëå, â çíà÷èòåëüíîé ìåðå ñîõðàíÿþòñÿ íà õîëîäíîêàòàíîì ëèñòå. Êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ëèñòà îïðåäåëÿåòñÿ: êà÷åñòâîì ïîâåðõíîñòè ñëÿáà; õèìè÷åñêèì ñîñòàâîì ñòàëè, ñïîñîáîì åå âûïëàâêè è ðàçëèâêè, ðåæèìàìè ïðîêàòêè è ñïîñîáàìè îòäåëêè ãîòîâîãî ëèñòà; ñâîéñòâàìè îêàëèíû, êîòîðûå çàâèñÿò îò åå õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà, òåìïåðàòóðíûõ ðåæèìîâ íàãðåâà, ïðîêàòêè è ñìîòêè, à òàêæå ðåæèìîâ îõëàæäåíèÿ ïîñëå ïðîêàòêè. Âêàòàííàÿ îêàëèíà ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç îñíîâíûõ âèäîâ áðàêà ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà. ×òîáû ñíèçèòü åãî, óâåëè÷èâàþò äàâëåíèå âîäû â ãèäðîñáèâå äî 20 ÌÏà, ïðèìåíÿþò, êàê íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ, ÷èñòîâûå îêàëèíîëîìàòåëè ðîëèêîâîãî òèïà. Ðàäèêàëüíûé ñïîñîá èñïîëüçîâàíèå äðåññèðîâî÷íîé êëåòè â ñîñòàâå àãðåãàòà ïîïåðå÷íîé ðåçêè, êîòîðûé ïðèìåíÿåòñÿ òîëüêî íà ñòàíàõ ïîñëåäíåãî ïîêîëåíèÿ (íà ñòàíàõ 2500 ÌÌÊ, 2000 ÍËÌÊ, 2000 ×åðÌÊ).  ßïîíèè åñòü öåõà ñ îòäåëüíî ñòîÿùèìè äðåññèðîâî÷íûìè ñòàíàìè. Ïî÷òè íà âñåõ øèðîêîïîëîñíûõ ñòàíàõ êîíòðîëü êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè îñóùåñòâëÿåòñÿ âèçóàëüíûì ïðîñìîòðîì ïîëîñû ïðè ðàçìîòêå åå è ïðîõîæäåíèè íà ìåäëåííûõ ñêîðîñòÿõ. Ñëåäóþùèé ýòàï àâòîìàòèçàöèÿ îïåðàöèè êîíòðîëÿ è ñîðòèðîâêè ëèñòà ïî êà÷åñòâó åãî ïîâåðõíîñòè. Íà ÀÏÐ îäíîãî èç ÿïîíñêèõ ñòàíîâ óñòàíîâëåí ôîòîýëåêòðè÷åñêèé äàò÷èê, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî íà ñêîðîñòè 16,7 ì/ñ âûÿâëÿþòñÿ ïîðû ìèíèìàëüíîãî äèàìåòðà 0,1 ìì è öàðàïèíû øèðèíîé 0,05 ìì.  áëèæàéøåå âðåìÿ òàêèå óñòàíîâêè â ñî÷åòàíèè ñ èçìåðèòåëÿìè òîëùèíû ïîëîñû è ñðåäñòâàìè äëÿ ñîðòèðîâêè ëèñòîâ ïîëó÷àò øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå â ìèðå, â òîì ÷èñëå â Ðîññèè. 17.3. Òåìïåðàòóðíûé ðåæèì ïðîêàòêè íà ÍØÏÑ Îäíèì èç îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ, îïðåäåëÿþùèõ êà÷åñòâî ìåòàëëà ïðè ïðîêàòêå íà ÍØÏÑ, ÿâëÿåòñÿ òåìïåðàòóðà ìåòàëëà. Íàãðåâ ìåòàëëà ïðîèçâîäèòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ äèàãðàììîé æåëåçîóãëåðîä äî òåìïåðàòóðû íà 50100 °Ñ íèæå ëèíèè ñîëèäóñà. Äëÿ îñíîâíîãî ìàðî÷íîãî ñîðòàìåíòà ñòàíà, âêëþ÷àþùåãî â ñåáÿ íèçêîóãëåðîäèñòûå ìàðêè ñòàëè, òåìïåðàòóðà íàãðåâà ñîñòàâëÿåò 1250 1280 °Ñ. Òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè òàêæå îïðåäåëÿåòñÿ äèàãðàììîé ñîñòîÿíèÿ. Íèçêîóãëåðîäèñòûå ñòàëè ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà îò 0,1 äî 0,7 % íåîáõîäèìî ïðîêàòûâàòü â îäíîôàçíîì ñîñòîÿíèè àóñòåíèòà è çàêàí÷èâàòü ïðîêàòêó âûøå ëèíèè Àñ3, ò. å. ïðè òåìïåðàòóðå 950850 °Ñ â çàâèñèìîñòè îò ñîäåðæàíèÿ óãëåðîäà. Äëÿ ýòèõ ñòàëåé äåôîðìàöèÿ â äâóõôàçíîé îáëàñòè òåìïåðàòóð âðåäíà, òàê êàê ïðè ðàñïàäå àóñòåíèòà îáðàçóþòñÿ çåðíà ïåðëèòà è ôåððèòà, ñâîéñòâà êîòîðûõ î÷åíü ðàçëè÷àþòñÿ. Ïðè ïðîêàòêå çåðíà ôåððèòà äåôîðìèðóþòñÿ ýíåðãè÷íî, à ïåðëèòíûå çåðíà ñ ìåíüøåé èíòåíñèâíîñòüþ. Ìåæäó çåðíàìè 452
âîçíèêàþò áîëüøèå íàïðÿæåíèÿ, è ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà â öåëîì ðåçêî ñíèæàþòñÿ. Äëÿ ñòàëåé ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà ìåíåå 0,1 %, íàîáîðîò, âûãîäíî çàêàí÷èâàòü äåôîðìàöèþ ïðè òåìïåðàòóðàõ ôàçîâûõ ïðåâðàùåíèé. Ïåðëèò ïðè ðàñïàäå àóñòåíèòà óæå íå îáðàçóåòñÿ, àóñòåíèò ðàñïàäàåòñÿ íà ôåððèò è òðåòè÷íûé öåìåíòèò. Åñëè òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè âûøå íà÷àëà ðàñïàäà àóñòåíèòà, òî ó÷àñòêè öåìåíòèòà ðàñïîëàãàþòñÿ íà ãðàíèöàõ çåðåí ôåððèòà è áëîêèðóþò èõ. Ïðè õîëîäíîé äåôîðìàöèè òàêîãî ìåòàëëà íåîáõîäèìî çàòðàòèòü ñíà÷àëà êàêóþ-òî ýíåðãèþ íà ñðûâ êîëîíèé öåìåíòèòà, çàòåì íàñòóïàåò äåôîðìàöèÿ çåðåí ôåððèòà. Òàêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà íå ïðèãîäíû äëÿ ïîñëåäóþùåé õîëîäíîé ïðîêàòêè èëè øòàìïîâêè. Ïóòåì äåôîðìàöèè ìåòàëëà â äâóõôàçíîé îáëàñòè öåìåíòèò äðîáèòñÿ è ðàñïîëàãàåòñÿ âíóòðè ôåððèòíûõ çåðåí, óïðî÷íÿÿ èõ è ïî÷òè íå ñíèæàÿ ïëàñòè÷íîñòü ôåððèòíîé îñíîâû. Õîëîäíàÿ ïðîêàòêà òàêîãî ìåòàëëà îáåñïå÷èâàåò áîëåå âûñîêèå ñâîéñòâà. Îñîáåííî ïîäõîäÿò òàêèå òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè äëÿ íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé, ìèêðîëåãèðîâàííûõ íèîáèåì (èëè âàíàäèåì è íèîáèåì), òàê êàê âûïàäàþùèå ìèêðî÷àñòèöû êàðáèäîâ è êàðáîíèòðèäîâ ýòèõ ýëåìåíòîâ ñïîñîáñòâóþò èçìåëü÷åíèþ è óïðî÷íåíèþ çåðåí ôåððèòà áåç ïîòåðè ïëàñòè÷íîñòè. Äëÿ çàýâòåêòîèäíûõ ñòàëåé (ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà áîëåå 0,7 %) çàêàí÷èâàþò ïðîêàòêó òàêæå ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå íà÷àëà ðàñïàäà àóñòåíèòà, ò. å. â îáëàñòè ôàçîâîãî ïåðåõîäà. Âûäåëÿþùèéñÿ ïðè ðàñïàäå àóñòåíèòà öåìåíòèò ðàñïîëàãàåòñÿ â âèäå ñïëîøíîé ñåòêè âîêðóã çåðåí ïåðëèòà. Òàêèå çåðíà ñòàíîâÿòñÿ õðóïêèìè, ïîýòîìó íåîáõîäèìî ïóòåì äåôîðìàöèè â äâóõôàçíîé îáëàñòè ðàçäðîáèòü ñåòêó õðóïêîãî öåìåíòèòà. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ êàæäîé ìàðêè ñòàëè òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè ìåòàëëà ñòðîãî çàäàíà è íå âàðüèðóåòñÿ. Òåìïåðàòóðà íà äðóãèõ ó÷àñòêàõ ñòàíà òîæå ìåíÿåòñÿ â óçêèõ ïðåäåëàõ. Ïîñëå ÷åðíîâûõ êëåòåé òåìïåðàòóðà äîëæíà áûòü ðàâíîé ïðèìåðíî 1100 °Ñ, òîëùèíà ïðîêàòà ïðè ýòîì 2835 ìì. Ïåðåä ÷èñòîâîé ïðîêàòêîé òåìïåðàòóðà äîëæíà áûòü 10001050 °Ñ. Åñëè ïðîêàòûâàþòñÿ ëèñòû òîëùèíîé áîëåå 5 ìì, òî çàäàííàÿ òåìïåðàòóðà ïåðåä ÷èñòîâîé ïðîêàòêîé äîñòèãàåòñÿ ïóòåì ïîäñòóæèâàíèÿ ðàñêàòà íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå. Íà ÍØÏÑ ïðîìåæóòî÷íûé ðîëüãàíã (íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ äëèíîé 132 ì, à íà ñòàíå 2000 ÍËÌÊ 200 ì) ýòî íå òîëüêî òðàíñïîðòíîå ñðåäñòâî, íî è òåõíîëîãè÷åñêèé àãðåãàò äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ òåìïåðàòóðíîãî ðåæèìà ïðîêàòêè. Âðåìÿ âûäåðæèâàíèÿ ðàñêàòà äëÿ êàæäîé òîëùèíû îïðåäåëÿåòñÿ ñòàòèñòè÷åñêèì ïóòåì. Ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ â èíòåðâàëå òîëùèí 2,01,2 ìì òåìïåðàòóðà ïåðåä ÷èñòîâîé ïðîêàòêîé îêàçûâàåòñÿ íèæå òðåáóåìîé. ×òîáû åå óâåëè÷èòü, íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå íåîáõîäèìî óñòàíàâëèâàòü äîïîëíèòåëüíûå ýêðàíû, êîòîðûå îòðàæàþò ëó÷èñòóþ ýíåðãèþ îáðàòíî íà äâèæóùèéñÿ ëèñò, çàìåäëÿÿ åãî îñòûâàíèå. Òàêèì ñïîñîáîì ìîæíî ïîâûñèòü òåìïåðàòóðó ðàñêàòà íà 70 °Ñ. Íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ ýêðàíû óñòàíîâëåíû ïî ïëàíó åãî ìîäåðíèçàöèè â 2005 ãîäó íà ñòàíå 2000 ÍËÌÇ íåìíîãî ðàíüøå. Êàê âèäíî, íà ñîâðåìåííîì ñòàíå ïðè øèðîêîì ñîðòàìåíòå ïðîèçâîäèìîé ïðîäóêöèè âûäåðæèâàòü çàäàííûé òåìïåðàòóðíûé ðåæèì ïðîêàòêè äîâîëüíî ñëîæíî. Âèäèìî, ðàöèîíàëüíû ïðåäëîæåíèÿ òåõíîëîãîâ ïî ñïåöèàëèçàöèè ïðîêàòíûõ 453
ñòàíîâ. Îäíè ñòàíû äîëæíû ïðîèçâîäèòü ëèñòû òîëùèíîé 1,26,0 ìì, ýòè ñòàíû òðåáóþò ñðåäñòâà ïî ñîõðàíåíèþ òåïëà ïðè ïðîêàòêå è äîëæíû áûòü îáîðóäîâàíû ñïåöèàëüíûìè ñòàöèîíàðíûìè ýêðàíàìè, óñòàíîâëåííûìè íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå. Äðóãèå ñòàíû, ïðîêàòûâàþùèå ëèñò òîëùèíîé îò 6 äî 20 ìì, íåîáõîäèìî îáîðóäîâàòü ñïåöèàëüíûìè ñðåäñòâàìè äëÿ îõëàæäåíèÿ ðàñêàòà íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå. Òðåáóåìóþ òåìïåðàòóðó êîíöà ïðîêàòêè íà ñóùåñòâóþùèõ ñòàíàõ ìîæíî äîñòè÷ü ïóòåì ðåãóëèðîâàíèÿ òåìïåðàòóðû, ñòåïåíè è ñêîðîñòè äåôîðìàöèè ïî êëåòÿì ñòàíà. Ðàñ÷åòû ïîêàçûâàþò, ÷òî ïåðåðàñïðåäåëåíèå îáæàòèé â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé íàèáîëåå ýôôåêòèâíî âëèÿåò íà òåìïåðàòóðó êîíöà ïðîêàòêè. Íî ðåàëüíûå âîçìîæíîñòè èçìåíåíèÿ îáæàòèé â ÷èñòîâûõ êëåòÿõ îãðàíè÷åíû, õîòÿ, êàê ïîêàçûâàþò ðàñ÷åòû, ñíèæåíèå îáæàòèé â ïåðâûõ ÷èñòîâûõ ïðîïóñêàõ è óâåëè÷åíèå â ïîñëåäíèõ ñóùåñòâåííî óâåëè÷èâàþò òåìïåðàòóðó êîíöà ïðîêàòêè. Íà ïðàêòèêå, íàîáîðîò, ñòðåìÿòñÿ ñòàáèëèçèðîâàòü îáæàòèÿ â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé, à òàêæå òåìïåðàòóðó è ñêîðîñòè ïî êëåòÿì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ïîñòîÿííûå è âûñîêèå ñâîéñòâà ëèñòîâ âíóòðè ïàðòèè ðóëîíîâ. Âñå ðåãóëèðîâêè îñóùåñòâëÿþòñÿ â îñíîâíîì â ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé. Òåìïåðàòóðó êîíöà ïðîêàòêè ìîæíî ðåãóëèðîâàòü ïðåæäå âñåãî çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ðåæèìîâ ïðîêàòêè â ýòèõ êëåòÿõ. Ïîíÿòíî, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè ïðîêàòêè â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ óâåëè÷èâàåòñÿ òåìïåðàòóðà ðàñêàòà, ïîñòóïàþùåãî íà ïðîìåæóòî÷íûé ðîëüãàíã. Ðåæèì äåôîðìàöèè â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ òàêæå âëèÿåò íà ýòó òåìïåðàòóðó. Åñëè îñëàáèòü îáæàòèÿ â ïåðâûõ è óâåëè÷èòü â ïîñëåäíèõ êëåòÿõ ÷åðíîâîé ãðóïïû, òî çà ñ÷åò äîïîëíèòåëüíîãî òåïëà, îáðàçóþùåãîñÿ ïðè ïåðåõîäå ýíåðãèè äåôîðìàöèè â òåïëîâóþ, ìîæíî ïîâûñèòü òåìïåðàòóðó ïðîìåæóòî÷íîãî ðàñêàòà. Ïðè îáðàòíîì ðàñïðåäåëåíèè îáæàòèé ìîæíî ñáðîñèòü ëèøíþþ òåìïåðàòóðó. Ìåíÿÿ ðåæèì îáæàòèÿ â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ, óïðàâëÿþò òåìïåðàòóðîé íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå è òåìïåðàòóðîé êîíöà ïðîêàòêè â ïðåäåëàõ äî 40 °Ñ. Ñîîòâåòñòâåííî, èçìåíÿÿ òîëùèíó èñõîäíîãî ñëÿáà, ïîñòóïàþùåãî â ÷åðíîâûå êëåòè, ìîæíî ðåãóëèðîâàòü êàê ðåæèì îáæàòèÿ â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ, òàê è òåìïåðàòóðó ïðîìåæóòî÷íîãî ðàñêàòà (äî 70 °Ñ). Íàëè÷èå íåïðåðûâíîé ÷åðíîâîé ãðóïïû íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ îáåñïå÷èâàåò òåìïåðàòóðó ðàñêàòà çà ïîñëåé êëåòüþ íà 4060 °Ñ âûøå, ÷åì íà ñòàíå 2000 ÍËÌÊ, ÷òî ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü òîëùèíó ïîäêàòà ïåðåä ÷èñòîâîé ãðóïïîé íà 510 ìì. Íà ñòàíå 2000 ÍËÌÊ îïûòíîé ïðîêàòêîé ïîëîñ òîëùèíîé 1,52,5 ìì ïîêàçàíî, ÷òî óâåëè÷åíèå òîëùèíû ïðîìåæóòî÷íîãî ðàñêàòà ñ 2527 äî 3236 ìì äàåò ïðèáàâêó ê òåìïåðàòóðå êîíöà ïðîêàòêè íà 2040 °Ñ.  ßïîíèè ïðè ïðîêàòêå ïîëîñ òîëùèíîé áîëåå 6 ìì óâåëè÷èâàþò ýòó òîëùèíó äî 4550 ìì. Ïðè ïðîêàòêå áîëåå òîíêèõ ïîëîñ òîëùèíà ïðîìåæóòî÷íîãî ïðîêàòà ñíèæàåòñÿ. Äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ ïðèìåíÿþò ïðèíóäèòåëüíîå ðåãóëèðóåìîå îõëàæäåíèå ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé. Íà ýòîì ñòàíå äåéñòâóåò íàèáîëåå ñîâðåìåííàÿ èç ñóùåñòâóþùèõ â íàøåé ñòðàíå óñòàíîâêà óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ. Ðåæèì ïîäà÷è âîäû íà ïîëîñó ðàññ÷èòûâàåòñÿ íà ÝÂÌ ñ èñïîëüçîâàíèåì äèôôåðåíöèàëüíîãî óðàâíåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòè ïî ðàñ÷åòíûì çíà÷åíèÿì òåìïåðàòóðû ïî êëåòÿì è òðåáóåìûõ óñòàíîâîê ïî êàæäîìó ëèñòó. Ïðèíóäèòåëüíîå ìåæêëå454
òåâîå îõëàæäåíèå ïðîêàòà ïðè çàäàííîé òåìïåðàòóðå êîíöà ïðîêàòêè ïðè ïðîêàòêå òîëñòûõ ïîëîñ (áîëåå 5 ìì) óâåëè÷èâàåò ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà íà 36 %, íà áîëåå òîíêèõ ïîëîñàõ òî÷íåå îñóùåñòâëÿåòñÿ ðåãóëèðîâêà òåìïåðàòóðû. Ïðèìåíåíèå ÀÑÓÒÏ ïðè èñïîëüçîâàíèè ðåæèìà óñêîðåíèÿ ñòàíà è ïðèíóäèòåëüíîãî ìåæêëåòåâîãî îõëàæäåíèÿ ïîçâîëÿåò ñòàáèëèçèðîâàòü òåìïåðàòóðó ïî äëèíå ðàñêàòà, ìåæäó ïîëîñàìè îäíîé ïàðòèè, òåìïåðàòóðû íà÷àëà è êîíöà ïðîêàòêè è ñìîòêè. Ýêñïëóàòàöèÿ ñèñòåìû ïîêàçàëà, ÷òî íà ñòàëÿõ 09Ã2Ñ, 17ÃÑ, 10Ã2Ñ1 è äðóãèõ, êîòîðûå äîëæíû èìåòü òåìïåðàòóðó êîíöà ïðîêàòêè íå áîëåå 820830 °Ñ, êîëåáàíèÿ íå ïðåâûøàþò ±15 °Ñ. Ïðèíóäèòåëüíîå ìåæêëåòåâîå îõëàæäåíèå, à òàêæå îáùåå ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ìåòàëëà â ñâÿçè ñ èñïîëüçîâàíèåì íåïðåðûâíîé ãðóïïû ÷åðíîâûõ êëåòåé ïîçâîëÿþò íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ ïðèìåíÿòü òîëùèíó ïðîìåæóòî÷íîãî ðàñêàòà íà 35 ìì âûøå, ÷åì íà àíàëîãè÷íîì ñòàíå 2000 ÍËÌÊ, êîòîðûé íå èìååò óêàçàííûõ ïðåèìóùåñòâ. Íà ñòàíàõ, ïðèìåíÿþùèõ òåõíîëîãè÷åñêóþ ñìàçêó â ÷èñòîâûõ êëåòÿõ, ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü óâåëè÷èòü òîëùèíó ïðîìåæóòî÷íîãî ðàñêàòà êàê çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ äàâëåíèÿ íà âàëêè è óâåëè÷åíèÿ îáæàòèÿ âî âñåõ êëåòÿõ, òàê è çà ñ÷åò ìåíüøèõ òåïëîâûõ ïîòåðü ïðè êîíòàêòå ìåòàëëà ñ âàëêàìè. Îäíàêî ïðèìåíåíèå ñìàçêè ïðè ïðîêàòêå íà ÍØÏÑ ñâÿçàíî ñ îðãàíèçàöèîííûìè òðóäíîñòÿìè. Íåîáõîäèìî ñîîòâåòñòâóþùèå îáîðóäîâàíèå, ñèñòåìà ïîäà÷è ñìàçêè â î÷àã äåôîðìàöèè è óòèëèçàöèè îòðàáîòàííîé ñìàçêè, êîìïüþòèçèðîâàííàÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ òàêèìè ñèñòåìàìè. Íà ðàññìàòðèâàåìîì ñòàíå ýòîãî ïîêà íåò, õîòÿ îïûòû ïî ïðèìåíåíèþ ñìàçîê ïðè ïðîêàòêå ïðîâîäèëèñü è ïîêàçàëè âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü. Èìååòñÿ áîãàòûé çàðóáåæíûé îïûò èñïîëüçîâàíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ ñìàçîê ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå ëèñòà íà ÍØÏÑ. Áîëüøîå êîëè÷åñòâî èññëåäîâàíèé ïîñâÿùåíî âîçìîæíîñòè óïðàâëÿòü òåìïåðàòóðîé êîíöà ïðîêàòêè ñ ïîìîùüþ ãèäðîñáèâîâ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî êîëè÷åñòâî ïîäàâàåìîé âîäû íà ãèäðîñáèâå â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ ïî÷òè íå âëèÿåò íà òåìïåðàòóðó ðàñêàòà íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå è, ñëåäîâàòåëüíî, íà òåìïåðàòóðó êîíöà ïðîêàòêè. Íî ðåæèì ïîäà÷è âîäû íà ãèäðîñáèâå ïîñëå ÷èñòîâîãî îêàëèíîëîìàòåëÿ ñóùåñòâåííî îòðàæàåòñÿ íà òåìïåðàòóðå êîíöà ïðîêàòêè. Ýòè âîçìîæíîñòè òàêæå èñïîëüçóþòñÿ, õîòÿ îíè îãðàíè÷åíû, òàê êàê åñòü îïàñíîñòü ïîëó÷èòü áðàêîâàííóþ ïîâåðõíîñòü ëèñòà ïî îêàëèíå. Ëèñòû ñìàòûâàþòñÿ íà ìîòàëêè óæå ïîñëå ïîëíîãî ðàñïàäà àóñòåíèòà. Åñëè ðàñïàä àóñòåíèòà áóäåò ïðîèñõîäèòü ïðè ñìîòêå, òî ïðè ðàçíîé ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ íàðóæíûõ è âíóòðåííèõ âèòêîâ ïîëó÷èòñÿ ðàçíàÿ ñòðóêòóðà ìåòàëëà ïî äëèíå ëèñòà. Äëÿ ñòàëåé àóñòåíèòíîãî êëàññà òåìïåðàòóðà ñìîòêè 800 °Ñ, äëÿ ìàðòåíñèòíûõ ñòàëåé 700 °Ñ, äëÿ ôåððèòíûõ 650 °Ñ. Òðåáóåìàÿ òåìïåðàòóðà ñìîòêè äîñòèãàåòñÿ ïóòåì ðåãóëèðîâàíèÿ êîëè÷åñòâà ïîäàâàåìîé âîäû è ñêîðîñòè îáäóâàíèÿ ëèñòà íà äóøèðóþùåé óñòàíîâêå. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî òåìïåðàòóðíûé ðåæèì ïðîêàòêè íà ñòàíå ìîæíî âûäåðæàòü òîëüêî íà áàçå àâòîìàòèçèðîâàííîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ïðîêàòêîé ñ ïîìîùüþ ñèñòåìû ÝÂÌ. Âïåðâûå â Ðîññèè íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ ââåäåíà êîìïëåêñíàÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè ïðîêàòêè, ðàçðàáîòàííàÿ ôèðìîé Ñèìåíñ è ïîçâîëÿþùàÿ â àâòîìàòè÷åñêîì ðåæèìå èëè â ðåæèìå ñîâåò÷èêà îñóùåñòâëÿòü óïðàâëåíèå òåìïåðàòóðîé, ñêîðîñòüþ 455
è îáæàòèÿìè ïî êëåòÿì ñòàíà, ïðè ýòîì êîíòðîëèðóþòñÿ è äðóãèå ïàðàìåòðû ïðîêàòêè (óñèëèÿ, ìîìåíòû è ïð.), îñóùåñòâëÿåòñÿ äèàãíîñòèêà ñîñòîÿíèÿ îáîðóäîâàíèÿ. Êðîìå òîãî, â ñèñòåìå óïðàâëåíèÿ èìåþòñÿ ÝÂÌ, óïðàâëÿþùèå ðåæèìàìè íàãðåâà, îõëàæäåíèÿ ïðîêàòà íà äóøèðóþùåé óñòàíîâêå, ñìîòêè è ïð. Íà äðóãèõ ñòàíàõ óñòàíîâëåíû òîëüêî ëîêàëüíûå ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ òåìïåðàòóðîé ïðîêàòêè, ñìîòêè è äðóãèìè òåõíîëîãè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè. 17.4. Ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà Òðåáîâàíèÿ ê òî÷íîñòè ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà, ïîñòàâëÿåìîãî â ïàêåòàõ è â ðóëîíàõ, îòðàæåíû â ÃÎÑÒ 1990374. Ïî òî÷íîñòè ëèñòû ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà äâå ãðóïïû: ëèñòû ïîâûøåííîé (ãðóïïà À) è íîðìàëüíîé (ãðóïïà Â) òî÷íîñòè.  çàâèñèìîñòè îò òîëùèíû è øèðèíû îíè èìåþò ðàçëè÷íûå äîïóñêè ïî òîëùèíå, íàïðèìåð ëèñòû òîëùèíîé 1,82,0 ìì ïðè øèðèíå 15002000 ìì: ïðè ïîâûøåííîé òî÷íîñòè ±0,17 ìì, ïðè îáû÷íîé òî÷íîñòè ±0,20 ìì. Ïî òðåáîâàíèþ çàêàç÷èêà òî÷íîñòü ìîæåò áûòü ïîâûøåíà äî ±0,11 ìì. Åñòåñòâåííî, ñ óâåëè÷åíèåì òîëùèíû è øèðèíû ëèñòà äîïóñêè óâåëè÷èâàþòñÿ. Ýòè äîïóñêè îòðàæàþò ñîñòîÿíèå òåõíîëîãèè è âîçìîæíîñòè ñòàáèëèçàöèè ïàðàìåòðîâ ïðîêàòêè. Î÷åíü âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ê ãîðÿ÷åêàòàíîìó ëèñòó ïðåäúÿâëÿþòñÿ ïî ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè. (Îïðåäåëåíèå ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè, à òàêæå îòëè÷èå äîïóñêîâ ïî òîëùèíå è ðàçíîòîëùèííîñòè ðàññìîòðåíî ïðè òîëñòîëèñòîâîé ïðîêàòêå.) Íà ñîâðåìåííûõ ñòàíàõ äîïóñêàåòñÿ ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ±0,05 ìì íà 80 % äëèíû ëèñòà. Ïðè ïðîèçâîäñòâå ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî ëèñòà òðåáîâàíèÿ ïî ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè ìîãóò áûòü áîëåå æåñòêèìè. Íà ñòàíàõ âòîðîãî è òðåòüåãî ïîêîëåíèÿ ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü äîñòèãàåò 0,10,2 ìì (äàííûå ïîëó÷åíû íà ñòàíàõ 1680 çàâîäà Çàïîðîæñòàëü è ñòàíå 1700 çàâîäà èì. Èëüè÷à â Ìàðèóïîëå, Óêðàèíà). Ñ óâåëè÷åíèåì øèðèíû ïîëîñû è ïî ìåðå èçíîñà âàëêîâ ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü âîçðàñòàåò. Ðàññìîòðèì îñíîâíûå ôàêòîðû, îïðåäåëÿþùèå ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ïðè ïðîêàòêå íà ÍØÏÑ. 17.4.1. Êîëåáàíèÿ íàòÿæåíèÿ Íà ñòàíàõ òðåòüåãî ïîêîëåíèÿ è áîëåå ðàííèõ ñòàíàõ íåïðåðûâíîé áûëà òîëüêî ÷èñòîâàÿ ãðóïïà êëåòåé. Íî ïðè óâåëè÷åíèè ðàçâåñà ñëÿáà äî 40 ò êîëè÷åñòâî ÷åðíîâûõ êëåòåé óâåëè÷èëîñü, è îíè òàêæå áûëè ñîáðàíû â íåïðåðûâíóþ ãðóïïó. Ïðîêàòêà â íåïðåðûâíûõ ãðóïïàõ êëåòåé ïðîâîäèòñÿ â ñëåäóþùåì ðåæèìå íàòÿæåíèÿ ïîëîñû. Êîãäà ïåðåäíèé êîíåö ïðîõîäèò ÷åðåç âñå êëåòè, ïåòëåðåãóëÿòîðû äîëæíû áûòü óòîïëåíû ïîä ðîëüãàíãîì. Çàòåì îíè ïîäíèìàþòñÿ, îáðàçóÿ òðåáóåìûé ïåðåãèá ïåòëè, è ïî ñèëå, äåéñòâóþùåé íà ðîëèê ïåòëåðåãóëÿòîðà, óñòàíàâëèâàåòñÿ òðåáóåìîå íàòÿæåíèå ïîëîñû. Àíàëîãè÷íî ïðè ïðîõîæäåíèè çàäíåãî êîíöà ëèñòà ÷åðåç êëåòè ïåòëåðåãóëÿòîðû óáèðàþòñÿ, è íàòÿæåíèå íå ðåãóëèðó456
åòñÿ. Òàêèì îáðàçîì, òîëüêî îêîëî 80 % äëèíû ïîëîñû ïðîêàòûâàåòñÿ ïðè ðåãóëèðîâàíèè íàòÿæåíèÿ, ïîýòîìó òîëüêî íà ýòîé äëèíå îãîâàðèâàþòñÿ æåñòêèå è ñòàáèëüíûå òðåáîâàíèÿ ïî ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè. Ïðè íåïðåðûâíîé ïðîêàòêå íåîáõîäèìî ñîáëþäàòü óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà ñåêóíäíîãî îáúåìà â êàæäîé êëåòè ViFi = const, êîòîðîå â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé, êîãäà óøèðåíèåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, óïðîùàåòñÿ: hiVi = const = hnVn, ãäå hi è Vi ñîîòâåòñòâåííî, òîëùèíà ïîëîñû è ñêîðîñòü ïðîêàòêè â i-òîé êëåòè; n íîìåð ïîñëåäíåé ÷èñòîâîé êëåòè. Ïî÷òè âñåãäà hn è Vn èçâåñòíû è, ñëåäîâàòåëüíî, îïðåäåëÿåòñÿ çíà÷åíèå const. Ïîñêîëüêó ïðîêàòêà âåäåòñÿ ñ íåáîëüøèì íàòÿæåíèåì, òî êîíñòàíòà òî÷íî íå ñîáëþäàåòñÿ, è êàæäàÿ ñëåäóþùàÿ êëåòü èìååò ñêîðîñòü íà 13 % áîëüøå, ÷åì ñëåäóåò ïî çíà- Ð 1 ÷åíèþ const. Èç òåîðèè ÎÌÄ èçâåñòíî, ÷òî ñ ïîâûøåíèåì íàòÿσ1 æåíèÿ ïîëîñû äàâëåíèå íà âàëêè è ñèëà ïðîêàòêè ñíè2 æàþòñÿ, ïðè÷åì ïåðåäíåå íàòÿæåíèå σ0 ñíèæàåò ñèëó σ2 ïðîêàòêè áîëåå ýôôåêòèâíî, ÷åì çàäíåå σ1 (ðèñ. 17.3). Òîëùèíà ïîëîñû, âûõîäÿùåé èç i-é êëåòè, ñâÿçàíà ñ ñèëîé ïðîêàòêè Ð óðàâíåíèåì ÃîëîâèíàÑèìñà P hi = si + i , Ì êi
σ 0, σ 1
(17.1)
Ðèñ. 17.3. Çàâèñèìîñòü ñèëû ïðîêàòêè îò ïåðåäíåãî σ0 è çàäíåãî σ1 íàòÿæåíèÿ
ãäå s çàçîð ìåæäó âàëêàìè; Ìê æåñòêîñòü êëåòè. Ïðîäèôôåðåíöèðîâàâ, ïîëó÷èì dhi = dPi /Ìê. Ñèëà ïðîêàòêè Ð çàâèñèò îò ìíîãèõ ôàêòîðîâ.  äàííîì ñëó÷àå íàñ èíòåðåñóåò åå çàâèñèìîñòü îò ïåðåäíåãî è çàäíåãî íàòÿæåíèÿ, êîòîðóþ ìîæíî çàïèñàòü â ïàðàìåòðè÷åñêîì âèäå: P = f (σ0, σ1). (17.2) Ïðîäèôôåðåíöèðîâàâ (17.2), ïîëó÷èì dP =
×àñòíûå ïðîèçâîäíûå
∂P ∂P d σ0 + d σ1 . ∂σ 0 ∂σ1
∂Ð ∂Ð è âûðàæàþòñÿ òàíãåíñàìè íàêëîíà êðèâûõ 1 ∂σ0 ∂σ1
è 2. Êîëåáàíèÿ íàòÿæåíèÿ ïðè ïðîêàòêå dσ0 è dσ1 ïðèâîäÿò ê ñîîòâåòñòâóþùåìó èçìåíåíèþ ñèëû dP è òîëùèíû ïîëîñû dh. ×òîáû ñòàáèëèçèðîâàòü íàòÿæåíèÿ, âñå ñîâðåìåííûå ÍØÏÑ ñíàáæåíû ñèñòåìîé àâòîìàòèçèðîâàííîãî ðåãóëèðîâàíèÿ íàòÿæåíèÿ, êîòîðîå ïîääåðæèâàåòñÿ â çàäàííûõ ïðåäåëàõ. Êîãäà íàòÿæåíèå â îäíîé êëåòè âûõîäèò çà ïðåäåëû, ñëåäóþùàÿ (èëè ïðåäûäóùàÿ) êëåòü íà÷èíàåò èçìåíÿòü ñêîðîñòü ïðîêàòêè. 457
Ñëåäîâàòåëüíî, äàæå ïðè íàëè÷èè ñàìîé ñîâåðøåííîé ÑÀÐÍ íàòÿæåíèå ïîëîñû ìåæäó êëåòÿìè âñåãäà èçìåíÿåòñÿ â êàêèõ-òî ïðåäåëàõ. Çà ñ÷åò ýòîãî ïîëå äîïóñêà íà ðàçíîòîëùèííîñòü ïåðåêðûâàåòñÿ ïðèìåðíî íà 20 %. 17.4.2. Òåìïåðàòóðíûé êëèí Òåìïåðàòóðíûì êëèíîì íàçûâàåòñÿ èçìåíåíèå òîëùèíû ïîëîñû â ðåçóëüòàòå ðàçíîâðåìåííîñòè ïðîêàòêè åå â i-òîé êëåòè. Ïðè èäåàëüíî ðàâíîìåðíîì ðàñïðåäåëåíèè òåìïåðàòóðû ïî äëèíå ðàñêàòà ïåðåä ïðîêàòêîé â ìîìåíò ïðîõîæäåíèÿ ÷åðåç i-þ êëåòü òåìïåðàòóðà ãîëîâíîé ÷àñòè ïîëîñû âûøå, ÷åì õâîñòîâîé, ïîñêîëüêó ïîñëåäíÿÿ ïîñòóïàåò â âàëêè ïîçæå. Ïî õîäó ïðîêàòêè òåìïåðàòóðà â î÷àãå äåôîðìàöèè ñíèæàåòñÿ, ñëåäîâàòåëüíî, óâåëè÷èâàåòñÿ ñèëà ïðîêàòêè, è ïî ôîðìóëå ÃîëîâèíàÑèìñà îò ãîëîâû ê õâîñòó òîëùèíà ïîëîñû âîçðàñòàåò. Ñëåäóåò åùå ðàç îáðàòèòü âíèìàíèå íà îïðåäåëåíèå: òåìïåðàòóðíûì êëèíîì íàçûâàåòñÿ èçìåíåíèå íå òåìïåðàòóðû ìåòàëëà â î÷àãå, à òîëùèíû ïîëîñû, õîòÿ ýòè ïàðàìåòðû ìåæäó ñîáîé ôóíêöèîíàëüíî ñâÿçàíû. ×åì äëèííåå ïîëîñà è ìåíüøå åå òîëùèíà, òåì áîëüøå òåìïåðàòóðíûé êëèí è ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü. Åñëè íå ïðåäïðèíèìàòü ìåð ïî áîðüáå ñ íåþ, òî ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü áóäåò âûøå äîïóñòèìîé â íåñêîëüêî ðàç. Ïîýòîìó íà ñîâðåìåííûõ ñòàíàõ ïðåäóñìîòðåíî íåñêîëüêî âàðèàíòîâ óñòðàíåíèÿ òåìïåðàòóðíîãî êëèíà. Ñàìûì ïðîñòûì ñïîñîáîì, ïðèìåíÿåìûì íà íåêîòîðûõ ñòàíàõ ïðåäûäóùèõ ïîêîëåíèé, ÿâëÿåòñÿ êîñîé íàãðåâ çàãîòîâêè â ïå÷è. Åñëè õâîñòîâóþ ÷àñòü ñëÿáà íàãðåòü â ïå÷è âûøå, ÷åì ãîëîâíóþ, ïðè÷åì ïðàâèëüíî ïîäîáðàòü çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû ïî äëèíå ñëÿáà, òî ìîæíî êîìïåíñèðîâàòü òåìïåðàòóðíûé êëèí. Îäíàêî ïðàêòè÷åñêàÿ ðåàëèçàöèÿ ýòîé èäåè, íàïðèìåð, íà ñòàíå 2250 ÌÌÊ ïîêàçàëà, ÷òî âñëåäñòâèå ñòàòèñòè÷åñêîãî ðàçáðîñà òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ íàãðåâà è ïðîêàòêè íå âñåãäà òåìïåðàòóðíûé êëèí ñîâïàäàåò ñ õàðàêòåðèñòèêàìè êîñîãî íàãðåâà. Òàêîé ìåòîä íåíàäåæåí. Áîëåå íàäåæíî îòðàáàòûâàåò òåìïåðàòóðíûé êëèí ñèñòåìà àâòîìàòèçèðîâàííîãî ðåãóëèðîâàíèÿ çàçîðà ìåæäó âàëêàìè (ÑÀÐÒ). Ïî ôîðìóëå Ãîëîâèíà Ñèìñà ïðè óâåëè÷åíèè ñèëû ïðîêàòêè çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû ïðîêàòêè óâåëè÷èâàåòñÿ ñëàãàåìîå Ð/Ìê, ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ ïîñòîÿíñòâà òîëùèíû h íåîáõîäèìî ïî òàêîé æå çàêîíîìåðíîñòè óìåíüøàòü çàçîð s ìåæäó âàëêàìè. ÑÀÐÒ ïîçâîëÿåò ðåøèòü òàêæå äðóãèå çàäà÷è. Íà ñòàíàõ òðåòüåãî è ÷åòâåðòîãî ïîêîëåíèÿ òåìïåðàòóðíûé êëèí îòðàáàòûâàþò çà ñ÷åò óñêîðåíèÿ ïðîêàòêè â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé. Íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ â ðåæèìå óñêîðåíèÿ ìîæåò ðàáîòàòü òàêæå ÷åðíîâàÿ íåïðåðûâíàÿ ãðóïïà êëåòåé. Ïðè óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè ïðîêàòêè ñîêðàùàþòñÿ âðåìÿ êîíòàêòà ìåòàëëà ñ âàëêàìè è äåòàëÿìè ñòàíà, à òàêæå âðåìÿ èçëó÷åíèÿ, ÷òî óìåíüøàåò ïîòåðè òåïëà ìåæäó ïðîïóñêàìè è ñíèæàåò ïàäåíèå òåìïåðàòóðû ìåòàëëà. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ðàáîòà äåôîðìàöèè, ïåðåõîäÿùàÿ â òåïëî, ñïîñîáñòâóåò óâåëè÷åíèþ òåìïåðàòóðû ìåòàëëà ìåæäó ïðîïóñêàìè. Çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ñêîðîñòè ïðîêàòêè îò ìîìåíòà çàõâàòà äî âûõîäà ïîëîñû èç âàëêîâ ìîæíî ðàçîãðåòü õâîñòîâóþ ÷àñòü ïîëîñû è âûðîâíÿòü òåìïåðàòóðíûé êëèí. Íà ðèñ. 17.4 æèðíîé ëèíèåé ïîêàçàí ôàêòè÷åñêèé ãðàôèê èçìåíåíèÿ ñêîðîñòè ïðîêàòêè ïî äëèíå ïîëîñû 458
Ñêîðîñòü
(â ëþáîé i-òîé êëåòè). Îïûòû è ðàñ÷åòû ïîêàçûâàþò, ÷òî äëÿ ïîëíîé êîìïåíñàöèè òåìïåðàòóðíîãî êëèíà íåîáõîäèìî ïåðåìåííîå âî âðåìåíè óñêîðåíèå, óâåëè÷èâàþùååñÿ ê êîíöó ïðîêàòêè. Ñðåäíåå óñêîðåíèå ñòàíà à = tgα. α Íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ ñêîðîñòü çàõâàòà ïîëîñû â ïîñëåäíåé ÷èñòîâîé êëåòè íå ïðåâûøàåò 10 ì/ñ. Òàêàÿ ñêîðîñòü îáåñïå÷èâàåò íàäåæíûé Äëèíà ïîëîñû l çàõâàò êîíöà ïîëîñû ìîòàëêàìè, ïðè áîëåå âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ ñîâðåìåííûå ìîòàëêè ìîãóò äàÐèñ. 17.4. Èçìåíåíèå âàòü ñáîè ïðè çàïðàâêå ïîëîñû íà áàðàáàí. Çàòåì ñêîðîñòè ïðîêàòêè ëèñòà ïðè óñêîðåíèè ñêîðîñòü âñåõ êëåòåé ñòàíà óâåëè÷èâàåòñÿ è äîñòèãàåò ê êîíöó ïðîêàòêè ëèñòà 22,5 ì/ñ. Ïðîêàòêà â ÷èñòîâîé ãðóïïå âåäåòñÿ ñî ñðåäíèì óñêîðåíèåì à = 0,040,07 ì/ñ2. Íàïîìíèì, ÷òî äàæå ïðè òàêîì ñëîæíîì ñêîðîñòíîì ãðàôèêå ïðîêàòêè ñèñòåìà àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ íàòÿæåíèÿ äîëæíà îáåñïå÷èâàòü ñòàáèëüíîå íàòÿæåíèå ìåæäó êëåòÿìè. Íà ñîâðåìåííûõ ñòàíàõ çà ñ÷åò óñêîðåíèÿ ñòàíà ñîçäàþò îáðàòíûé òåìïåðàòóðíûé êëèí, ò. å. îáåñïå÷èâàþò òàêèå óñëîâèÿ, ïðè êîòîðûõ â ìîìåíò ïðîõîæäåíèÿ î÷àãà äåôîðìàöèè â ïîñëåäíåé ÷èñòîâîé êëåòè òåìïåðàòóðà ãîëîâíîãî êîíöà íà 2030° íèæå òåìïåðàòóðû õâîñòîâîé ÷àñòè. Òàêîå ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóð îáåñïå÷èâàåò áîëåå ðàâíîìåðíûå òåìïåðàòóðó ñìîòêè ëèñòà íà ìîòàëêó è åãî ñâîéñòâà ïî äëèíå. Îïûò ïîêàçàë, ÷òî ÷àñòè÷íî òåìïåðàòóðíûé êëèí ìîæíî ñíèçèòü çà ñ÷åò ðåãóëèðîâàíèÿ ïîäà÷è âîäû íà ÷èñòîâîì ãèäðîñáèâå. Ïî õîäó ïðîêàòêè òåìïåðàòóðà â î÷àãå äåôîðìàöèè óìåíüøàåòñÿ, ïîýòîìó íåîáõîäèìî ñíèæàòü êîëè÷åñòâî ïîäàâàåìîé âîäû. Îäíàêî âîçìîæíîñòè òàêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ îãðàíè÷åíû, òàê êàê íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü íàäåæíîå óäàëåíèå îêàëèíû ñ ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Îðèãèíàëüíûì è ýôôåêòèâíûì ñïîñîáîì óñòðàíåíèÿ òåìïåðàòóðíîãî êëèíà ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå êîéëáîêñà ìîùíîé íàïîëüíîé ìîòàëêè, íà êîòîðóþ ñìàòûâàåòñÿ ïðîìåæóòî÷íûé ðàñêàò òîëùèíîé 2835 ìì ïîñëå ÷åðíîâîé ãðóïïû êëåòåé. Çàòåì ñ ìîòàëêè ëèñò çàäíèì êîíöîì ïîäàåòñÿ â ÷èñòîâóþ ãðóïïó êëåòåé. Ïðè òàêîé òåõíîëîãèè ïðîêàòêè òåìïåðàòóðíûé êëèí, èìåâøèéñÿ â ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé, êîìïåíñèðóåòñÿ îáðàòíûì òåìïåðàòóðíûì êëèíîì â ÷èñòîâîé ãðóïïå. Êîéëáîêñ èíòåðåñåí òàêæå òåì, ÷òî ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî óêîðîòèòü ïðîìåæóòî÷íûé ðîëüãàíã è äëèíó âñåãî öåõà. Ïðè ýòîì óìåíüøàåòñÿ ñòîèìîñòü ñòàíà è çäàíèÿ. Êðîìå òîãî, íàìîòàííûé íà ìîòàëêó ìåòàëë ìåíüøå òåðÿåò òåìïåðàòóðó, ïîýòîìó ïî òåìïåðàòóðíîìó ðåæèìó ïðîõîäèò ïðîêàòêà áîëåå òîíêèõ ëèñòîâ, ÷åì íà ñòàíå ñ äëèííûì ïðîìåæóòî÷íûì ðîëüãàíãîì. Íå òðåáóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ýêðàíû, óìåíüøàþùèå òåïëîïîòåðè çà ñ÷åò èçëó÷åíèÿ. Êîéëáîêñ, óñòàíîâëåííûé íà ñòàíå 2800/1700 êîìáèíàòà ×åðÌÊ, ïîêàçàë âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû. Âïåðâûå êîéëáîêñ áûë óñòàíîâëåí â 1984 ãîäó íà ØÏÑ 2000 (Êàíàäà). Ïðèìåíåíèå êîéëáîêñà ïîçâîëÿåò ñîêðàòèòü äëèíó öåõà íà 4060 ì, óìåíüøàÿ êàïèòàëüíûå çàòðàòû íà 6 %, ñíèçèòü ýíåðãåòè÷åñêèå çàòðàòû çà ñ÷åò îòêàçà îò ðåæèìà óñêîðåíèÿ äî 40 %, ïðèìåíèòü áîëåå 459
òÿæåëûå ñëÿáû, óâåëè÷èòü òåìïåðàòóðó êîíöà ïðîêàòêè. Îäíàêî ïðîêàòêà ñ êîéëáîêñîì ñíèæàåò åå îáùóþ ñêîðîñòü è óâåëè÷èâàåò öèêë ïðîêàòêè, ïîýòîìó íà ñòàíàõ ñ áîëüøîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ, òàêèõ êàê ñòàí 2000 ×åðÌÊ, êîéëáîêñû ïðèìåíÿòü íå ðåêîìåíäóåòñÿ. 17.4.3. Íåðàâíîìåðíîñòü èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû ïî äëèíå ðàñêàòà Òåìïåðàòóðíûé êëèí íå ñâÿçàí ñ íåðàâíîìåðíîé òåìïåðàòóðîé íàãðåâà ìåòàëëà ïî äëèíå ðàñêàòà. Íåðàâíîìåðíîñòü òåìïåðàòóðû ïî äëèíå ïðåæäå âñåãî âîçíèêàåò ïðè íàãðåâå ìåòàëëà. Ñ îäíîé ñòîðîíû, âîçìîæåí íåïðîèçâîëüíûé êîñîé íàãðåâ, êîòîðûé îáðàçóåòñÿ ïðè íåïðàâèëüíîì ðàñïîëîæåíèè ãîðåëîê â ïå÷è èëè ïðè íåïðàâèëüíîì òåïëîâîì ðåæèìå èõ ðàáîòû, ñ äðóãîé ïðè÷èíîé íåðàâíîìåðíîãî íàãðåâà ìîãóò ñëóæèòü êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè íàãðåâàòåëüíîé ïå÷è. Íàïðèìåð, ïðè ïðîõîæäåíèè â ïå÷è ïî ãëèññàæíûì òðóáàì, îõëàæäàåìûì èçíóòðè âîäîé, íà ñëÿáå îñòàþòñÿ çàõîëîæåííûå ó÷àñòêè ãëèññàæíûå ìåòêè. Åñòåñòâåííî, ïðè ïðîêàòêå ýòèõ ó÷àñòêîâ ïîëîñà áóäåò òîëùå, ÷åì íà îñòàëüíîé äëèíå, ïîñêîëüêó ñèëà ïðîêàòêè áóäåò âûøå. Òàêîå óòîëùåíèå áóäåò íàáëþäàòüñÿ ïî âñåì êëåòÿì ñòàíà, òàê êàê îáæàòèå è ñèëà ïðîêàòêè íà óòîëùåííûõ ó÷àñòêàõ ïîâûøàþòñÿ è ïî ôîðìóëå ÃîëîâèíàÑèìñà òîëùèíà ïîëîñû âîçðàñòàåò. Ïðè ýòîì, êàê ïîêàçàëè èññëåäîâàíèÿ, îòíîñèòåëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ∆i/hñð ïî÷òè ïî âñåì êëåòÿì îñòàåòñÿ ïðèìåðíî ïîñòîÿííîé. Íà ãîòîâîì ëèñòå ãëèññàæíûå ìåòêè ìîãóò äàâàòü ðàçíîòîëùèííîñòü äî 0,050,08 ìì. ×òîáû èçáàâèòüñÿ îò ãëèññàæíûõ ìåòîê, íåîáõîäèìî ñîâåðøåíñòâîâàòü êîíñòðóêöèþ ïå÷è. Íàïðèìåð, ïîëåçíî ðàñïîëîæèòü ãëèññàæíûå òðóáû â øàõìàòíîì ïîðÿäêå, òåì ñàìûì ðàñïðåäåëèâ ãëèññàæíûå ìåòêè ïî âñåé ïîâåðõíîñòè ñëÿáà.  ìåòîäè÷åñêèõ ïå÷àõ ñ øàãàþùèìè áàëêàìè, êàê íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ, ãëèññàæíûõ ìåòîê íå áûâàåò. Ðàçíîòîëùèííîñòü, âûçâàííóþ íåðàâíîìåðíîñòüþ òåìïåðàòóðû ïî äëèíå ñëÿáà, íà ñîâðåìåííûõ ñòàíàõ óñòðàíÿþò òàêæå ñ ïîìîùüþ ñèñòåìû àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ çàçîðà ìåæäó âàëêàìè (ÑÀÐÒ). 17.4.4. Âñïëûâàíèå ïîäøèïíèêîâ Ê êëåòÿõ êâàðòî îïîðíûå âàëêè èìåþò ïîäøèïíèêè æèäêîñòíîãî òðåíèÿ (ðèñ. 17.5). Íà øåéêó âàëêîâ íàäåòî âíóòðåííåå êîëüöî ïîäøèïíèêà, íàðóæíîå êîëüöî çàêðåïëåíî â ïîäóøêå. Íà ðèñ. 17.5 ïîêàçàí ïîäøèïíèê íèæíåãî âàëêà, îáà êîëüöà çàêðàøåíû áîëåå òåìíîé êðàñêîé.  çàçîð ìåæäó êîëüöàìè ïîä äàâëåíèåì ïîäàåòñÿ ñìàçêà, îáîçíà÷åííàÿ ñåðûì öâåòîì. Êîãäà ñêîðîñòü âàëêîâ ìàëà, òî ïîä ñèëîé Ð ñëîé ñìàçêè ïðîäàâëèâàåòñÿ è êîëüöà ñîïðèêàñàþòñÿ (ñì. ðèñ. 17.5, à). Ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè ñìàçêà óâëåêàåòñÿ â êëèíîâîé çàçîð ìåæäó êîëüöàìè, è äàâëåíèå â ýòîì ñëîå âîçðàñòàåò. Ïðè îïðåäåëåííîé ñêîðîñòè îíî ïðåâîñõîäèò äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè, è âàëêè âñïëûâàþò, ò. å. êîëüöà ïåðåñòàþò êàñàòüñÿ äðóã äðóãà (ñì. ðèñ. 17.5, á). Ïðè ýòîì ðàññòîÿíèå ìåæäó âàëêàìè è òîëùèíà ïîëîñû óìåíüøàþòñÿ. 460
à)
á)
Ð
Ðèñ. 17.5. Çàçîð ìåæäó êîëüöàìè ïîäøèïíèêà ïðè ìàëîé (à) è áîëüøîé (á) ñêîðîñòÿõ ïðîêàòêè
Ïîñêîëüêó ñêîðîñòü âðàùåíèÿ âàëêîâ ïðè ïðîêàòêå ïîñòîÿííî ìåíÿåòñÿ, òî çà ñ÷åò âñïëûâàíèÿ âàëêîâ íà ïîëîñå ïîÿâëÿåòñÿ ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü. Óñòðàíèòü åå ìîæíî ñ ïîìîùüþ ÑÀÐÒ.  íåêîòîðûõ ñèñòåìàõ óïðàâëåíèÿ ñâÿçûâàþò èçìåíåíèå çàçîðà ìåæäó âàëêàìè s ñî ñêîðîñòüþ ïðîêàòêè íåêîòîðîé ôóíêöèîíàëüíîé çàâèñèìîñòüþ, ÿâëÿþùåéñÿ îäíîé èç ìîäåëåé ëîêàëüíîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî èçìåíåíèå çàçîðà ìåæäó âàëêàìè ïðè èçìåíåíèè ñêîðîñòè ïðîêàòêè âûçûâàåòñÿ íå òîëüêî òîëùèíîé ìàñëÿíîé ïëåíêè â ïîäøèïíèêàõ, íî è èçìåíåíèÿìè óñëîâèé òðåíèÿ, ñîïðîòèâëåíèÿ äåôîðìàöèè ìåòàëëà, ñèëû ïðîêàòêè è ïð. 17.4.5. Áèåíèå âàëêîâ Ïðè ïåðåøëèôîâêå âàëêîâ èõ øåéêè âðàùàþòñÿ â òàê íàçûâàåìûõ ëþíåòàõ. Íà ñàìûõ òî÷íûõ âàëüöåøëèôîâàëüíûõ ñòàíêàõ òî÷íîñòü íàñòðîéêè ëþíåòîâ ðàâíà ±0,05 ìì. Ñëåäîâàòåëüíî, íà òàêóþ âåëè÷èíó ìîãóò íå ñîâïàäàòü öåíòðû îêðóæíîñòåé áî÷êè âàëêà è øåéêè âàëêà (ðèñ. 17.6). Òàêèå âàëêè çà îäèí îáîðîò ïðè ïðîêàòêå ñîçäàþò ñèíóñîèäàëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ñ àìïëèòóäîé äî ±0,05 ìì. Ïðè ïðîêàòêå â íåñêîëüêèõ êëåòÿõ ýòè ñèíóñîèäû íàêëàäûâàþòñÿ äðóã íà äðóãà, ñîçäàâàÿ ñëîæíóþ êàðòèíó èçìåíåíèÿ ðàçíîòîëùèííîñòè ïî äëèíå ëèñòà. Äëÿ âñåõ ðàññìîòðåííûõ ïðè÷èí ðàçíîòîëùèííîñòè íàéäåíû ýôôåêòèâíûå ðåøåíèÿ èõ óñòðàíåíèÿ, è ñ ïîìîùüþ ñèñòåì ÑÀÐÒ å = 0,05 ìì è ÑÀÐÍ, à òàêæå ñèñòåìû óñêîðåíèÿ ñòàíà ðàçíîòîëùèííîñòü ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ óñòðàíÿåòñÿ. Íî ýôôåêòèâíûõ ìåòîäîâ áîðüáû ñ ðàçíîòîëùèííîñòüþ, ñîçäàâàåìîé áèåíèåì âàëêîâ, íå íàéäåíî. ÃÎÑÒîì, ïî ñóùåñòâó, çàôèêñèðîâàíî äàííîå ñîñòîÿíèå âîïðîñà î ðàçíîòîëùèííîñòè: íà ëèñòàõ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ äàëüíåéøåé õîëîäíîé ïðîêàòêè, íà 80 % äëèíû äîïóñêàåòñÿ ïðîäîëüíàÿ ðàçÐèñ. 17.6. Ýêñöåíòðèñèòåò íîòîëùèííîñòü ±0,05 ìì, ÷òî îïðåäåëÿåòñÿ ïðè ïåðåøëèôîâêå âàëêîâ â îñíîâíîì áèåíèåì âàëêîâ. 461
17.4.6. Ðåæèìû ïðîêàòêè è ðåãóëèðîâàíèÿ òîëùèíû Íà ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü âëèÿåò ðåæèì ïðîêàòêè ìåòàëëà. Èññëåäîâàíèÿ, ïðîâåäåííûå íà ðÿäå ñòàíîâ, ïîêàçàëè, ÷òî ìàêñèìàëüíàÿ ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü íàáëþäàåòñÿ â ïåðâûõ êëåòÿõ íåïðåðûâíîé ãðóïïû, â ïîñëåäíèõ êëåòÿõ îíà âûðàâíèâàåòñÿ. Óìåíüøåíèå îáæàòèé â ïîñëåäíèõ è óâåëè÷åíèå â ïåðâûõ êëåòÿõ ñïîñîáñòâóþò âûðàâíèâàíèþ ïîëîñû ïî äëèíå. Óâåëè÷åíèå ñóììàðíîãî îáæàòèÿ â ÷èñòîâîé ãðóïïå òàêæå ñïîñîáñòâóåò ñíèæåíèþ ðàçíîòîëùèííîñòè, íî âîçìîæíîñòè âàðüèðîâàíèÿ îáæàòèÿìè çäåñü îãðàíè÷åíû, òàê êàê ñâÿçàíû ñ òåìïåðàòóðîé êîíöà ïðîêàòêè. Áîëüøóþ äîëþ â îáùóþ ðàçíîòîëùèííîñòü âíîñÿò êîíöåâûå ó÷àñòêè ïîëîñû. Ïîñêîëüêó ïåðåäíèé è çàäíèé êîíöû ïîëîñû äëèíîé 80100 ì ïðîêàòûâàþòñÿ áåç íàòÿæåíèÿ, òî òîëùèíà èõ íà 0,150,25 ìì áîëüøå, ÷åì ñåðåäèíà ïîëîñû. Òåìïåðàòóðà ïðîêàòêè çàäíåãî êîíöà áûâàåò íà 60° è áîëåå íèæå òåìïåðàòóðû ïåðåäíåãî êîíöà, ïðè ýòîì ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü åãî ìîæåò äîñòèãàòü äàæå 0,5 ìì (äàííûå ñòàíà 1700 ÊàðÌÊ). Ýòè ó÷àñòêè ïðîêàòûâàþò ïðè äîïîëíèòåëüíîì ïîäæàòèè âàëêîâ ñ ïîìîùüþ ÑÀÐÒ. Ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû çàâèñèò òàêæå îò ïðèíöèïà ðàáîòû è êà÷åñòâà ÑÀÐÒ ïîëîñû. Íàèáîëåå ïðîñòûì ÿâëÿåòñÿ ïðîãðàììíîå, ò. å. æåñòêîå, àâòîìàòè÷åñêîå ðåãóëèðîâàíèå òîëùèíû. Òàêîå ðåãóëèðîâàíèå ïðîâîäÿò ëèáî ïî âñåé ïîëîñå, ëèáî òîëüêî ïðè ïðîêàòêå êîíöîâ, ïðåæäå âñåãî çàäíåãî. Ñèñòåìà îïðîáîâàíà íà äåéñòâóþùèõ ñòàíàõ è ïîçâîëèëà çíà÷èòåëüíî ñíèçèòü ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü. Îäíàêî ðàáîòà ïî æåñòêîé ïðîãðàììå íåíàäåæíà. Èíñòèòóòîì ïðîáëåì óïðàâëåíèÿ áûëà ðàçðàáîòàíà áîëåå ãèáêàÿ ñèñòåìà ðåãóëèðîâàíèÿ òîëùèíû ïî ñàìîóñòàíàâëèâàþùåéñÿ ïðîãðàììå.  îñíîâó ðàáîòû ñèñòåìû ïîëîæåí ñëåäóþùèé ïðèíöèï. Êðèâûå ðàçíîòîëùèííîñòè ïîëîñ ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ñóììó äâóõ ôóíêöèé, ïåðâàÿ èç êîòîðûõ õàðàêòåðèçóåò çàêîíîìåðíóþ ñîñòàâëÿþùóþ ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè, à âòîðàÿ ñëó÷àéíóþ ñîñòàâëÿþùóþ, îáóñëîâëåííóþ ñëó÷àéíûìè îòêëîíåíèÿìè îò øòàòíîé òåõíîëîãèè. Ïðîãðàììà ñîñòîèò èç äâóõ ÷àñòåé. Ïåðâàÿ æåñòêî îòðàáàòûâàåò çàêîíîìåðíóþ ÷àñòü êðèâîé, êîòîðàÿ ñòðîèòñÿ íà îñíîâàíèè ñòàòèñòè÷åñêîé îáðàáîòêè êðèâûõ ðàçíîòîëùèííîñòè ìíîãèõ ïîëîñ, à âòîðàÿ åå êîððåêòèðóåò. Êîìàíäû íà êîððåêòèðîâêó îáæàòèé ìîãóò ïîñòóïàòü îò ðàçëè÷íûõ äàò÷èêîâ.  êà÷åñòâå òàêîâîãî ìîæåò âûñòóïàòü èçìåðèòåëü òåìïåðàòóðû ìåòàëëà. Ïåðåä êëåòüþ èçìåðÿåòñÿ ôàêòè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðà ìåòàëëà, ïî îïðåäåëåííûì ôîðìóëàì âû÷èñëÿåòñÿ òîëùèíà ïîëîñû íà âûõîäå èç êëåòè è ôîðìèðóåòñÿ óïðàâëÿþùèé ñèãíàë íà íàæèìíûå âèíòû. Òàêàÿ ñèñòåìà áûëà ïðèìåíåíà íà ñòàíå 1450 ÌÌÊ, îäíàêî îíà îêàçàëàñü ìàëîýôôåêòèâíîé è ñëîæíîé. Áîëåå íàäåæíûì ñèãíàëîì ÿâëÿåòñÿ ñèëà ïðîêàòêè. Ñèñòåìû, â êîòîðûõ äàò÷èêîì ÿâëÿåòñÿ ñèëà ïðîêàòêè, ÷àùå âñåãî è ïðèìåíÿþòñÿ â ÑÀÐÒ. Íåäîñòàòêîì òàêîãî äàò÷èêà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî èçìåðåíèå, ïîëó÷åííîå â i-òîé êëåòè, ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ðåãóëèðîâêè çàçîðà òîëüêî â (i+1)-é êëåòè. Ïðè òàêîì çàïàçäûâàíèè ñèñòåìû íå âñåãäà ïîëó÷àþòñÿ òî÷íûå óñòàíîâêè çàçîðîâ ïî êëåòÿì. Ëó÷øå áû áûëî èñïîëüçîâàòü â ÑÀÐÒ äàííûå èçìåðåíèÿ òîëùèíû ïåðåä êàæäîé êëåòüþ, îäíàêî íàäåæíûõ òîëùèíîìåðîâ, ñïîñîáíûõ ðàáîòàòü â ïðîñòðàíñòâå ìåæäó êëåòÿìè, íå ñóùåñòâóåò. Çäåñü èãðàåò ðîëü òåìïåðàòóðà ïðîêàòêè, íàëè÷èå îõëàæäàþùåé æèäêîñòè ìåæäó êëåòÿìè, ñëîæ462
íàÿ ðàáîòà ïåòëåðåãóëÿòîðîâ è ò. ä. Íà ñòàíàõ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè òîëùèíîìåð óñòàíîâëåí ëèøü çà ïîñëåäíåé êëåòüþ, è ñèãíàë åãî èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî äëÿ êîððåêòèðîâêè ìîäåëåé, çàëîæåííûõ â îñíîâó ðàáîòû ÑÀÐÒ. 17.5. Ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà Òðåáîâàíèÿ ê ãîðÿ÷åêàòàíîìó ëèñòó ïî ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòè åùå âûøå, ÷åì ïî ïðîäîëüíîé. Îíè îáóñëîâëåíû òðåáîâàíèÿìè ê õîëîäíîêàòàíîìó ëèñòó, äëÿ êîòîðîãî èñõîäíîé çàãîòîâêîé ÿâëÿþòñÿ ðóëîíû ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà. Ñîâðåìåííûå ÍØÏÑ îáåñïå÷èâàþò ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü â ïðåäåëàõ ±0,03...±0,05 ìì. Íà ñòàíàõ ïðåäûäóùåãî ïîêîëåíèÿ (ñòàí 1700 ÊàðÌÊ è äð.) ôàêòè÷åñêàÿ ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü äîñòèãàåò 0,070,08 ìì. Ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå íà ÍØÏÑ ñ ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ ñâÿçàíû òàêèå âèäû áðàêà, êàê âîëíèñòîñòü è êîðîáîâàòîñòü ëèñòà. Ðàññìîòðèì ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå ïî âèäàì áðàêà ýêñïîðòíîãî ëèñòà, ïðîêàòàííîãî íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ çà 9 ìåñ. 2002 ãîäà (ðèñ. 17.7). Áðàê ïî íåïëîñêîñòíîñòè ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì. Âîëíèñòîñòü âîçíèêàåò ïðè ïðîêàòêå â ïîñëåäíèõ ÷èñòîâûõ êëåòÿõ, ò. å. ïðè òîëùèíàõ ïîëîñû ìåíåå 56 ìì. Åñëè íà íåêîòîðîì ó÷àñòêå ïî øèðèíå ïîëîñà ïîëó÷àåò áîëüøåå îáæàòèå, ÷åì ñîñåäíèå ó÷àñòêè, òî ýòîò ó÷àñòîê áîëüøå âûòÿãèâàåòñÿ, è ìåòàëë ñîáèðàåòñÿ â âèäå ãîôðîâ, ïîëîñà ïðèîáðåòàåò âîëíèñòîñòü ïî äëèíå. Âîëíèñòîñòü ìîæåò ðàñïîëàãàòüñÿ êàê ïîñåðåäèíå ëèñòà, òàê è ïî êðîìêàì. Ïî äëèíå ëèñòà âîëíèñòîñòü ìîæåò èìåòü ïîñòîÿííûå àìïëèòóäó è øàã. Îäíàêî íåðåäêî ïî äëèíå âîëíà ëèáî çàòóõàåò, ëèáî, íàîáîðîò, âîçðàñòàåò. ò 800 700
Îòñîðòèðîâàíî ýêñïîðòà 600 500 400 300 200 100
Ìÿòûå
Ñåðï
Öàðàïèíû
Çàâàëüöîâêà
Âûêðîøêà
Îêàëèíà
Òðåùèíû
Ðâàíàÿ êðîìêà
Âîë÷îê
Ðàçíîòîëùèííûå
Ðàçíîøèðèííûå
Îòïå÷àòêè
Ïåðåãèá
Íåïëîñêîñòíîñòü
0
Âèä äåôåêòà
Ðèñ. 17.7. Ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå ïî âèäàì áðàêà íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ 463
Êîðîáîâàòîñòü ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê îñîáóþ ðàçíîâèäíîñòü âîëíèñòîñòè. Êîðîá ýòî îäíîâðåìåííî ïðîäîëüíàÿ è ïîïåðå÷íàÿ âîëíà íà íåêîòîðîì ó÷àñòêå ëèñòà. Íåðîâíûé ó÷àñòîê, îáû÷íî ýëëèïòè÷åñêîé ôîðìû â ïëàíå, âûïó÷èâàåòñÿ íàä îñòàëüíîé ïîâåðõíîñòüþ ëèñòà. Êîðîáîâàòîñòü ïåðèîäè÷åñêè ïîâòîðÿåòñÿ ïî äëèíå ëèñòà, ÷åðåäóÿñü ñ íîðìàëüíûìè ïëàíøåòíûìè ó÷àñòêàìè. Îáû÷íî êîðîáîâàòîñòü ðàñïîëàãàåòñÿ ïîñåðåäèíå ëèñòà. ×àñòî ðàññòîÿíèå ìåæäó êîðîáàìè íåáîëüøîå, ïîýòîìó èíîãäà òðóäíî îòëè÷èòü êîðîáîâàòîñòü îò âîëíèñòîñòè. Íà ïðàêòèêå ëþáóþ âîëíèñòîñòü ïîñåðåäèíå ëèñòà îáû÷íî íàçûâàþò êîðîáîâàòîñòüþ, à ïî êðîìêàì âîëíèñòîñòüþ. Âî èçáåæàíèå âîëíèñòîñòè è êîðîáîâàòîñòè âûñîòíàÿ äåôîðìàöèÿ ëèñòà ïî øèðèíå äîëæíà áûòü îäèíàêîâîé, à ùåëü ìåæäó âàëêàìè ïðè ïðîêàòêå ðàâíîìåðíîé. Ðàíåå ìû óñòàíîâèëè îñíîâíûå ôàêòîðû, îïðåäåëÿþùèå ôîðìó ùåëè ïðè òîëñòîëèñòîâîé ïðîêàòêå. Ïðè ïðîêàòêå íà ÍØÏÑ ýòè ôàêòîðû òå æå ñàìûå: ïðîãèá âàëêîâ, òåìïåðàòóðíûé ïðîôèëü âàëêà, èçíîñ âàëêîâ è ïðîôèëèðîâêà âàëêîâ. Òàê æå êàê è íà òîëñòîëèñòîâûõ ñòàíàõ, ïðîãèá âàëêîâ îïðåäåëÿåòñÿ ïðîãèáîì îïîðíûõ âàëêîâ. Ñòàíî÷íàÿ ïðîôèëèðîâêà âàëêîâ, ôîðìèðóåìàÿ íà øëèôîâàëüíîì ñòàíêå, êîìïåíñèðóåò ïðîãèá è òåìïåðàòóðíîå ðàñøèðåíèå âàëêîâ ïðè ïðîêàòêå. Ïîñêîëüêó èçãèá âàëêîâ çàâèñèò îò ñèëû ïðîêàòêè, à ïîñëåäíÿÿ íåïîñòîÿííà ïðè ïðîêàòêå ëèñòîâ ðàçíûõ ðàçìåðîâ, òî â êàæäîì ïðîïóñêå èçãèá êîððåêòèðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ àâòîìàòè÷åñêîé ñèñòåìû ïðîòèâîèçãèáà, îñóùåñòâëÿþùåé äîïîëíèòåëüíûé èçãèá ðàáî÷èõ è îïîðíûõ âàëêîâ â çàâèñèìîñòè îò ñèëû ïðîêàòêè. Äëÿ ñòàáèëèçàöèè òåìïåðàòóðíîãî ïðîôèëÿ âàëêîâ ïåðåä çàâàëêîé â êëåòü èõ ðàçîãðåâàþò â ñïåöèàëüíûõ ïå÷àõ ïî çàêîíó, êîòîðûé óñòàíàâëèâàåòñÿ ïðè ñòàáèëüíîé ïðîêàòêå, ò. å. 7080 °Ñ â ñðåäíåé ÷àñòè âàëêà è ïîñòåïåííîå ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû íà êîíöàõ äëèíîé 200 ìì äî êîìíàòíîé. Ïðè ïðîñòîÿõ ñòàíà îñòûâøèå âàëêè ðàçîãðåâàþò ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíûõ ãîðåëîê. Ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà ðàçíîòîëùèííîñòü îêàçûâàåò èçíîñ âàëêîâ. Êîìïåíñèðîâàòü åãî ñ ïîìîùüþ ñèñòåìû ïðîòèâîèçãèáà íå óäàåòñÿ, ïîýòîìó ÷åðåç îïðåäåëåííîå êîëè÷åñòâî ïðîêàòàííîãî ìåòàëëà âàëêè ìåíÿþò è îòïðàâëÿþò íà ïåðåøëèôîâêó. Íà ðàçíûõ ñòàíàõ ÷àñòîòà ñìåíû âàëêîâ óñòàíàâëèâàåòñÿ íà îñíîâå ñòàòèñòè÷åñêîãî àíàëèçà èçíîñà. Íà ñòàíå 1680 Çàïîðîæñòàëè ðàáî÷èå âàëêè ìåíÿþò ÷åðåç êàæäûå 46 ÷, íà ìíîãèõ çàâîäàõ ñìåíó âàëêîâ ïðèóðî÷èâàþò ê ïåðåñìåíêàì (÷åðåç 8 ÷), êîãäà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïëàíîâî-ïðåäóïðåäèòåëüíûé îñìîòð ñòàíà. Îïîðíûå âàëêè èçíàøèâàþòñÿ çíà÷èòåëüíî ìåäëåííåå, èõ ïåðåâàëèâàþò ïðèìåðíî äâà ðàçà â ìåñÿö. Êàê è ïðè òîëñòîëèñòîâîé ïðîêàòêå, äëÿ ðàâíîìåðíîñòè èçíîñà ïî äëèíå áî÷êè ïðîêàòêó øèðîêèõ ïîëîñ ïëàíèðóþò íà íà÷àëî êàìïàíèè âàëêîâ, ïî ìåðå íàêîïëåíèÿ èçíîñà øèðèíà ïðîêàòà óìåíüøàåòñÿ. Ôàêòè÷åñêèé ïðîôèëü âàëêà â ïðîöåññå ïðîêàòêè îïðåäåëÿåòñÿ íå òîëüêî ñòàíî÷íîé ïðîôèëèðîâêîé, íî è èçíîñîì âàëêîâ. Ïðè òîíêîëèñòîâîé ïðîêàòêå íà ôîðìó ùåëè ìåæäó âàëêàìè îêàçûâàåò âëèÿíèå òàêæå ðÿä ôàêòîðîâ, ðîëü êîòîðûõ ïðè òîëñòîëèñòîâîé ïðîêàòêå íåçíà÷èòåëüíà. Ýòî óïðóãèå ñîñòàâëÿþùèå ïðîôèëÿ âàëêîâ. Ïóñòü êîíôèãóðàöèÿ ùåëè ìåæäó âàëêàìè, îïðåäåëÿåìàÿ ñòàíî÷íîé ïðîôèëèðîâêîé è èçíîñîì âàëêîâ, îïèñûâàåòñÿ íåêîòîðîé ôóíêöèåé S, èçìåíÿþùåéñÿ ïî øèðèíå âàëêà. Óïðóãèå ñîñòàâëÿþùèå äåôîðìàöèè âàëêîâ íà øèðèíå ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû ñêëàäûâàþòñÿ èç äîïîëíèòåëüíûõ äåôîðìàöèé èçãèáà ðàáî÷èõ âàëêîâ yèçã (íå ó÷òåííûõ ñòàíî÷íîé ïðîôèëèðîâêîé), ñî464
âìåñòíîãî óïðóãîãî ñæàòèÿ ðàáî÷èõ è îïîðíûõ âàëêîâ â ìåñòå èõ êîíòàêòà ycæ è óïðóãîãî ñïëþùèâàíèÿ ðàáî÷èõ âàëêîâ â çîíå èõ êîíòàêòà ñ ïîëîñîé yñïë. Åñëè ñóììàðíóþ ïðîôèëèðîâêó âàëêîâ ïî øèðèíå ïîëîñû ïðåäñòàâèòü ôóíêöèåé y, òî ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü îïèñûâàåòñÿ âûðàæåíèåì y = S + yèçã + yñæ + yñïë. Íà íîâûõ âàëêàõ (ïîñëå ïåðåøëèôîâêè) íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè ïî øèðèíå ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå òîíêèõ ïîëîñ îáû÷íî íå ïðåâûøàåò 5 %, ïîýòîìó ìîæíî ïðåíåáðå÷ü íåðàâíîìåðíîñòüþ óïðóãîãî ñæàòèÿ âàëêîâ yñæ. Êðîìå òîãî, ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå óïðóãîå ñïëþùèâàíèå ðàáî÷èõ âàëêîâ òàê æå íåâåëèêî, è îíî ïðîÿâëÿåòñÿ òîëüêî ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ïîëîñ (ìåíåå 2 ìì). Ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå â íà÷àëå êàìïàíèè ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ïîëîñû îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé äîïîëíèòåëüíîãî óïðóãîãî èçãèáà âàëêîâ è èõ ôàêòè÷åñêèì ïðîôèëåì. Ñóììàðíûå èçãèáíûå äåôîðìàöèè âàëêîâ ìîãóò ñîñòàâëÿòü 7080 % îáùåé âåëè÷èíû ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòè, íî ïîäàâëÿþùàÿ ÷àñòü èõ êîìïåíñèðóåòñÿ èñõîäíîé ïðîôèëèðîâêîé âàëêîâ, à òàêæå ñèñòåìîé ïðîòèâîèçãèáà âàëêîâ. Íåñêîìïåíñèðîâàííàÿ ÷àñòü ñîñòàâëÿåò íå áîëåå 5 %. Òàêèì îáðàçîì, íà íîâûõ âàëêàõ âñå óïðóãèå ñîñòàâëÿþùèå íåñóùåñòâåííû, è ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ ñîñòàâëÿþùåé S. Íî íà èçíîøåííûõ âàëêàõ (ðàáî÷èõ èëè îïîðíûõ) êàðòèíà ðåçêî ìåíÿåòñÿ. È èçíîñ âàëêîâ ìîæåò âíîñèòü äî 2535 % â ñóììàðíóþ ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü. Êðîìå òîãî, ðåçêî èçìåíÿåòñÿ ýïþðà ðàñïðåäåëåíèÿ äàâëåíèÿ ïî øèðèíå ïîëîñû è ïî äëèíå âàëêîâ â ìåñòå èõ êîíòàêòà. Çà ñ÷åò ýòîãî ðåçêî óâåëè÷èâàþòñÿ óïðóãèå ñîñòàâëÿþùèå äåôîðìàöèè âàëêîâ yèçã, yñæ è yñïë. Ñóììàðíàÿ ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü áóäåò ñêëàäûâàòüñÿ èç ñòàíî÷íîé ïðîôèëèðîâêè S, âñåõ óïðóãèõ ñîñòàâëÿþùèõ è êðèâîé èçíîñà âàëêîâ. Åñëè ïîñ÷èòàòü ðàçíîòîëùèííîñòü áåç ó÷åòà óïðóãèõ ñîñòàâëÿþùèõ, òî îøèáêà ìîæåò äîñòèãàòü 50 %. Ïî òîé æå ïðè÷èíå íà âàëêàõ, èìåþùèõ íåïðÿìîëèíåéíóþ êîíôèãóðàöèþ îáðàçóþùåé, ðàçíîòîëùèííîñòü âûøå, ÷åì íà öèëèíäðè÷åñêèõ âàëêàõ. Áîëüøîå âëèÿíèå íà ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ïîëîñû îêàçûâàåò ïîëîæåíèå ïîëîñû â âàëêàõ ïðè ïðîêàòêå. Ñìåùåíèå ðàñêàòà îò ñåðåäèíû âàëêîâ ïðèâîäèò ê ðàçíîé òîëùèíå ïîëîñû ïî êðîìêàì. Òîëùå òà êðîìêà, ê êîòîðîé ñìåùàåòñÿ ïîëîñà ïðè ïðîêàòêå. Èññëåäîâàíèÿ, ïðîâåäåííûå íà ñòàíå 1700 çàâîäà èì. Èëüè÷à, ïîêàçûâàþò, ÷òî ñìåùåíèÿ äîñòèãàþò 50 ìì, à ïðåâûøåíèå òîëùèíû îäíîé êðîìêè íàä äðóãîé ñîñòàâëÿåò 0,07 ìì. Ñìåùåíèå ïîëîñû íàèáîëüøåå íà êîíöàõ ïîëîñû, êîòîðûå ïðîõîäÿò ÷åðåç êëåòè ïðè îòñóòñòâèè íàòÿæåíèÿ. Íåðàâíîìåðíîå ñìåùåíèå ïî äëèíå ïîëîñû îïàñíî òàêæå òåì, ÷òî ïðè ñìîòêå ïîëîñû â ðóëîí âîçíèêàåò òàêîé áðàê, êàê òåëåñêîïè÷íîñòü. Äëÿ óìåíüøåíèÿ áîêîâîãî ñìåùåíèÿ ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå íà íåêîòîðûõ ñòàíàõ ïðèìåíÿþò öåíòðèðóþùóþ ïðîôèëèðîâêó âàëêîâ, ò. å. ïðîôèëèðîâêó, îáåñïå÷èâàþùóþ â ìîìåíò ïðîêàòêè âîãíóòóþ ôîðìó àêòèâíîé îáðàçóþùåé ðàáî÷èõ âàëêîâ.  ÷èñòîâûõ íåïðåðûâíûõ êëåòÿõ äîïóñòèìà ðàçíîòîëùèííîñòü 0,05 ìì, ñëåäîâàòåëüíî, òàêàÿ âîãíóòîñòü àêòèâíîé îáðàçóþùåé âàëêîâ âîçìîæíà â ïîñëåäíåé n-é êëåòè. 465
 îñòàëüíûõ êëåòÿõ ðàçíîòîëùèííîñòü âû÷èñëÿåòñÿ èç óñëîâèÿ ðàâåíñòâà âûòÿæåê ïî øèðèíå ïîëîñû. Äîïóñòèì, â i-é êëåòè ðàçíîòîëùèííîñòü ðàâíà δi , òîãäà òîëùèíà ïîëîñû â ñåðåäèíå è ïî êðîìêàì ëèñòà áóäåò, ñîîòâåòñòâåííî, (hi + δi) è hi.  (i + 1)-é êëåòè äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ óñëîâèå ðàâåíñòâà âûòÿæåê: hi +1 + δi +1 hi +1 = . hi + δi hi
Ïóòåì íåñëîæíûõ ïðåîáðàçîâàíèé, ïîìíÿ, ÷òî áåç ó÷åòà óøèðåíèÿ îòíîøåíèå âûñîò ðàâíî âûòÿæêå ïîëîñû, ìîæíî ïîëó÷èòü äâà ðàâåíñòâà
è
δi +1 δi = hi +1 hi
(17.3)
δi = δi+1 λi .
(17.4)
Èç (17.3) ñëåäóåò, ÷òî óñëîâèåì ïëàíøåòíîñòè ëèñòà ïðè ïðîêàòêå ÿâëÿåòñÿ ðàâåíñòâî îòíîñèòåëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè ïî âñåì êëåòÿì ñòàíà. Îòêëîíåíèå îò ýòîãî óñëîâèÿ âûçûâàåò íåïëàíøåòíîñòü ëèñòà. Óðàâíåíèå (17.4) ïîêàçûâàåò çàêîíîìåðíîñòü èçìåíåíèÿ äîïóñòèìîé àáñîëþòíîé ðàçíîòîëùèííîñòè ïî êëåòÿì. Åñëè â ïîñëåäíåé êëåòè äîïóñòèìà ðàçíîòîëùèííîñòü δn = 0,05 ìì, òî â ïðåäûäóùèõ êëåòÿõ ðàçíîòîëùèííîñòü δi âîçðàñòàåò ïðîïîðöèîíàëüíî âûòÿæêàì, âîãíóòîñòü âàëêîâ îò êîíöà ïðîêàòêè ê íà÷àëó áûñòðî óâåëè÷èâàåòñÿ. Òàêèì îáðàçîì, îò ñòàíî÷íîé ïðîôèëèðîâêè âàëêîâ ïðè ïåðåøëèôîâêå ìîæíî îòíÿòü ñîñòàâëÿþùóþ δi. Ýòî ïîçâîëèò óëîæèòüñÿ â òðåáóåìûå äîïóñêè ïî ðàçíîòîëùèííîñòè è îáåñïå÷èòü óñòîé÷èâîñòü ïðè ïðîêàòêå. Ñóììàðíûé ñòàíî÷íûé ïðîôèëü âàëêà i-é êëåòè îïèñûâàåòñÿ ôóíêöèåé Wi = St δi . Ñóììàðíàÿ ïðîôèëèðîâêà âàëêîâ ïðè ýòîì, êàê ïðàâèëî, îêàçûâàåòñÿ îòðèöàòåëüíîé, ò. å. âîãíóòîé. Òàêóþ êîíöåïöèþ ïðîôèëèðîâêè âàëêîâ âïåðâûå ðåàëèçîâàëè íà ñòàíå 1700 çàâîäà èì. Èëüè÷à (ã. Ìàðèóïîëü).  íàñòîÿùåå âðåìÿ îíà ïðèìåíÿåòñÿ ïî÷òè íà âñåõ ñòàíàõ. Îáû÷íî ïðîôèëèðóþò òîëüêî îäèí ðàáî÷èé âàëîê, âòîðîé îñòàâëÿþò öèëèíäðè÷åñêèì. Èíîãäà ïðîôèëèðóþò îáà ðàáî÷èõ âàëêà. Íàïðèìåð, íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ â ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé îáà ðàáî÷èõ âàëêà èìåþò âîãíóòûé ïðîôèëü (0,1 ìì).  ÷èñòîâîé ãðóïïå ïðîôèëè âåðõíèõ ðàáî÷èõ âàëêîâ òàêîâû: 0,55; 0,5; 0,35; 0,25; 0,25; 0,35; 0,25; ïðîôèëè íèæíèõ âàëêîâ: 0,55; 0,5; 0,35; 0,25; 0,00; 0,00; 0,00. Êàê âèäíî, ðàáî÷èå âàëêè âî âñåõ êëåòÿõ âîãíóòûå, êðîìå íèæíèõ â òðåõ ïîñëåäíèõ êëåòÿõ. Òàêàÿ ïðîôèëèðîâêà îáåñïå÷èâàåò íà íîâûõ âàëêàõ öåíòðèðîâàíèå ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå è íå âûâîäèò ïîëîñó èç äîïóñêîâ ïî ðàçíîòîëùèííîñòè. Ñëåäóåò ó÷åñòü, ÷òî íà ñòàíàõ îáû÷íî âàëêè ÷èñòîâîé ãðóïïû êëåòåé ìåíÿþò íå âñå ñðàçó, à ïî ñîîòâåòñòâóþùåìó ãðàôèêó. Ñëåäîâàòåëüíî, â êàêèõ-òî êëåòÿõ îñòàþòñÿ ÷àñòè÷íî èçíîøåííûå âàëêè, äëÿ êîòîðûõ ñîñòàâëÿþùàÿ (yñæ + yñïë) ñóùåñòâåííà. 466
17.6. Èçìåíåíèå øèðèíû ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå
167
166,5
175
186
172
175
179
168
168
167,5
170
170
168
169,5
170,5
168
169,5
170
169
169,5
169,5
171
168,5
170
185 177
178 173
Øèðèíà ïîëîñû ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå íà ÍØÏÑ ìîæåò êàê óâåëè÷èâàòüñÿ çà ñ÷åò óøèðåíèÿ, òàê è óìåíüøàòüñÿ çà ñ÷åò íåðàâíîìåðíîé âûñîòíîé äåôîðìàöèè è óòÿæêè.  ÷åðíîâîé ãðóïïå íà óøèðåíèå îêàçûâàþò âëèÿíèå ïîïåðå÷íûé è ïðîäîëüíûé ïðîôèëü èñõîäíîãî ñëÿáà, ðåæèì îáæàòèÿ â ãîðèçîíòàëüíûõ è âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ, ïðîôèëèðîâêà âàëêîâ è äðóãèå óñëîâèÿ ïðîêàòêè. Êàòàíûå ñëÿáû, ïîëó÷åííûå íà ñëÿáèíãàõ, èìåþò, êàê ìû çíàåì, íåïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó. Ïî áîêîâûì êðîìêàì èìåþòñÿ íàïëûâû, ò. å. óòîëùåíèÿ, ñîñòàâëÿþùèå 1518 % îáùåé òîëùèíû. Îáû÷íî îíè íàõîäÿòñÿ â ïðåäåëàõ 818 ìì, íî â îòäåëüíûõ ñëó÷àÿõ ìîãóò äîñòèãàòü 30 ìì. Êðîìå òîãî, ñëÿáû èç-çà èçíîñà âàëêîâ ñëÿáèíãà ìîãóò èìåòü óòîëùåíèå â ñðåäíåé ÷àñòè ïî øèðèíå íà 34 ìì (äàííûå ñëÿáèíãà çàâîäà èì. Èëüè÷à, ã. Ìàðèóïîëü). Ñ óâåëè÷åíèåì øèðèíû ñëÿáà áîêîâûå íàïëûâû óìåíüøàþòñÿ, à ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ê ñåðåäèíå âîçðàñòàåò. Ðàññìîòðèì ôîðìó ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ðåàëüíîãî ñëÿáà (ðèñ. 17.8). Äàííàÿ ôîðìà íå ìîæåò íå âëèÿòü íà óñëîâèÿ äåôîðìàöèè íà ÍØÏÑ. Çàìåòèì, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè ëèòûõ ñëÿáîâ â ïåðâîé âåðòèêàëüíîé êëåòè ÍØÏÑ, ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ ðàçðûõëåíèÿ îêàëèíû, îáðàçóþòñÿ íàïëûâû, ïîýòîìó â îñíîâíîì ïðîáëåìû ïðîêàòêè ëèòûõ è êàòàíûõ ñëÿáîâ îäèíàêîâû. Ïðè ïðîêàòêå ñëÿáîâ ñ íàïëûâàìè â ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé íàáëþäàåòñÿ áîëüøàÿ íåðàâíîìåðíîñòü äåôîðìàöèè åãî ïî øèðèíå. Ýòî óñóãóáëÿåòñÿ òàêæå ïðîôèëèðîâêîé è èçíîñîì âàëêîâ ÷åðíîâûõ êëåòåé. Ïîëó÷àÿ ïîâûøåííîå îáæàòèå, íàïëûâû óñòðåìëÿþòñÿ â øèðèíó, ñîçäàâàÿ âûíóæäåííîå óøèðåíèå. Ïðè ýòîì äîïîëíèòåëüíîå óøèðåíèå ïðèìåðíî ðàâíî âûñîòå íàïëûâîâ. Íî íàðÿäó ñ âûíóæäåííûì óøèðåíèåì ïðè ïðîêàòêå â ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé ìîæåò ïðîòåêàòü ïðÿìî ïðîòèâîïîëîæíûé ïðîöåññ óòÿæêà ïîëîñû ïî øèðèíå. Åñëè ñëÿá ïðîêàòûâàëñÿ íà ñèëüíî èçíîøåííûõ âàëêàõ ñëÿáèíãà, òî ñðåäíÿÿ ÷àñòü ñëÿáà èìååò çíà÷èòåëüíîå óòîëùåíèå. Ïðè ïðîêàòêå óòîëùåííûõ â ñåðåäèíå ñëÿáîâ áîëåå âûñîêàÿ ñòåïåíü îáæàòèÿ íà ñðåäíåì ó÷àñòêå âûçîâåò óòÿæêó ïîëîñû ïî øèðèíå. Òàêàÿ æå ñèòóàöèÿ ìîæåò âîçíèêíóòü è ïðè ïðîêàòêå íà øèðîêîïîëîñíîì ñòàíå. Ïîñêîëüêó íà ñòàíå íàçíà÷àþò ðàçíîå âðåìÿ ïåðåâàëêè âàëêîâ ÷åðíîâîé ãðóïïû, òî âîçìîæíà ñèòóàöèÿ, êîãäà ÷åðíîâàÿ êëåòü, íàïðèìåð ¹ 2, èìååò èçíîøåííûå, à ñëåäóþùàÿ êëåòü (¹ 3) íîâûå âàëêè. Òîãäà ïîñëå âòîðîé êëåòè ïîëîñà ïðèîáðåòåò 75 ÷å÷åâèöåîáðàçíóþ ôîðìó, ïðîêàòêà êîòîðîé â ñëåäóþùåé êëåòè ïðèâåäåò ê óòÿæêå ïîëîñû. Òàêèì îáðàçîì, â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ âîçìîæíû ðàçëè÷75 íûå ñî÷åòàíèÿ ïåðå÷èñëåííûõ ïðîöåññîâ, è â ðåçóëüòàòå ïðîêàòêè â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ ñëÿá ìîæåò êàê Ðèñ. 17.8. Ôîðìà ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ êàòàíîãî ñëÿáà óøèðèòüñÿ, òàê è çàóçèòüñÿ. Íà ñòàíå 467
1700 çàâîäà èì. Èëüè÷à íàáëþäàëè îáà ïðîöåññà. Êîíå÷íî, ïî ìåðå óòîíåíèÿ ïîëîñû ýòè ïðîöåññû çàòóõàþò, è â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé îíè ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóþò. Ïî÷òè âñå êëåòè ÷åðíîâîé ãðóïïû óíèâåðñàëüíû, ò. å. èìåþò âåðòèêàëüíûå âàëêè. Íî ñ óâåëè÷åíèåì îáæàòèÿ â íèõ îáðàçóþòñÿ íàïëûâû. Êðîìå òîãî, îáæàòèÿ â âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ îãðàíè÷åíû èç-çà óøèðåííûõ êîíöîâ ðàñêàòà. Îáû÷íî îáæàòèÿ â íèõ íàõîäÿòñÿ íà óðîâíå 2 %. Ïðè òàêèõ îáæàòèÿõ ìîæíî ðåêîìåíäîâàòü âûáèðàòü øèðèíó ñëÿáà ïðèìåðíî ðàâíîé øèðèíå ãîòîâîãî ëèñòà. Ïðè ïðîêàòêå øèðîêèõ ëèñòîâ øèðèíà ñëÿáà ìîæåò áûòü áîëüøå øèðèíû ëèñòà íà 1020 ìì. Î÷åíü íåæåëàòåëüíûì ÿâëÿåòñÿ ïîëó÷åíèå ïðè ïðîêàòêå íà ÍØÏÑ ðàçíîøèðèííîñòè ïðîêàòàííîé ïîëîñû. Íà øèðîêèõ ïîëîñàõ â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ êîíöû ðàñøèðÿþòñÿ èç-çà îòñóòñòâèÿ æåñòêîãî êîíöà ñ îäíîé ñòîðîíû.  ÷èñòîâûõ êëåòÿõ ïðè÷èíîé óøèðåíèÿ êîíöîâ ìîæåò áûòü îòñóòñòâèå íàòÿæåíèÿ ïðè ïðîõîæäåíèè èõ ÷åðåç êëåòè. Ïî äàííûì ñòàíà 1700 óøèðåíèå êîíöîâ ïðè ïðîêàòêå áåç íàòÿæåíèÿ ìîæåò ñîñòàâëÿòü 35 ìì, èíîãäà äîñòèãàòü 10 ìì, ïî ñðàâíåíèþ ñ ñåðåäèíîé, êîòîðàÿ ïðîêàòûâàåòñÿ ñ íàòÿæåíèÿìè, ðàâíûìè, ïî ðåêîìåíäàöèÿì Ì.Ì. Ñàôüÿíà, 515 % ïðåäåëà òåêó÷åñòè. Êîëåáàíèÿ íàòÿæåíèÿ, ñâÿçàííûå ñ ðàáîòîé ïåòëåðåãóëÿòîðîâ, òàêæå âëèÿþò íà øèðèíó ïîëîñû. Êîëåáàíèÿ øèðèíû ïîëîñû âîçìîæíû òàêæå ìåæäó ëèñòàìè â ïðåäåëàõ îäíîé ïàðòèè ïðîêàòà. Îíè ìîãóò äîñòèãàòü 1015 ìì. Ïóòè ñòàáèëèçàöèè øèðèíû ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå íà ÍØÏÑ î÷åâèäíû.  ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé íåîáõîäèìî ñîâåðøåíñòâîâàòü ðàáîòó ïåòëåäåðæàòåëåé è ñèñòåìû ðåãóëèðîâàíèÿ íàòÿæåíèÿ.  ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé ðàçíîøèðèííîñòü ìîæíî ðåãóëèðîâàòü çà ñ÷åò âûáîðà îïòèìàëüíûõ ðàçìåðîâ ñëÿáà, óñòàíîâëåíèÿ ïðàâèëüíûõ ãðàôèêà ïåðåâàëêè âàëêîâ è ïðîôèëèðîâêè ÷åðíîâûõ ðàáî÷èõ âàëêîâ, à òàêæå âûáîðà îïòèìàëüíîãî ðåæèìà îáæàòèÿ â ãîðèçîíòàëüíûõ è âåðòèêàëüíûõ âàëêàõ. 17.7. Êîíòðîëèðóåìàÿ ïðîêàòêà íà ÍØÏÑ Çíà÷èòåëüíûå óñîâåðøåíñòâîâàíèÿ êîíñòðóêöèè ÍØÏÑ, îñíàùåíèå èõ ìîùíûìè ìîòàëêàìè, óñîâåðøåíñòâîâàíèå ñèñòåìû ïîäà÷è âîäû íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå è íà äóøèðóþùåé óñòàíîâêå ïîçâîëèëè ïðèñòóïèòü ê ïðîêàòêå âûñîêîïðî÷íûõ ñòàëåé, â òîì ÷èñëå äëÿ ãàçîïðîâîäíûõ òðóá áîëüøîãî äèàìåòðà.  Ðîññèè è çà ðóáåæîì äëÿ òàêèõ ñòàëåé èñïîëüçîâàëè ðåæèìû êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè è ÒÌÎ. Çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ ñêîðîñòè ïðîêàòêè òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè óìåíüøåíà äî 830860 °Ñ, à äëÿ ñòàëåé ñ äîáàâêàìè âàíàäèÿ è íèîáèÿ äî 600 °Ñ. Ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå 1000 °Ñ îñóùåñòâëÿþò çíà÷èòåëüíóþ äåôîðìàöèþ ñ ñóììàðíîé âûòÿæêîé íå ìåíåå 2,75. ÒÌÎ ïîëó÷èëà îñîáåííî øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå â ßïîíèè. Ñóùåñòâóåò äâå ðàçíîâèäíîñòè ÒÌÎ: â ëèíèè øèðîêîïîëîñíîãî ñòàíà è âíå åå. Ïîñëå ÒÌÎ ãîðÿ÷åêàòàíàÿ ïîëîñà òîëùèíîé ìåíåå 1,5 ìì ïðàêòè÷åñêè íå óñòóïàåò ïî ìåõàíè÷åñêèì ñâîéñòâàì õîëîäíîêàòàíîìó ëèñòó, ïðåäíàçíà÷åííîìó äëÿ øòàìïîâêè è ãëóáîêîé âûòÿæêè. Òîëñòûå ëèñòû (áîëåå 6 ìì), ïîëó÷åííûå íà ØÏÑ 468
ñ ïðèìåíåíèåì ðåæèìîâ ÒÌÎ, èìåþò ïîíèæåííóþ ñòîèìîñòü, áîëåå âûñîêîå êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè è îáåñïå÷èâàþò áîëåå âûñîêóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïî ñðàâíåíèþ ñ ëèñòàìè, ïîëó÷åííûìè ïî òðàäèöèîííîé òåõíîëîãèè íà òîëñòîëèñòîâîì ñòàíå. Ôèðìà Ni ppon Kokan (ßïîíèÿ) ïðåäëîæèëà äîáàâèòü â ëèíèþ ñòàíà ïîñëå ÷èñòîâûõ ìîòàëîê îáîðóäîâàíèå äëÿ ÒÌÎ. Îíî âêëþ÷àåò â ñåáÿ ðàçìàòûâàòåëü ðóëîíîâ, óñòàíîâêó äëÿ î÷èñòêè ïîâåðõíîñòè ëèñòà îò îêàëèíû, ïðîõîäíóþ ïå÷ü ñ áåçîêèñëèòåëüíîé àòìîñôåðîé äëÿ íàãðåâà ëèñòà äî òåìïåðàòóðû 6001000 °Ñ, 4-âàëêîâûé ñòàí ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè, óñòàíîâêó äëÿ ðåãóëèðóåìîãî îõëàæäåíèÿ ñî ñêîðîñòüþ äî 40 °Ñ/ñ, ðîëèêîâóþ ïðàâèëüíóþ ìàøèíó, óñòàíîâêó äëÿ îõëàæäåíèÿ äî òåìïåðàòóð íèæå 500 °Ñ, äðåññèðîâî÷íûé ñòàí è ìîòàëêó. Ïîñëå ïðîêàòêè â ÷èñòîâîé ãðóïïå îñíîâíûõ êëåòåé òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè 910 °Ñ è ïîñëå ñìîòêè 600 °Ñ.  äîïîëíèòåëüíûõ êëåòÿõ âîçìîæíà òåïëàÿ ïðîêàòêà ëèñòà ïðè òåìïåðàòóðå 600 °Ñ ñ ïîñëåäóþùèì ðåêðèñòàëëèçàöèîííûì îòæèãîì ïðè òåìïåðàòóðå 850 °Ñ â òå÷åíèå 5 ìèí è ðåæèìíûì îõëàæäåíèåì íèæå 500 °Ñ. Äëÿ ñòàëåé òèïà 09Ã2ÑÔÁ íà äîïîëíèòåëüíîì îáîðóäîâàíèè ìîæíî ïðèìåíÿòü ñàìûå ðàçíûå ðåæèìû êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè (íàïðèìåð, òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè â ÷èñòîâûõ êëåòÿõ 900 °Ñ, ïðîêàòêà â äîïîëíèòåëüíûõ êëåòÿõ ñ îáæàòèåì íå ìåíåå 40 % ïðè òåìïåðàòóðå 730 °Ñ ñ ïîñëåäóþùèì ðåæèìíûì îõëàæäåíèåì). Ëàáîðàòîðíûå èññëåäîâàíèÿ, ïðîâåäåííûå â Ðîññèè (â ÌÈÑèÑ è äð.), ïîêàçûâàþò, ÷òî òåïëàÿ ïðîêàòêà ïðè òåìïåðàòóðå 400 °Ñ ñ îáæàòèÿìè 40 % è áîëåå çíà÷èòåëüíî ïîâûøàåò ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ñòàëåé òèïà 08êï è 08Þ, à ïîñëå îòæèãà òàêîãî ëèñòà øòàìïóåìîñòü âûøå, ÷åì ó õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà. Ôèðìà Sumitomo (ßïîíèÿ) ïðåäëîæèëà ïðîöåññ, ñîâìåùàþùèé êîíòðîëèðóåìóþ ïðîêàòêó ñ ïîñëåäóþùåé òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêîé ëèñòà. Äëÿ ìàëîïåðëèòíûõ ñòàëåé îñóùåñòâëÿåòñÿ ïåðâàÿ ïðîêàòêà íà ïðîìåæóòî÷íûé ðàçìåð, çàòåì óñêîðåííîå îõëàæäåíèå äî òåìïåðàòóð íèæå 500 °Ñ, ïîâòîðíûé íàãðåâ äî òåìïåðàòóðû Àñ3 + (3050) °Ñ è ïðîêàòêà íà çàäàííûé ðàçìåð ïðè îêîí÷àíèè ïðîêàòêè â äâóõôàçíîé îáëàñòè ñ ïîñëåäóþùèì îõëàæäåíèåì íà âîçäóõå. Ïðè òàêîé îáðàáîòêå ðåàëèçóþòñÿ ÷åòûðå ýôôåêòà: èçìåëü÷åíèå çåðíà, äèñïåðñèîííîå óïðî÷íåíèå, íàêëåï è óïðî÷íåíèå çà ñ÷åò ôàçîâûõ ïðåâðàùåíèé. Ïåðâûé ñïîñîáñòâóåò ïîëó÷åíèþ âûñîêîé âÿçêîñòè, îñòàëüíûå òðè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ óïðî÷íåíèÿ ñòàëè. Ïî äàííûì ôèðìû ëèñòîâàÿ ñòàëü, êîòîðàÿ ñîäåðæèò, %: Ñ 0,06, Si 0,26, Mn 1,46, Nb 0,03, V 0,08, îáðàáîòàííàÿ ïî ïðèâåäåííîé òåõíîëîãèè, ïîìèìî âûñîêîé âÿçêîñòè ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, îáëàäàåò ïîâûøåííîé îäíîðîäíîñòüþ ñâîéñòâ, âûñîêîé ñâàðèâàåìîñòüþ è äîñòàòî÷íî äåøåâà. Ìàëîïåðëèòíûå ñòàëè òèïà 09Ã2ÑÔ, 08Ã2ÑÔÁ, 10Ã2Ô è äð. èñïîëüçóþòñÿ â Ðîññèè â îñíîâîì äëÿ ïðîèçâîäñòâà òðóá, ðàáîòàþùèõ â ñåâåðíûõ øèðîòàõ. Äëÿ òðóá äèàìåòðîì 1420 ìì ïðîèçâîäÿò ëèñò ïîâûøåííîé âÿçêîñòè è õëàäîñòîéêîñòè íà ñòàíàõ 2000 ÍËÌÊ è ×åðÌÊ èç ñòàëè 09Ã2ÑÔ. Ðåêîìåíäóåòñÿ òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè 850820 °Ñ è òåìïåðàòóðà ñìîòêè 550580 °Ñ. Îäíàêî ïðè òàêèõ ðåæèìàõ óâåëè÷èâàåòñÿ ðàñõîä ýíåðãèè íà 30 % è ñíèæàåòñÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü íà 1530 %, à òàêæå óõóäøàþòñÿ ïîêàçàòåëè ïî ïëàíøåòíîñòè ëèñòà ïî ñðàâíåíèþ ñ îáû÷íûìè ðåæèìàìè ïðîêàòêè. 469
Íà ÍËÌÇ ìåòîäîì ïëàíèðóåìîãî ýêñïåðèìåíòà âûáðàëè îïòèìàëüíûå òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè è ñìîòêè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ìàêñèìàëüíûõ ïðî÷íîñòíûõ õàðàêòåðèñòèê ëèñòîâ ðàçíîé òîëùèíû èç ñòàëè 09Ã2Ñ ïðè âûñîêîì óðîâíå ïëàñòè÷íîñòè. Íà ñòàíå 2000 ×åðÌÊ ïðîâåäåíà îïûòíàÿ ïðîêàòêà ðÿäà íèçêîëåãèðîâàííûõ ìàðîê ñòàëè ïî ðàçëè÷íûì òåõíîëîãè÷åñêèì âàðèàíòàì ñ öåëüþ èçó÷åíèÿ âëèÿíèÿ êàæäîãî èç òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ íà ôîðìèðîâàíèå ïðî÷íîñòè, ïëàñòè÷íîñòè è âÿçêîñòè. Óñòàíîâëåíî, ÷òî íàèáîëåå âûñîêèì óðîâíåì óäàðíîé âÿçêîñòè è íèçêèì ïîðîãîì õëàäíîëîìêîñòè îáëàäàþò ìàëîïåðëèòíûå ñòàëè ñ íèîáèåì è âàíàäèåì òèïà 08Ã2Á è 08Ã2ÔÁ. Ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè ñ 870 äî 760 °Ñ ïîâûøàåò ïðåäåë òåêó÷åñòè íà 6080 ÌÏà, à ïîðîã õëàäíîëîìêîñòè ñìåùàåòñÿ íà 4050 °Ñ â ñòîðîíó ìèíóñîâûõ òåìïåðàòóð ïðè òîì æå óðîâíå óäàðíîé âÿçêîñòè. Ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè ïðèâîäèò ê èçìåëü÷åíèþ ôåððèòíîãî çåðíà è óìåíüøåíèþ ïåðëèòíîé ïîëîñ÷àòîñòè. Óâåëè÷åíèå ñóììàðíîé ñòåïåíè äåôîðìàöèè â ïîñëåäíèõ êëåòÿõ ñòàíà 2000 ñ 25 äî 40 % ïðè òåìïåðàòóðå îêîëî 800 °Ñ ïîâûøàåò ïðåäåë òåêó÷åñòè íà 2030 ÌÏà è ñíèæàåò êðèòè÷åñêóþ òåìïåðàòóðó õðóïêîñòè íà 2025 °Ñ. Ïîíèæåíèå òåìïåðàòóðû ñìîòêè ñ 670 äî 550 °Ñ âûçûâàåò ïîâûøåíèå ïðåäåëà òåêó÷åñòè ñòàëè 08Ã2ÔÁ äî 600 ÌÏà ïðè âûñîêîì óðîâíå óäàðíîé âÿçêîñòè (0,15 0,20 ÌÄæ/ì2). Ïðè ýòîì âìåñòî ãðóáîïëàñòèí÷àòîãî ïåðëèòà íàáëþäàåòñÿ àêòèâíî ïðîòåêàþùèé ïðîöåññ äðîáëåíèÿ öåìåíòèòíûõ ïëàñòèí è ïåðëèò áîëåå äèñïåðñåí. Êðîìå òîãî, èäåò èíòåíñèâíîå âûäåëåíèå äèñïåðñíûõ êàðáîíèòðèäíûõ ôàç íèîáèÿ è âàíàäèÿ.  òî æå âðåìÿ âûÿâëåíî, ÷òî ñóùåñòâóþùåå îáîðóäîâàíèå øèðîêîïîëîñíûõ ñòàíîâ íå ïîçâîëÿåò â ïîëíîé ìåðå èñïîëüçîâàòü âîçìîæíîñòè êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè. Ïðî÷íîñòü è æåñòêîñòü êëåòåé è ìîùíîñòè ïðèâîäà íå äàþò âîçìîæíîñòè ïðèìåíÿòü áîëüøèå îáæàòèÿ ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ. Ðàññìîòðèì íåïðåðûâíûé øèðîêîïîëîñíûé ñòàí 2000 êîíñòðóêöèè ÍÊÌÇ, óñòàíîâëåííûé íà ÌÌÊ â 20012003 ãîäàõ. Ñòàí ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç âàæíûõ îáúåêòîâ ïëàíà ðåêîíñòðóêöèè êîìáèíàòà, çàòðàãèâàþùåé êèñëîðîäíî-êîíâåðòåðíîå ïðîèçâîäñòâî è ëèñòîâîé êîìïëåêñ, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ ñòàíû ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè 2000 è 2500 è öåõ õîëîäíîé ïðîêàòêè ñî ñòàíîì 2000. Ïî ñõåìå ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ÍØÏÑ 2000 ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè âûïîëíåí òî÷íî òàê æå, êàê è åãî ïðåäøåñòâóþùèé àíàëîã ñòàí 2000 ×åðÌÊ. Íî îí ñîäåðæèò â ÷åðíîâîé ãðóïïå äîïîëíèòåëüíóþ, îòäåëüíî ñòîÿùóþ êëåòü êâàðòî, èìåþùóþ âåðòèêàëüíûå âàëêè. Êðîìå òîãî, çíà÷èòåëüíî óñîâåðøåíñòâîâàíû êîíñòðóêòèâíûå ïàðàìåòðû êëåòåé è òåõíîëîãèÿ ïðîêàòêè. Ýòî ïîçâîëèëî ïîâûñèòü îáæàòèÿ â ÷åðíîâîé ãðóïïå, èñïîëüçîâàòü ñëÿáû áîëüøåé òîëùèíû, óâåëè÷èòü êîëè÷åñòâî ïðîêàòûâàåìûõ ìàðîê ñòàëè, â òîì ÷èñëå òðóäíîäåôîðìèðóåìûõ è âûñîêîïðî÷íûõ. Ñòàí ìîæåò äîïîëíèòåëüíî âûïóñêàòü èç ÷åðíîâîé ãðóïïû êëåòåé òîâàðíûé òîëñòûé ëèñò òîëùèíîé 40100 ìì. Íà íåì ìîæíî ïðèìåíÿòü áîëåå ãèáêèå è ðàçíîîáðàçíûå òåõíîëîãè÷åñêèå ñõåìû ïðîêàòêè òîíêîãî ëèñòà, îïòèìèçèðîâàòü äåôîðìàöèîííûå è òåìïåðàòóðíî-ñêîðîñòíûå ïàðàìåòðû ïðîêàòêè. Ñòàí ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïðîâåäåíèÿ êîíòðîëèðóåìûõ ðåæèìîâ ïðîêàòêè, îáåñïå÷èâàÿ òåìïåðàòóðó êîíöà ïðîêàòêè â ïðåäåëàõ 830900 °Ñ è òåìïåðàòóðó ñìîòêè 500650 °Ñ. Ñòàí ñíàáæåí ýêðàíàìè è îõëàæäàþùåé óñòàíîâêîé íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå. Îí ïðîèçâîäèò 470
ãîðÿ÷åêàòàíûå ëèñòû òîëùèíîé 1,216,0 ìì, øèðèíîé äî 1850 ìì ñ ïîâûøåííîé òî÷íîñòüþ. Ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü îãðàíè÷åíà ïðåäåëàìè 0,05 0,07 ìì, ïîïåðå÷íàÿ 0,030,5 ìì, ðàçíîøèðèííîñòü íå áîëåå ±6 ìì íà 95 % äëèíû, è íåïëîñêîñòíîñòü íå áîëåå 5 ìì/ì.
1
2
3
4
6
5
2
3
Ðèñ. 17.9. Ñõåìà ÷èñòîâîé ãðóïïû êëåòåé ØÏÑ äëÿ ïðîêàòêè òîëñòîãî ëèñòà: 1 ëåòó÷èå íîæíèöû äëÿ îáðåçêè êîíöîâ ëèñòîâ òîëùèíîé 612 ìì; 2 ÷èñòîâîé îêàëèíîëîìàòåëü; 3 ÷èñòîâûå êëåòè; 4 óäëèíåííûé ðîëüãàíã ñ îõëàæäàþùèì óñòðîéñòâîì; 5 ëåòó÷èå íîæíèöû äëÿ îáðåçêè êîíöîâ ëèñòîâ òîëùèíîé 1230 ìì; 6 ïèðîìåòð
Èíòåðåñåí òàêæå ñòàí (ðèñ. 17.9), ïðåäíàçíà÷åííûé ñïåöèàëüíî äëÿ êîíòðîëèðóåìîé ïðîêàòêè (ïðîåêò ÍÏÎ ×åðìåòàâòîìàòèêà). Ñòàí ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïðîêàòêè òîëñòîãî ëèñòà 630 ìì. ×èñòîâàÿ ãðóïïà êëåòåé ðàçáèòà íà äâå ïîäãðóïïû, ðàçäåëåííûå óäëèíåííûì ìåæêëåòåâûì ïðîìåæóòêîì ñ óñòðîéñòâîì äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ ìåòàëëà. Òîëùèíà ðàñêàòà íà ýòîì ó÷àñòêå â äâà-òðè ðàçà ìåíüøå, ÷åì íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå îáû÷íîãî ñòàíà, ïîýòîìó îõëàæäåíèå ïî ñå÷åíèþ áóäåò ðàâíîìåðíåå, ñêîðîñòü ïðîöåññà óâåëè÷èâàåòñÿ. Ìîùíûå êëåòè ïîçâîëÿþò îñóùåñòâëÿòü çíà÷èòåëüíóþ äåôîðìàöèþ ïðè ïîíèæåííûõ òåìïåðàòóðàõ. 17.8. Ïóòè ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà Ïàðìåòðû ñòàíîâ 2000 ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü è ÌÌÊ ñîîòâåòñòâóþò óðîâíþ ñîâðåìåííûõ çàðóáåæíûõ ñòàíîâ è ïî÷òè èñ÷åðïàëè âîçìîæíîñòè òðàäèöèîííîãî ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà òîíêîãî ëèñòà.  ìèðå èäóò ïîèñêè èíûõ ðåøåíèé, êîòîðûå ïîçâîëèëè áû ïðîèçâîäèòü ñòîëü æå âûñîêîêà÷åñòâåííûé ëèñò áîëåå äåøåâûìè ñïîñîáàìè. Ðàçâèâàåòñÿ ñòðîèòåëüñòâî ìèíè-çàâîäîâ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà. Îäíèì èç òàêèõ ðåøåíèé ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ñòàíîâ Ñòåêêåëÿ (ðèñ. 17.10) âìåñòî ÷èñòîâîé ãðóïïû êëåòåé. Ïðîêàòêà â ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé îñóùåñòâëÿåòñÿ òàê æå, êàê ïî òðàäèöèîííîé òåõíîëîãèè, ïîýòîìó ÷åðíîâûå êëåòè íà ðèñóíêå íå ïîêàçàíû. Íà ÍËÌÇ â ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé óñòàíîâëåíà êëåòü ñ âåðòèêàëüíûìè è ãîðèçîíòàëüíûìè âàëêàìè, â êîòîðûõ ïðîêàòêà âåäåòñÿ â ðåâåðñèâíîì ðåæèìå. Ïîñëå ÷åðíîâîé ïðîêàòêè ðàñêàò ïðîõîäèò ÷åðåç ðàçâåäåííûå âàëêè ñòàíà Ñòåêêåëÿ (ñòàíà ñ ìîòàëêàìè, ðàñïîëîæåííûìè â ïå÷è) è íàìàòûâàåòñÿ íà ïðàâóþ ìîòàëêó. Ïðè îáðàòíîé ïåðåìîòêå íà ëåâóþ ìîòàëêó ðàññòîÿíèå ìåæäó 471
âàëêàìè óìåíüøàåòñÿ äî çàäàííîãî îáæàòèÿ. Ïîñëå íåñêîëüêèõ ðåâåðñèâíûõ ïðîïóñêîâ íà ñòàíå ïîëó÷àåòñÿ òðåáóåìàÿ òîëùèíà ïðîêàòà 1,22,0 ìì â âèäå ðóëîíà, êîòîðûé ïîñòóïàåò â öåõ õîëîäíîé ïðîêàòêè. Òàêèå ñòàíû ïðåäíàçíà÷åíû â îñíîâíîì äëÿ ñïåöèàëüíûõ ìàðîê ñòàëè (íàïðèìåð, ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ), ïîýòîìó ïðîèçâîäèòåëüíîñòü èõ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå è ñîñòàâ îáîðóäîâàíèÿ ïðîùå, ÷åì òðàäèöèîííûõ ØÏÑ. Áëàãîäàðÿ ñòàáèëüíûì òåìïåðàòóðíûì óñëîâèÿì ïðîêàòêè íà ïîëîñå îòñóòñòâóåò òåìïåðàòóðíûé êëèí, îáåñïå÷èâàþòñÿ òàêæå ñòàáèëüíûå óñëîâèÿ íàòÿæåíèÿ ïîëîñû ìåæäó êëåòüþ è ìîòàëêàìè. Ðàçíîòîëùèííîñòü â ïðîäîëüíîì è ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèÿõ ìèíèìàëüíà è íå ïðåâûøàåò 0,03 ìì, ÷òî î÷åíü âàæíî äëÿ ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ ñòàëåé. Íåäîñòàòêîì òàêîãî ñòàíà ÿâëÿþòñÿ íèçêàÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü è òÿæåëûå óñëîâèÿ ðàáîòû ìîòàëîê, ðàñïîëîæåííûõ â ïå÷è, ðàçîãðåòîé äî òåìïåðàòóðû ïðîêàòêè (11001150 °Ñ).
1
1 4
2
2
3
5
6
6
5
3
Ðèñ. 17.10. Ñõåìà ñòàíà Ñòåêêåëÿ ñ ìîòàëêàìè â ïå÷è: 1 êîëïàêîâàÿ ïå÷ü; 2 ïå÷íàÿ ìîòàëêà; 3 ðîëüãàíã; 4 ÷èñòîâàÿ êëåòü êâàðòî; 5 ïðîâîäêè; 6 òÿíóùèå ðîëèêè
Ñóùåñòâóþò ðåøåíèÿ ïî íîâîé êîìïîíîâêå òðàäèöèîííîãî îáîðóäîâàíèÿ ñòàíà, ñîêðàùàþùèå ïëîùàäè öåõà è óïðîùàþùèå íåêîòîðûå àãðåãàòû. Îäíà èç ôèðì ÑØÀ ïðåäëîæèëà ïðîòèâîïîòî÷íóþ ñõåìó ðàñïîëîæåíèÿ ÷åðíîâîé è ÷èñòîâîé ãðóïïû (ðèñ. 17.11). Ñòàí çàíèìàåò ïðîìåæóòî÷íîå ïîëîæåíèå ìåæäó ñòàíîì Ñòåêêåëÿ è ØÏÑ. Íà ñòàíå èñïîëüçóþòñÿ ñëÿáû òîëùèíîé 230 è 285 ìì. Ñîðòàìåíò ëèñòà îò 1 äî 19 ìì. Ïîäêàò äëÿ ÷èñòîâîé ãðóïïû îäíîé èç òðåõ òîëùèí 45, 32 è 19 ìì ñìàòûâàåòñÿ íà ïðîìåæóòî÷íûå íàïîëüíûå ìîòàëêè, çàòåì ïåðåäàåòñÿ íà ðàçìàòûâàòåëü, óñòàíîâëåííûé â ÷èñòîâîé ëèíèè ñòàíà. Áàðàáàí ìîòàëêè â ÷åðíîâîé ãðóïïå íàãðåò äî òåìïåðàòóðû 9001000 °Ñ. Íîæíèöû ïåðåä ÷èñòîâîé ãðóïïîé êëåòåé íå òîëüêî îáðåçàþò ïåðåäíèé êîíåö, íî è ðåãóëèðóþò äëèíó ïîëîñû, ïîñòóïàþùåé â ÷èñòîâóþ ãðóïïó. Ýòî ïîçâîëÿåò äëÿ âñåõ ëèñòîâ èñïîëüçîâàòü ñëÿá ìàêñèìàëüíîãî ðàçâåñà è óâåëè÷èòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà. ×èñòîâûå êëåòè èìåþò ñèñòåìû àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ òîëùèíû è ïðîôèëÿ ïîëîñû. Äëèíà âñåãî öåõà 230 ì (äëèíà îáû÷íîãî ØÏÑ áîëåå 500 ì), êàïèòàëîâëîæåíèÿ ñíèçèëèñü íà 14 %, òåêóùèå çàòðàòû íà 28 %. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà 1 ìëí. ò/ãîä. 472
1
2
2
3
7
7
6
5
4
Ðèñ. 17.11. Ñõåìà ÍØÏÑ ñ ïðîòèâîòî÷íûì ðàñïîëîæåíèåì ÷åðíîâîé è ÷èñòîâîé ãðóïï êëåòåé: 1 íàãðåâàòåëüíûå ïå÷è; 2 íàïîëüíûå ìîòàëêè; 3 ÷åðíîâàÿ ãðóïïà êëåòåé; 4 ìîòàëêà-ðàçìàòûâàòåëü; 5 íîæíèöû; 6 ÷èñòîâàÿ ãðóïïà êëåòåé; 7 ìîòàëêè ÷èñòîâûå
Áîëåå îñíîâàòåëüíóþ ðàçðàáîòêó â ðóñëå óêàçàííûõ òåíäåíöèé âûïîëíèëà àâñòðèéñêàÿ ôèðìà Ôåñò-Àëüïèíå. Åþ ïîñòðîåí â ã. Ëèíöå ðåâåðñèâíûé êîìïàêòíûé øèðîêîïîëîñíûé ñòàí, ñîäåðæàùèé îäíó âåðòèêàëüíóþ è îäíó, â äðóãèõ âàðèàíòàõ äâå, èíîãäà òðè, ãîðèçîíòàëüíóþ êëåòü êâàðòî ñ ïîäîãðåâàåìûìè ìîòàëêàìè ñ îáåèõ ñòîðîí (ðèñ. 17.12). Ñëÿáû òîëùèíîé 250 ìì ïðîêàòûâàþò â ðåâåðñèâíîì ðåæèìå ñíà÷àëà â ïåðâîé (÷åðíîâîé) ãîðèçîíòàëüíîé êëåòè ïðè ðàçâåäåííûõ âàëêàõ ÷èñòîâîé êëåòè. Çàòåì íåñêîëüêî ïðîïóñêîâ îñóùåñòâëÿþò îäíîâðåìåííî â îáåèõ êëåòÿõ. ×èñòîâûå ïðîïóñêè äî òîëùèíû 2 ìì çàêàí÷èâàþò òîëüêî â ÷èñòîâîé êëåòè ïðè ðàçâåäåííîé ÷åðíîâîé êëåòè, íàìàòûâàÿ ïîëîñó ïîî÷åðåäíî íà îäíó èç ìîòàëîê. Áàðàáàíû ìîòàëîê íàãðåâàþò äî òåìïåðàòóðû 9001000 °Ñ ñ ïîìîùüþ èíäóêòîðîâ.  3-âàëêîâîì âàðèàíòå äîïîëíèòåëüíàÿ êëåòü êâàðòî ñ ÷åðíîâûì îêàëèíîëîìàòåëåì óñòàíîâëåíà ïåðåä 2-âàëêîâîé ãðóïïîé. Îíà ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ óâåëè÷åíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè êîìïëåêñà. Ïðèìåðíî òàêîé æå ØÏÑ 1420 ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ 500 òûñ. ò/ãîä óñòàíîâëåí â Êàíàäå. ×åðíîâàÿ ãðóïïà êëåòåé èìååò òàêæå äâå ðåâåðñèâíûå êëåòè, â êîòîðûõ òîëùèíà ñëÿáà ìîæåò áûòü óìåíüøåíà ñî 150 äî 10 ìì. Ïîñëåäíèå ïðîïóñêè 6
1
2
3
8
4
7 5
Ðèñ. 17.12. Ñõåìà 2-êëåòåâîãî ñòàíà ñ ïîäîãðåâàåìûìè ìîòàëêàìè: 1 íàãðåâàòåëüíûå ïå÷è; 2, 3 êëåòè êâàðòî; 4 êëåòü äóî; 5 ïîäîãðåâàåìûå ìîòàëêè; 6 äóøèðóþùàÿ óñòàíîâêà; 7 ìîòàëêà; 8 íîæíèöû
473
îñóùåñòâëÿþòñÿ ñ íàìîòêîé ïîëîñû íà ïîäîãðåâàåìûå ìîòàëêè. Äàëüíåéøàÿ ïðîêàòêà ïðîõîäèò â ÷èñòîâîé ãðóïïå ïî îáû÷íûì ðåæèìàì.  ìèðå áîëüøîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ ïðîáëåìàì ñîâìåùåíèÿ ìàøèí íåïðåðûâíîãî ëèòüÿ ñëÿáîâ (ÌÍËÑ) ñ øèðîêîïîëîñíûìè ñòàíàìè. Ïåðâàÿ îäíîðó÷üåâàÿ óñòàíîâêà (ðèñ. 17.13) ïîñòðîåíà â ÑØÀ â 1989 ãîäó. Îíà âêëþ÷àåò â ñåáÿ ÌÍËÑ è ïðîìåæóòî÷íóþ ïå÷ü äëèíîé äî 40 ì äëÿ íàêîïëåíèÿ ñëÿáîâ è âûðàâíèâàíèÿ òåìïåðàòóðû ñëÿáà ïî ñå÷åíèþ. Ïðè îòëèâêå ñëÿáîâ òîëùèíîé 50 ìì ÷åðíîâàÿ ãðóïïà êëåòåé íå òðåáóåòñÿ, è ïðîêàòêà ïðîèçâîäèòñÿ òîëüêî â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé, èìåþùåé ãèäðîñáèâ è ÷åòûðå êëåòè êâàðòî.  öåëîì ðåçêî ñîêðàùàåòñÿ äëèíà êîìïëåêñà, óìåíüøàåòñÿ ñóììàðíàÿ ñòîèìîñòü óñòàíîâîê ëèòüÿ è ïðîêàòêè, çàòðàòû íà íàãðåâ ñëÿáîâ äëÿ ïðîêàòêè. Íî òàêèå êîìïëåêñû èìåþò íèçêóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü, òàê êàê ñêîðîñòü îòëèâêè íà ïîðÿäîê íèæå, ÷åì òðàäèöèîííûå ñêîðîñòè ïðîêàòêè. Íà ïðåäñòàâëåííîì ñòàíå îíà ðàâíà 0,23 ì/ñ, ïîýòîìó ñêîðîñòü âûõîäà ïîëîñû èç ïîñëåäíåé êëåòè ñòàíà íå ïðåâûøàåò 4,6 ì/ñ. 2 3
1
3 4
5
6
7
8
Ðèñ. 17.13. Îäíîðó÷üåâàÿ óñòàíîâêà: 1 ñëÿá; 2 êîâø; 3 íîæíèöû; 4 ïîäîãðåâàòåëüíàÿ ïå÷ü; 5 çàäàþùåå óñòðîéñòâî; 6 íåïðåðûâíûé ñòàí ñ êëåòÿìè êâàðòî; 7 äóøèðóþùåå óñòðîéñòâî; 8 ìîòàëêà
Äëÿ óâåëè÷åíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè â ÑØÀ è ßïîíèè ïîñòðîåí ðÿä óñòàíîâîê ñ äâóìÿ ÌÍËÑ (ðèñ. 17.14 äâå ïðîåêöèè). Ñêîðîñòü íà âûõîäå óâåëè÷åíà äî 6,5 ì/ñ (ïðè òîëùèíå ïîëîñû 2,5 ìì). Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü âîçðàñòàåò ñ 800 òûñ. äî 1,5 ìëí. ò/ãîä. Ýòî ñóùåñòâåííî ìåíüøå, ÷åì ïðîèçâîäèòåëüíîñòü òðàäèöèîííîãî ÍØÏÑ, êîòîðàÿ èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ 3,66,0 ìëí. ò. Çàòî çàòðàòû íà ñîîðóæåíèå òàêèõ ñòàíîâ çíà÷èòåëüíî íèæå è ñîñòàâëÿþò äëÿ îäíîðó÷üåâîé óñòàíîâêè âñåãî 18 %, à äëÿ äâóõðó÷üåâîé 27,5 % ÍØÏÑ. ×òîáû ïîëíåå èñïîëüçîâàòü âîçìîæíîñòè ïðîêàòíîãî îáîðóäîâàíèÿ â ëèòåéíî-ïðîêàòíûõ êîìïëåêñàõ, íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü ñêîðîñòü ðàçëèâêè. Äëÿ ýòîãî óìåíüøàþò òîëùèíó îòëèâàåìîãî ñëÿáà. Åñëè íà ñëÿáàõ òîëùèíîé 5080 ìì äîñòèãíóòû ñêîðîñòè 37 ì/ìèí, òî íà ñëÿáàõ òîëùèíîé 2040 ìì îíà ìîæåò áûòü óâåëè÷åíà äî 15 ì/ìèí. Ïðèìåíåíèå òîíêèõ ëèòûõ ñëÿáîâ ïðèâîäèò ê ïîëíîìó èçìåíåíèþ ñîñòàâà îáîðóäîâàíèÿ ëèñòîïðîêàòíîãî êîìïëåêñà. Ïðè ýòîì ðåçêî ñîêðàùàåòñÿ êîëè÷åñòâî ïðîêàòíîãî îáîðóäîâàíèÿ, óìåíüøàþòñÿ êàïèòàëüíûå çàòðàòû è ñåáåñòîèìîñòü ïðîäóêöèè.  ïåðñïåêòèâå âîçìîæíà îòëèâêà ïîëîñ òîëùèíîé 18 ìì ñî ñêîðîñòüþ äî 60 ì/ìèí è áîëåå ñ ìèíèìàëüíûìè çàòðàòàìè íà ïðîêàòêó. Íåîáõîäèìî, îäíàêî, îáåñïå÷èòü ñîîòâåòñòâóþùóþ ìåëêîçåðíèñòóþ ñòðóêòóðó ìåòàëëà ñî ñâîéñòâàìè, ïðèñóùèìè êàòàíîìó ìåòàëëó, è, êîíå÷íî, òðåáóåìóþ ðàçíîòîëùèííîñòü è ïëîñêîñòíîñòü ïîëîñû. 474
1
3
2
5
4
6
8
3 7
9
10
Ðèñ. 17.14. Äâóõðó÷üåâàÿ óñòàíîâêà: 1 êðèñòàëëèçàòîð; 2 íîæíèöû; 3, 4 ïå÷ü ïîäîãðåâà; 5 òðàíñïîðòíîå è ðàñïðåäåëèòåëüíîå ñðåäñòâî; 6 ïå÷ü; 7 çàäàþùåå óñòðîéñòâî; 8 íåïðåðûâíûé ñòàí ñ êëåòÿìè êâàðòî; 9 äóøèðóþùåå óñòðîéñòâî; 10 ìîòàëêè
Õîðîøåå ñî÷åòàíèå ñêîðîñòåé íåïðåðûâíîé ðàçëèâêè è ïðîêàòêè äîñòèãàåòñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè ïëàíåòàðíûõ ñòàíîâ. Òàêîé êîìïëåêñ ðàçðàáîòàí ôèðìîé Êðóïï â Äóéñáóðãå. Íåïðåðûâíûé ñëÿá òîëùèíîé 80 ìì âûõîäèò èç ëèòåéíîé ìàøèíû ñî ñêîðîñòüþ 1,54,0 ì/ñ è ïîñòóïàåò â ïðîõîäíóþ ïå÷ü äëèíîé 30 ì. Çàòåì ñ ïîìîùüþ çàäàþùèõ âàëêîâ, îáæàòèå â êîòîðûõ íå ïðåâûøàåò 1020 %, ìåòàëë ïîäàåòñÿ â ïàíåòàðíóþ êëåòü, â êîòîðîé çà îäèí ïðîõîä òîëùèíà óìåíüøàåòñÿ ñðàçó äî 2 ìì (ðèñ. 17.15). Ïîñëå âûðàâíèâàíèÿ òîëùèíû ïîëîñû â ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèè â ïðîãëàäî÷íîé êëåòè äóî, óñòàíîâëåííîé çà ïëàíåòàðíîé êëåòüþ, ïîëîñà ñìàòûâàåòñÿ â ðóëîí. Êîíñòðóêöèÿ ïëàíåòàðíîé êëåòè âèäíà íà ðèñóíêå. Ðàáî÷èå âàëêè ìàëîãî äèàìåòðà ñîáðàíû â ñåïàðàòîð â âèäå áåëè÷üåãî êîëåñà è îïèðàþòñÿ íà ïðèâîäíîé áàðàáàí áîëüøîãî äèàìåòðà. Ïðè âðàùåíèè áàðàáàíà â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè ðàáî÷èå âàëêè çà ñ÷åò òðåíèÿ áûñòðî âðàùàþòñÿ â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè.  î÷àãå äåôîðìàöèè êàæäûé èç ðàáî÷èõ âàëêîâ çàõâàòûâàåò è îáæèìàåò íåáîëüøóþ ïîðöèþ ìåòàëëà (ðèñ. 17.16). 5
6
4
2 1
3
6
5
2
Ðèñ. 17.15. Ñõåìà óñòàíîâêè ñ ïëàíåòàðíûì ñòàíîì: 1 ïðîõîäíàÿ ïå÷ü; 2 çàäàþùèå âàëêè; 3 ïðîâîäêè; 4 ðàáî÷èå ïëàíåòàðíûå âàëêè; 5 îïîðíûå âàëêè (áàðàáàíû); 6 ïðîãëàäî÷íûå âàëêè
475
Ñóììàðíàÿ äåôîðìàöèÿ ïðè ýòîì ìîæåò áûòü çíà÷èòåëüíîé, çà îäèí ïðîõîä îíà äîñòèãàåò 9098 %. Áîëåå ñîâåðøåííûé ïëàíåòàðíûé ñòàí èìååò äâà ðÿäà ïëàíåòàðíûõ âàëêîâ. Ïðîìåæóòî÷íûå âàëêè âðàùàþòñÿ ïðîòèâ íàïðàâëåíèÿ ïðîêàòêè, à ðàáî÷èå â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè, ÷òî îáëåã÷àåò ðàáîòó çàäàþùèõ âàëêîâ è ñòàáèëèçèðóåò ïðîöåññ. Ïëîùàäü öåõà âìåñòå ñî ñòàëåïëàÍàïðàâëåíèå ïðîêàòêè âèëüíûìè óñòàíîâêàìè ñîñòàâëÿåò 145½40 ì, ãîäîâàÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü êîìïëåêñà 450900 òûñ. ò â çàÐèñ. 17.16. Ñõåìà äåôîðìàöèè ìåòàëëà âèñèìîñòè îò øèðèíû ïîëîñû. Òàêèõ ïðè ïëàíåòàðíîé ïðîêàòêå óñòàíîâîê ìíîãî â åâðîïåéñêèõ ñòðàíàõ è â ÑØÀ, îäíàêî â Ðîññèè â ïðîìûøëåííîì èñïîëüçîâàíèè èõ íåò. Ïðè÷èíà â òîì, ÷òî ïëàíåòàðíàÿ ïðîêàòêà èìååò äâà ñóùåñòâåííûõ íåäîñòàòêà. Ïåðâûé ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïîëîñà ïîñëå ïðîêàòíîé êëåòè èìååò áîëüøóþ ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü, ñâÿçàííóþ ñ îñîáåííîñòüþ ïëàíåòàðíîé ïðîêàòêè: êàæäûé âàëîê, çàêàí÷èâàÿ ïðîêàòêó, îñòàâëÿåò ïîñëå ñåáÿ íåêîòîðûé óòîëùåííûé ó÷àñòîê, ïåðèîäè÷íîñòü ýòèõ ó÷àñòêîâ ñîîòâåòñòâóåò ðàññòîÿíèþ ìåæäó ðàáî÷èìè âàëêàìè ïëàíåòàðíîé êëåòè. Ñëåäóþùàÿ êëåòü äóî íå ïîëíîñòüþ âûïðàâëÿåò ðàçíîòîëùèííîñòü. Âòîðîé íåäîñòàòîê ñâÿçàí ñ êîíñòðóêöèåé ïëàíåòàðíîãî ñòàíà: ðàáî÷èå âàëêè è ñåïàðàòîð î÷åíü íåíàäåæíû ïî ïðî÷íîñòíûì õàðàêòåðèñòèêàì è ÷àñòî âûõîäÿò èç ñòðîÿ. Ôèðìà Sendzimir (CØÀ) ðàçðàáîòàëà òèïîâîé ìèíè-çàâîä íà 400 500 òûñ. ò/ãîä, â ñîñòàâ êîòîðîãî âõîäÿò: äâå äóãîâûå 100-òîííûå ïëàâèëüíûå ïå÷è, îäíîðó÷üåâàÿ ÌÍËÇ êðèâîëèíåéíîãî òèïà äëÿ îòëèâêè çàãîòîâêè òîëùèíîé 230 ìì è øèðèíîé 8001050 ìì, òóííåëüíàÿ ïå÷ü äëÿ âûðàâíèâàíèÿ òåìïåðàòóðû íà óðîâíå 1100 °Ñ è ïðîêàòíûé ñòàí. Ñòàí èìååò ÷åðíîâóþ ãðóïïó êëåòåé, âêëþ÷àþùóþ â ñåáÿ âåðòèêàëüíóþ êëåòü, äâå íåðåâåðñèâíûå êëåòè äóî è ïëàíåòàðíûé ñòàí, íà âûõîäå èç êîòîðîãî ïðîêàòêà îñóùåñòâëÿåòñÿ â äâóõ ÷èñòîâûõ êëåòÿõ êâàðòî äî êîíå÷íîé òîëùèíû 2 ìì. Êîìïëåêñ ñïîñîáåí ðåàëèçîâàòü ðåæèìû áåñêîíå÷íîé è ïîñëÿáîâîé ïðîêàòêè.  öåëîì, âèäèìî, íîâûå òåõíîëîãè÷åñêèå ñõåìû ïðîêàòêè òîíêîãî ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà íå âûòåñíÿþò ïðîêàòêó íà íåïðåðûâíûõ øèðîêîïîëîñíûõ ñòàíàõ, îíè çàíèìàþò ñâîþ òåõíîëîãè÷åñêóþ íèøó. 17.9. Îñîáåííîñòè ðàñ÷åòà ðåæèìîâ îáæàòèÿ íà ÍØÏÑ Ðàñ÷åò ðåæèìîâ îáæàòèÿ íà ÍØÏÑ îðãàíèçîâàí êàê îïòèìèçàöèîííûé ïðîöåññ, ò. å. ïîñòðîåí íà ìèíèìèçàöèè èëè ìàêñèìèçàöèè íåêîòîðîãî òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêîãî èëè òåõíîëîãè÷åñêîãî êðèòåðèÿ.  êà÷åñòâå êðèòåðèåâ âûñòóïàþò òå æå õàðàêòåðèñòèêè, ÷òî è íà äðóãèõ ñòàíàõ, ñóììàðíûé ðàñõîä 476
ýíåðãèè, ðàñõîä ýíåðãèè íà òîííó ïðîäóêöèè, ðàâíîìåðíîñòü çàãðóçêè îáîðóäîâàíèÿ, ïîêàçàòåëè êà÷åñòâà ïðîäóêöèè, òàêèå êàê ïðîäîëüíàÿ è ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü, âîëíèñòîñòü è êîðîáîâàòîñòü è äð. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà íå ìîæåò áûòü êðèòåðèåì, òàê êàê íà âñåõ íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ óñëîâèå ïîñòîÿíñòâà ñåêóíäíîãî îáúåìà Fi Vi = const ðàâíîçíà÷íî ðàâåíñòâó ïðîèçâîäèòåëüíîñòè âñåõ i-õ êëåòåé. Ïðè ëþáîì ðàñïðåäåëåíèè îáæàòèé ïî êëåòÿì ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñòàíà áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ òîëüêî ñêîðîñòüþ Vn âðàùåíèÿ âàëêîâ ïîñëåäíåé n-é êëåòè (ïðè èçâåñòíîé ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ Fn ïîëîñû íà âûõîäå). Ïî ïîñëåäíåé êëåòè îïðåäåëÿåòñÿ çíà÷åíèå const, ïîýòîìó äëÿ îñòàëüíûõ êëåòåé ïðè çàäàííîì ðåæèìå îáæàòèÿ (ïðè çàäàííûõ çíà÷åíèÿõ Fi) óñòàíàâëèâàþòñÿ ñêîðîñòè ïðîêàòêè Vi , êîòîðûå äîëæíû óêëàäûâàòüñÿ â çàäàííûå äëÿ êàæäîé êëåòè ïàñïîðòíûå ïðåäåëû: Vi min < Vi < Vi max . Äëÿ øèðîêîïîëîñíîãî ñòàíà âàæíåéøèì ïàðàìåòðîì ÿâëÿåòñÿ òåìïåðàòóðíûé ðåæèì ïðîêàòêè, à òàêæå òåìïåðàòóðà ïîñëå ÷åðíîâûõ è ÷èñòîâûõ êëåòåé è âíóòðè íåïðåðûâíîé ãðóïïû. Ðåæèì îáæàòèÿ â ýòèõ êëåòÿõ ÷àñòî îïðåäåëÿåòñÿ ãðàôèêîì ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóð ïî êëåòÿì. Îïòèìèçàöèÿ ïî îñòàëüíûì êðèòåðèÿì íå ñòîëü íåîáõîäèìà, êàê îáåñïå÷åíèå òðåáóåìûõ òåìïåðàòóðíûõ óñëîâèé ïðîêàòêè. ×òîáû ïîñòðîèòü ðåæèì îáæàòèÿ, îïòèìàëüíûé ïî ðàñïðåäåëåíèþ òåìïåðàòóðû ïî êëåòÿì ñòàíà, íåîáõîäèìî òî÷íî ðàññ÷èòàòü òåìïåðàòóðó ìåòàëëà ïîñëå êàæäîé êëåòè, ò. å. äîñòàòî÷íî òî÷íî âû÷èñëèòü ïîòåðè òåïëà çà ñ÷åò èçëó÷åíèÿ, êîíâåêöèè, êîíòàêòà ìåòàëëà ñ âàëêàìè, îõëàæäåíèÿ æèäêîñòüþ è ðîëüãàíãîì, à òàêæå ïîñòóïëåíèå òåïëà çà ñ÷åò äåôîðìàöèè ìåòàëëà è ðåàêöèè îêèñëåíèÿ æåëåçà ñ îáðàçîâàíèåì îêàëèíû.  îáùåì ñëó÷àå ïîñëå i-é êëåòè òåìïåðàòóðà ìåòàëëà ti = ti 1 ∆tèçë ∆têîíâ ∆tê ∆tîõë + ∆täåô + ∆tîê. Íà êàæäîì ñòàíå ýòè ñîñòàâëÿþùèå âíîñÿò ðàçíûé âêëàä â îáùåå ïàäåíèå òåìïåðàòóðû. Âñå ñîñòàâëÿþùèå âû÷èñëèòü òðóäíî, ÷àùå íåâîçìîæíî, ïîýòîìó ïðåäïî÷èòàþò íà êàæäîì ñòàíå ýêñïåðèìåíòàëüíî ñòðîèòü çàêîíîìåðíîñòü îñòûâàíèÿ ìåòàëëà ïî êëåòÿì. Ýòè êðèâûå ïîëó÷àþò ïóòåì ñòàòèñòè÷åñêîé îáðàáîòêè äàííûõ â çàâèñèìîñòè îò òîëùèíû è íà÷àëüíîé òåìïåðàòóðû ðàñêàòà, óñëîâèé îõëàæäåíèÿ è ñêîðîñòè ïðîêàòêè.  ó÷åáíûõ ðàñ÷åòàõ â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïðèðàùåíèå òåïëà çà ñ÷åò äåôîðìàöèè è îáðàçîâàíèÿ îêàëèíû êîìïåíñèðóåòñÿ ïîòåðÿìè îò êîíòàêòà ñ âàëêàìè, îõëàæäåíèÿ âàëêîâ âîäîé è êîíâåêöèè. Ïîäëåæàò ó÷åòó òîëüêî ïîòåðè òåïëà çà ñ÷åò èçëó÷åíèÿ. Äëÿ èõ ðàñ÷åòà ìîæíî èñïîëüçîâàòü, íàïðèìåð, ôîðìóëó Èâàíöîâà
1000
∆tèçë = 3
τ 1000 + 0, 055 3 hi (Ti −1 /100)
,
ãäå Ti1 òåìïåðàòóðà, Ê; τ âðåìÿ èçëó÷åíèÿ, ðàâíîå âðåìåíè äâèæåíèÿ ïîëîñû îò (i 1)-é äî i-é êëåòè. 477
Ìíîãèå àâòîðû ñ÷èòàþò, ÷òî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü íå òîëüêî ïîòåðè îò èçëó÷åíèÿ, íî è ïðèðàùåíèå òåïëà çà ñ÷åò äåôîðìàöèè. Ðàçîãðåâ ìåòàëëà çà ñ÷åò äåôîðìàöèè îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå Æåëåçíîâà ∆täåô = 4,12 ðñð lg (hi 1/hi). Åñëè òðåáóåòñÿ ïîñ÷èòàòü âñå ïîòåðè òî÷íåå, òî ñëåäóåò îáðàòèòüñÿ ê ñïðàâî÷íèêó Ðàñ÷åò ïàðàìåòðîâ ëèñòîâîé ïðîêàòêè (àâò. Þ.Â. Êîíîâàëîâ è äð.). Ïðèáëèæåííî ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïîòåðè òåìïåðàòóðû çà ñ÷åò êîíâåêöèè ñîñòàâëÿþò 1,5 % ïîòåðü çà ñ÷åò èçëó÷åíèÿ, ïîòåðè îò êîíòàêòà ñ âàëêàìè è îõëàæäåíèÿ âàëêîâ âîäîé (à âìåñòå ñ íèìè è ïîëîñû) 1018 % òåõ æå ñàìûõ ïîòåðü. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ïîòåðè íà îõëàæäåíèå ïîëîñû çà ñ÷åò îõëàæäåíèÿ âàëêîâ âîäîé íå ó÷èòûâàþò ïðèíóäèòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ ïîëîñû â óñòàíîâêå ðåãóëèðóåìîãî îõëàæäåíèÿ â ÷èñòîâîé ãðóïïå âàëêîâ ïðè àâòîìàòè÷åñêîì ðåãóëèðîâàíèè òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè. Îäíàêî, êàê ïîêàçàëà ïðîâåðêà, íà ñîîòâåòñòâóþùèõ ÍØÏÑ òî÷íîñòü ðàñ÷åòà ïðè ó÷åòå âñåõ ñîñòàâëÿþùèõ óâåëè÷èâàåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî ïî ñðàâíåíèþ ñ ðàñ÷åòîì, ó÷èòûâàþùèì òîëüêî ∆tèçë è ∆täåô. Áîëåå òîãî, ðàñ÷åòû ïî òåîðåòè÷åñêèì ôîðìóëàì íå ìîãóò ó÷åñòü âñåõ ôàêòîðîâ è îñîáåííîñòåé ïðîêàòêè íà êîíêðåòíîì ñòàíå. Ñòàòèñòè÷åñêàÿ ìîäåëü (ôîðìóëà), ïîëó÷åííàÿ íà ñòàíå, ðàáîòàåò âñåãäà íàäåæíåå, ÷åì òåîðåòè÷åñêàÿ. Äëÿ íåêîòîðûõ ñòàíîâ òàêèå ìîäåëè îïóáëèêîâàíû. Ïî òåìïåðàòóðíûì ïàðàìåòðàì ìîæíî ñòðîèòü ðàçëè÷íûå ðåæèìû ïðîêàòêè.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ìîæíî ñôîðìóëèðîâàòü ñëåäóþùèå çàäà÷è. 1. Çàäàíû èñõîäíàÿ òîëùèíà ñëÿáà H, êîíå÷íàÿ òîëùèíà hê ëèñòà, òåìïåðàòóðû íà÷àëà Ò0 è êîíöà ïðîêàòêè Òê. Ïîñòðîèòü îïòèìàëüíûé ðåæèì îáæàòèÿ ïî êëåòÿì, ò. å. óëîæèòüñÿ â çàäàííûå òðåáîâàíèÿ ïî òåìïåðàòóðíîìó ðåæèìó ïðîêàòêè. Ðàñ÷åò ÷åðíîâîé ãðóïïû êëåòåé ïðîèçâîäèì ïî õîäó ïðîêàòêè. Íàçíà÷àåì îáæàòèÿ â êàæäîé êëåòè (ìàêñèìàëüíûå ïî îãðàíè÷èâàþùèì ïàðàìåòðàì èëè áîëåå íèçêèå). Ïîñëå ïîñëåäíåé ÷åðíîâîé êëåòè ïîëó÷èì ðàñêàò òîëùèíîé h1 c òåìïåðàòóðîé Ò1. Ýòè ïàðàìåòðû äîëæíû óêëàäûâàòüñÿ â èíòåðâàë, ðåêîìåíäîâàííûé äëÿ äàííîãî ñòàíà. ×èñòîâóþ ãðóïïó ðàññ÷èòûâàåì ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè. Çíàÿ ñóììàðíîå îáæàòèå (h1 hê), íàçíà÷àåì îáæàòèÿ â êàæäîé êëåòè, êîòîðûå íå äîëæíû ïðåâûøàòü äîïóñòèìûå çíà÷åíèÿ ïî îãðàíè÷åíèÿì. Äàëåå ðàññ÷èòûâàåì òåìïåðàòóðó ìåòàëëà ïåðåä êàæäîé êëåòüþ. Îêîí÷àòåëüíî ïîëó÷àåì òîëùèíó ðàñêàòà ïåðåä ÷èñòîâûì îêàëèíîëîìàòåëåì, ñîâïàäàþùóþ ñî çíà÷åíèåì h1, è òåìïåðàòóðó Ò÷, â îáùåì ñëó÷àå íå ñîâïàäàþùóþ ñ Ò1. Åñëè Ò1 > Ò÷, òî íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå íåîáõîäèìî âûäåðæàòü ïîëîñó íåêîòîðîå âðåìÿ tâ, ÷òîáû îõëàäèòü ðàñêàò äî òðåáóåìîé òåìïåðàòóðû. Ïî çàäàííîìó çíà÷åíèþ (Ò1 Ò÷) ìîæíî âû÷èñëèòü âðåìÿ ïîäñòóæèâàíèÿ tâ. Åñëè Ò1 < Ò÷, òî íå õâàòàåò òåìïåðàòóðû ðàñêàòà íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå t1, ÷òîáû â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé ïîëó÷èòü çàäàííóþ òåìïåðàòóðó êîíöà ïðîêàòêè. Ëèáî ñëåäóåò ñòàâèòü òåïëîâûå ýêðàíû, ëèáî ïðèçíàòü ïðîêàòêó ëèñòà òîëùèíîé hê íåâîçìîæíîé. 2. Ðàññ÷èòàòü ìèíèìàëüíî âîçìîæíóþ òîëùèíó ïðîêàòûâàåìîãî ëèñòà ïðè çàäàííûõ ðàçìåðàõ èñõîäíîãî ñëÿáà. Åñòåñòâåííî, òåìïåðàòóðà íàãðåâà ñëÿáà â ïå÷è è êîíöà ïðîêàòêè çàäàíû, èçâåñòíû òàêæå ìàðêà ïðîêàòûâàåìîãî ìåòàëëà, øèðèíà ëèñòà è âñå êîíñòðóêòèâíûå îãðàíè÷åíèÿ íà ñòàíå. 478
Ðàñ÷åò âåäåì ïî õîäó ïðîêàòêè â îáåèõ ãðóïïàõ êëåòåé.  êàæäîì ïðîïóñêå â ÷åðíîâîé è ÷èñòîâîé ãðóïïàõ êëåòåé çàäàåì ïðåäåëüíûå îáæàòèÿ ïî óãëó çàõâàòà (íå áîëåå 20°), ïî ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîé ñèëå ïðîêàòêè è íîìèíàëüíîìó ìîìåíòó äâèãàòåëÿ. Ïî ïðèâåäåííîé ìåòîäèêå ðàññ÷èòûâàåì òåìïåðàòóðó ìåòàëëà ïîñëå êàæäîãî ïðîïóñêà. Íà ïðîìåæóòî÷íûé ðîëüãàíã íåîáõîäèìî âûéòè ñ òåìïåðàòóðîé è òîëùèíîé ðàñêàòà, êîòîðûå óêëàäûâàþòñÿ â èíòåðâàë ðåêîìåíäîâàííûõ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òðåáóåìûõ ñâîéñòâ ìåòàëëà. Ïîëàãàåì, ÷òî íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå âðåìÿ ïîäñòóæèâàíèÿ ðàâíî âðåìåíè òðàíñïîðòèðîâêè ïîëîñû ïðè ìàêñèìàëüíîé ñêîðîñòè ðîëüãàíãà. Ìîæíî âû÷èñëèòü òåìïåðàòóðó ìåòàëëà ïåðåä ÷èñòîâîé ãðóïïîé êëåòåé è ñðàâíèòü ñ ðåêîìåíäîâàííîé äëÿ äàííîãî ñòàíà. Ïðîäîëæàÿ ðàñ÷åò â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé ïî ïðåäåëüíî äîïóñòèìûì îáæàòèÿì, ïîëó÷àåì êîíå÷íóþ òîëùèíó ëèñòà hê è ðàñ÷åòíóþ òåìïåðàòóðó êîíöà ïðîêàòêè Òð. Ïîñëåäíÿÿ íå áóäåò ñîâïàäàòü ñ òðåáóåìîé Òê. Ïîñêîëüêó âî âñåõ êëåòÿõ áûëè íàçíà÷åíû ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûå îáæàòèÿ, òî îáÿçàòåëüíî ïîëó÷èì Òð < Òê. Íåîáõîäèìî îñëàáèòü ðåæèì îáæàòèÿ â ÷èñòîâîé, à ìîæåò áûòü, è â ÷åðíîâîé ãðóïïå êëåòåé è ïîâòîðèòü ðàñ÷åò, âûéäÿ íà áîëüøóþ êîíå÷íóþ òîëùèíó hê è áîëüøóþ êîíå÷íóþ òåìïåðàòóðó Òð. Ìèíèìàëüíî âîçìîæíàÿ òîëùèíà ïðîêàòà hê ñîîòâåòñòâóåò ðàâåíñòâó Òð = Òê. Êàê âèäíî, ðàñ÷åò îñóùåñòâëÿåòñÿ ìåòîäîì ïåðåáîðà ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ, ïîýòîìó ïîëåçíî íàïèñàòü ïðîãðàììó ðàñ÷åòà íà ÝÂÌ. Íåîáõîäèìî åùå ðàç îòìåòèòü, ÷òî íàèáîëåå óäîáíû ÷åëîâåêî-ìàøèííûå ïðîãðàììû, â êîòîðûõ âûáîð ðåæèìîâ îáæàòèÿ îñóùåñòâëÿåò ÷åëîâåê, à ÝÂÌ ïðîâîäèò ðóòèííûå ðàñ÷åòû. 3. Îáðàòíàÿ çàäà÷à: ðàññ÷èòàòü ìàêñèìàëüíóþ òîëùèíó è øèðèíó ñëÿáà äëÿ ïîëó÷åíèÿ ëèñòà çàäàííûõ ðàçìåðîâ. Î÷åâèäíî, çàäà÷à ðåøàåòñÿ ïî òîìó æå àëãîðèòìó, ÷òî è â ïðåäûäóùåé ïîñòàíîâêå, íî â îáðàòíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè îò ãîòîâîãî ëèñòà ê çàãîòîâêå. Ïåðâè÷íûé ðàñ÷åò âûïîëíÿåòñÿ ïî ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûì îáæàòèÿì.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èì íåêîòîðóþ òîëùèíó ñëÿáà è òåìïåðàòóðó åãî íàãðåâà, êîòîðûå ïîçâîëÿò íàìåòèòü ñòðàòåãèþ êîððåêòèðîâêè ðàññ÷èòàííîãî ðåæèìà. Åñëè òîëùèíà ñëÿáà ïîëó÷àåòñÿ áîëüøå, ÷åì ìîæíî îòëèâàòü íà ÓÍÐÑ, òî ñëåäóåò îñëàáèòü ðåæèì îáæàòèÿ â íåêîòîðûõ êëåòÿõ, ëó÷øå âñåãî â ïîñëåäíèõ ÷åðíîâûõ èëè ïåðâûõ ÷èñòîâûõ ïðîïóñêàõ. Åñëè ðàñ÷åòíàÿ òåìïåðàòóðà íàãðåâà ñëÿáà ïîëó÷àåòñÿ íèæå òðåáóåìîé, òî èçáûòî÷íóþ òåìïåðàòóðó áóäåì ñíèæàòü íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå. Âû÷èñëèì âðåìÿ ïîäñòóæèâàíèÿ ïðîìåæóòî÷íîãî ðàñêàòà.  òîì âàðèàíòå, êîãäà ðàñ÷åòíàÿ òåìïåðàòóðà íàãðåâà ìåòàëëà ïðåâûñèò òðåáóåìóþ, íåîáõîäèìî óñòàíàâëèâàòü íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå òåïëîèçîëÿöèîííûå ýêðàíû èëè ñîãëàñèòüñÿ ñ òåì, ÷òî ïî òåïëîâîìó ðåæèìó çàäàííóþ òîëùèíó ïîëîñû ïðîêàòàòü íåâîçìîæíî íåîáõîäèìî åå óâåëè÷èòü. 4. Çàäàíû èñõîäíàÿ òîëùèíà ñëÿáà è êîíå÷íàÿ òîëùèíà ëèñòà. Íåîáõîäèìî óñòàíîâèòü îïòèìàëüíûé ðåæèì îáæàòèÿ ïî êëåòÿì ïî îäíîìó èç êðèòåðèåâ îïòèìèçàöèè. Êðèòåðèåì â äàííîì ñëó÷àå ìîæåò áûòü, íàïðèìåð, ðàñõîä ýíåðãèè íà ïðîêàòêó.  ÷èñëî îãðàíè÷åíèé âîéäóò òðåáîâàíèÿ ïî òåìïåðàòóðíîìó ðåæèìó ïðîêàòêè òåìïåðàòóðå íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå è ïî òåìïåðàòóðå êîíöà ïðîêàòêè.  ñâÿçè ñ òåì ÷òî òåìïåðàòóðà ðàñêàòà ïî êëåòÿì äîëæíà óêëàäûâàòüñÿ â äîñòàòî÷íî óçêèå ðàìêè, áîëüøîãî ðàçíîîáðàçèÿ âàðèàíòîâ ïðîêàòêè íå áóäåò. Äîñòàòî÷íî ïîëó÷èòü íåñêîëüêî âîçìîæíûõ âàðèàíòîâ è ïî ïðåäëîæåííîìó 479
êðèòåðèþ âûáðàòü ëó÷øèé. Îí áóäåò ïî÷òè îïòèìàëüíûì, ò. å. áëèçêèì ê îïòèìàëüíîìó. Ïîëíîñòüþ îïòèìàëüíûé ìîæåò áûòü íàéäåí òîëüêî ïðè èñïîëüçîâàíèè ñëîæíûõ ìàòåìàòè÷åñêèõ ìåòîäîâ ïîèñêà îïòèìàëüíûõ ðåøåíèé, íî â äàííîì ñëó÷àå ïîèñê îïòèìóìà ñòàíîâèòñÿ íåîïðàâäàííûì. Òàêèì îáðàçîì, ðåøàåì çàäà÷ó èòåðàöèîííûì ìåòîäîì. Íà ïåðâîé èòåðàöèè ñòðîèì îäèí èç âîçìîæíûõ ðåæèìîâ îáæàòèÿ ïî àëãîðèòìó çàäà÷è 1. Íà âòîðîé èòåðàöèè çàäàåì äðóãîé ðåæèì îáæàòèé. Åñëè òàêèõ âàðèàíòîâ ïðîêàòêè îêàçàëîñü íåñêîëüêî, òî âûáèðàåì ëó÷øèé ïî êðèòåðèþ. Âî âñåõ çàäà÷àõ ðàñ÷åò òåìïåðàòóðû ìåòàëëà ñëåäóåò âåñòè ïî ãîëîâíîé ÷àñòè ëèñòà. Òåìïåðàòóðó õâîñòîâîé ÷àñòè ðåãóëèðóåì çà ñ÷åò óñêîðåíèÿ ïðîêàòêè â ÷èñòîâûõ êëåòÿõ. Íåîáõîäèìî ðàññ÷èòàòü ñðåäíåå óñêîðåíèå à â ÷èñòîâîé ãðóïïå êëåòåé. Çàäà÷ó ðåøàåì ìåòîäîì ïîñëåäîâàòåëüíîãî ïðèáëèæåíèÿ ïî ïîñëåäíåé ÷èñòîâîé êëåòè. Íà ïåðâîì øàãå óñêîðåíèå ðàâíî íóëþ. Ïî èçâåñòíîé äëèíå ëèñòà ïîñëå ïðîêàòêè è ñêîðîñòè ïðîêàòêè â ïîñëåäíåé êëåòè îïðåäåëÿåì âðåìÿ çàäåðæêè íà÷àëà ïðîêàòêè õâîñòîâîé ÷àñòè ïî ñðàâíåíèþ ñ ãîëîâíîé. Ýòîãî äîñòàòî÷íî, ÷òîáû âû÷èñëèòü äîïîëíèòåëüíûå ïîòåðè òåïëà íà õâîñòîâîé ÷àñòè è ðàçíîñòü òåìïåðàòóð îáåèõ ÷àñòåé ïîëîñû (Òã Òõ). Íà âòîðîì øàãå çàäàäèì íåáîëüøîå óñêîðåíèå à, ÷òî ïîçâîëèò âû÷èñëèòü ñêîðîñòü âûõîäà èç ïîñëåäíåé êëåòè è âñå âðåìåííûå õàðàêòåðèñòèêè ïðîêàòêè õâîñòîâîé ÷àñòè ëèñòà. Ïðè áîëåå âûñîêîé ñêîðîñòè ïðîêàòêè õâîñòîâûå ïîðöèè ìåòàëëà òåðÿþò ìåíüøå òåïëà (íàïðèìåð, çà ñ÷åò èçëó÷åíèÿ) ïðè òîì æå ïîñòóïëåíèè òåïëà çà ñ÷åò äåôîðìàöèè. Íåîáõîäèìî ðàññìîòðåòü íåñêîëüêî ðåæèìîâ óñêîðåíèÿ è ïîäîáðàòü òàêîå óñêîðåíèå, êîòîðîå ëèáî óñòðàíèò òåìïåðàòóðíûé êëèí, ëèáî ïîçâîëèò ñîçäàòü îáðàòíûé òåìïåðàòóðíûé êëèí â 20 °Ñ äëÿ ðàâíîìåðíîé òåìïåðàòóðû ñìîòêè. 17.10. Àâòîìàòèçàöèÿ óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì è òåõíîëîãèåé ïðîèçâîäñòâà Ñîâðåìåííûé øèðîêîïîëîñíûé ñòàí èìååò õîðîøî ðàçâèòóþ ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì è òåõíîëîãè÷åñêèìè îïåðàöèÿìè íà áàçå êîìïëåêñà ÓÂÌ ðàçëè÷íîé ìîùíîñòè è äðóãèõ òåõíè÷åñêèõ ñðåäñòâ, ñâÿçàííûõ â åäèíóþ ñåòåâóþ ñòðóêòóðó. Íà ïðèìåðå ñòàíà 2000 ×åðÌÊ ðàññìîòðèì îñíîâíûå çàäà÷è, ðåøàåìûå ýòèìè ñèñòåìàìè. Ãëàâíîé çàäà÷åé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâîì ÿâëÿåòñÿ îáåñïå÷åíèå âûïîëíåíèÿ çàêàçîâ ïîòðåáèòåëåé â óñòàíîâëåííûå ñðîêè â ïîëíîì îáúåìå è ñ íàèìåíüøèìè çàòðàòàìè. Íà îñíîâå êâàðòàëüíîãî è ìåñÿ÷íîãî ïîðòôåëåé çàêàçîâ ðàññ÷èòûâàåòñÿ ñòîèìîñòíàÿ îöåíêà çàêàçîâ, îïðåäåëÿåòñÿ ïîòðåáíîñòü â ñëÿáàõ, ôîðìèðóþòñÿ ãðàôèêè è ïëàíû ïðîêàòêè íà ìåñÿö è áîëåå êîðîòêèå ïåðèîäû âðåìåíè, â òîì ÷èñëå íà áëèæàéøèå ñóòêè, è ò. ï.  ðàìêàõ ÀÑÓÏ òàêæå îñóùåñòâëÿåòñÿ ó÷åò ìåòàëëà ïî àãðåãàòàì, ïî ìàðêàì ñòàëè, âåäåòñÿ ó÷åò áðàêà, îöåíèâàåòñÿ ñîñòîÿíèå ñêëàäîâ è ò. ä. Îòäåëüíóþ ãðóïïó ñîñòàâëÿþò çàäà÷è ñðàâíåíèÿ òåêóùåãî è ïëàíîâîãî ïðîèçâîäñòâà, êîððåêòèðîâêà íåäåëüíûõ è ñóòî÷íûõ ïëàíîâ (à òàêæå ïëàíîâ íà áîëåå äëèòåëüíûå ïåðèîäû), ôîðìèðîâàíèÿ äëÿ âñåõ ñëóæá òðåáóåìîé äîêóìåíòàöèè, â òîì ÷èñëå îò÷åòíîé. 480
Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà ÀÑÓÒÏ ìàøèíà êëàññà ÅÑ ÝÂÌ, âêëþ÷àþùàÿ â ñåáÿ ñåìåéñòâî ïðîãðàììíî-ñîâìåñòèìûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí òðåòüåãî ïîêîëåíèÿ, ðàçìåùàåìûõ â ãëàâíîì âû÷èñëèòåëüíîì öåíòðå è åãî ôèëèàëàõ, íàõîäÿùèõñÿ â öåõàõ. Íà ñòàíå 2000 óïðàâëåíèå ïðîèçâîäñòâîì îñóùåñòâëÿþò íà áàçå ñèñòåìû ìàëûõ (ÑÌ) è ìèêðîýëåêòðîííûõ ÝÂÌ è ÓÂÌ ôèðìû Ñèìåíñ. Ñòðóêòóðà ÀÑÓÒÏ, ôóíêöèîíèðóþùåé íà ñòàíå 2000, ñîñòîèò èç äâóõ ñèñòåì. Ñèñòåìà ÀÑÓÒÏ 1 ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ðåøåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ çàäà÷ óïðàâëåíèÿ íàãðåâîì ñëÿáîâ â ìåòîäè÷åñêèõ ïå÷àõ. Ñèñòåìà ÀÑÓÒÏ 2 óïðàâëÿåò ïðîêàòêîé â ÷åðíîâîé è ÷èñòîâîé ãðóïïàõ êëåòåé, à òàêæå òåõíîëîãèåé îõëàæäåíèÿ ëèñòà è ñìîòêè. Íà âñåõ ó÷àñòêàõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñëåæåíèå è èíôîðìàöèîííîå ñîïðîâîæäåíèå ïîëîñû, ðàñ÷åò è íàñòðîéêà ïàðàìåòðîâ, óïðàâëåíèå òåìïåðàòóðíûì è äåôîðìàöèîííûì ðåæèìîì ïðîêàòêè è îõëàæäåíèÿ, óïðàâëåíèå ëîêàëüíûìè ñèñòåìàìè àâòîìàòèçàöèè, êîòîðûå óñòàíîâëåíû íà îòäåëüíûõ ìåõàíèçìàõ, à òàêæå àäàïòàöèÿ ìàòåìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé, çàëîæåííûõ â îñíîâó óïðàâëåíèÿ. ÀÑÓÒÏ 2 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òðåõóðîâíåâóþ èåðàðõè÷åñêóþ ñèñòåìó. Íèæíèé óðîâåíü ñîñòàâëÿþò èçìåðèòåëüíûå óñòðîéñòâà è äàò÷èêè òåõíîëîãè÷åñêîãî êîíòðîëÿ. Ñðåäíèé óðîâåíü îáåñïå÷èâàåò ñáîð è îáðàáîòêó èíôîðìàöèè îò äàò÷èêîâ, èíôîðìàöèîííîå ñîïðîâîæäåíèå ïðîêàòà íà îòäåëüíûõ ó÷àñòêàõ, à òàêæå ðåãóëèðîâàíèå òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðîêàòêè è êà÷åñòâåííûõ õàðàêòåðèñòèê ëèñòà. Íà âåðõíåì óðîâíå îñóùåñòâëÿåòñÿ ðàñ÷åò è ðåàëèçàöèÿ íàñòðîéêè ñòàíà íà ïðîêàòêó ïîëîñû çàäàííîãî ðàçìåðà è ìàðêè ñòàëè, ðàñ÷åò êîððåêöèè ïðè îòêëîíåíèè ïàðàìåòðîâ ïðîêàòêè îò ðàñ÷åòíûõ, äèàãíîñòèêà ìåõàíè÷åñêîãî è ýëåêòðè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ, èíôîðìàöèîííîå ñîïðîâîæäåíèå ïðîêàòà, àäàïòàöèÿ ìîäåëåé óïðàâëåíèÿ, à òàêæå ñâÿçü ñ ñèñòåìàìè ÀÑÓÒÏ 1 è ÀÑÓÏ. Îïûò ýêñïëóàòàöèè ÀÑÓÒÏ 2 ïîêàçàë, ÷òî â óñëîâèÿõ èíòåíñèâíîãî íàñûùåíèÿ âîçäóõà ïàðîì è ïûëåîáðàçíîé îêàëèíîé íàäåæíîñòü äàò÷èêîâ ñíèæàåòñÿ äî 80 %. Ïîýòîìó äóáëèðîâàíèå äàò÷èêîâ è çàìåíà èõ íà áîëåå ñîâåðøåííûå, à òàêæå óñîâåðøåíñòâîâàíèå ëîãèêè èõ ðàáîòû íåñêîëüêî ïîñëåäíèõ ëåò ñîñòàâëÿëî îñíîâíîå íàïðàâëåíèå ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ñèñòåìû, ÷òî ïîçâîëèëî äîâåñòè íàäåæíîñòü ñèñòåìû ñëåæåíèÿ è óïðàâëåíèÿ äî 99,7 %.  ñîñòàâå ÀÑÓÒÏ 2 äåéñòâóåò âîñåìü ëîêàëüíûõ ñèñòåì àâòîìàòèçàöèè ÷åðíîâîé ãðóïïû êëåòåé, êîòîðûå ïðèíèìàþò îò öåíòðàëüíîé ÓÂÌ Ñ-306 óñòàâêè íà âñå èñïîëíèòåëüíûå ìåõàíèçìû. Óñòàâêè ìîãóò áûòü ââåäåíû òàêæå âðó÷íóþ. Îñíîâíàÿ çàäà÷à ÓÂÌ Ñ-306 ðàñ÷åò áàçîâîãî ðàñïðåäåëåíèÿ îáæàòèé ïî ïðîïóñêàì ñ âûõîäîì íà çàäàííûå òîëùèíó è òåìïåðàòóðó ìåòàëëà íà âûõîäå èç ÷åðíîâîé ãðóïïû, à òàêæå êîððåêöèÿ ôàêòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðîêàòêè ïóòåì ââåäåíèÿ â áàçîâûé ðåæèì àäàïòèâíûõ êîýôôèöèåíòîâ êîððåêöèè. Ýòè êîýôôèöèåíòû àâòîìàòè÷åñêè óòî÷íÿþòñÿ (àäàïòèðóþòñÿ) ïóòåì ñðàâíåíèÿ ðàñ÷åòíûõ è ôàêòè÷åñêèõ äàííûõ.  íåïðåðûâíîé ãðóïïå ÷åðíîâûõ êëåòåé èñïîëüçóåòñÿ ïðÿìîå èçìåðåíèå ñèë íàòÿæåíèÿ ìåæäó êëåòÿìè. Îñíîâíûìè ôóíêöèÿìè óïðàâëåíèÿ ÷èñòîâîé ãðóïïû êëåòåé ÿâëÿþòñÿ ðàñïðåäåëåíèå îáæàòèé ïî êëåòÿì, îïðåäåëåíèå ñêîðîñòåé è óñêîðåíèÿ êëåòåé, ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóð ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ ïîëîñû ñ çàäàííîé òîëùèíîé è òåìïåðàòóðîé, à òàêæå ñ çàäàíîé ïëàíøåòíîñòüþ. Óïðàâëåíèå ÷èñòîâûìè êëåòÿìè 481
ïðîèçâîäèòñÿ ïî òðåì ðåæèìàì, ïîñëåäîâàòåëüíî ðàñøèðÿþùèì âîçìîæíîñòè ðåãóëèðîâàíèÿ ïðîöåññà ïðîêàòêè.  ðåæèìå ïðåäâàðèòåëüíîé íàñòðîéêè ïðîèñõîäèò íàñòðîéêà êëåòåé íà ðàñ÷åòíûé ðåæèì ïðîêàòêè ïî ïàðàìåòðàì ðàñêàòà, íàõîäÿùåãîñÿ íà ïðîìåæóòî÷íîì ðîëüãàíãå.  ðåæèìå êîððåêöèè ïðîèçâîäèòñÿ óòî÷íåíèå íàñòðîéêè ïî ðåçóëüòàòàì ïðîêàòêè â ïåðâûõ äâóõ êëåòÿõ. Äàëåå íà îñíîâå äîïîëíèòåëüíûõ ðàñ÷åòîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ îêîí÷àòåëüíàÿ íàñòðîéêà êëåòåé. Êàê è â ÷åðíîâûõ êëåòÿõ, èñïîëüçóþòñÿ àäàïòèâíûå ìîäåëè è óðàâíåíèÿ, çàäàííûå â íåÿâíîì âèäå îòíîñèòåëüíî îïðåäåëÿåìîãî ïàðàìåòðà. Òî÷íîñòü ïðîêàòà ïî äëèíå îáåñïå÷èâàåòñÿ ñèñòåìîé àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ òîëùèíû ïîëîñû ôèðìû Ñèìåíñ. Ñèñòåìà âîçäåéñòâóåò íà ýëåêòðîïðèâîä íàæèìíûõ âèíòîâ. Îíà âêëþ÷àåò â ñåáÿ ðåãóëÿòîðû çàçîðà ìåæäó âàëêàìè è óñòðîéñòâî âûðàáîòêè êîððåêòèðóþùåãî ñèãíàëà ïî âûõîäíîìó òîëùèíîìåðó. Ðåãóëÿòîðû çàçîðà ðàáîòàþò ïî ïðèíöèïó íåïîñðåäñòâåííîãî èçìåðåíèÿ çàçîðà ìåæäó âàëêàìè ïî ÷èñëó îáîðîòîâ íàæèìíûõ âèíòîâ è øàãó âèíòîâ. Îñîáîå ìåñòî çàíèìàåò ñèñòåìà àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ ìåæêëåòåâîãî íàòÿæåíèÿ, ñîçäàííàÿ íà áàçå ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ ïåòëåäåðæàòåëåé ñ áåçðåäóêòîðíûì ïðèâîäîì, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ ïðèîðèòåòíîé ðàçðàáîòêîé ôèðìû Ñèìåíñ. Îñîáåííîñòü ñòàíà 2000 ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïðè áîëüøîé äëèíå ðàñêàòîâ ïðèìåíÿþòñÿ áîëåå âûñîêèå óñêîðåíèÿ è ïîâûøåííàÿ ñêîðîñòü ïðîêàòêè, ÷åì íà àíàëîãè÷íîì ñòàíå 2000 ÍËÌÊ. Íî ïðè ýòîì ïîâûøàåòñÿ òåìïåðàòóðà êîíöà ïðîêàòêè. ×òîáû ñîõðàíèòü åå íà óðîâíå òðåáóåìîé, ââåäåíà âïåðâûå â Ðîññèè ñèñòåìà ìåæêëåòåâîãî ðåãóëèðóåìîãî îõëàæäåíèÿ ïîëîñû. Ïðèìåíåíèå ýòîé ñèñòåìû ïîçâîëèëî ïîâûñèòü ñêîðîñòü ïðîêàòêè íà 1,52 ì/ñ (äî 21,5 ì/ñ) è óñêîðåíèå ÷èñòîâîé ãðóïïû äîâåñòè äî 0,20,25 ì/ñ2.
Ãëàâà 18 ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ÕÎËÎÄÍÎÊÀÒÀÍÎÃÎ ËÈÑÒÀ 18.1. Ñîðòàìåíò Ïî íàçíà÷åíèþ õîëîäíîêàòàíûé ëèñò äåëèòñÿ íà ñëåäóþùèå âèäû: àâòîìîáèëüíûé (èëè êîíñòðóêöèîííûé) ëèñò òîëùèíîé 0,35 ìì è áîëåå (â îñíîâíîì äî 5 ìì), ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ àâòîìîáèëüíîé ïðîìûøëåííîñòè è ëþáîé äðóãîé îòðàñëè ìàøèíîñòðîåíèÿ, ãäå ïóòåì õîëîäíîé øòàìïîâêè, âûòÿæêè, âûðóáêè è äðóãèõ îïåðàöèé ïîëó÷àþò ìàøèíîñòðîèòåëüíûå äåòàëè; â ìàøèíîñòðîåíèè èñïîëüçóþò çíà÷èòåëüíóþ äîëþ ëèñòà ñ àíòèêîððîçèîííûì ïîêðûòèåì â âèäå öèíêà, öèíêîâûõ ñïëàâîâ, àëþìèíèÿ, ïëàñòìàññ è ò. ï., îòäåëüíóþ ãðóïïó ñîñòàâëÿåò ëèñò èç ëåãèðîâàííûõ, â îñíîâíîì íåðæàâåþùèõ, ìàðîê ñòàëè, ïðèìåíÿåìûõ äëÿ ïðîèçâîäñòâà áûòîâûõ ïðèáîðîâ è äðóãèõ èçäåëèé; æåñòü òîëùèíîé 0,180,50 ìì, øèðèíîé äî 1000 ìì, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ïèùåâîé è ïåðåðàáàòûâàþùåé ïðîìûøëåííîñòè, ïðîèçâîäñòâå êîíñåðâíîé òàðû è ïð., áîëüøàÿ ÷àñòü æåñòè èñïîëüçóåòñÿ ñ àíòèêîððîçèîííûì ïîêðûòèåì îëîâîì (áåëàÿ æåñòü), à òàêæå ïèùåâûìè ëàêàìè, ïëàñòìàññàìè è ïð.; 482
êðîâåëüíûé ëèñò òîëùèíîé 0,40,8 ìì, ïðèìåíÿåìûé â ñòðîèòåëüñòâå; ýëåêòðîòåõíè÷åñêèé ëèñò òîëùèíîé áîëåå 0,2 ìì, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ íàáîðà ñåðäå÷íèêîâ ðîòîðîâ, ñòàòîðîâ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí, ñåðäå÷íèêîâ òðàíñôîðìàòîðîâ, ðåëå è ò. ï.; äåêàïèðîâàííûé ëèñò; ðàíåå îòìå÷àëîñü, ÷òî òàêàÿ ïðîäóêöèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ãîðÿ÷åêàòàíûé ëèñò, ïîâåðõíîñòü êîòîðîãî îñâîáîæäåíà îò îêàëèíû, ëèñò ïðåäíàçíà÷åí äëÿ øòàìïîâêè ðàçëè÷íûõ åìêîñòåé è ïîñóäû ñ ïîñëåäóþùèì íàíåñåíèåì ðàçëè÷íûõ âèäîâ ïîêðûòèÿ, íàïðèìåð ãîðÿ÷åé ýìàëè; çäåñü ìû óïîìèíàåì ýòîò âèä ëèñòîâîé ïðîäóêöèè òîëüêî ïîòîìó, ÷òî çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü äåêàïèðîâàííîãî ëèñòà âûïóñêàþò öåõà õîëîäíîé ïðîêàòêè, ïîñêîëüêó â öåõàõ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè íåò ñðåäñòâ äëÿ òðàâëåíèÿ ìåòàëëà. Ê êàæäîìó âèäó ëèñòà ïðåäúÿâëÿþòñÿ ñâîè òðåáîâàíèÿ, ñâÿçàííûå ñ îáëàñòüþ èõ ïðèìåíåíèÿ. Îäíàêî èìååòñÿ ðÿä îáùèõ òðåáîâàíèé, çàêðåïëåííûõ â ÃÎÑÒ 1990490 íà ïðîêàò ëèñòîâîé õîëîäíîêàòàíûé øèðèíîé b > 500 ìì, òîëùèíîé 0,355,0 ìì. Ëèñò ïîñòàâëÿåòñÿ çàêàç÷èêó â âèäå îòäåëüíûõ êàðòî÷åê, ñîáðàííûõ â ïàêåòû, èëè â âèäå ðóëîíîâ ìàññîé äî 36 ò. Ïî òî÷íîñòè èçãîòîâëåíèÿ ïî òîëùèíå, øèðèíå è äëèíå ëèñòû èìåþò ìàðêèðîâêó: ÁÒ, ÀÒ è ÂÒ; ÁØ, ÀØ è ÂØ; ÁÄ, ÀÄ è ÂÄ, ñîîòâåòñòâóþùóþ íîðìàëüíîé (Á), ïîâûøåííîé (À) è âûñîêîé (Â) òî÷íîñòè. Òàê, íàïðèìåð, ïðèâåäåì äîïóñêè íà îòêëîíåíèÿ ïî òîëùèíå äëÿ ëèñòîâ øèðèíîé 10001500 ìì (òàáë. 18.1). Òàáëèöà 18.1 Òðåáîâàíèÿ ïî òî÷íîñòè íà òîëùèíó ëèñòà, ìì
Òîëùèíà ëèñòà 0,35–0,4 0,9–1,2 1,5–1,8 4,0–5,0
ÂÒ ±0,03 ±0,06 ±0,09 ±0,18
ÀÒ ±0,04 ±0,09 ±0,12 ±0,20
ÁÒ ±0,05 ±0,11 ±0,15 ±0,23
Ïî ïëîñêîñòíîñòè ëèñòû ìàðêèðóþòñÿ: ÏÍ, ÏÓ, Ï è ÏÎ, ÷òî îáîçíà÷àåò íîðìàëüíóþ, óëó÷øåííóþ, âûñîêóþ è îñîáî âûñîêóþ ïëîñêîñòíîñòü. Ïëîñêîñòíîñòü åñòü ïðåâûøåíèå (â ìèëëèìåòðàõ íåðîâíîãî ìåñòà íàä ïëîñêîñòüþ ëèñòà). Äëÿ ëèñòà øèðèíîé 10001500 ìì äîïóñêàåìàÿ íåïëîñêîñòíîñòü ñîñòàâëÿåò (â ïîðÿäêå óêàçàííîé ìàðêèðîâêè): 15, 12, 8 è 5 ìì, ñîîòâåòñòâåííî. Äëÿ ëèñòà îãîâàðèâàåòñÿ òàêæå ñåðïîâèäíîñòü, êîòîðàÿ íå äîëæíà ïðåâûøàòü 10 ìì íà 3 ì äëèíû. Ïî õàðàêòåðó êðîìêè ëèñòû áûâàþò: ñ îáðåçíîé êðîìêîé ìàðêèðîâêà áóêâîé Î; ñ íåîáðåçíîé êðîìêîé ìàðêèðîâêà áóêâîé Í. 483
Äëÿ ðàçíûõ âèäîâ ëèñòà ïî ðàçíûì ÃÎÑÒàì ïî íàçíà÷åíèþ âûäåëåíû ñëåäóþùèå ãðóïïû ëèñòà: ÕØ äëÿ õîëîäíîé øòàìïîâêè; ÕÏ äëÿ õîëîäíîãî ïðîôèëèðîâàíèÿ; ÏÊ ïîä îêðàñêó; ÎÍ îáùåãî íàçíà÷åíèÿ. Äëÿ ëèñòà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ïðîèçâîäñòâà øòàìïîâàííûõ èçäåëèé, ïðåäúÿâëÿþòñÿ âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ïî øòàìïóåìîñòè è êà÷åñòâó ïîâåðõíîñòè. Ïî ñïîñîáíîñòè ê âûòÿæêå ïðè øòàìïîâêå ðàçëè÷àþò ñëåäóþùèå êàòåãîðèè ëèñòà: Í äëÿ íîðìàëüíîé âûòÿæêè; à äëÿ ãëóáîêîé âûòÿæêè; Âà äëÿ âåñüìà ãëóáîêîé âûòÿæêè; Ñ äëÿ ñëîæíîé âûòÿæêè; ÎÑ äëÿ îñîáî ñëîæíîé âûòÿæêè; ÂÎÑ è ÂÎÑÂ-Ò äëÿ âåñüìà îñîáî ñëîæíîé âûòÿæêè. Ýòè êàòåãîðèè â ðàçëè÷íûõ ÃÎÑÒàõ ïðèâîäÿòñÿ â ðàçíîì íàáîðå. Òðåáîâàíèÿ ïî øòàìïóåìîñòè íåïîñðåäñòâåííî ñâÿçàíû ñ õèìè÷åñêèì ñîñòàâîì, ñòðóêòóðîé, ôàçîâûì ñîñòàâîì, âåëè÷èíîé çåðíà è äðóãèìè õàðàêòåðèñòèêàìè, îïðåäåëÿþùèìè ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà. Ïî ñîâîêóïíîñòè íîðìèðóåìûõ òðåáîâàíèé ïî øòàìïóåìîñòè è ìåõàíè÷åñêèì ñâîéñòâàì â ÃÎÑÒ 904593 âûäåëåíû îòäåëüíûå êàòåãîðèè îò 1 äî 5. Ïî êà÷åñòâó îòäåëêè ïîâåðõíîñòè ðàçëè÷àþò ÷åòûðå ãðóïïû ëèñòà: I îñîáî âûñîêîé îòäåëêè; íà ïîâåðõíîñòè ëèñòà íå äîïóñêàþòñÿ ðèñêè äëèíîé áîëåå 20 ìì è ãëóáèíîé âûøå 1/4 äîïóñêà íà òîëùèíó ïðîêàòà, ïÿòíà, öâåòà ïîáåæàëîñòè, âìÿòèíû è ïð.; II âûñîêîé îòäåëêè; íà ïîâåðõíîñòè ëèñòà ðèñêè íå äîëæíû ïðåâûøàòü ïî äëèíå 50 ìì è ïî ãëóáèíå 1/2 äîïóñêà íà òîëùèíó, äîïóñêàþòñÿ öâåòà ïîáåæàëîñòè íà ðàññòîÿíèè îò êðîìîê íå áîëåå 50 ìì; III ïîâûøåííîé îòäåëêè; äîïóñêàþòñÿ äåôåêòû, íå ïðåâûøàþùèå âåëè÷èíû äîïóñêà è íå âûâîäÿùèå ëèñò çà ïðåäåëû äîïóñêà ïî òîëùèíå, äîïóñêàåòñÿ îáùàÿ ðÿáèçíà, ìåëêèå ðèñêè, öàðàïèíû è ðàêîâèíû â ïðåäåëàõ 1/2 äîïóñêà, öâåòà ïîáåæàëîñòè íà ðàññòîÿíèè 200 ìì îò êðîìîê; IV îáû÷íîé îòäåëêè; íà ëèñòàõ äîïóñêàþòñÿ òå æå äåôåêòû, ÷òî è äëÿ III ãðóïïû, åñëè èõ ãëóáèíà íå ïðåâûøàåò öåëîãî äîïóñêà ïî òîëùèíå, äîïóñêàåòñÿ àáðàçèâíàÿ çà÷èñòêà ïîâåðõíîñòè ëèñòà ñ ãëóáèíîé ðèñîê, íå âûâîäÿùèõ òîëùèíó çà ïðåäåëû äîïóñêà. Âñå ïåðå÷èñëåííûå òðåáîâàíèÿ îáîçíà÷àþòñÿ â ìàðêèðîâêå ëèñòà. 18.2. Òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó ïîâåðõíîñòè òîíêîëèñòîâîé ñòàëè, ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ øòàìïîâêè Âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûå àâòîìàòè÷åñêèå ëèíèè ðàçäåëêè ðóëîííîé ñòàëè íà çàãîòîâêè ïîä øòàìïîâêó è ìíîãîïîçèöèîííûå ïðåññû-àâòîìàòû äëÿ èçãîòîâëåíèÿ äåòàëåé ãëóáîêîé âûòÿæêîé èç ëèñòà îáóñëîâëèâàþò âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó ìåòàëëà. Ïîä êà÷åñòâîì ïîäðàçóìåâàþò â îñíîâíîì âûñîêèå 484
ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìåòàëëà, îïðåäåëÿþùèå åãî âûñîêèå øòàìïóåìîñòü, êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè è ïëàíøåòíîñòè ìåòàëëà, îòñóòñòâèå ïðîäîëüíîé è ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòè. Øòàìïóåìîñòü ýòî êîìïëåêñíàÿ õàðàêòåðèñòèêà êà÷åñòâà ìåòàëëà. Îíà ïîäðàçóìåâàåò, âî-ïåðâûõ, âûñîêóþ ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà, îáåñïå÷èâàþùóþ âûñîêóþ ñòåïåíü äåôîðìàöèè ìåòàëëà áåç ðàçðóøåíèÿ, è, âî-âòîðûõ, íèçêîå óñèëèå íà øòàìï ïðè îïåðàöèÿõ øòàìïîâêè. Ñíèæåíèå óñèëèÿ ïðè øòàìïîâêå ìîæíî äîñòèãíóòü çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ, ïîýòîìó ïîâåðõíîñòü ëèñòà äîëæíà ñïîñîáñòâîâàòü óäåðæàíèþ ñìàçêè ïîä øòàìïîì. Êðîìå òîãî, äëÿ ñíèæåíèÿ óñèëèÿ ïðè øòàìïîâêå íåîáõîäèìî óìåíüøàòü ïðåäåë òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà ëèñòà. Ñíèæåíèå óãëåðîäà â ñòàëè äî 0,1 % è áîëåå ñïîñîáñòâóåò ïîâûøåíèþ ïëàñòè÷íîñòè è óìåíüøåíèþ ïðåäåëà òåêó÷åñòè ñòàëè, ïîýòîìó ñòàëè òèïà 08êï, 08ïñ, 08Þ, Ñò10 è èì ïîäîáíûå øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ëèñòîâûõ øòàìïîâàííûõ äåòàëåé. Íî, ñ äðóãîé ñòîðîíû, íèçêèé ïðåäåë òåêó÷åñòè ñòàëè âîâñå íå æåëàòåëåí â ãîòîâîì èçäåëèè. Íàîáîðîò, íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü ïðî÷íîñòü ìåòàëëà ïîñëå øòàìïîâêè. Ïîýòîìó ïîñòîÿííî èäåò ïîèñê òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåøåíèé, ïîçâîëÿþùèõ ñîâìåñòèòü ïðîòèâîðå÷èâûå òðåáîâàíèÿ ê ïðî÷íîñòíûì õàðàêòåðèñòèêàì õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà. Òåõíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ ê õîëîäíîêàòàíîìó ìåòàëëó äëÿ øòàìïîâêè êàòåãîðèé ÂÃ, ÑÂ, ÎÑÂ, ÂÎÑÂ, ÂÎÑÂ-Ò îïðåäåëåíû ÃÎÑÒ 904593. Äëÿ ÂÎÑÂ, ÎÑ è Ñ ïðèìåíÿþò â îñíîâíîì ñòàëü ìàðêè 08Þ ñ ðåãëàìåíòèðîâàííûì ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà ìåíåå 0,07 %, ñ ïðåäåëîì òåêó÷åñòè σò = 175185 Í/ìì2, äëÿ êîòîðîé óñòàíàâëèâàåòñÿ òàêæå áàëë çåðíà ôåððèòà (6,7) è ñòðóêòóðíîñâîáîäíîãî öåìåíòèòà. Äëÿ êàòåãîðèé Ñ è Âà ïðèìåíÿþò ìàðêè ñòàëè 08ïñ è 08êï ñ ñîäåðæàíèåì óãëåðîäà äî 0,1 % è äð. Äëÿ àâòîìîáèëüíîãî ëèñòà ïðåäúÿâëÿþò âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó ïîâåðõíîñòè. Ïðè ýòîì ðàçëè÷àþò ñîñòîÿíèå ïîâåðõíîñòè ïî íàëè÷èþ è ðàçìåðàì ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ è ïî ñòåïåíè åå îòäåëêè, âêëþ÷àþùåé â ñåáÿ ôîðìèðîâàíèå ìèêðîðåëüåôà (øåðîõîâàòîñòè) ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Ïî ñîñòîÿíèþ ïîâåðõíîñòè, ïî íàëè÷èþ äåôåêòîâ è ñòåïåíè åå îòäåëêè òîíêîëèñòîâóþ ìàëîóãëåðîäèñòóþ ñòàëü âûïóñêàþò ïî III è IV ãðóïïàì (ÃÎÑÒ 4041 71), à äëÿ õîëîäíîêàòàíîé òîíêîëèñòîâîé ñòàëè äëÿ õîëîäíîé øòàìïîâêè ïî ÃÎÑÒ 904593 ïðåäóñìîòðåíû ãðóïïû I, II è III. Äëÿ ëó÷øåé èç íèõ ãðóïïû I âîçìîæíû òðè êëàññà îòäåëêè ïîâåðõíîñòè ïî øåðîõîâàòîñòè, à èìåííî ëèñòû: ñ ãëÿíöåâîé èëè çåðêàëüíîé ïîâåðõíîñòüþ; ñ ìàòîâîé ïîâåðõíîñòüþ; ñ ïîâûøåííîé øåðîõîâàòîñòüþ ïîâåðõíîñòè (íàçûâàåìûå øåðîõîâàòûìè). Ïîäðîáíåå ðàññìîòðèì ìèêðîðåëüåô ïîâåðõíîñòè è ìåòîäû îöåíêè øåðîõîâàòîñòè. Ðåàëüíûé ïðîôèëü (ðèñ. 18.1, á) ïîëó÷àåòñÿ ïðè ñå÷åíèè ðåàëüíîé ïîâåðõíîñòè ëèñòà (ðèñ. 18.1, à). Îí ñîäåðæèò íåðîâíîñòè äâóõ ïîðÿäêîâ ìàëîñòè. Íåðîâíîñòè íà ìàêðîóðîâíå îïðåäåëÿþòñÿ õàðàêòåðîì èçìåíåíèÿ íåêîòîðîé ñãëàæåííîé âûñîòû h ïî äëèíå (èëè øèðèíå) ïîëîñû. Êîëåáàíèÿ ýòîé âûñîòû îòíîñèòåëüíî íåêîòîðîãî ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ õàðàêòåðèçóþò ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû. Àáñîëþòíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü èçìåðÿåòñÿ äåñÿòûìè è ñîòûìè äîëÿìè ìèëëèìåòðîâ, ñîîòâåòñòâåííî, ïðîôèëü êðèâîé h ó÷èòûâàåò òîëüêî íåðîâíîñòè òàêîãî æå ïîðÿäêà èçìåðåíèÿ. Êðèâàÿ h íàçûâàåòñÿ ãåîìåòðè÷åñêèì ïðîôèëåì 485
á) 5 ìêì
à)
250 ìêì
h
Ðèñ. 18.1. Ðåàëüíàÿ ïîâåðõíîñòü (Õ100) (à) è ðåàëüíûé ïðîôèëü ëèñòà (á)
ïîëîñû. Ðåàëüíûé ïðîôèëü îòëè÷àåòñÿ îò ãåîìåòðè÷åñêîãî òåì, ÷òî íà íåì èìåþòñÿ íåðîâíîñòè îòíîñèòåëüíî ãåîìåòðè÷åñêîãî ïðîôèëÿ, èçìåðÿåìûå â ïðåäåëàõ íåñêîëüêèõ ìèêðîìåòðîâ. Ýòè ìèêðîíåðîâíîñòè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé âûñòóïû è âïàäèíû îòíîñèòåëüíî ãåîìåòðè÷åñêîãî ïðîôèëÿ ïîëîñû. Ãåîìåòðè÷åñêèé ïðîôèëü ïîëó÷àåòñÿ èç ðåàëüíîãî ïðîôèëÿ ïîëîñû, åñëè âûðîâíÿòü âñå ìèêðîâûñòóïû è ìèêðîâïàäèíû òàê, ÷òîáû ïëîùàäè âûñòóïàþùèõ ó÷àñòêîâ ïîëíîñòüþ êîìïåíñèðîâàëèñü ïëîùàäüþ ó÷àñòêîâ âïàäèí. Ðåàëüíûé ïðîôèëü èçìåðÿþò ñ ïîìîùüþ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðîôèëîãðàôîâ íà íåêîòîðîé áàçîâîé äëèíå l (íå ìåíåå 100 âûñîò ìèêðîíåðîâíîñòåé). Ãåîìåòðè÷åñêèé æå ïðîôèëü, ñòðîãî ãîâîðÿ, âåëè÷èíà âû÷èñëÿåìàÿ, ïîëó÷àåìàÿ êàê ðåçóëüòàò âûðàâíèâàíèÿ ìèêðîíåðîâíîñòåé. Ñóùåñòâóåò äðóãîå îïðåäåëåíèå ãåîìåòðè÷åñêîãî ïðîôèëÿ. Îáîçíà÷èì hiñ è hiï âûñîòó ìèêðîâûñòóïîâ è ìèêðîâïàäèí â i-õ òî÷êàõ, âçÿòûõ íà áàçîâîé äëèíå. Ïóñòü ÷èñëî òàêèõ òî÷åê ïî âûñòóïàì ðàâíî n, à ïî âïàäèíàì m. Ãåîìåòðè÷åñêèì ïðîôèëåì íàçûâàåòñÿ ïëàâíàÿ ëèíèÿ, îòíîñèòåëüíî êîòîðîé ñðåäíåêâàäðàòè÷íàÿ âûñîòà âûñòóïîâ è âïàäèí îäèíàêîâà: 1 n 2 ∑ hiñ = n i =1
1 m 2 ∑ hiï = Rq . m i =1
Ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêàÿ âûñîòà âûñòóïîâ (è âïàäèí) Rq â íåêîòîðûõ çàðóáåæíûõ ñòàíäàðòàõ èñïîëüçóåòñÿ êàê õàðàêòåðèñòèêà øåðîõîâàòîñòè ïîâåðõíîñòè ëèñòà (íàïðèìåð, â àìåðèêàíñêîì ñòàíäàðòå).  ðîññèéñêîì ñòàíäàðòå îñíîâíîé õàðàêòåðèñòèêîé øåðîõîâàòîñòè ÿâëÿåòñÿ ïîêàçàòåëü R à , êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ êàê ñðåäíÿÿ âûñîòà íåðîâíîñòåé íà áàçîâîé äëèíå: 1 n 1 m Ra = 0,5 ∑ hic + ∑ hiï . n m i =1 i =1
Íàðÿäó ñ ýòèì èñïîëüçóåòñÿ ïîêàçàòåëü Rz, êîòîðûé õàðàêòåðèçóåò ìàêñèìàëüíóþ âûñîòó íåðîâíîñòåé. Äëÿ åãî îïðåäåëåíèÿ íà áàçîâîé äëèíå âûáèðàþò ïÿòü 486
ñàìûõ êðóïíûõ âûñòóïîâ è ïÿòü ñàìûõ ãëóáîêèõ âïàäèí è ñêëàäûâàþò èõ ñðåäíèå çíà÷åíèÿ (ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå): 5
Rz =
∑ hic
i =1
+
5
∑ hiï
i =1
. 5 Ïàðàìåòðû øåðîõîâàòîñòè Ra è Rz âêëþ÷åíû â ðîññèéñêèé ñòàíäàðò íà øåðîõîâàòîñòü ïîâåðõíîñòè 278959, è ïî ýòèì ïîêàçàòåëÿì ÷èñòîòà ïîâåðõíîñòè (øåðîõîâàòîñòü) ìàøèíîñòðîèòåëüíûõ äåòàëåé ïîäðàçäåëÿåòñÿ íà 14 êëàññîâ. Äëÿ õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà ãîñòèðîâàíû òðè êëàññà øåðîõîâàòîñòè ïîâåðõíîñòè. Êëàññó ãëÿíöåâûé ñîîòâåòñòâóåò ïîêàçàòåëü Ra íå âûøå 0,6 ìêì (ïî ÃÎÑÒ 278959 êëàññ 8 è áîëåå), ìàòîâûé ëèñò èìååò ïîêàçàòåëü Ra < 1,6 ìêì, à ëèñò êëàññà øåðîõîâàòûé ñðåäíþþ âûñîòó íåðîâíîñòåé äî Ra < 3,6 ìêì. Íàäî çàìåòèòü, ÷òî âûñîòà íåðîâíîñòåé èãðàåò âàæíóþ ðîëü ïðè øòàìïîâêå ëèñòà. ×åì îíà âûøå (äî îïðåäåëåííûõ ïðåäåëîâ), òåì áîëüøå ñìàçêè óäåðæèâàåòñÿ âî âïàäèíàõ ìèêðîðåëüåôà, òåì íèæå êîýôôèöèåíò òðåíèÿ. Ïðè ïîêðàñêå ëèñòà êðàñêà ïðî÷íåå óäåðæèâàåòñÿ íà øåðîõîâàòîé ïîâåðõíîñòè, ÷åì íà çåðêàëüíîé. Ïîýòîìó íàèáîëåå êà÷åñòâåííûì ëèñòîì äëÿ øòàìïîâêè è ïîêðàñêè ñ÷èòàåòñÿ ëèñò øåðîõîâàòûé, ïðè÷åì òàêîé, ó êîòîðîãî ïîêàçàòåëü Ra îäèíàêîâ â ïðîäîëüíîì è ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèÿõ, òàê êàê ýòî îáåñïå÷èâàåò îäèíàêîâûå óñëîâèÿ òðåíèÿ â îáîèõ íàïðàâëåíèÿõ ïðè øòàìïîâêå. Ìàòîâûé ëèñò ìåíåå êà÷åñòâåííûé, ê òîìó æå ê òàêîìó ëèñòó íå ïðåäúÿâëÿþò òðåáîâàíèé ïî èçîòðîïèè øåðîõîâàòîñòè (ïî ðàâåíñòâó øåðîõîâàòîñòè ïî äëèíå è øèðèíå). Íàèìåíåå öåíåí äëÿ øòàìïîâêè è îêðàñêè ëèñò ñ çåðêàëüíîé ïîâåðõíîñòüþ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ëèñò ñ çåðêàëüíîé ïîâåðõíîñòüþ èìååò áîëåå âûñîêóþ îòðàæàòåëüíóþ ñïîñîáíîñòü, ëó÷øèé òîâàðíûé âèä, ìåíüøóþ ñêëîííîñòü ê êîððîçèè è çàãðÿçíåíèþ, ÷åì øåðîõîâàòûé. Ïðè ïðîèçâîäñòâå íåêîòîðûõ âèäîâ ëèñòà, íàïðèìåð òðàíñôîðìàòîðíîãî, êèíåñêîïíîãî è äð., ñòðåìÿòñÿ ïîëó÷èòü çåðêàëüíûé ëèñò ñ ïîëíûì îòñóòñòâèåì øåðîõîâàòîñòè. Êàæäûé âèä ëèñòà èìååò ñâîþ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ. Äëÿ îöåíêè êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ è ïðî÷íîñòè ñöåïëåíèÿ êðàñêè ñ ïîâåðõíîñòüþ ïîêàçàòåëåé Ra è Rz íåäîñòàòî÷íî. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ òåîðåòè÷åñêèõ ïðîôèëåé ìèêðîíåðîâíîñòåé, èìåþùèõ îäèíàêîâûå çíà÷åíèÿ îáîèõ ïîêàçàòåëåé (ðèñ. 18.2). Òàêèå ðåãóëÿðíûå ïðîôèëè âñòðå÷àþòñÿ ïðè ðåçàíèè ìåòàëëà, íî íå ðåàëèçóþòñÿ ïðè ïðîêàòêå.  ìàøèíîñòðîåíèè óæå ñòàíäàðòèçîâàíû øåñòü ïîêàçàòåëåé øåðîõîâàòîñòè, õîòÿ óñòàíîâëåíî, ÷òî è ýòîãî íåäîñòàòî÷íî. Ïðè îäèíàêîâûõ çíà÷åíèÿõ Ra è Rz ìîæåò áûòü ðàçíîé ïëîòíîñòü çàïîëíåíèÿ ïðîôèëÿ, êîòîðóþ îïðåäåëÿþò êîýôôèöèåíòîì Rð: Rp =
∑ Fc .
F Çäåñü Fñ ñóììàðíàÿ ïëîùàäü (íà êàêîé-òî äëèíå) îò ëèíèè âûñòóïîâ äî ãåîìåòðè÷åñêîãî ïðîôèëÿ è F ñóììàðíàÿ ïëîùàäü ìåæäó ëèíèÿìè âûñòóïîâ è âïàäèí. Åñëè âûñòóïû è âïàäèíû îäèíàêîâû (ñì. ðèñ. 18.2, à, á), òî Rp = 0,5. Äëÿ ïðîôèëÿ, ïðåäñòàâëåííîãî íà ðèñ. 18, â, ïîêàçàòåëü Rp > 0,5, à äëÿ ïðîôèëÿ, 487
à)
Rp Rz
Rz
Rp
Rp Rz
Rz
Rp
Rz
Rp
ïðåäñòàâëåííîãî íà ðèñ. 18, ã, Rp < 0,5. Àíàëîãè÷åí ïîêàçàòåëþ Rp çàðóáåæíûé ïîêàçàòåëü Rsk, êîòîðûé áîëüøå íóëÿ, åñëè Rp > 0,5, è ìåíüøå íóëÿ, åñëè Rp < 0,5. á) ×òîáû ñîçäàòü îïðåäåëåííûé ïðîôèëü âûñòóïîâ è âïàäèí, íåîáõîäèìî ñîîòâåòñòâóþùèé ïðîôèëü íàíåñòè íà ïîâåðõíîñòü ïðîêàòûâàåìûõ âàëêîâ. Ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîêàâ) çàíî, ÷òî îò õàðàêòåðà ïðîôèëÿ ìèêðîðåëüåôà âàëêîâ ñèëüíî çàâèñèò èõ èçíîñ: äëÿ ìåíüøåãî èçíîñà íåîáõîäèìî, ÷òîáû íà ïðîôèëîãã) ðàììå âûñòóïû êîìïàíîâàëèñü ïëîòíåå, ÷åì âïàäèíû. Íàïðèìåð, âàëêè ñ ìèêðîïðîôèëåì, ñ ïîêàçàòåëåì Rsk < 0 (ñì. ðèñ. 18.2, ã), ïîäâåðãàþòñÿ ìåíüøåìó èçíîñó, ÷åì âàëêè, èìåä) þùèå ìèêðîðåëüåô ñ ïîêàçàòåëåì Rsk > 0 (ñì. ðèñ. 18.2, â). Î÷åâèäíî, äëÿ óäåðæàíèÿ ñìàçêè ïðè øòàìïîâêå âàæåí øàã íåðîâíîñòåé t, âû÷èñÐèñ. 18.2. Âèäû øåðåõîâàòîñòè ðåãóëÿðíûõ ïîâåðõíîñòåé ëÿåìûé êàê îòíîøåíèå áàçîâîé äëèíû l (ìì) ê êîëè÷åñòâó âûñòóïîâ è âïàäèí (m+n) íà ýòîé äëèíå: t = l/(m + n).  íåêîòîðûõ çàðóáåæíûõ ñòàíäàðòàõ øàã íåðîâíîñòåé ââîäèòñÿ â âèäå ïîêàçàòåëÿ Sm, à ÷èñëî ïèêîâ íà äëèíå 1 ñì êàê ïîêàçàòåëü Ðñ. Íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ðàâíîìåðíîñòü (ðåãóëÿðíîñòü) ïîâòîðåíèÿ âûñòóïîâ è âïàäèí. Íå ìåíåå âàæíû è äðóãèå ïîêàçàòåëè, íî ïîêà âîïðîñ î èõ âíåäðåíèè â ÃÎÑÒû íà ëèñòîâóþ ïðîäóêöèþ íå ñòàâèòñÿ. Âïðî÷åì, ïðè ïðîèçâîäñòâå ëèñòà òàêèõ ðåãóëÿðíûõ ïîâåðõíîñòåé, êàê ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 18.2, íå ñóùåñòâóåò. 18.3. Ñòàëè äëÿ àâòîìîáèëåñòðîåíèÿ Àâòîìîáèëüíàÿ ïðîìûøëåííîñòü êàê âåäóùàÿ îòðàñëü ìàøèíîñòðîåíèÿ âî ìíîãîì îïðåäåëÿåò òðåáîâàíèÿ ê õîëîäíîêàòàíîìó êîíñòðóêöèîííîìó ëèñòó, îñîáåííî ê õèìè÷åñêîìó ñîñòàâó è ñòðóêòóðå ñòàëåé, òàê êàê îò ýòîãî çàâèñÿò øòàìïóåìîñòü è îñíîâíûå ýêñïëóàòàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè ëèñòà.  ïîñëåäíèå ãîäû ðåçêî âîçðîñëè òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó àâòîìîáèëÿ, ïðî÷íîñòè åãî äåòàëåé, êîìôîðòíîñòè, ýêîëîãè÷íîñòè è ïð. Îäíà èç âàæíåéøèõ çàäà÷ ñíèæåíèå åãî âåñà. Ïîýòîìó ðàçðàáîòàíî è ðàçðàáàòûâàåòñÿ íåñêîëüêî íîâûõ ìàðîê ñòàëè, ñîâåðøåíñòâóåòñÿ òåõíîëîãèÿ èõ ïðîèçâîäñòâà, ïðîâîäÿòñÿ ìåðîïðèÿòèÿ ïî î÷èñòêå ñòàëåé, ñòàáèëèçàöèè èõ ñîñòàâà, ñòðóêòóðû è ñâîéñòâ.  êà÷åñòâå îñíîâíûõ ïîòðåáèòåëüñêèõ ñâîéñòâ àâòîìîáèëüíûõ ñòàëåé âûñòóïàþò ïðî÷íîñòíûå è ïëàñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè: ïðåäåëû ïðî÷íîñòè σâ è òåêó÷åñòè σs, îòíîñèòåëüíîå óäëèíåíèå δ. Âûñîêîêà÷åñòâåííàÿ ñòàëü äëÿ øòàìïîâêè äîëæíà îáëàäàòü íèçêèì íà÷àëüíûì ïðåäåëîì òåêó÷åñòè σs0 = σ0,2 è âûñîêèì ñîïðîòèâëåíèåì ðàçðóøåíèþ σâ, ò. å. âûñîêèì ïîêàçàòåëåì óïðî÷íåíèÿ n (â ôîðìóëå σs = σs0 (1 +εn)). Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî ïðè n > 0,23 ëèñòîâàÿ ñòàëü îáëàäàåò õîðîøåé øòàìïóåìîñòüþ. 488
Ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîêàçàíî, ÷òî ëèñò, èìåþùèé ïðåäåë ïðî÷íîñòè σâz â íàïðàâëåíèè z, ïåðïåíäèêóëÿðíîì ïëîñêîñòè ëèñòà, áîëåå âûñîêèé, ÷åì â åãî ïëîñêîñòè σâ, ëó÷øå ïîääàåòñÿ âûòÿæêå, ÷åì èçîòðîïíûé ìàòåðèàë. Ýòà õàðàêòåðèñòèêà øòàìïóåìîñòè îöåíèâàåòñÿ ïîêàçàòåëåì ðàçðûâà R = σâz /σâ. Ñðåäíåå çíà÷åíèå ïîêàçàòåëÿ R îïðåäåëÿåòñÿ êàê ñðåäíåàðèôìåòè÷åñêîå ïî ÷åòûðåì íàïðàâëåíèÿì â ïëîñêîñòè ïðîêàòêè îòíîñèòåëüíî íàïðàâëåíèÿ ïðîêàòêè: R = Rcp = (R0 +2R45+ R90)/4. Íà íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëÿõ äîñòèãíóòû ïîêàçàòåëè R = 2,52,7. Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè øòàìïóåìîñòè âàæíî çíàòü òàêæå ïîêàçàòåëü ïëîñêîñòíîé àíèçîòðîïèè ∆R =|(σsy σsx|/σs0, ãäå y è x íàïðàâëåíèÿ âäîëü è ïîïåðåê îñè ïðîêàòêè â ïëîñêîñòè ëèñòà. ×åì ìåíüøå ýòîò ïîêàçàòåëü, òåì ðàâíîìåðíåå äåôîðìàöèÿ â ïëîñêîñòè ëèñòà ïðè øòàìïîâêå, ìåíüøå ñêëîííîñòü ê îáðàçîâàíèþ ôåñòîíîâ, âûøå øòàìïóåìîñòü. Âûñîêèå ñâîéñòâà ëèñòà ïî øòàìïóåìîñòè äîñòèãàþòñÿ ïðè ñòðîãîì âûäåðæèâàíèè òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåæèìîâ: î÷èñòêè ñòàëè ïðè âûïëàâêå, òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè è ñìîòêè íà ÍØÏÑ, äåôîðìàöèè è òåðìîîáðàáîòêè ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå. Óâåëè÷åíèå êîëè÷åñòâà óãëåðîäà â ñòàëè ìîæåò ïðèâîäèòü ê ïîâûøåíèþ ñîäåðæàíèÿ â åãî ñòðóêòóðå öåìåíòèòà. Íåæåëàòåëüíû êðóïíûå çåðíà öåìåíòèòà è ðàñïðåäåëåíèå åãî â âèäå êîëîíèé. Ðàçìåð, ôîðìà è ðàñïðåäåëåíèå çåðåí öåìåíòèòà â ôåððèòíîé îñíîâå çàâèñÿò îò ðåæèìîâ âûïëàâêè, ãîðÿ÷åé è õîëîäíîé äåôîðìàöèè, ðåêðèñòàëëèçàöèîííîãî îòæèãà è ïðîöåññîâ ñòàðåíèÿ ñòàëè ïîñëå íåãî. Ýòî âëèÿåò íå òîëüêî íà ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà, íî è íà ñîñòîÿíèå ïîêðûòèÿ ïðè îöèíêîâêå ëèñòà. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì ìåõàíèçìîì óïðî÷íåíèÿ àâòîìîáèëüíûõ ñòàëåé ÿâëÿåòñÿ óïðî÷íåíèå òâåðäîãî ðàñòâîðà àóñòåíèòà. Ïðè ýòîì îñíîâíûå ëåãèðóþùèå ýëåìåíòû ìàðãàíåö, êðåìíèé, ôîñôîð. Óãëåðîä, àçîò, ìåäü òàêæå ïðèâîäÿò ê óïðî÷íåíèþ òâåðäîãî ðàñòâîðà, åñëè íå âõîäÿò â êàðáèäû èëè êàðáîíèòðèäû. Ê íàèáîëåå ñèëüíûì óïðî÷íèòåëÿì òâåðäîãî ðàñòâîðà γ-Fe îòíîñÿò Ñ è N, à òàêæå Ð. Äðóãèì ìåõàíèçìîì óïðî÷íåíèÿ ÿâëÿåòñÿ óïðî÷íåíèå äèñïåðñíûìè ÷àñòèöàìè òèòàíà è/èëè íèîáèÿ è/èëè âàíàäèÿ (äèñïåðñèîííîå óïðî÷íåíèå ñòàëè). Çäåñü ïðèðîñò ïðî÷íîñòè çàâèñèò ãëàâíûì îáðàçîì îò ðàçìåðà (äèñïåðñíîñòè) óïðî÷íÿþùèõ ÷àñòèö, â òî âðåìÿ êàê ðàçìåð ñàìèõ ÷àñòèö îò òåìïåðàòóðíî-ñêîðîñòíûõ ïàðàìåòðîâ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè ñòàëè. Íàëè÷èå ìåëêîäèñïåðñíûõ ÷àñòèö, êàê ïðàâèëî, ïðèâîäèò òàêæå è ê óïðî÷íåíèþ â ðåçóëüòàòå èçìåëü÷åíèÿ çåðíà. Ââåäåíèå íåáîëüøèõ êîëè÷åñòâ Òi è/èëè Nb è/èëè V ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó îñëàáëåíèþ òåêñòóðû è, ñîîòâåòñòâåííî, óìåíüøåíèþ îáúåìíîé è ïðàêòè÷åñêè ïîëíîìó èñ÷åçíîâåíèþ ïëîñêîñòíîé àíèçîòðîïèè. Ýòî ïîçâîëèëî ôèðìå Preussag Stahl çàïàòåíòîâàòü òàê íàçûâàåìóþ èçîòðîïíóþ ìèêðîëåãèðîâàííóþ ñòàëü, îòëè÷àþùóþñÿ ãàðàíòèðîâàííûì îòñóòñòâèåì ïëîñêîñòíîé àíèçîòðîïèè (êîýôôèöèåíò ∆R = 0). Ê îñíîâíûì ìåõàíèçìàì óïðî÷íåíèÿ îòíîñÿò óïðî÷íåíèå âòîðîé ñòðóêòóðíîé ñîñòàâëÿþùåé. Çäåñü íàèáîëüøèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò ñòàëè ñ äâóõôàçíîé ôåððèòîìàðòåíñèòíîé ñòðóêòóðîé (ÄÔÌÑ), à òàêæå ÒÐÈÏ-ñòàëè. 489
Ìèêðîñòðóêòóðà ÄÔÌÑ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ó÷àñòêè ìàðòåíñèòà (âîçìîæíî ïðèñóòñòâèå îñòàòî÷íîãî àóñòåíèòà, íèæíåãî áåéíèòà) â ôåððèòíîé ìàòðèöå. Íàëè÷èå âòîðîé ôàçû äàåò îòñóòñòâèå ïëîùàäêè òåêó÷åñòè íà êðèâîé ðàñòÿæåíèÿ (áåç äðåññèðîâêè) è âûñîêèé òåìï óïðî÷íåíèÿ ïðè äåôîðìàöèè (âûñîêèé ïîêàçàòåëü n), à òàêæå âûñîêèé ïðèðîñò ïðî÷íîñòè ïðè íèçêîòåìïåðàòóðíîì ñòàðåíèè (150200 °Ñ). Îáû÷íî ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà ÄÔÌÑ ïðåäñòàâëÿþò â âèäå ôóíêöèè îò îáúåìíîé äîëè ìàðòåíñèòà. Íåäîñòàòêîì ÄÔÌÑ ÿâëÿåòñÿ âûñîêèé óðîâåíü ïëîñêîñòíîé àíèçîòðîïèè ∆R ïðè íèçêîì êîýôôèöèåíòå Rñð. Òàê íàçûâàåìûå ÒÐÈÏ-ñòàëè, ðàçðàáîòàííûå â ßïîíèè â êîíöå 1970-õ ãîäîâ, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûé ìàòåðèàë ñ òî÷êè çðåíèÿ ñîõðàíåíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ ïëàñòè÷íîñòè (óäëèíåíèÿ) ïðè î÷åíü âûñîêîì óðîâíå ïðî÷íîñòè. Òàêàÿ ïëàñòè÷íîñòü îáåñïå÷èâàåòñÿ ïðåâðàùåíèåì îñòàòî÷íîãî íåóñòîé÷èâîãî àóñòåíèòà â ìàðòåíñèò â ïðîöåññå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïðè øòàìïîâêå.  òàáë. 18.2 ïðåäñòàâëåíû îñíîâíûå ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó ïðåäåëîì ïðî÷íîñòè è îòíîñèòåëüíûì óäëèíåíèåì äëÿ ðàçëè÷íûõ õîëîäíîêàòàíûõ ñòàëåé. Âèäíî, ÷òî â îáëàñòè ïðî÷íîñòè 400600 ÌÏà ïðåèìóùåñòâî èìåþò ôîñôîðèñòûå è äâóõôàçíûå ñòàëè ïî ñðàâíåíèþ ñ ìèêðîëåãèðîâàííûìè ñòàëÿìè.  îáëàñòè íàèáîëåå âûñîêîé ïðî÷íîñòè (600800 ÌÏà è áîëåå) íåñîìíåííîå ïðåèìóùåñòâî ó ÒÐÈÏ-ñòàëåé. Ïðîìûøëåííîå ïðîèçâîäñòâî ÒÐÈÏ-ñòàëåé îñâîåíî â Åâðîïå ôèðìîé Thyssen Krupp, à â ßïîíèè ôèðìîé Ni ppon Steel, ïîëó÷èâøåé íà ïðîêàòå òîëùèíîé 1 ìì σâ = 614 ÌÏà, δ = 36,5 %, R = 0,86, n = 0,215. Òàáëèöà 18.2 Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ðàçëè÷íûõ õîëîäíîêàòàíûõ ñòàëåé
Ñòàëü Íèçêîóãëåðîäèñòàÿ òèïà 08Þ Ìèêðîëåãèðîâàííàÿ èçîòðîïíàÿ Äâóõôàçíàÿ Âûñîêîïðî÷íàÿ IF
σB, ÌÏà 290–310
σ0,2, ÌÏà 180–200
δ, % 40–50
R 1,5–1,8
∆R 0,4–0,7
–
220–280
32–36
1,0–1,2
0
440–480 430–460
260–290 250–270
32–38 34–40
0,9–1,1 1,4–1,6
0,4–0,5 0,3–0,4
Äëÿ âûñîêîé øòàìïóåìîñòè íåîáõîäèì ïîâûøåííûé êîýôôèöèåíò Rñð, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, îáåñïå÷èâàåòñÿ ôîðìèðîâàíèåì â ñòàëè îïðåäåëåííîé êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé òåêñòóðû, êîòîðàÿ â íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëÿõ ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò ôîðì ñóùåñòâîâàíèÿ Ñ è N.  çàâèñèìîñòè îò òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ ïðîêàòà îíè ìîãóò íàõîäèòüñÿ: 1) â òâåðäîì ðàñòâîðå è ÿâëÿòüñÿ ñàìûìè ñèëüíûìè óïðî÷íÿþùèìè ýëåìåíòàìè; 2) â ïåðåõîäíîì ñîñòîÿíèè êîòîðîå óñëîâíî ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå ñõåìû òâåðäûé ðàñòâîðêîíäåíñàöèÿ íà äåôåêòàõ (îáëàêà Êîòðåëëà)ïðåäâûäåëåíèå ÷àñòèö; â ýòîì ñëó÷àå âëèÿíèå òàêèõ ýëåìåíòîâ íà êîìïëåêñ ñâîéñòâ ÿâëÿåòñÿ ñëîæíûì è ÷àñòî äàæå íåáîëüøîå èçìåíåíèå òåõíîëîãèè ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîÿâëåíèþ ïëîùàäêè òåêó÷åñòè è ñèëüíîìó ñòàðåíèþ ñòàëè; 490
3) â âèäå ìåëêîäèñïåðñíûõ êàðáîíèòðèäîâ êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ ñèëüíûìè óïðî÷íèòåëÿìè ïî ìåõàíèçìàì äèñïåðñèîííîãî óïðî÷íåíèÿ è èçìåëü÷åíèÿ çåðíà; 4) â âèäå êðóïíûõ ãðóáûõ êàðáèäîâ è/èëè íèòðèäîâ êîòîðûå ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿþò íà ïðî÷íîñòü, çàòî ìîãóò ñíèçèòü ñîïðîòèâëåíèå õðóïêîìó ðàçðóøåíèþ, îñîáåííî â óñëîâèÿõ öèêëè÷åñêîãî íàãðóæåíèÿ. Êàê ïðàâèëî, óãëåðîä è àçîò íàõîäÿòñÿ â ðàññìàòðèâàåìûõ ñòàëÿõ îäíîâðåìåííî â íåñêîëüêèõ ñîñòîÿíèÿõ, ïðè ýòîì ÷åì áîëüøå èõ àáñîëþòíîå ñîäåðæàíèå, òåì ñèëüíåå ðîëü âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ ôàêòîðîâ è òåì áîëüøå âîçíèêàåò ñëîæíîñòåé ïðè ñîçäàíèè íàäåæíîé òåõíîëîãèè, îáåñïå÷èâàþùåé ãàðàíòèðîâàííûé óðîâåíü ïîòðåáèòåëüñêèõ ñâîéñòâ ñòàëåé. Ïîýòîìó íà÷èíàÿ ñ 1950-õ ãîäîâ íàáëþäàåòñÿ òåíäåíöèÿ ïî ñíèæåíèþ ñîäåðæàíèÿ Ñ è N â òîíêîëèñòîâûõ øòàìïóåìûõ ñòàëÿõ. Óæå â 1970-õ ãîäàõ íåêîòîðûå ìåòàëëóðãè÷åñêèå êîìïàíèè îñâîèëè ïðîìûøëåííîå âàêóóìèðîâàíèå ñòàëè, íà áàçå ÷åãî íà÷àëîñü ïðîèçâîäñòâî ñòàëåé, ñîäåðæàùèõ 0,010,02 % Ñ è ìåíåå 0,008 % N (ýêñòðàíèçêîóãëåðîäèñòûå).  1980-õ ãîäàõ íà áàçå ýòèõ ñòàëåé ïðè äîïîëíèòåëüíîì ëåãèðîâàíèè ôîñôîðîì (äî 0,10 %) ñîçäàþòñÿ òàê íàçûâàåìûå ÂÍ-ñòàëè, èëè ñòàëè ñ ãàðàíòèðîâàííûì óïðî÷íåíèåì ïðè øòàìïîâêå äåòàëåé è îêîí÷àòåëüíûì óïðî÷íåíèåì â ðåçóëüòàòå ñòàðåíèÿ ïðè ïîñëåäóþùåé ñóøêè ëàêîêðàñî÷íîãî ïîêðûòèÿ ïðè 250350 °Ñ. Êîíåö 1980-õ ãîäîâ íà÷àëî ìàññîâîãî ïðîèçâîäñòâà îñîáîíèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé, ñîäåðæàùèõ Ñ è N, êàê ïðàâèëî, íå áîëåå 0,0060,005 %. Ñòîëü íèçêèé óðîâåíü ïîçâîëÿåò äîñòàòî÷íî ëåãêî âûâåñòè ýòè ýëåìåíòû èç òâåðäîãî ðàñòâîðà ïóòåì äîçèðîâàííîãî ìèêðîëåãèðîâàíèÿ Ti è/èëè Nb. Ïðè ýòîì ïîëó÷àþò òàê íàçûâàåìóþ IF-ñòàëü, èëè ñòàëü, ñâîáîäíóþ îò àòîìîâ âíåäðåíèÿ (ñ î÷åíü íèçêèìè èñõîäíûìè ïðî÷íîñòíûìè ñâîéñòâàìè). Ïðè óïðî÷íåíèè òàêèõ ñòàëåé ïî âûøåïåðå÷èñëåííûì ìåõàíèçìàì íàáëþäàåòñÿ ñóùåñòâåííî áîëåå âûñîêèé óðîâåíü ïëàñòè÷åñêèõ ñâîéñòâ, ÷åì ó îáû÷íûõ íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ðÿä çàðóáåæíûõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ ôèðì ðàáîòàåò íàä ñîçäàíèåì òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà ñòàëåé ñî ñâåðõíèçêèì ñîäåðæàíèåì Ñ è N (ìåíåå 0,0010,002 %), à òàêæå óïðî÷íåííûõ ñòàëåé íà èõ îñíîâå. Ýòî íàïðàâëåíèå ìîæíî ñ÷èòàòü íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûì äëÿ ñîçäàíèÿ õîëîäíîêàòàíûõ ñòàëåé ñ σ0,2 > 250270 ÌÏà ñ ñîõðàíåíèåì îñîáî âûñîêîãî óðîâíÿ øòàìïóåìîñòè (δ > 3538 %; R > 1,82,0). Óïðî÷íåííûå IF-ñòàëè ïîçâîëÿþò ñîõðàíÿòü î÷åíü âûñîêèé óðîâåíü êîýôôèöèåíòà R > 1,61,7 ïðè σâ > 400 ÌÏà. Äëÿ ñòàëåé ÄÔÌÑ è ÒÐÈÏ-ñòàëåé õàðàêòåðåí î÷åíü íèçêèé óðîâåíü êîýôôèöèåíòà R = 1,0, õîòÿ äëÿ âûñîêîïðî÷íûõ ñòàëåé åñòü ïóòè åãî ïîâûøåíèÿ. Èíòåíñèâíûå èññëåäîâàíèÿ è ïðîìûøëåííîå âíåäðåíèå òîíêîëèñòîâûõ õîëîäíîêàòàíûõ è ãîðÿ÷åêàòàíûõ ñòàëåé ïîâûøåííîé ïðî÷íîñòè è ïëàñòè÷íîñòè (ÑÏÏ) íà÷àëèñü â ÑØÀ è ßïîíèè â ïåðâîé ïîëîâèíå 1970-õ ãîäîâ â ñâÿçè ñ íåîáõîäèìîñòüþ ñíèæåíèÿ âåñà àâòîìîáèëåé. Ñ êîíöà 1970-õ ãîäîâ ßïîíèÿ ñòàíîâèòñÿ ëèäåðîì â îáëàñòè ñîçäàíèÿ íîâûõ ìàðîê ÑÏÏ è èõ ñåðèéíîãî ïðîèçâîäñòâà. Çäåñü òàêæå íà÷àëè ñ ïîïûòêè ïðèìåíåíèÿ õîëîäíîêàòàíîé ñòàëè ñ âûñîêèì óðîâíåì ïðî÷íîñòíûõ ñâîéñòâ: σâ > 500 ÌÏà, σ0,2 = 340400 ÌÏà, îäíàêî øòàìïóåìîñòü ýòèõ ñòàëåé îêàçàëàñü íåóäîâëåòâîðèòåëüíîé ïî ñðàâíåíèþ ñî ñòàëÿìè ñ σâ > 400 ÌÏà è σ0,2 = 270300 ÌÏà. 491
Ñ íà÷àëà 1980-õ ãîäîâ çà ðóáåæîì, è îñîáåííî â ßïîíèè, îñíîâíîå âíèìàíèå ñòàëè óäåëÿòü ñòàëÿì òàê íàçûâàåìîãî ïðîìåæóòî÷íîãî óðîâíÿ ïðî÷íîñòè, èìåþùèõ σâ = 330400 ÌÏà, σ0,2 = 220280 ÌÏà. Êàê ïðàâèëî, ýòî íèçêîóãëåðîäèñòûå (èëè îñîáîíèçêîóãëåðîäèñòûå) ñòàëè, óïðî÷íåííûå ôîñôîðîì. Ôèðìà Nissan äîâåëà ïðèìåíåíèå ïîäîáíûõ ñòàëåé â ìîäåëÿõ ëåãêîâûõ àâòîìîáèëåé 19821984 ãîäîâ äî 35 % ìàññû ÷åðíîãî êóçîâà, ïðè ýòîì áûëè ñôîðìóëèðîâàíû ñëåäóþùèå òðåáîâàíèÿ ê óðîâíþ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ: σâ > 372 ÌÏà, σ0,2 < 265 ÌÏà, δ > 33 %, R > 1,4. Áûëè ðàçðàáîòàíû ñòàíäàðòû äëÿ ëèñòîâûõ íèçêîóãëåðîäèñòûõ ìàðîê ñòàëè, à òàêæå äëÿ âûñîêîïðî÷íîé ëèñòîâîé ñòàëè, âêëþ÷àÿ õîëîäíîêàòàíóþ ïðî÷íîñòüþ äî 1180 ÌÏà (òàáë. 18.3). Ñòàíäàðòèçîâàíà ãîðÿ÷åîöèíêîâàííàÿ ïðîäóêöèÿ íà áàçå íåêîòîðûõ èç ýòèõ ñòàëåé. Äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ïàíåëåé àâòîìîáèëüíîãî êóçîâà ñòàëà øèðîêî èñïîëüçîâàòüñÿ âûñîêîïðî÷íàÿ ëèñòîâàÿ ñòàëü êëàññà 340 ÌÏà, óïðî÷íÿåìàÿ ãîðÿ÷åé ñóøêîé ïîêðàøåííîé ïîâåðõíîñòè ëèñòà (BH-ñòàëü). BH-ýôôåêò äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò âûäåëåíèÿ äèñïåðñèîííî-òâåðäåþùèõ ÷àñòèö (êàðáèäîâ) ïðè òåìïåðàòóðå ñóøêè îêîëî 300 °Ñ. Ðåãóëèðóÿ ðåæèìû ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè, ïðè ïðîèçâîäñòâå äèñïåðñèîííîóïðî÷íÿåìûõ ñòàëåé ðàçðàáîòàëè âûñîêîïðî÷íóþ ãîðÿ÷åêàòàíóþ ñòàëü êëàññà 590 ÌÏà ñ óëó÷øåííûìè òåõíîëîãè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè ïðè øòàìïîâêå. Ëèñòû èç äâóõôàçíîé ñòàëè òàêæå â õîëîäíîêàòàíîì ñîñòîÿíèè îáëàäàåò âûñîêîé ïëàñòè÷íîñòüþ, ïîêàçûâàåò õîðîøóþ ñïîñîáíîñòü ê ôîðìîèçìåíåíèþ ïðè îáòÿæêå è ê óïðî÷íåíèþ ïðè ãîðÿ÷åé ñóøêå. Õîëîäíîêàòàíóþ ëèñòîâóþ ñòàëü êëàññà ïðî÷íîñòè âûøå 980 ÌÏà ïðèìåíÿþò äëÿ èçãîòîâëåíèÿ óñèëèòåëåé áàìïåðà, äâåðè, äëÿ äðóãèõ àðìèðóþùèõ ýëåìåíòîâ êóçîâà. Ïîâûñèòü ïëàñòè÷íîñòü ñâåðõâûñîêîïðî÷íîé ëèñòîâîé ñòàëè ìîæíî ëèøü â íåáîëüøîé ñòåïåíè, ïîýòîìó âûáîð îïåðàöèé øòàìïîâêè è äåòàëåé, êîòîðûå ìîæíî èçãîòîâèòü, îãðàíè÷åí. Äëÿ ðàñøèðåíèÿ îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ íåîáõîäèìî íå òîëüêî óëó÷øèòü ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëà, íî è ðàçðàáîòàòü íîâûå òåõíîëîãèè îáðàáîòêè åãî äàâëåíèåì. Ýòî íå òîëüêî ðàñøèðèò íîìåíêëàòóðó èçäåëèé èç íèõ, íî è ìîæåò ñïîñîáñòâîâàòü ñíèæåíèþ çàòðàò íà ìàòåðèàë è ñòîèìîñòü îáðàáîòêè.  Ðîññèè â êîíöå 1980-õ ãîäîâ áûëè ñôîðìóëèðîâàíû îñíîâíûå òðåáîâàíèÿ ê õîëîäíîêàòàíûì ñòàëÿì ÷åòûðåõ êëàññîâ ïðî÷íîñòè 24, 28, 32 è 36, à òàêæå ê òîíêîëèñòîâîìó ãîðÿ÷åêàòàíîìó ïðîêàòó ïîâûøåííîé ïðî÷íîñòè (ñîîòâåòñòâåííî, ñ ïðåäåëîì òåêó÷åñòè 240, 280, 320 è 360 ÌÏà). Ðàçðàáîòàííûå â Ðîññèè ÑÏÏ îòíîñÿòñÿ ê ïîêîëåíèþ ñòàëåé 1980-õ ãîäîâ è óñòóïàþò ïî êîìïëåêñó ïîòðåáèòåëüñêèõ ñâîéñòâ ñîâðåìåííûì çàðóáåæíûì ñòàëÿì. Äî íåäàâíåãî âðåìåíè ïðîèçâîäñòâî ÑÏÏ áûëî ñîñðåäîòî÷åíî â îñíîâíîì íà ÎÀÎ ÍËÌÊ. Ïî ïðî÷íîñòíûì õàðàêòåðèñòèêàì õîëîäíîêàòàíûé ñòàëüíîé ïðîäóêò, ïðîèçâîäèìûé íà ÍËÌÊ, ìîæíî óñëîâíî ðàçäåëèòü íà òðè ãðóïïû: 1. Ìàëîïðî÷íûå ñòàëè ñ ïðåäåëîì òåêó÷åñòè äî 205 ÌÏà (êëàññ 20). 2. Ñòàëè ïîâûøåííîé ïðî÷íîñòè ñ σ02 íå ìåíåå 235 ÌÏà (êëàññ 24). 3. Ñòàëè ïîâûøåííîé ïðî÷íîñòè ñ σ02 íå ìåíåå 275 ÌÏà (êëàññ 28). Ê ïåðâîé ãðóïïå äî ïîñëåäíåãî âðåìåíè îòíîñèëàñü òîëüêî ñòàëü 08Þ íèçêîóãëåðîäèñòàÿ ñòàëü, óñïîêîåííàÿ àëþìèíèåì. Òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà ýòîé ñòàëè íà ÍËÌÊ îáåñïå÷èâàåò âûõîä ïðîäóêöèè êàòåãîðèè âûòÿæêè ÂÎÑ è ÎÑ íà óðîâíå 98 %. Ïðîäîëæàþòñÿ ðàáîòû ïî ñîâåðøåíñòâîâàíèþ òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà, íàïðàâëåííûå íà óëó÷øåíèå òåêñòóðû ñòàëè, ñïîñîáñòâóþùåé ïîâûøåíèþ åå øòàìïóåìîñòè (ïîêàçàòåëÿ Rñð) è âûõîäà ïðîêàòà êàòåãîðèè âûòÿæêè ÂÎÑÂ-Ò. 492
Òàáëèöà 18.3 Ìàðêè ñòàëè, ðàçðàáîòàííûå Ôåäåðàöèåé ×Ì ßïîíèè
Âðåìåííîå ñîïðîòèâëåíèå, ÌÏà
Ñòàëü
Ñòàëè ïðîèçâîäñòâà “Kawasaki Steel”
Îáîçíà÷åíèå
Õîëîäíîêàòàíàÿ Íèçêîóãëåðîäèñòàÿ
260, 270
Óïðî÷íÿåìàÿ ïðè ãîðÿ÷åé ñóøêå Îáùåãî íàçíà÷åíèÿ
270, 340
Ñ âûñîêèì îòíîøåíèåì ïðåäåëà ïðî÷íîñòè ê ïðåäåëó òåêó÷åñòè Äëÿ ãëóáîêîé âûòÿæêè Ñ íèçêèì îòíîøåíèåì ïðåäåëà ïðî÷íîñòè ê ïðåäåëó òåêó÷åñòè
440, 590
340–440
340–440 590–1180
JSC270C, D, E, F, Îñîáî íèçêîóãëåðîäèñòàÿ JSC260G áåç ôàç âíåäðåíèÿ JSC270H, Îñîáî íèçêîóãëåðîäèñòàÿ JSC340H JSC (TS value) V Íèçêîóãëåðîäèñòàÿ ñ óïðî÷íåíèåì òâåðäîãî ðàñòâîðà JSC (TS value) R Íèçêîóãëåðîäèñòàÿ äèñïåðñèîííî-óïðî÷íÿåìàÿ Îñîáî íèçêîóãëåðîäèñòàÿ  îñíîâíîì äâóõôàçíàÿ
JSC (TS value) P JSC (TS value) Y
Îöèíêîâàííàÿ îòîææåííàÿ õîëîäíîêàòàíàÿ Íèçêîóãëåðîäèñòàÿ
260, 270
JAC270C, D, E, F, JSC260G
Óïðî÷íÿåìàÿ ïðè ãîðÿ÷åé ñóøêå Îáùåãî íàçíà÷åíèÿ
270, 340
JAC270H, JAC340H JAC (TS value) W
Ñ âûñîêèì îòíîøåíèåì ïðåäåëà òåêó÷åñòè ê ïðåäåëó ïðî÷íîñòè Äëÿ ãëóáîêîé âûòÿæêè
440, 590
JAC440R, JAC590R
340–440
JAC (TS value) P
340–440
Ãëàâíûì îáðàçîì îñîáî íèçêîóãëåðîäèñòàÿ áåç ôàç âíåäðåíèÿ Îñîáî íèçêîóãëåðîäèñòàÿ Ãëàâíûì îáðàçîì íèçêîóãëåðîäèñòàÿ ñ óïðî÷íåíèåì îáðàáîòêîé íà òâåðäûé ðàñòâîð Íèçêîóãëåðîäèñòàÿ äèñïåðñèîííî-óïðî÷íÿåìàÿ Ãëàâíûì îáðàçîì îñîáî íèçêîóãëåðîäèñòàÿ áåç ôàç âíåäðåíèÿ
Ïðîèçâîäèìûå íà ÎÀÎ ÍËÌÊ ôîñôîðèñòûå íèçêîóãëåðîäèñòûå ñòàëè èìåþò ïðåäåë òåêó÷åñòè íå ìåíåå 235 ÌÏà, ÷òî äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò òâåðäîðàñòâîðíîãî óïðî÷íåíèÿ ôîñôîðîì. Ïîñêîëüêó ëåãèðîâàíèå ôîñôîðîì ìèíèìàëüíî ñíèæàåò ïëàñòè÷íîñòü, ýòè ñòàëè îáëàäàþò ïîâûøåííîé ïðî÷íîñòüþ è øòàìïóåìîñòüþ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ íà ÎÀÎ ÍËÌÊ îòðàáàòûâàåòñÿ òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà ñòàëè ñ ãàðàíòèðîâàííûì óðîâíåì ÂÍ-ýôôåêòà.  ïîñëåäíèå ãîäû ðàáîòû, ïðîâîäèìûå íà ÎÀÎ ÍËÌÊ, èìåþò öåëüþ ñîçäàòü òåõíîëîãèè âûïëàâêè, âàêóóìèðîâàíèÿ è ðàçëèâêè, îáåñïå÷èâàþùèå ïîëó÷åíèå çàäàííîãî õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà â óçêèõ ïðåäåëàõ, è îïòèìèçèðîâàòü ðåæèìû ãîðÿ÷åé è õîëîäíîé ïðîêàòêè è îòæèãà äëÿ ïîëó÷åíèÿ êà÷åñòâåííîé 493
IF-ñòàëè. Äîñòèãíóòûé óðîâåíü õàðàêòåðèñòèê ýòèõ ñòàëåé ñóùåñòâåííî îòëè÷àåòñÿ îò ñòàëåé, ïðîèçâîäèìûõ íà áàçå ñòàëè 08Þ. Ñðåäè ñòàëåé ïåðâûõ äâóõ ãðóïï îñîáûé èíòåðåñ äëÿ àâòîìîáèëüíîé ïðîìûøëåííîñòè ïðåäñòàâëÿþò ñòàëè IF âûñîêîïðî÷íûå è ñ ÂÍ-ýôôåêòîì êàê èìåþùèå ëó÷øåå ñî÷åòàíèå ïðî÷íîñòè è ïëàñòè÷íîñòè. Ìèíèìàëüíûé óðîâåíü ïðåäåëà òåêó÷åñòè ýòèõ ñòàëåé ñîñòàâëÿåò 190240 ÌÏà. Òðåòüÿ ãðóïïà ñòàëåé (êëàññ 28) ïðåäñòàâëåíà ñòàëÿìè 08ÐÑÞÒ, 07ÐÁÞ, êîìïëåêñíî óïðî÷íåííûìè êàðáîíèòðèäàìè òèòàíà è íèîáèÿ è ýëåìåíòàìè, âõîäÿùèìè â òâåðäûé ðàñòâîð ôåððèòà (Ìn, Si). Íà ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü òàêæå îñâàèâàåòñÿ ïðîèçâîäñòâî IF-ñòàëè (òàáë. 18.4). Òàáëèöà 18.4 Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ñòàëè êëàññà IF â ñîòûõ äîëÿõ ïðîöåíòà
Ïðîèçâîäñòâî
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Cu
Al
N
Ti
Nb
Ñåâåðñòàëü
0,2
1
12
0,5
0,3
3
2
3
4
0,5
5
4
Ìèðîâîå
0,2
0,9
14
0,8
0,8
–
–
–
4
0,2
5
2
Âûÿâëåíî, ÷òî ñóùåñòâåííûé ôàêòîð, âëèÿþùèé íà óðîâåíü ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ, ñîäåðæàíèå òèòàíà è íèîáèÿ â çàâèñèìîñòè îò ñòåõèîìåòðè÷åñêîãî ñîîòíîøåíèÿ óêàçàííûõ ýëåìåíòîâ, óãëåðîäà, ñåðû è àçîòà. Åñëè ñîäåðæàíèå Ti è Nb, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ ñèëüíûìè êàðáèäîîáðàçóþùèìè, ìåíüøå ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ, òî èõ íåäîñòàòî÷íî äëÿ ñâÿçûâàíèÿ óãëåðîäà, àçîòà è ñåðû. Ñëåäîâàòåëüíî, ñòðóêòóðà íå ñòàáèëèçèðîâàíà, è ïðè òàêîì ñîîòíîøåíèè íàáëþäàåòñÿ ïîâûøåííûé ïðåäåë òåêó÷åñòè (áîëåå 180 ÌÏà) è ïîíèæåííîå îòíîñèòåëüíîå óäëèíåíèå (ìåíåå 42 %). Òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà ñòàëè òèïà IF ïîñòîÿííî ñîâåðøåíñòâóåòñÿ è íà äàííûé ìîìåíò ïîçâîëÿåò ïðîèçâîäèòü õîëîäíîêàòàíûé ïðîêàò, îáëàäàþùèé ñëåäóþùèìè ñâîéñòâàìè: σ0,2 = 140170 ÌÏà; σâ = 290320 ÌÏà; δ = 4248 %; êîýôôèöèåíò ðàçðûâà R = 2,02,5; n = 0,210,24. Ïîëó÷åííûé óðîâåíü ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ñîîòâåòñòâóåò òðåáîâàíèÿì ïî ÃÎÑÒ 9045 êàòåãîðèè ÂÎÑÂ-Ò, à îòíîñèòåëüíîå óäëèíåíèå íèæíåìó ïðåäåëüíîìó çíà÷åíèþ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ àêòèâíî âåäóòñÿ ðàáîòû, íàïðàâëåííûå íà óâåëè÷åíèå ïëàñòè÷íîñòè. 18.4. Òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà êîíñòðóêöèîííîãî ëèñòà Èñõîäíîé çàãîòîâêîé äëÿ ïðîèçâîäñòâà õîëîäíîêàòàíîãî àâòîìîáèëüíîãî è äðóãîãî êîíñòðóêöèîííîãî ëèñòà ÿâëÿåòñÿ ãîðÿ÷åêàòàíûé ëèñò â ðóëîíàõ, ïîñòóïàþùèé ïî ïîäçåìíîìó òðàíñïîðòåðó ñ øèðîêîïîëîñíîãî ñòàíà. Òîëùèíà ýòîãî ëèñòà îáû÷íî îêîëî 2 ìì. Ïðèâåäåì ïîðÿäîê îïåðàöèé, êîòîðûì ïîäâåðãàåòñÿ ëèñò â öåõå õîëîäíîé ïðîêàòêè: ñíÿòèå îêàëèíû ñ ïîâåðõíîñòè, ïîäãîòîâêà ïîâåðõíîñòè ëèñòà äëÿ ïðîêàòêè; ïðîêàòêà íà ñòàíå õîëîäíîé ïðîêàòêè; 494
ðåêðèñòàëëèçàöèîííûé îòæèã; äðåññèðîâêà; îáðàáîòêà íà àãðåãàòàõ ïðîäîëüíîé è ïîïåðå÷íîé ðåçêè, êîíòðîëü êà÷åñòâà, ñîðòèðîâêà è óïàêîâêà ïðîäóêöèè. Ðàññìîòðèì êàæäóþ òåõíîëîãè÷åñêóþ îïåðàöèþ ïîäðîáíåå.
27 IV 28
18
7
6
2
8
19
9
III I II
X
IX
12
15
10
17
22
11
20 21
16 13
14 VII
1
20
25
23
V
29
26
24 IV 5
3
VIII
4
Ðèñ. 18.3. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ïðîèçâîäñòâà õîëîäíîé ïðîêàòêè ëèñòà (ÏÕË) ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü: I ó÷àñòîê ïîäãîòîâêè ïðîèçâîäñòâà; II ïðîëåò ñòàíîâ; III ó÷àñòîê êîëïàêîâûõ ïå÷åé; IV ó÷àñòîê ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ ñòàëåé; V öåõ ïîêðûòèé ìåòàëëà; VI öåõ òðàâëåíèÿ ìåòàëëà; VII ïðîëåò ñîðòèðîâêè è óïàêîâêè õîëîäíîêàòàíîãî ìåòàëëà; VIII ñêëàä ðóëîíîâ; IX ñêëàä ãîðÿ÷åêàòàíûõ ðóëîíîâ; X ñêëàä òðàâëåíûõ ðóëîíîâ; 1 4-êëåòåâîé ñòàí; 2 5-êëåòåâîé ñòàí; 35 àãðåãàòû íåïðåðûâíîãî òðàâëåíèÿ ¹ 13; 69 êîëïàêîâûå ïå÷è äëÿ îòæèãà, áëîêè ¹ 14; 10, 11 äðåññèðîâî÷íûå ñòàíû ¹ 1 è 2; 1222 àãðåãàòû ïîïåðå÷íîé ðåçêè ÀÏÐ ¹ 111; 23 àãðåãàò ïðîäîëüíîé ðåçêè; 24 àãðåãàò êîìáèíèðîâííîé ðåçêè; 25 àãðåãàò íåïðåðûâíîãî ãîðÿ÷åãî àëþìèíèðîâàíèÿ (ÀÍÃÀ); 26 àãðåãàò íåïðåðûâíîãî ãîðÿ÷åãî öèíêîâàíèÿ (ÀÃÍÖ); 27, 28 êîìáèíèðîâàííûå àãðåãàòû îáðàáîòêè äèíàìíîé ñòàëè, ëèíèè À è Á; 29 àãðåãàò ïåðåìîòêè è îñìîòðà îöèíêîâàííûõ ïîëîñ
 êà÷åñòâå ïðèìåðà ïðèâåäåì ñõåìó ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ïðîèçâîäñòâà äëÿ ïðîêàòêè õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà, ñîñòîÿùåãî èç ÷åòûðåõ öåõîâ, òåõíîëîãè÷åñêè ñâÿçàííûõ ìåæäó ñîáîé (ðèñ. 18.3). 18.4.1. Ñíÿòèå îêàëèíû Îñâîáîæäåíèå ïîâåðõíîñòè ëèñòà îò îêàëèíû ïðîèñõîäèò íà àãðåãàòàõ íåïðåðûâíîãî òðàâëåíèÿ (ÀÍÒ). Ïðèâåäåì ñõåìó òèïîâîãî ÀÍÒ (ðèñ. 18.4). Î÷åðåäíîé ðóëîí ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà óñòàíàâëèâàåòñÿ íà íàêîïèòåëü ðóëîíîâ 1, à çàòåì ïåðåäàåòñÿ íà ðàçìàòûâàòåëü 2. Ïåðåäíèé êîíåö ðóëîíà çàïðàâëÿåòñÿ â ðîëèêîïðàâèëüíóþ ìàøèíó 3 è ïîñëå ïðàâêè âûðàâíèâàåòñÿ íà íîæíèöàõ 4 äëÿ ïîñëåäóþùåé ñâàðêè êîíöîâ ðóëîíîâ íà ñâàðî÷íîì àãðåãàòå 5. 495
1
2
3
4
5
6
7
8
8
9
9
10
11
12
13 14
15
Ðèñ. 18.4. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ òèïîâîãî ÀÍÒ: 1 íàêîïèòåëü ðóëîíîâ; 2 ðàçìàòûâàòåëü; 3 ðîëèêîïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 4 íîæíèöû; 5 ñâàðî÷íûé àãðåãàò; 6 ïåòëåâîå óñòðîéñòâî; 7 äðåññèðîâî÷íûé ñòàí; 8 êèñëîòíûå âàííû; 9 ïðîìûâî÷íûå âàííû; 10 ñóøèëî; 11 òÿíóùèé áàðàáàí; 12 íîæíèöû; 13 òÿíóùèå ðîëèêè; 14 ìîòàëêà; 15 ãîòîâûå ðóëîíû
Ñâàðêà âñòûê ïîä ñëîåì ôëþñà îáåñïå÷èâàåò âûñîêîå êà÷åñòâî ñâàðêè. Ïîñêîëüêó ñâàðî÷íûé ãðàò âûñòóïàåò íàä ïîâåðõíîñòüþ ëèñòà, åãî ñ÷èùàþò ñ ïîìîùüþ ãðàòîñíèìàòåëÿ, ïðåäñòàâëÿþùåãî ñîáîé ñèñòåìó ðåçöîâ ðàçíîãî òèïà. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïîñëå çà÷èñòêè íà øâå ñîõðàíÿåòñÿ óòîëùåíèå ïî ñðàâíåíèþ ñ îñòàëüíîé ÷àñòüþ ëèñòà ïðèìåðíî íà 0,1 ìì. Ïðè ïîñëåäóþùåé ïðîêàòêå ýòî áóäåò èìåòü áîëüøîå çíà÷åíèå. Ïîýòîìó ìåñòî øâà íåîáõîäèìî ïîìåòèòü. Íà îäíèõ àãðåãàòàõ â ñâàðíîé øîâ âíîñÿò èçîòîïû ìåòàëëîâ, íà äðóãèõ ðÿäîì ñî øâîì ïðîáèâàþò îòâåðñòèå íà ñïåöèàëüíîì íåáîëüøîì ïðåññå. Ïîñëå ñâàðî÷íîé ìàøèíû ïðîöåññ ñòàíîâèòñÿ íåïðåðûâíûì, è, ÷òîáû îáåñïå÷èòü åãî ñòàáèëüíîñòü, íåîáõîäèìî ïåòëåâîå óñòðîéñòâî 6. Âî-ïåðâûõ, îíî ñîçäàåò îïðåäåëåííûé çàïàñ ïîëîñû íà ìîìåíò ñâàðêè, êîòîðàÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ â íåïîäâèæíîì ñîñòîÿíèè êîíöîâ ïîëîñ. Âî-âòîðûõ, äëÿ ïðîõîæäåíèÿ âñåõ ïîñëåäóþùèõ àãðåãàòîâ íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü ïîñòîÿíñòâî íàòÿæåíèÿ ïîëîñû, êîòîðîå ïîääåðæèâàåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè ñ ïîìîùüþ ïåòëåðåãóëÿòîðîâ, âõîäÿùèõ â ñîñòàâ ïåòëåâîãî óñòðîéñòâà. Âñå ïåðå÷èñëåííûå ýëåìåíòû ãîëîâíàÿ ÷àñòü ÀÍÒ. Íàáîð îáîðóäîâàíèÿ ýòîé ÷àñòè ïðàêòè÷åñêè îäèí è òîò æå äëÿ âñåõ íåïðåðûâíûõ àãðåãàòîâ, ñ êîòîðûìè ìû áóäåì çíàêîìèòüñÿ äàëåå, õîòÿ, êîíå÷íî, êîíñòðóêòèâíîå îôîðìëåíèå èõ ìîæåò áûòü ðàçíûì. Äàëåå ïî òåõíîëîãè÷åñêîé öåïî÷êå óñòàíîâëåí äðåññèðîâî÷íûé ñòàí 7. Äðåññèðîâêà ýòî äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà â âàëêàõ ñòàíà êâàðòî ñ îáæàòèåì 35 %. Õðóïêàÿ îêàëèíà ðàçëàìûâàåòñÿ è ÷àñòè÷íî (äî 13 % îáùåé ìàññû) îñûïàåòñÿ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðèìåíåíèå äðåññèðîâêè ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ â 1,51,8 ðàçà.  ïîñëåäíåå âðåìÿ çà ðóáåæîì âìåñòî äðåññèðîâî÷íîé êëåòè ïåðåä ïðàâèëüíîé ìàøèíîé óñòàíàâëèâàþò èçãèáíî-ðàñòÿæíóþ ìàøèíó, ïðåäñòàâëÿþùóþ ñîáîé òðè ðîëèêà, âîêðóã êîòîðûõ îãèáàåòñÿ ïîëîñà. Ïðè äåôîðìàöèè 0,7 1,5 % (çíàêîïåðåìåííûé èçãèá ñ ðàñòÿæåíèåì) îêàëèíà ðàñòðåñêèâàåòñÿ, è äî 23 % åå îñûïàåòñÿ. Ýòî ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ íà 30 %. Èçãèáíîðàñòÿæíàÿ ìàøèíà äåøåâëå, êîíñòðóêòèâíî ïðîùå, ÷åì äðåññèðîâî÷íûé ñòàí, è ñïîñîáñòâóåò óëó÷øåíèþ ïëîñêîñòíîñòè ïîäêàòà, ïîýòîìó ìíîãèå ôèðìû íà÷èíàÿ ñ 1980 ãîäà ïðîåêòèðóþò òîëüêî òàêèå ÀÍÒ. Äëÿ ëó÷øåãî óäàëåíèÿ îêàëèíû ïîñëå èçãèáíî-ðàñòÿæíîé ìàøèíû ðàñïîëàãàþò äðîáåìåòíóþ óñòàíîâêó.  ðåçóëüòàòå ñòåïåíü î÷èñòêè îò îêàëèíû óâåëè÷èâàåòñÿ äî 9095 %, à ïðîäîëæèòåëüíîñòü òðàâëåíèÿ ñîêðàùàåòñÿ ïî÷òè íà 90 %. Çà ðóáåæîì è â Ðîññèè èìåþòñÿ òåõíîëîãèè, ïîçâîëÿþùèå ïî÷òè ïîëíîñòüþ óäàëÿòü îêàëèíó ìåõàíè÷åñêèì ïóòåì çà ñ÷åò ãèäðîàáðàçèâíîé îáðàáîòêè ÷óãóííûìè ïîðîøêàìè. Ïðè ýòîì òðàâëåíèå ïîëíîñòüþ íå èñêëþ÷àåòñÿ, îíî âûïîëíÿåò ðîëü ôèíèøíîé îïåðàöèè. 496
Ïîñëå òðàâëåíèÿ ëèñò ïðîõîäèò ðÿä âàíí 9 (ñì. ðèñ. 18.4), â êîòîðûõ ñíà÷àëà åãî ïðîìûâàþò â ãîðÿ÷åé âîäå, çàòåì îñòàòêè êèñëîòû óäàëÿþò â íåéòðàëèçóþùèõ ùåëî÷íûõ ðàñòâîðàõ, è ïîñëå ïðîìûâêè â õîëîäíîé âîäå îí ïîñòóïàåò â ñóøèëüíóþ ïå÷ü 10. Èíîãäà ñóøêó ïîëîñû îñóùåñòâëÿþò ñòðóÿìè ãîðÿ÷åãî âîçäóõà. Ïîñëå òîãî êàê ëèñò ïðîøåë ïðîìàñëèâàþùóþ êàìåðó, çàïîëíåííóþ ìàñëÿíûì òóìàíîì, îí ïîêðûâàåòñÿ ìåëêèìè êàïåëüêàìè ñìàçêè. Ýôôåêòèâíî ïðèìåíåíèå ïðîìàñëèâàþùèõ êàìåð, îñóùåñòâëÿþùèõ ïðîìàñëèâàíèå ëèñòà â ýëåêòðîñòàòè÷åñêîì ïîëå. Äàëåå ëèñò íåîáõîäèìî ðàçäåëèòü íà íîæíèöàõ 12 è ñìîòàòü â îòäåëüíûå ðóëîíû íà ìîòàëêàõ 14. Ïðè ýòîì ñóùåñòâóåò äâà âàðèàíòà. Íà ñîâðåìåííûõ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ êîìáèíàòàõ ðàçðåçàþò áåñêîíå÷íóþ ïîëîñó òî÷íî ïî ìåñòó ñâàðêè, âûðåçàÿ óòîëùåííûå ìåñòà ñâàðêè. Ïðè òàêîé òåõíîëîãèè ìàññà ðóëîíà äî è ïîñëå îáðàáîòêè íà ÀÍÒ îäèíàêîâà. Íà ñîâðåìåííûõ âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûõ ÍØÏÑ, êàê èçâåñòíî, ìàññà ðóëîíà äîñòèãàåò 3640 ò. Ýòî îáåñïå÷èâàåò ìàêñèìàëüíóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü îáîèõ ñòàíîâ. Îäíàêî íà ìíîãèõ ØÏÑ, èñïîëüçóþùèõ êàòàíûå ñëÿáû äëÿ ïðîêàòêè, ìàññà ãîðÿ÷åêàòàíîãî ðóëîíà çíà÷èòåëüíî ìåíüøå òðåáóåìîé äëÿ õîëîäíîé ïðîêàòêè. Íà ÀÍÒ óêðóïíÿþò ðóëîí, ñìàòûâàÿ â îäèí íåñêîëüêî ïåðâîíà÷àëüíûõ ðóëîíîâ. Íà ãîòîâîì ðóëîíå ìîæåò ñîõðàíèòüñÿ ïðèìåðíî ÷åòûðå-ïÿòü øâîâ. Òåõíîëîãèÿ õîëîäíîé ïðîêàòêè ðóëîíà ñî øâàìè çíà÷èòåëüíî ñëîæíåå, à ïðîèçâîäèòåëüíîñòü íèæå, ÷åì ïðè èõ îòñóòñòâèè. Íà ñîâðåìåííûõ ÀÍÒ ïåðåä ñìîòêîé ïîëîñû â ðóëîí ââîäÿò åùå îäíó òåõíîëîãè÷åñêóþ îïåðàöèþ îáðåçêó äèñêîâûìè íîæíèöàìè êðîìîê ëèñòà íà 1015 ìì ñ äâóõ ñòîðîí. Ïîäêàò ñ îáðåçàííûìè êðîìêàìè ïðè ïðîêàòêå íà ñòàíå õîëîäíîé ïðîêàòêè îáåñïå÷èâàåò ïî÷òè èäåàëüíóþ ïëàíøåòíîñòü ëèñòà. Îñíîâíàÿ òåõíîëîãè÷åñêàÿ îïåðàöèÿ íà ÀÍÒ òðàâëåíèå ïîëîñû. Äëÿ áîëüøèíñòâà ñóùåñòâóþùèõ àãðåãàòîâ èñïîëüçóþò ñåðíóþ êèñëîòó êîíöåíòðàöèåé îêîëî 25 %. Òåìïåðàòóðà êèñëîòíîé âàííû ïîâûøàåòñÿ äî 96 °Ñ, òàê êàê ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû ðåçêî âîçðàñòàåò ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ. Íà ïîâåðõíîñòè ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà îêàëèíà èìååò òîëùèíó ïðèìåðíî 3040 ìêì. Òîëùèíà è ñîñòàâ îêàëèíû çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû êîíöà ïðîêàòêè è ñìîòêè. Íàðóæíûé ñëîé îêàëèíû ñîñòîèò èç ãåìàòèòà Fe2O3, òîëùèíà åãî íå ïðåâûøàåò 12 % îáùåé òîëùèíû îêàëèíû. Ãåìàòèò ýòî ïîðîøîê áåëîãî öâåòà, êîòîðûé ëåãêî óäàëÿåòñÿ ñ ïîâåðõíîñòè è òðàâèòñÿ â ñåðíîé êèñëîòå. Ñëåäóþùèé ñëîé îêàëèíû ìàãíåòèò Fe3O4 çàíèìàåò 34 % îáùåé òîëùèíû è íå ðåàãèðóåò ñ ñåðíîé êèñëîòîé. Òîëùèíà è ïëîòíîñòü ìàãíåòèòà çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû ñìîòêè ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà, è ÷åì îíà íèæå, òåì ìåíüøå è ðûõëåå ñëîé ìàãíåòèòà, òåì ëåã÷å è áûñòðåå ïðîõîäèò ïðîöåññ òðàâëåíèÿ. Öåëü äðåññèðîâêè ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû ðàçëîìàòü ñëîé ìàãíåòèòà è äàòü âîçìîæíîñòü ïðîíèêíóòü êèñëîòå ê îñíîâíîìó ñëîþ îêàëèíû âþñòèòó FeO, çàíèìàþùåìó äî 95 % îáùåãî ñëîÿ îêàëèíû. Ñêîðîñòü ðåàêöèè âþñòèòà ñ êèñëîòîé îïðåäåëÿåò ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïðîöåññà òðàâëåíèÿ â öåëîì. Îáðàçîâàâøèéñÿ â ðåçóëüòàòå õèìè÷åñêîé ðåàêöèè âîäîðîä, ñ îäíîé ñòîðîíû, ïîëåçåí, òàê êàê ñïîñîáñòâóåò îòäåëåíèþ ìàãíåòèòîâûõ ó÷àñòêîâ, êîòîðûå ïîñëå îòäåëåíèÿ îñåäàþò íà äíå êèñëîòíîé âàííû. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, âîäîðîä âðåäåí, ïîòîìó ÷òî âíåäðÿåòñÿ â ïîâåðõíîñòíûé ñëîé çäîðîâîãî ìåòàëëà, îõðóï÷èâàÿ åãî. 497
×òîáû ïðåäîòâðàòèòü âîäîðîäíóþ õðóïêîñòü ìåòàëëà, â êèñëîòíóþ âàííó äîáàâëÿþò èíãèáèòîðû ñëîæíûå ðàñòâîðû íà îñíîâå îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, âûäåëÿþùèå ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûå âåùåñòâà, êîòîðûå ìàñëÿíîé ïëåíêîé îáâîëàêèâàþò ïîâåðõíîñòü îñíîâíîãî ìåòàëëà, ïðåïÿòñòâóÿ ïðîíèêíîâåíèþ âîäîðîäà. Ïëåíêà äîëæíà áûòü äîñòàòî÷íî ïëîòíîé, ÷òîáû ïîëíîñòüþ è íàäåæíî çàùèòèòü ïîâåðõíîñòü ìåòàëëà. Íî òîëñòûå ïëåíêè âðåäíû, ïîñêîëüêó ïîñëå òðàâëåíèÿ ïëîõî ñìûâàþòñÿ â âîäíûõ âàííàõ è ìîãóò ñîõðàíèòüñÿ ïîñëå ïðîêàòêè íà ïîâåðõíîñòè ãîòîâîãî ëèñòà â âèäå ãðÿçíûõ ïÿòåí. Òàêèì îáðàçîì, êà÷åñòâî èíãèáèòîðà îïðåäåëÿåòñÿ åãî ñïîñîáíîñòüþ ïðåäîòâðàùàòü âîäîðîäíóþ õðóïêîñòü, íî íå îñòàâëÿòü òîëñòûõ ìàñëÿíûõ ïÿòåí íà ãîòîâîì ïðîêàòå. Èäåàëüíûõ èíãèáèòîðîâ íå ñóùåñòâóåò, ïîýòîìó ïîñòîÿííî âåäóòñÿ ïîèñêè íîâûõ ñîñòàâîâ. Âî ìíîãèõ ñîâðåìåííûõ öåõàõ õîëîäíîé ïðîêàòêè íà ÀÍÒ ïðèìåíÿþò ñîëÿíóþ êèñëîòó. Îíà ïðèâëåêàåò òåì, ÷òî ñî âñåìè îêèñëàìè æåëåçà ðåàãèðóåò îäèíàêîâî è íà 4060 % áûñòðåå, ÷åì ñåðíàÿ êèñëîòà. Ïðè ýòîì âåðîÿòíîñòü ïîÿâëåíèÿ âîäîðîäíîé õðóïêîñòè çíà÷èòåëüíî óìåíüøàåòñÿ. Åå ìîæíî ïîëíîñòüþ ïðåäîòâðàòèòü ïðè èñïîëüçîâàíèè äåøåâûõ èíãèáèòîðîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ áîëåå òîíêèå è ìåíåå ïëîòíûå ïëåíêè, ÷åì ïðè ñåðíîêèñëîòíîì òðàâëåíèè. Ñîëÿíîêèñëîòíîå òðàâëåíèå ñíèæàåò ñåáåñòîèìîñòü ýòîé îïåðàöèè íà 2025 %, õîòÿ ñîëÿíàÿ êèñëîòà çíà÷èòåëüíî äîðîæå ñåðíîé. Îäíàêî òðàâëåíèå â ñîëÿíîé êèñëîòå îðãàíèçàöèîííî ñëîæíåå, ÷åì â ñåðíîé. Òðåáóþòñÿ áîëåå ñëîæíûå çàêðûòûå âàííû, êàê ïðàâèëî áàøåííîãî òèïà. Íåîáõîäèìû ñïåöèàëüíûå ó÷àñòêè öåõà, îñóùåñòâëÿþùèå õðàíåíèå, ðåãåíåðàöèþ, òðàíñïîðòèðîâêó ñåðíîé êèñëîòû â ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáîâàíèÿìè òåõíèêè áåçîïàñíîñòè. Ìíîãèå çàâîäû, èñïîëüçóþùèå ñåðíóþ êèñëîòó, ïûòàþòñÿ ïåðåéòè íà ñîëÿíóþ êèñëîòó. Îäíàêî ýòî î÷åíü ñëîæíî, ïîòîìó ÷òî ó÷àñòîê òðàâëåíèÿ íåîáõîäèìî ïîëíîñòüþ ïåðåäåëàòü. Ñîëÿíàÿ êèñëîòà î÷åíü àãðåññèâíà è ëåòó÷à, è ïðè åå èñïîëüçîâàíèè òðåáóþòñÿ îñîáûå ñðåäñòâà òåõíèêè áåçîïàñíîñòè. Åå íåëüçÿ õðàíèòü â ìåòàëëè÷åñêîé ïîñóäå, êàê ñåðíóþ, íåëüçÿ ïðèìåíÿòü îòêðûòûõ âàíí è õðàíèòü â îòêðûòûõ åìêîñòÿõ. 18.4.2. Ïðîêàòêà Ïðîìàñëåííûå ðóëîíû ïîñòóïàþò íà ñòàí õîëîäíîé ïðîêàòêè. Íàèáîëåå ïðîèçâîäèòåëüíûìè ÿâëÿþòñÿ íåïðåðûâíûå ñòàíû, èìåþùèå òðè-øåñòü êëåòåé êâàðòî è îáðàçóþùèå íåïðåðûâíóþ ãðóïïó. Ïðèâåäåì êîíñòðóêöèþ 5-êëåòåâîãî íåïðåðûâíîãî ñòàíà 1200 ÌÌÊ, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ïðîêàòêè òîíêîãî ëèñòà è æåñòè òîëùèíîé îò 0,15 äî 0,6 ìì (ðèñ. 18.5). Ïåðåä êëåòÿìè ðàñïîëîæåí ðàçìàòûâàòåëü ðóëîíîâ, à ïîñëå ñòàíà ìîòàëêà äëÿ íàìîòêè ãîòîâûõ ðóëîíîâ. Ïðè ïðîêàòêå íà íåïðåðûâíîì ñòàíå ïîëîñà ïîñòóïàåò â ïåðâóþ êëåòü íà çàïðàâî÷íîé ñêîðîñòè 35 ì/ñ (ðåæå äî 8 ì/ñ), òàê êàê ìîòàëêè íàäåæíî ðàáîòàþò ïðè íèçêèõ ñêîðîñòÿõ (íå áîëåå 10 ì/ñ). Ïîñëå çàõâàòà ìîòàëêîé ïåðåäíåãî êîíöà ðóëîíà ñòàí ðàçãîíÿåòñÿ äî ðàáî÷åé ñêîðîñòè 3035 ì/ñ. Çàäíèé êîíåö ðóëîíà âûõîäèò èç êëåòåé ñòàíà òàêæå ñ çàïðàâî÷íîé ñêîðîñòüþ, òàê êàê ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ çà ñ÷åò ñèëüíûõ êîëåáàíèé è óäàðîâ î äåòàëè ñòàíà îí ðàçðóøàåòñÿ. Ïðè ïðîêàòêå øâîâ íåîáõîäèìî ñíèæàòü ñêîðîñòü ïðîêàòêè äî íåêîòîðîé ïðîìåæóòî÷íîé ñêîðîñòè, òàê êàê ïðè âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ âåëèêè äèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè è âîçðàñòàåò îïàñíîñòü îáðûâà ëèñòà ìåæäó êëåòÿìè. 498
∅1300 ∅500
Õîä 2500
5500
4000
4000
4000
4000
3750
Ðèñ. 18.5. Íåïðåðûâíûé ñòàí õîëîäíîé ïðîêàòêè ëèñòà 1200
Ñîâðåìåííûå ðàçðàáîòêè, íàïðàâëåííûå íà óñòðàíåíèå ýòèõ íåäîñòàòêîâ, ïðåäóñìàòðèâàþò ñòðîèòåëüñòâî ñòàíîâ, ïîçâîëÿþùèõ ïðîèçâîäèòü áåñêîíå÷íóþ ïðîêàòêó ëèñòà. Íà ñòàíå áåñêîíå÷íîé ïðîêàòêè ïðîèçâîäèòåëüíîñòü âûøå è ïðîöåññ ïðîêàòêè ïðîòåêàåò ñòàáèëüíåå, ÷åì íà íåïðåðûâíîì ñòàíå. Ïðèâåäåì ñõåìó ñòàíà 1420 áåñêîíå÷íîé ïðîêàòêè (ßïîíèÿ ðèñ. 18.6). Ãîëîâíàÿ ÷àñòü òðàäèöèîííûé íàáîð ìàøèí è ìåõàíèçìîâ, âõîäÿùèé â ñîñòàâ íåïðåðûâíîãî àãðåãàòà: ðàçìàòûâàòåëü, ïðàâèëüíàÿ ìàøèíà, íîæíèöû äëÿ âûðàâíèâàíèÿ êîíöîâ, ñâàðî÷íûé àãðåãàò ñ ãðàòîñíèìàòåëåì è ïåòëåâîå óñòðîéñòâî. Íà ñòàíå áåñêîíå÷íîé ïðîêàòêè çàïðàâî÷íàÿ ñêîðîñòü íåîáõîäèìà òîëüêî îäèí ðàç, â îñòàëüíîå âðåìÿ ïðîêàòêà âåäåòñÿ ñ ïîñòîÿííîé ðàáî÷åé ñêîðîñòüþ. Îäíàêî ïðè ïðîêàòêå øâîâ ïðèõîäèòñÿ óìåíüøàòü ñêîðîñòü âî èçáåæàíèå îáðûâîâ. Òàêèì îáðàçîì, òîëüêî øâû âíîñÿò âîçìóùåíèÿ â ñòàáèëüíîñòü ïðîöåññà. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî íåñòàáèëüíîñòü ïðîöåññà ïðîêàòêè íà øâàõ ñâÿçàíà íå òîëüêî ñ òåì, ÷òî â ýòîì ìåñòå ïîëîñà èìååò óòîëùåíèå îò ãðàòà. Ïðè ñâàðêå äâóõ ðóëîíîâ ñòûêóåòñÿ ïåðåäíèé êîíåö îäíîãî è çàäíèé êîíåö äðóãîãî ðóëîíîâ, à îíè, êàê èçâåñòíî, èìåþò ðàçíóþ òîëùèíó â ñèëó òåìïåðàòóðíîãî êëèíà, ðàçíîñòè íàòÿæåíèé è äðóãèõ ôàêòîðîâ, äåéñòâóþùèõ íà ÍØÏÑ. Ïðè áåñêîíå÷íîé ïðîêàòêå íåîáõîäèìî èìåòü âîçìîæíîñòü áûñòðî ïåðåñòðîèòü âåñü ïðîöåññ, êîãäà íàñòóïàåò ïðîêàòêà ñëåäóþùåãî ðóëîíà.
5
2 1
3 Ìåòàëë
4
6
7
Ðèñ. 18.6. Ñõåìà ñòàíà áåñêîíå÷íîé ïðîêàòêè 1420: 1 ðàçìàòûâàòåëè; 2 ïåòëåâîå óñòðîéñòâî; 3 íîæíèöû; 4 ñâàðî÷íàÿ ìàøèíà; 5 ðàáî÷èå êëåòè; 6 ëåòó÷èå íîæíèöû; 7 ìîòàëêè
499
Ýòî âîçìîæíî òîëüêî ïðè íàëè÷èè àâòîìàòèçèðîâàííîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ñòàíîì. Êðîìå òîãî, íåîáõîäèìà ñèñòåìà ïîäáîðà ðóëîíîâ, ñ ïîìîùüþ êîòîðîé ïîä ñâàðêó ïîäàþòñÿ ðóëîíû, íàèáîëåå áëèçêèå ïî òîëùèíå ñâàðèâàåìûõ êîíöîâ. À ýòî òðåáóåò âûïîëíåíèÿ äðóãîãî óñëîâèÿ: ñêëàä ãîðÿ÷åêàòàíûõ ðóëîíîâ äîëæåí áûòü îðãàíèçîâàí òàê, ÷òîáû ëåãêî ìîæíî áûëî íàéòè ëþáîé ðóëîí è îïåðàòèâíî òðàíñïîðòèðîâàòü åãî íà ðàçìàòûâàòåëü. Òàêîé àâòîìàòèçèðîâàííûé ñêëàä, ïîëíîñòüþ óïðàâëÿåìûé îò ÝÂÌ, èìååòñÿ íà ñòàíå áåñêîíå÷íîé ïðîêàòêè 1420 ÍËÌÇ. Ñîîòâåòñòâåííî, ýòîò ñòàí îáëàäàåò è äðóãèìè àâòîìàòèçèðîâàííûìè ñèñòåìàìè, êîòîðûå ïîçâîëÿþò áûñòðî ïåðåñòðàèâàòü ïðîöåññ ïðè èçìåíåíèè ïàðàìåòðîâ ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû. Ñòàí ìîæåò ðàáîòàòü òîëüêî â àâòîìàòèçèðîâàííîì ðåæèìå, êîãäà âñÿêîå âìåøàòåëüñòâî â ïðîöåññ ïðîêàòêè îñóùåñòâëÿåòñÿ ëèáî â àâòîìàòè÷åñêîì ðåæèìå, ëèáî ïî êîìàíäå îïåðàòîðà òîëüêî ÷åðåç óïðàâëÿþùóþ ÝÂÌ. Ñòðåìëåíèå ñòàáèëèçèðîâàòü ïðîöåññû òðàâëåíèÿ è ïðîêàòêè è óäåøåâèòü ïðîèçâîäñòâî â öåëîì ëîãè÷íî ïðèâåëî ê èäåå èñêëþ÷èòü ñìîòêó ïîëîñû â ðóëîí ïðè ïåðåäà÷å îò ÀÍÒ ê ïðîêàòíîìó ñòàíó. Òàêîå ðåøåíèå âïåðâûå áûëî ïðåäëîæåíî â 1961 ãîäó, íî ïåðâûé ñîâìåùåííûé òðàâèëüíî-ïðîêàòíûé àãðåãàò ïîÿâèëñÿ â ßïîíèè ëèøü â 1981 ãîäó. Íà òàêîì àãðåãàòå ñîêðàùàåòñÿ ìàññà îáîðóäîâàíèÿ, óìåíüøàþòñÿ ïîòåðè îò áðàêà, ïîòðåáëåíèå ýëåêòðîýíåðãèè, ïàðà è äðóãèõ ýíåðãîðåñóðñîâ, óâåëè÷èâàåòñÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü öåõà è ò. ï. Ïîäîáíûå àãðåãàòû èìåþòñÿ â ÑØÀ, ßïîíèè, Þæíîé Êîðåå è äðóãèõ ñòðàíàõ. Îäèí èç íàèáîëåå ñîâåðøåííûõ ñîâìåùåííûõ àãðåãàòîâ óñòàíîâëåí âî Ôðàíöèè. Ïîëîñà òîëùèíîé 0,43,0 ìì ïðîêàòûâàåòñÿ èç ãîðÿ÷åêàòàíûõ ðóëîíîâ òîëùèíîé 1,86,0 ìì. Àãðåãàò èìååò ÷åòûðå êëåòè êâàðòî ñ äëèíîé áî÷êè 2030 ìì, ïîçâîëÿåò âåñòè ïðîêàòêó ñî ñêîðîñòòþ 30 ì/ñ è ôîðìèðîâàòü ðóëîíû ïîñëå ïðîêàòêè ìàññîé äî 54 ò. Òðàâëåíèå â ñîëÿíîé êèñëîòå ïðîèçâîäèòñÿ ñî ñêîðîñòüþ 6 ì/ñ.  1960-õ ãîäàõ âî ìíîãèõ ñòðàíàõ, â òîì ÷èñëå â Ðîññèè, ïîñòðîåíî íåñêîëüêî ðåâåðñèâíûõ îäíîêëåòåâûõ ñòàíîâ.  òåîðèè áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ñ óìåíüøåíèåì äèàìåòðà ðàáî÷èõ âàëêîâ ñíèæàåòñÿ äàâëåíèå ìåòàëëà è óìåíüøàåòñÿ óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ. Ïðåäåëüíàÿ òîëùèíà ïðîêàòà, êîòîðóþ ìîæíî ïðîêàòàòü íà âàëêàõ äàííîãî äèàìåòðà D, ïðèìåðíî ðàâíà 0,001D, ñëåäîâàòåëüíî, ÷åì ìåíüøå äèàìåòð ðàáî÷èõ âàëêîâ, òåì òîíüøå ïðåäåëüíàÿ ïðîêàòûâàåìàÿ ïîëîñà. Íî âàëêè ñ ìàëûì äèàìåòðîì òðåáóþò íåñêîëüêî îïîðíûõ âàëêîâ, ïîýòîìó äëÿ ïðîêàòêè òîíêîãî ëèñòà è ëåíòû èñïîëüçóþò ñòàíû ñ ìíîãîâàëêîâîé êëåòüþ, ñ äèàìåòðàìè ðàáî÷èõ âàëêîâ îò 3 äî 55 ìì, ÷òî ïîçâîëÿåò ïðîèçâîäèòü ëèñò òîëùèíîé äî 20 ìêì è ëåíòó òîëùèíîé äî 2 ìêì. (Ëåíòîé íàçûâàåòñÿ ëèñò øèðèíîé íå áîëåå 400 ìì, îáÿçàòåëüíî â ðóëîíå.) Êîíå÷íûå òîëùèíû äîñòèãàþòñÿ ïðè íåîäíîêðàòíûõ ïðîìåæóòî÷íûõ îòæèãàõ ïîëîñû, óñòðàíÿþùèõ íàêëåï ïðè ïðîêàòêå. Ïðèâåäåì ñõåìó êëåòè 20-âàëêîâîãî ñòàíà 1200 ñ äèàìåòðîì ðàáî÷èõ âàëêîâ 55 ìì è òðåìÿ ðÿäàìè îïîðíûõ âàëêîâ ñ äèàìåòðàìè 100, 175 è 300 ìì, êîòîðàÿ ïðèìåíåíà äëÿ ïðîêàòêè ëèñòà èç òðóäíîäåôîðìèðóåìûõ ñïëàâîâ (ðèñ. 18.7). Ïåðåä è ïîñëå êëåòè óñòàíîâëåíû ìîòàëêè. Ñóùåñòâóåò áîëüøîå ðàçíîîáðàçèå êîíñòðóêöèé ñîâðåìåííûõ ðåâåðñèâíûõ ñòàíîâ è èõ òåõíè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ. Íî òåõíîëîãèÿ ïðîêàòêè âåçäå ïðèìåðíî îäèíàêîâà. Èñõîäíûé ðóëîí, ïîëó÷åííûé íà ñòàíå ãîðÿ÷åé èëè õîëîäíîé ïðî500
êàòêè, ìàññà êîòîðîãî íà ðàçíûõ ñòàíàõ ñâîÿ (íà ñòàíàõ êâàðòî ìîæåò äîñòèãàòü 3045 ò), óñòàíàâëèâàåòñÿ íà îäíó èç ìîòàëîê, çàòåì ñ çàïðàâî÷íîé ñêîðîñòüþ çàïðàâëÿåòñÿ íà äðóãóþ. Äàëåå ñòàí ðàçãîíÿåòñÿ äî ðàáî÷åé ñêîðîñòè 1020 ì/ñ. Ñëåäóþùèé ïðîïóñê îñóùåñòâëÿåòñÿ â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè. Êîëè÷åñòâî ïðîïóñêîâ ïðàêòè÷åñêè íå îãðàíè÷åíî, ïîýòîìó íèæíèé ïðåäåë òîëùèí ëèñòà, ïðîêàòûâàåìîãî íà òàêîì ñòàíå, äîñòèãàåò 0,2 ìì è ìåíåå.
1150
~750
5
1100
4
3 2 1
1200
2400
Ðèñ. 18.7. Ðàáî÷àÿ êëåòü 20-âàëêîâîãî ñòàíà 1200: 1 ñòàíèíà; 2 îïîðíûå âàëêè; 3 ïðîâîäêà; 4 ðàáî÷èå âàëêè; 5 íàæèìíîå óñòðîéñòâî
Ñîâðåìåííûå ðåâåðñèâíûå ëèñòîâûå ñòàíû õàðàêòåðèçóþòñÿ âûñîêîé ãèáêîñòüþ è ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðîêàòêè øèðîêîãî ñîðòàìåíòà ëèñòà êàê ïî ðàçìåðàì, òàê è ïî ìàðêàì ïðîêàòûâàåìûõ ñòàëåé. Íà òàêèõ ñòàíàõ ïðîèçâîäÿò îñíîâíóþ ìàññó ëèñòà èç íåðæàâåþùèõ, ëåãèðîâàííûõ, òðàíñôîðìàòîðíûõ è ñïåöèàëüíûõ ìàðîê ñòàëåé. Ñòîèìîñòü ðåâåðñèâíîãî ñòàíà â 2,53,0 ðàçà íèæå ñòîèìîñòè íåïðåðûâíîãî ñòàíà, à ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ìîæåò äîñòèãàòü 100 ò/÷. 501
 ÑÑÑÐ â 1960-õ ãîäàõ ïîñòðîåíî íåñêîëüêî ðåâåðñèâíûõ ñòàíîâ: ñòàíû êâàðòî 1200 íà ÍËÌÇ, 1700 íà ×åëÌÇ, 1700 íà ÊàðÌåò, 1680 íà çàâîäå Çàïîðîæñòàëü, 20-âàëêîâûé ñòàí 1200 íà Âåðõíå-Ñàëäèíñêîì çàâîäå è íåñêîëüêî äðóãèõ ìíîãîâàëêîâûõ ëèñòîâûõ ñòàíîâ. Ýòè ñòàíû ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðîêàòêè ëèñòà òîëùèíîé 0,22,5 ìì. Ñóììàðíîå îáæàòèå áåç ïðîìåæóòî÷íîãî îòæèãà íà íèõ äîñòèãàåò 7075 %, à ïðè ñîîòâåòñòâóþùèõ ñìàçêàõ äàæå 85 %. 18.4.3. Ðåêðèñòàëëèçàöèîííûé îòæèã Ïîñëå õîëîäíîé ïðîêàòêè ìåòàëë íàêëåïûâàåòñÿ è òåðÿåò ïëàñòè÷íîñòü. ×òîáû âåðíóòü ïëàñòè÷åñêèå è ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà ìåòàëëà, íåîáõîäèìî íàãðåòü åãî äî òåìïåðàòóðû íà÷àëà ðåêðèñòàëëèçàöèè è îõëàäèòü. Ïðè ýòîì íåðàâíîâåñíûå âûòÿíóòûå çåðíà äåôîðìàöèè óñòóïÿò ìåñòî ðàâíîîñíûì íåíàêëåïàííûì çåðíàì îòîææåííîãî ìåòàëëà. Íèçêîóãëåðîäèñòûå è ñðåäíåóãëåðîäèñòûå øòàìïóåìûå ñòàëè îòæèãàþò ïðè òåìïåðàòóðå 650720 °Ñ, êîãäà íå ïðîèñõîäèò ôàçîâûé ïåðåõîä αγ, íî äîñòàòî÷íî àêòèâíî ïðîòåêàþò ïðîöåññû ðåêðèñòàëëèçàöèè ìåòàëëà. Êàê ïðàâèëî, ïåðåä îòæèãîì òðåáóþòñÿ îïåðàöèè ïîäãîòîâêè ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Ïîñëå õîëîäíîé ïðîêàòêè íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà èìååòñÿ ïðîêàòíàÿ ýìóëüñèÿ, à òàêæå îñòàòêè òðàâèëüíûõ øëàìîâ, ìàñëà îò ìåõàíèçìîâ è äðóãèå çàãðÿçíåíèÿ. Çàãðÿçíåííîñòü ëèñòà çàâèñèò îò òèïà òåõíîëîãè÷åñêîé ñìàçêè, ðåæèìà ïðîêàòêè, óñëîâèé ðàáîòû âàëêîâ. Íåñìîòðÿ íà òî ÷òî â ïîñëåäíèõ êëåòÿõ ñîâðåìåííûõ ñòàíîâ ïðåäóñìîòðåíà ïðîêàòêà ñ ïîäà÷åé ìîþùåãî ðàñòâîðà âìåñòî ýìóëüñèè, çàãðÿçíåííîñòü ëèñòà îñòàåòñÿ âûñîêîé. Ïðè îòæèãå îñòàâøèåñÿ íà ïîëîñå çàãðÿçíåíèÿ ñãîðàþò ñ îáðàçîâàíèåì ñàæèñòîãî íàëåòà èç ðàçëè÷íûõ õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, êîòîðûå ïðè ïîñëåäóþùåé ïðîêàòêå (äðåññèðîâêå) âêàòûâàþòñÿ â ïîâåðõíîñòü ñ îáðàçîâàíèåì áðàêà ïðèãàð ýìóëüñèè. Êðîìå òîãî, ñìåøèâàÿñü ñ ýìóëüñèåé, ñàæà îáðàçóåò ãóñòóþ ãðÿçü, îñåäàþùóþ íå òîëüêî íà ïîëîñå, íî è íà âàëêàõ äðåññèðîâî÷íîãî ñòàíà. Ýòî ïðèâîäèò ê äðóãèì âèäàì áðàêà. Ïîýòîìó ïîñëå õîëîäíîé ïðîêàòêè âî ìíîãèõ öåõàõ, îñîáåííî ïðîèçâîäÿùèõ ëèñòû ñ ïîêðûòèÿìè, óñòàíîâëåíû àãðåãàòû ýëåêòðîëèòè÷åñêîé î÷èñòêè (ÀÝÎ) ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Íà íåêîòîðûõ ñòàíàõ ïîñëå ïðîêàòêè ïåðåä îòæèãîì ââîäèòñÿ îáðàáîòêà â ïðîìûâî÷íîì àãðåãàòå. Íåïðåðûâíûé àãðåãàò ïðîìûâêè ñîñòîèò èç îáû÷íîãî íàáîðà ìàøèí â ãîëîâíîé ÷àñòè (ðàçìàòûâàòåëü, ïðàâèëüíàÿ ìàøèíà, ñâàðî÷íàÿ ìàøèíà äëÿ ñâàðêè âíàõëåñò è ïåòëåíàêîïèòåëü), âàíí äëÿ ïðîìûâêè â ùåëî÷íûõ ðàñòâîðàõ è âîäå, ñóøèëüíîé êàìåðû, íîæíèö äëÿ ðàçðåçêè è ìîòàëêè äëÿ ñìîòêè ðóëîíîâ. Ïîñëå î÷èñòêè (à òàì, ãäå îíà íå ïðåäóñìîòðåíà, ïîñëå õîëîäíîé ïðîêàòêè) ìåòàëë ïîäâåðãàåòñÿ îòæèãó. Íà ìíîãèõ çàâîäàõ, íàïðèìåð íà ×åðÌÊ, îòæèã îñóùåñòâëÿþò â êîëïàêîâûõ ïå÷àõ (ðèñ. 18.8). Íà ïîääîí ïå÷è çàãðóæàþò òðè÷åòûðå ðóëîíà îäèí íà äðóãîé. Çàòåì ñàäêó 1 íàêðûâàþò òîíêèì ñòàëüíûì ìóôåëåì 3, ïîä êîòîðûì íàâîäÿò áåçîêèñëèòåëüíóþ àòìîñôåðó, ÷àùå âñåãî äèññîöèèðîâàííîãî àììèàêà (ñìåñü èç 9297 % àçîòà è 38 % âîäîðîäà). Ñ ïîìîùüþ ïåñî÷íûõ çàòâîðîâ ïðåäîòâðàùàþò ïîäñîñ âîçäóõà ïîä ìóôåëü â ïðîöåññå íàãðåâà è îõëàæäåíèÿ. Ñâåðõó ìóôåëü íàêðûâàåòñÿ íàãðåâàòåëüíûì êîëïàêîì 2, îáëèöîâàííûì îãíåóïîðíûì êèðïè÷åì, âíèçó êîòîðîãî óñòàíîâëå502
íû èíæåêöèîííûå ãîðåëêè. Öèðêóëèðóþùèå ïîä êîëïàêîì ïðîäóêòû ãîðåíèÿ 5 ïåðåäàþò òåïëî ÷åðåç ìóôåëü íà íàãðåâàåìûå ðóëîíû. Äëÿ ðàâíîìåðíîñòè è óñêîðåíèÿ íàãðåâà çàùèòíûé ãàç ïîä ìóôåëåì ïðèâîäèòñÿ â äâèæåíèå ñïåöèàëüíûìè âåíòèëÿòîðàìè 4. 1 Ïîñëå íàãðåâà äî òðåáóåìîé òåìïåðàòóðû 2 è ðåãëàìåíòèðîâàííîãî âðåìåíè âûäåðæêè íàðóæíûé íàãðåâàòåëüíûé êîëïàê ñíèìàþò, ìóôåëü íàêðûâàþò îõëàäèòåëüíûì êîëïàêîì, ñíàáæåííûì âåíòèëÿòîðàìè äëÿ óñ3 êîðåíèÿ îõëàæäåíèÿ ñàäêè, è âñþ ñàäêó îõëàæäàþò äî êîìíàòíîé òåìïåðàòóðû. 4 Îáû÷íî ñàäêó ðàñêðûâàþò óæå ïðè òåìïåðàòóðå 120180 °Ñ. Òåìïåðàòóðà âûäåðæêè 5 äëÿ êèïÿùèõ ñòàëåé 680700 °Ñ, äëÿ ñïîêîéíûõ 700720 °Ñ, âðåìÿ âûäåðæêè 68 ÷. ×òîáû óâåëè÷èòü äîëþ ìåòàëëà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ÎÑÂ, ïðèìåíÿþò ïðîìåæóòî÷íóþ âûäåðæêó ïðè òåìïåðàòóðå 600 °Ñ. Ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ äîñòèãàåò Ðèñ. 18.8. Ñõåìà êîëïàêîâîé ïå÷è 40 °Ñ/ñ. Îáùàÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòü îòæèãà äëÿ îòæèãà ðóëîíîâ ðóëîíîâ ñîñòàâëÿåò 3050 ÷. Òàêàÿ òåõíîëîãèÿ ïðîñòà, íî îáëàäàåò ñóùåñòâåííûìè íåäîñòàòêàìè. Âî ïåðâûõ, ïðîöåññ îòæèãà î÷åíü äëèòåëüíûé, ïîýòîìó òðåáóåòñÿ ìíîãî êîëïàêîâûõ ïå÷åé. Âî-âòîðûõ, ïðè îòæèãå ïëîõî î÷èùåííîãî ëèñòà ñãîðàþò ñëåäû ñìàçêè, îáðàçóÿ ãðÿçíûå ïÿòíà. Â-òðåòüèõ, ïðè íàãðåâå, à çàòåì ïðè îõëàæäåíèè ðóëîíîâ â êîëïàêàõ íàðóæíûå âèòêè ðóëîíîâ íàãðåâàþòñÿ è îñòûâàþò ñ èíîé ñêîðîñòüþ, ÷åì âíóòðåííèå. Ñêîðîñòü íàãðåâà è îõëàæäåíèÿ âëèÿåò íà ôîðìèðîâàíèå ñòðóêòóðû ìåòàëëà è âåëè÷èíó çåðíà, ïîýòîìó âîçìîæíû ðàçíûå ñâîéñòâà ìåòàëëà ïî äëèíå ëèñòà. Îäíèì èç îñíîâíûõ íåäîñòàòêîâ îòæèãà â êîëïàêîâûõ ïå÷àõ ïëîòíî ñìîòàííûõ ðóëîíîâ ÿâëÿåòñÿ ñõâàòûâàíèå, èëè ñëèïàíèå, âèòêîâ ìåæäó ñîáîé, îñîáåííî êðóïíûõ ðóëîíîâ ìàññîé áîëåå 25 ò. Ïðè ðàçìîòêå ïîâåðõíîñòü ìåòàëëà òåðÿåò â êà÷åñòâå, âîçìîæíî äàæå âûðûâàíèå ïðèâàðèâøèõñÿ êóñî÷êîâ ìåòàëëà, ÷òî ïîðòèò ïîâåðõíîñòü ëèñòà. ×òîáû ïðåäîòâðàòèòü ñõâàòûâàíèå âèòêîâ, ïðîêàòêó â ïîñëåäíåé êëåòè ñòàíà âåäóò íà øåðîõîâàòûõ âàëêàõ ñ Ra = 23 ìêì. Îäíàêî òàêàÿ ïðîêàòêà óâåëè÷èâàåò çàãðÿçíåííîñòü ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Îäíèì èç ñïîñîáîâ ïðåäîòâðàùåíèÿ ñõâàòûâàíèÿ âèòêîâ ÿâëÿåòñÿ îòæèã â êîëïàêîâûõ ïå÷àõ ðàñïóøåííûõ ðóëîíîâ. Ïîñëå î÷èñòêè íà ÀÝÎ èëè ïîñëå ïðîìûâî÷íîãî àãðåãàòà ïîëîñà ñìàòûâàåòñÿ â ðóëîí ñ î÷åíü íåáîëüøèì íàòÿæåíèåì, îáðàçóÿ ðàñïóøåííûé ðóëîí. Îòæèã ðàñïóøåííûõ ðóëîíîâ ïîçâîëÿåò íå òîëüêî ïðåäîòâðàòèòü ñõâàòûâàíèå âèòêîâ, íî è ñîêðàòèòü öèêë îáðàáîòêè â äâà-òðè ðàçà, à òàêæå ïîâûñèòü ñòàáèëüíîñòü ñâîéñòâ ìåòàëëà çà ñ÷åò áîëåå ðàâíîìåðíîãî íàãðåâà ñàäêè. Îäíàêî ïðè îòæèãå ðàñïóøåííûõ ðóëîíîâ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü îòæèãîâîãî îòäåëåíèÿ ðåçêî ïàäàåò, òàê êàê â êîëïàêîâóþ ïå÷ü 503
óñòàíàâëèâàþòñÿ òîëüêî äâà ðàñïóøåííûõ ðóëîíà, òîãäà êàê ïëîòíî ñìîòàííûå ðóëîíû ìîæíî ðàçìåùàòü â òðè-÷åòûðå ðÿäà. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ðàñïóøåííûå ðóëîíû ëåãêî òðàâìèðóþòñÿ îò âåñà âåðõíèõ ðóëîíîâ. Êðîìå òîãî, òàêèå ðóëîíû èìåþò áîëüøèé äèàìåòð, ÷åì ïëîòíî ñìîòàííûå, ïîýòîìó ïðèõîäèòñÿ ñíèæàòü èõ ìàññó ïîä ðàçìåð êîëïàêà. Ýôôåêòèâíîé îêàçàëàñü ðàçðàáîòêà àâñòðèéñêîé ôèðìû Ýáíåð, ïðåäëîæèâøåé èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå çàùèòíîé àòìîñôåðû âîäîðîä. Ïðè ýòîì ïðîèçâîäèòåëüíîñòü îòæèãà óâåëè÷èâàåòñÿ â 1,52,0 ðàçà. Çà ñ÷åò ðåçêîãî ïîâûøåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòè ( â øåñòü ðàç) ñîêðàòèëàñü ïðîäîëæèòåëüíîñòü íàãðåâà ñóùåñòâåííî óìåíüøèëàñü çàãðÿçíåííîñòü ïîâåðõíîñòè. Îòæèã â âîäîðîäíûõ êîëïàêîâûõ ïå÷àõ ïî÷òè ïîëíîñòüþ óñòðàíÿåò îñíîâíûå íåäîñòàòêè êîëïàêîâûõ ïå÷åé, ïîýòîìó íà ìíîãèõ çàâîäàõ (íàïðèìåð, íà ×åðÌÊ) ïðèìåíÿåòñÿ òàêîé âèä îòæèãà. Ñ 1970-õ ãîäîâ äëÿ îòæèãà õîëîäíîêàòàíîãî êîíñòðóêöèîííîãî ìåòàëëà íà÷àëè ïðèìåíÿòü àãðåãàòû íåïðåðûâíîãî îòæèãà (ÀÍÎ). Ðàññìîòðèì îäèí èç òàêèõ àãðåãàòîâ òðàäèöèîííûé áàøåííîãî òèïà (ðèñ. 18.9). Ãîëîâíàÿ ÷àñòü àãðåãàòà èìååò òèïîâîé íàáîð óñòàíîâîê: ðàçìàòûâàòåëü 1, ïðàâèëüíóþ ìàøèíó 2, íîæíèöû 3 è ñâàðî÷íóþ óñòàíîâêó 4. Çäåñü ñâàðêà îñóùåñòâëÿåòñÿ âíàõëåñò íà ìàøèíå òî÷å÷íîé ñâàðêè, òàê êàê ê êà÷åñòâó øâà íå ïðåäúÿâëÿåòñÿ ïî÷òè íèêàêèõ òðåáîâàíèé (òîëüêî îáåñïå÷åíèå íåïðåðûâíîñòè äâèæåíèÿ ïîëîñû). Ñîîòâåòñòâåííî, â õâîñòå àãðåãàòà ðåçêà îñóùåñòâëÿåòñÿ òî÷íî ïî ìåñòó øâà, è ñâàðåííûé ó÷àñòîê ëèñòà âûðåçàåòñÿ. Ïîñëå òÿíóùèõ ðîëèêîâ 5 ïîëîñà ïðîõîäèò âàííó õèìè÷åñêîé î÷èñòêè è âàííó ýëåêòðîëèòè÷åñêîé î÷èñòêè, çàòåì ùåòî÷íî-ìîå÷íóþ ìàøèíó 7 è ñóøèëüíîå óñòðîéñòâî 8. Ïðîéäÿ ÷åðåç ïåòëåîáðàçîâàòåëü 10, ïîëîñà ïîñòóïàåò â îòæèãàòåëüíóþ ïå÷ü, ñîñòîÿùóþ èç êàìåð íàãðåâà 12, âûäåðæêè 13, çàìåäëåííîãî îõëàæäåíèÿ 14, óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ 15 è îêîí÷àòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ 16. Çà ïå÷üþ îòæèãà óñòàíîâëåíû ïåòëåîáðàçîâàòåëè 18, íîæíèöû 20 è äâå ìîòàëêè 21. Òÿíóùèå 9, 11, 17, 19 è äðóãèå ðîëèêè îáåñïå÷èâàþò ñòàáèëèçàöèþ íàòÿæåíèÿ ïîëîñû ïî òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè. Óñòàíîâêà ÀÍÎ íà âíîâü ñòðîÿùèõñÿ çàâîäàõ âî âñåõ ñëó÷àÿõ ñ÷èòàåòñÿ áîëåå öåëåñîîáðàçíîé, ÷åì êîëïàêîâûå ïå÷è. Òàêàÿ öåëåñîáðàçíîñòü îáóñëîâëåíà ìàëîé ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè, âûñîêîé ïëîñêîñòíîñòüþ è íåçíà÷èòåëüíûì êîëè÷åñòâîì ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ, áëàãîïðèÿòíûìè óñëîâèÿìè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ëèñòà ïîâûøåííîé ïðî÷íîñòè, âîçìîæíîñòüþ ñîâìåùåíèÿ îòæèãà ñ ïîñëåäóþùèìè îòäåëî÷íûìè îïåðàöèÿìè. Îñîáåííîñòü ÀÍÎ ñîñòîèò â òîì, ÷òî â íåì ïîëîñà ïîäâåðãàåòñÿ îäíîâðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ âûñîêèõ òåìïåðàòóð è íàòÿæåíèé. Ýòî ñïîñîáñòâóåò óëó÷øåíèþ ïëîñêîñòíîñòè ëèñòà. ÀÍÎ, óñòàíîâëåííûé íà ÍËÌÊ, ïîçâîëÿåò îòæèãàòü ëèñòû òîëùèíîé 0,4 2,0 ìì èç ñòàëåé 08Þ è 08êï ïî äâóì ðåæèìàì. Äëÿ ëèñòîâ êàòåãîðèé Ñ è Âà ïðåäóñìîòðåí íàãðåâ äî òåìïåðàòóðû 670740 °Ñ, âûäåðæêà ïðè ýòîé òåìïåðàòóðå è äàëüíåéøåå îõëàæäåíèå äî òåìïåðàòóðû ñòàðåíèÿ 280350 °Ñ, âûäåðæêà ïðè ýòîé òåìïåðàòóðå ñ ïîñëåäóþùèì îõëàæäåíèåì äî êîìíàòíîé òåìïåðàòóðû. Äëÿ ëèñòîâ êàòåãîðèé Ñ è ÎÑ èç ñòàëè 08Þ ïîñëå íàãðåâà è âûäåðæêè ïðè òåìïåðàòóðå 830890 °Ñ îõëàæäåíèå âåäåòñÿ äî êîìíàòíîé òåìïåðàòóðû, à çàòåì ïîâòîðíûé íàãðåâ äî òåìïåðàòóðû ñòàðåíèÿ. Ïðè ýòîì ñòàëü äîëæíà ñîäåðæàòü ðåãëàìåíòèðîâàííûé õèìè÷åñêèé ñîñòàâ: íå áîëåå 0,05 % Ñ, 0,25 % Mn, 0,01 % Si, 0,004 % N, 0,06 % Cu. Äëÿ ìåòàëëà êàòåãîðèè ÂÎÑ íåîáõîäèìî âûïîëíèòü åùå áîëåå æåñòêèå òðåáîâàíèÿ ïî õèìñîñòàâó: ìåíåå 0,03 % C, 0,2 % Mn, 0,003 % N. 504
10
12
9
1 2 3 4 5 6
7
8
11
13
14
15
16
18
17
Ðèñ. 18.9. Ñõåìà àãðåãàòà íåïðåðûâíîãî îòæèãà áàøåííîãî òèïà (ÍËÌÊ)
19
20
21
505
Íà íåïðåðûâíûõ àãðåãàòàõ ñâîéñòâà îòîææåííîãî ìåòàëëà áîëüøå çàâèñÿò îò óñëîâèé ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè, ñìîòêè è õîëîäíîé ïðîêàòêè, ÷åì â êîëïàêîâûõ ïå÷àõ, áîëüøå ðàçëè÷èå â ñâîéñòâàõ îòîææåííîãî ìåòàëëà ìåæäó ñðåäíèì è êîíöåâûìè ó÷àñòêàìè ïî äëèíå ïîëîñû, õîòÿ ñâîéñòâà íà ñðåäíåì ó÷àñòêå ïîëîñû áîëåå ñòàáèëüíû, ÷åì ïðè êîëïàêîâîì îòæèãå. Íà ÀÍÎ òðóäíåå, ÷åì â êîëïàêîâûõ ïå÷àõ, ïðåäîòâðàùàòü ïîäñîñ âîçäóõà, ïîýòîìó ÷àùå íà ìåòàëëå âîçíèêàþò öâåòà ïîáåæàëîñòè, êîòîðûå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé òîíêèå â íåñêîëüêî àíãñòðåì ïëåíêè îêèñëîâ æåëåçà. Îäíèì èç íåäîñòàòêîâ ÀÍÎ ÿâëÿþòñÿ ïîâûøåííûå âîçìîæíîñòè îáðàçîâàíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ â âèäå öàðàïèí è ðèñîê, îáðàçóþùèõñÿ ïðè ïðîõîæäåíèè ïîëîñû ÷åðåç ìíîãî÷èñëåííûå òÿíóùèå ðîëèêè. Ïî òîé æå ïðè÷èíå âîçíèêàþò òðóäíîñòè ñ ïîëó÷åíèåì ëèñòîâ ñ âûñîêîêà÷åñòâåííîé çåðêàëüíîé ïîâåðõíîñòüþ. 18.4.4. Äðåññèðîâêà Ä ð å ñ ñ è ð î â ê à ýòî íåáîëüøîå (35 %) îáæàòèå ïîëîñû íà äðåññèðîâî÷íîì ñòàíå. Îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îäíîêëåòåâîé ñòàí êâàðòî ñ ðàçìàòûâàòåëåì è ìîòàëêîé. Ïðîêàòêà íà íåì îñóùåñòâëÿåòñÿ â îäèí ïðîïóñê. Äëÿ áîëåå òîíêîãî ìåòàëëà èñïîëüçóþò 2-êëåòåâûå äðåññèðîâî÷íûå ñòàíû. Íà ìíîãèõ çàâîäàõ äëÿ óäîáñòâà âàëêè äðåññèðîâî÷íîãî ñòàíà è ïîñëåäíåé êëåòè îñíîâíîãî íåïðåðûâíîãî èëè áåñêîíå÷íîãî ñòàíà âçàèìîçàìåíÿåìû. Ïðè äðåññèðîâêå ðåøàþò òðè çàäà÷è. Ãëàâíàÿ óëó÷øåíèå ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ëåíòû äëÿ ïîñëåäóþùåé øòàìïîâêè. Ïîñëå ðåêðèñòàëëèçàöèîííîãî îòæèãà íèçêîóãëåðîäèñòûå ñòàëè èìåþò ñâîéñòâà, êàê íà äèàãðàììå ðàñòÿæåíèÿ (ðèñ. 18.10).  íà÷àëüíûé ìîìåíò ðàñòÿæåíèÿ ïðè ïåðåõîäå îò óïðóãèõ äåôîðìàöèé ê ïëàñòè÷åñêèì ïðåäåë òåêó÷åñòè èìååò òàê íàçûâàåìûé çóá, çà êîòîðûì ñëåäóåò ïëîùàäêà òåêó÷åñòè ñ ìåíüøèì çíà÷åíèåì ïðåäåëà òåêó÷åñòè. Çóá òåêó÷åñòè âûçâàí òåì, ÷òî ïðè ðàñïàäå àóñòåíèòà òðåòè÷íûé öåìåíòèò ðàñïîëàãàåòñÿ ïî ãðàíèöàì ôåððèòíûõ çåðåí è áëîêèðóåò èõ; òðåáóåòñÿ äîïîëíèòåëüíîå óñèëèå, ÷òîáû íà÷àëñÿ ïðîöåññ äåôîðìàöèè çåðåí ôåððèòà. Äàëåå ïðîèñõîäèò ðàçáëîêèðîâêà çåðåí è ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ áåç óâåëè÷åíèÿ ïðèêëàäûâàåìîé íàσ Ñ ãðóçêè. Íà äèàãðàììå ðàñòÿæåíèÿ ïîÿâëÿåòñÿ ïëîùàäêà òåêó÷åñòè. Òàêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà ïðè øòàìïîâêå íåäîïóñòèìû, òàê êàê íà÷àâøàÿñÿ B ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ íà íåêîòîðîì ó÷àñòêå øòàìïóåìîé äåòàëè ìîæåò ñàìîïðîèçâîëüíî óâåëè÷èâàòüñÿ. Ýòî, âî-ïåðâûõ, çíà÷èòåëüíî èñêàæàåò ðàçìåðû äåòàëè, âî-âòîðûõ, ïîâåðõíîñòü ó÷àñòêà ñ íåêîíòðîëèðóåìûì òå÷åíèåì ñòàíîâèòA ε ñÿ íåðîâíîé, òèïà àïåëüñèíîâîé êîðêè. Òàêîé áðàê ïðè øòàìïîâêå òàê è íàçûâàåòñÿ àïåëüÐèñ.18.10. Êðèâàÿ ðàñòÿæåíèÿ ñèíîâàÿ êîðêà. Ïðè èçãèáíûõ äåôîðìàöèÿõ òàêîé ìàëîóãëåðîäèñòîé ìåòàëë îáðàçóåò áðàê èçëîì â âèäå ÷åðåäóþîòîææåííîé ñòàëè ùèõñÿ ó÷àñòêîâ ñ ðàçëè÷íîé ñòåïåíüþ òå÷åíèÿ. 506
×òîáû èçáåæàòü óêàçàííûõ íåäîñòàòêîâ, íåîáõîäèìî ïðîêàòàòü îòîææåííûé ëèñò ñ îáæàòèåì áîëüøèì, ÷åì ïëîùàäêà òåêó÷åñòè. Èíûìè ñëîâàìè, íàäî íàêëåïàòü ìåòàëë ñ òåì, ÷òîáû äèàãðàììà ðàñòÿæåíèÿ ìåòàëëà øëà ïî ëèíèè ÀÂÑ.  òî÷êå  çàïàñ ïëàñòè÷íîñòè ìåòàëëà äîñòàòî÷íî âûñîê äëÿ ñàìîé ñëîæíîé øòàìïîâêè. Âòîðàÿ çàäà÷à ïðè äðåññèðîâêå óëó÷øåíèå ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòè è ïëàíøåòíîñòè ëèñòà. Íàêîíåö, ïðè äðåññèðîâêå ôîðìèðóþò øåðîõîâàòîñòü ëèñòà. ×òîáû ïîëó÷èòü îïðåäåëåííóþ øåðîõîâàòîñòü ëèñòà, íåîáõîäèìî âåñòè ïðîêàòêó íà âàëêàõ, èìåþùèõ øåðîõîâàòîñòü ñ íåñêîëüêî áîëüøèì çíà÷åíèåì ïî ïîêàçàòåëþ Ra. Ðàáî÷èå âàëêè äðåññèðîâî÷íîãî ñòàíà ïåðâîíà÷àëüíî øëèôóþò äî çåðêàëüíîãî áëåñêà, ò. å. äî 1214-ãî êëàññà ÷èñòîòû ïîâåðõíîñòè, ïîýòîìó ïîëîñà, ïðîêàòàííàÿ íà òàêèõ âàëêàõ, òàêæå ìîæåò áûòü òîëüêî çåðêàëüíîé. Øåðîõîâàòîñòü åå ïî ïîêàçàòåëþ R íå ïðåâûøàåò çíà÷åíèé 0,6 ìêì. ×òîáû ïîëó÷èòü ìàòîâûé ëèñò, íåîáõîäèìî íà âàëêàõ äðåññèðîâî÷íîãî ñòàíà ñîçäàòü øåðîõîâàòîñòü äî R ≥ 4 ìêì. Ýòî îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì ïîäà÷è íà âðàùàþùèåñÿ çåðêàëüíûå âàëêè â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì îñè, ñ áîëüøîé ñêîðîñòüþ ïîòîêà âîçäóõà, íàïîëíåííîãî ìåëêîé ñòàëüíîé äðîáüþ. Íàñå÷êó âåäóò íà äðîáåìåòíîé ìàøèíå çà òðè-ïÿòü ïðîõîäîâ. Ïðè ôðàêöèè äðîáè 0,91,6 ìì ïîëó÷àþò Ra = 46 ìêì. Äëÿ ýòîé æå öåëè âìåñòî äðîáè ïðèìåíÿþò ñå÷êó êóñî÷êè ïðî÷íîé òîíêîé ñòàëüíîé ïðîâîëîêè äëèíîé 23 ìì ñ îñòðûìè êðàÿìè, íàðóáëåííûå íà ñïåöèàëüíûõ ñòàíêàõ-àâòîìàòàõ. Íåäîñòàòêîì íàñå÷åííûõ âàëêîâ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî øåðîõîâàòîñòü ôîðìèðóåòñÿ òîëüêî ïî îêðóæíîñòè âàëêà, à ïî åãî äëèíå îíà ôàêòè÷åñêè íèêàê íå óïðàâëÿåòñÿ. Ëèñò, ïðîêàòàííûé íà òàêèõ âàëêàõ, èìååò ìàòîâóþ ïîâåðõíîñòü. Øåðîõîâàòîñòü åãî â íàïðàâëåíèè äëèíû è øèðèíû ðàçíàÿ, ïîýòîìó ïðè øòàìïîâêå âîçìîæíà ôåñòîíèñòîñòü (ðàçíàÿ âûòÿæêà â îáîèõ íàïðàâëåíèÿõ). Øåðåõîâàòûé ëèñò, òî÷íåå, ëèñò ñ ïîâûøåííîé øåðåõîâàòîñòüþ ïîëó÷àåòñÿ íà ñîîòâåòñòâóþùèõ ðàáî÷èõ âàëêàõ äðåññèðîâî÷íîãî ñòàíà, îáðàáîòàííûõ íåñêîëüêî ðàç ñå÷êîé èëè äðîáüþ â ïîïåðå÷íîì è ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèÿõ. Ïîýòîìó òàêèå âàëêè äîðîæå, ÷åì ìàòîâûå. Ñîîòâåòñòâåííî, ñòîèìîñòü øåðåõîâàòîãî ëèñòà âûøå, ÷åì ìàòîâîãî, à ïîñëåäíèé, â ñâîþ î÷åðåäü, äîðîæå çåðêàëüíîãî. Ñòîèìîñòü âàëêîâ è ëèñòà îïðåäåëÿåòñÿ òàêæå ñòîéêîñòüþ âàëêîâ. Çà ñ÷åò îïåðåæåíèÿ ïðîèñõîäèò ñêîëüæåíèå ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî ïîâåðõíîñòè âàëêîâ. Ìèêðîâûñòóïû íà ïîâåðõíîñòè øåðîõîâàòûõ è ìàòîâûõ âàëêîâ ïîñòåïåííî ñòèðàþòñÿ, è ïîâåðõíîñòü ëèñòà âíîâü ñòàíîâèòñÿ çåðêàëüíîé. Ðàíåå îòìå÷àëîñü, ÷òî íà èñòèðàåìîñòü âûñòóïîâ áîëüøîå âëèÿíèå îêàçûâàåò òâåðäîñòü âàëêîâ, à òàêæå êîíôèãóðàöèÿ ìèêðîïðîôèëÿ ïîâåðõíîñòè, ò. å. òàêèå ïîêàçàòåëè øåðîõîâàòîñòè âàëêîâ, êàê Rp èëè Rsk, õàðàêòåðèçóþùèå ôîðìó âûñòóïîâ ìèêðîðåëüåôà, øàã íåðîâíîñòåé Sm, ÷èñëî íåðîâíîñòåé íà 1 ñì äëèíû Pc è äð. ×åðåç 34 ÷ íåïðåðûâíîé ðàáîòû íà øåðîõîâàòûõ ðàáî÷èõ âàëêàõ íåîáõîäèìî ëèáî ïðîèçâîäèòü èõ ïåðåâàëêó, ëèáî ïåðåõîäèòü íà ïðîêàòêó çåðêàëüíîãî ëèñòà. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ôîðìèðîâàíèå øåðîõîâàòîñòè íà ïîâåðõíîñòè âàëêà ñ ïîìîùüþ ñå÷êè èëè äðîáè èìååò ìíîãî íåóäîáñòâ è íåäîñòàòêîâ. Âûñòóïû 507
è âïàäèíû íåîäèíàêîâû ïî äëèíå è íå ñòîëü ðåãóëÿðíû, êàê õîòåëîñü áû. Øàã èõ íåïîñòîÿíåí, ðèñóíîê ðåàëüíîé ïîâåðõíîñòè õàîòè÷åí, ïîêàçàòåëè øåðîõîâàòîñòè íåîäèíàêîâû âäîëü è ïîïåðåê ëèñòà. Êðîìå òîãî, ñòîéêîñòü ñîïåë, ÷åðåç êîòîðûå ïîäàåòñÿ äðîáü èëè ñå÷êà íà âàëêè, î÷åíü íèçêà. Ïîýòîìó âåäóòñÿ ïîèñêè äðóãèõ ñïîñîáîâ è òåõíè÷åñêèõ ñðåäñòâ ôîðìèðîâàíèÿ øåðîõîâàòîñòè âàëêîâ. Íàïðèìåð, ôèðìà Øåôôèëä ôîðäæìàñòåðç ãðóïï ðàçðàáîòàëà ñïîñîá è ðåêëàìèðóåò îáîðóäîâàíèå, ïîçâîëÿþùèå îáðàáàòûâàòü ïîâåðõíîñòü âàëêà òîêàìè âûñîêîé ÷àñòîòû, äîâîäÿ òîíêèé ïîâåðõíîñòíûé ñëîé äî ïëàâëåíèÿ. Ïðè áûñòðîì îõëàæäåíèè ýòîãî ñëîÿ ïðîèñõîäèò çàêàëêà ìåòàëëà, è ïîâåðõíîñòü âàëêà ñòàíîâèòñÿ, âî-ïåðâûõ, î÷åíü òâåðäîé, âî-âòîðûõ, øåðîõîâàòîé, ïðè÷åì øåðîõîâàòîñòü îäèíàêîâà â ïðîäîëüíîì è ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèÿõ. Ìèêðîíåðîâíîñòè ïîëó÷àþòñÿ áîëåå êîíòðîëèðóåìûìè è ðåãóëÿðíûìè. Íà ÎÀÎ Ñåâåðñòàëü ïðîõîäÿò èñïûòàíèÿ ýëåêòðîýððîçèîííûé ñïîñîá îáðàáîòêè âàëêîâ. Êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ëèñòà ïîñëå äðåññèðîâêè çàâèñèò îò ìíîãèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ, ïðåæäå âñåãî îò îáæàòèÿ íà äðåññèðîâî÷íîì ñòàíå. Øåðîõîâàòîñòü ëèñòà îïðåäåëÿåòñÿ ïðîòÿæåííîñòüþ çîíû îïåðåæåíèÿ â î÷àãå äåôîðìàöèè. ×åì âûøå ýòà çîíà, íàïðèìåð çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ îáæàòèÿ èëè ïåðåäíåãî íàòÿæåíèÿ, òåì áîëüøå ñêîëüæåíèå ìåòàëëà îòíîñèòåëüíî âàëêîâ. Ïðè ïîëó÷åíèè ëèñòà ñ çåðêàëüíîé ïîâåðõíîñòüþ òàêîå ñêîëüæåíèå ïîëåçíî, òàê êàê óâåëè÷èâàåò êëàññ ÷èñòîòû ïîâåðõíîñòè ëèñòà ïî ñðàâíåíèþ ñ ÷èñòîòîé ïîâåðõíîñòè âàëêîâ íà îäíó-äâå åäèíèöû. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïëîñêèõ çåðêàëüíûõ ëèñòîâ ðåêîìåíäóþò ïåðåäíåå íàòÿæåíèå äî (0,50,8)σs. Êðîìå òîãî, ïðè ñêîëüæåíèè íà ïîâåðõíîñòè ëèñòà ìîãóò óñòðàíÿòüñÿ ìåëêèå ïîâåðõíîñòíûå äåôåêòû â âèäå ìåëêèõ ðèñîê, öâåòîâ ïîáåæàëîñòè è ïð. Íî ïðè ïðîêàòêå ìàòîâîãî è øåðîõîâàòîãî ëèñòà, íàîáîðîò, ðàçâèòàÿ çîíà îïåðåæåíèÿ âðåäíà. Èäåàëüíûì ñ÷èòàåòñÿ ìèíèìàëüíàÿ åå ïðîòÿæåííîñòü, íåîáõîäèìàÿ òîëüêî äëÿ îòïå÷àòûâàíèÿ ðèñóíêà øåðîõîâàòîñòè âàëêîâ íà ïîëîñå áåç äàëüíåéøåãî åãî ñòèðàíèÿ. Âëèÿíèå øåðîõîâàòîñòè ïîâåðõíîñòè âàëêà íà øåðîõîâàòîñòü ïîëîñû îöåíèâàåòñÿ êîýôôèöèåíòîì îòïå÷àòûâàíèÿ: K0 = Raï/Raâ , ãäå èíäåêñû ï è â, ñîîòâåòñòâåííî, ïîëîñà è âàëêè. Ïðè äðåññèðîâêå îáû÷íî Ê0 = 0,40,7. Çà ñ÷åò çàäíåãî íàòÿæåíèÿ ìîæíî óìåíüøàòü çîíó îïåðåæåíèÿ è óâåëè÷èâàþò Ê0. Ñ óâåëè÷åíèåì îáæàòèÿ Ê0 âîçðàñòàåò, íî âàæíåå òî, ÷òî ïðè ýòîì óìåíüøàþòñÿ êîëåáàíèÿ åãî çíà÷åíèÿ ïî äëèíå ëèñòà. Îïòèìàëüíàÿ âåëè÷èíà îáæàòèÿ â îáùåì ñëó÷àå îïðåäåëÿåòñÿ òðåáîâàíèÿìè ïîòðåáèòåëÿ. Äëÿ õîëîäíîêàòàíîé ñòàëè 08Þ îïòèìàëüíûå îáæàòèÿ íàõîäÿòñÿ â èíòåðâàëå 0,81,2 %. Ïðèìåíåíèå ñìàçî÷íî-îõëàæäàþùåé æèäêîñòè (ÑÎÆ) ïðè äðåññèðîâêå ñäâèãàåò äèàïàçîí îïòèìàëüíûõ îáæàòèé â áîëüøóþ ñòîðîíó. Ïðèìåíåíèå íîâûõ ýìóëüñèé ïðè äðåññèðîâêå ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü îáæàòèå äî 10 %, à ñëåäîâàòåëüíî, âàðüèðóÿ îáæàòèÿìè è êîëè÷åñòâîì ïîäàâàåìîé íà âàëêè ÑÎÆ, ìîæíî óïðàâëÿòü ïðîöåññàìè ôîðìèðîâàíèÿ êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Îòïå÷àòûâàåìîñòü øåðîõîâàòîñòè âàëêîâ íà ïîëîñå çàâèñèò òàêæå îò óñèëèÿ íà âàëêè. ×åì âûøå óñèëèå ïðîêàòêè, òåì âûøå êîýôôèöèåíò îòïå÷àòûâà508
åìîñòè. Ïîýòîìó èíòåðåñíî ðàññìîòðåòü ïðèìåíåíèå ïðè äðåññèðîâêå ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé âàëêîâ, ò. å. íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêè. Êàê èçâåñòíî, ïðè ðàññîãëàñîâàíèè ñêîðîñòåé çîíà îïåðåæåíèÿ íà îäíîì âàëêå óâåëè÷èâàåòñÿ, à íà äðóãîì óìåíüøàåòñÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, íà âàëêàõ 3 ñ îäèíàêîâîé øåðîõîâàòîñòüþ îäíà ïîâåðõíîñòü 1 ïîëîñû áóäåò èìåòü øåðîõîâàòîñòü, áëèçêóþ ê øåðîõîâàòîñòè âàëêîâ, à äðóãàÿ ìåíüøóþ. Îäíà2 êî îáùåå ñíèæåíèå óñèëèÿ ïðîêàòêè ïðè íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêå ñãëàæèâàåò ðàçëè÷èå ìåæäó øåðîõîâàòîñòüþ îáåèõ ïîâåðõíîñòåé ëèñòà. Êðîìå òîãî, ñíèæåíèå óñèëèÿ ïðîêàòêè ïðè ðàññîãëàñîâàíèè ñêîðîñòåé ñïîñîáñòâóåò âûðàâíèâàíèþ ïîëîñû ïî ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè è ïëàíøåòíîñòè (ðèñ. 18.11). Âûñîêîå êà÷åñòâî ïîÐèñ. 18.11. Äðåññèðîâî÷íàÿ êëåòü âåðõíîñòè ëèñòà ñ íèçêîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ ñ îòêëîíÿþùèìèñÿ ðîëèêàìè: è âûñîêîé ïëàíøåòíîñòüþ äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò îò- 1, 2 îòêëîíÿþùèåñÿ ðîëèêè íà êëîíåíèÿ ïîëîñû è îõâàòà åþ ÷àñòè âåðõíåãî âàë- âõîäå è âûõîäå êëåòè; 3 óñòðîéñòâî êà ïîëîñîé ïðèìåðíî òàê æå, êàê ýòî ïðîèñõîäëÿ øëèôîâàíèÿ âàëêîâ â êëåòè äèò â ÏÂ-ïðîöåññå. Ðåãóëèðóÿ óãîë îõâàòà, ìîæíî èçìåíÿòü âåëè÷èíó ðåçåðâíûõ ñèë òðåíèÿ (êîòîðûõ äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íî äëÿ ñàìîðåãóëèðîâàíèÿ ïðîöåññà) íà òàêîì ó÷àñòêå ïîëîñû. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ðàññìàòðèâàåìûé ñòàí îáîðóäîâàí óñòðîéñòâîì, êîòîðîå ïîçâîëÿåò ïðîèçâîäèòü øëèôîâàíèå âàëêà íåïîñðåäñòâåííî â êëåòè, èñêëþ÷àÿ ïåðåâàëêó. Ñíèæåíèå óñèëèÿ ñ öåëüþ âûðàâíèâàíèÿ ëèñòà ïî ðàçíîòîëùèííîñòè è ïëàíøåòíîñòè, à òàêæå óâåëè÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà îòïå÷àòûâàíèÿ èñïîëüçóåòñÿ ïðè ïðîêàòêå íà ñäâîåííîì äðåññèðîâî÷íîì ñòàíå, èìåþùåì äâå êëåòè êâàðòî. Ïðè ýòîì îáæàòèå ðàñïðåäåëåíî íà äâå êëåòè. Ïîëåçíî â ïåðâîé êëåòè ñîçäàòü ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé. Ïðè ðàññîãëàñîâàíèè ñêîðîñòåé äàâëåíèå íà âàëêè ñíèæàåòñÿ, è ïåðåäíåå (ìåæêëåòåâîå) íàòÿæåíèå ýôôåêòèâíî ñïîñîáñòâóåò ýòîìó. Ïîëîñà âûðàâíèâàåòñÿ ïî ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè è ïëàíøåòíîñòè. Äëÿ âòîðîé êëåòè ìåæêëåòåâîå íàòÿæåíèå ñòàíîâèòñÿ çàäíèì, ïîýòîìó çäåñü îíî ýôôåêòèâíî ñíèæàåò äàâëåíèå, êîãäà ñêîðîñòè âàëêîâ ñîãëàñîâàíû.  ýòîé êëåòè ïðèìåíÿþò ðåæèìû ïðîêàòêè, ïîâûøàþùèå êîýôôèöèåíò îòïå÷àòûâàåìîñòè. 18.4.5. Îòäåëî÷íûå îïåðàöèè Äðåññèðîâàííûé ëèñò îêîí÷àòåëüíî îáðàáàòûâàåòñÿ íà àãðåãàòàõ ïîïåðå÷íîé è ïðîäîëüíîé ðåçêè, ïîñëå ÷åãî ñëåäóþò óïàêîâêà, ìàðêèðîâêà è ïîäãîòîâêà ïðîäóêöèè ê ñäà÷å ïîòðåáèòåëþ. Îáÿçàòåëüíûì òðåáîâàíèåì ê ýòèì îïåðàöèÿì ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ êóëüòóðà îáðàùåíèÿ ñ ìåòàëëîì. Ðó÷íûå îïåðàöèè èñêëþ÷åíû, ïîñêîëüêó ëþáîå ïðèêîñíîâåíèå ê ìåòàëëó îñòàâëÿåò ãðÿçíûå ñëåäû íà åãî ïîâåðõíîñòè. Ïûëü è êîïîòü â àòìîñôåðå öåõà òàêæå íåäîïóñòèìû. 509
Âñå ïîâåðõíîñòè, ïî êîòîðûì ïåðåìåùàåòñÿ ìåòàëë, äîëæíû áûòü ïîêðûòû ðåçèíîé èëè ïëàñòìàññîé, ÷òîáû èçáåæàòü öàðàïèí. Êà÷åñòâî ãîòîâîãî ëèñòà âî ìíîãîì çàâèñèò îò óñëîâèé òðóäà íà ýòîì ó÷àñòêå öåõà.  ßïîíèè íà òàêîì ó÷àñòêå ðàáîòàþò â ñìåííîé îáóâè. Îïûò ïîêàçûâàåò, ÷òî îñíîâíîé áðàê ëèñòà ïî ðèñêàì, öàðàïèíàì, çàäèðàì è ò. ï. âîçíèêàåò â îñíîâíîì íà àãðåãàòàõ ðåçêè. Íà àãðåãàòàõ ïîïåðå÷íîé ðåçêè (ðèñ. 18.12) îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîðóëîííàÿ îáðàáîòêà ìåòàëëà. Àãðåãàòû ñîñòîÿò èç íàáîðà óñòàíîâîê, íàçíà÷åíèå êîòîðûõ õîðîøî ïîíÿòíî èç ÷åðòåæà. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî íà àãðåãàòå îñóùåñòâëÿþò îáðåçêó áîêîâûõ êðîìîê ëèñòà, ïîýòîìó ïîñëå îáðåçêè òðåáóåòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ïðàâêà ïîëîñû. 3 2
5
6 7
9
8
4 1
11 12
13
15
14
16 10
17 18
19
Ðèñ. 18.12. Àãðåãàò ïîïåðå÷íîé ðåçêè õîëîäíîêàòàíîé ïîëîñû: 1 ïîäúåìíûé ñòîë; 2 ðàçìàòûâàòåëü; 3 ìàãíèòíûé îòãèáàòåëü; 4 ïðàâèëüíîòÿíóùàÿ ìàøèíà; 5 íîæíèöû; 6 ïîäàþùèå ðîëèêè; 7 èíñïåêöèîííûé ñòîë; 8 ïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 9 äèñêîâûå íîæíèöû äëÿ îáðåçêè êðîìîê; 10 ìîòàëêà äëÿ îáðåçè; 11 ïðèáîð äëÿ êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè; 12 ïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 13 áàðàáàííûå ëåòó÷èå íîæíèöû; 14, 15 ëåíòî÷íûå òðàíñïîðòåðû; 16, 18 ïàêåòèðóþùèå óñòðîéñòâà; 17 ïðîìàñëèâàþùàÿ ìàøèíà; 19 îïóñêàþùèéñÿ ñòîë
Àíàëîãè÷íûé íàáîð ìàøèí óñòàíîâëåí íà àãðåãàòå ïðîäîëüíîé ðåçêè (ðèñ. 18.13). Ïðè ïðîäîëüíîé ðåçêå ïî êðîìêàì ñîçäàþòñÿ îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå ïðèâîäÿò ê èçãèáó ëåíò, äàæå åñëè èñõîäíàÿ ïîëîñà ïåðåä ðîñïóñêîì èìåëà ïëàíøåòíóþ ôîðìó. Ýòî âûçûâàåò íåîáõîäèìîñòü âûðàâíèâàíèÿ ëåíòû ïóòåì äîïîëíèòåëüíîé åå ïðàâêè ðàñòÿæåíèåì èëè ïðîêàòêîé â ñïåöèàëüíîé êàëèáðóþùåé êëåòè.  ñîñòàâå àãðåãàòà ïðîäîëüíîé ðåçêè ×åðÌÊ óñòàíîâëåíà 2 1
3
4
5
6
7
10 9
11 8
Ðèñ. 18.13. Àãðåãàò ïðîäîëüíîé ðåçêè ïîëîñû 0,42,0½1550 ìì: 1 ðàçìàòûâàòåëü; 2 ìàãíèòíûé îòãèáàòåëü; 3 íîæíèöû; 4 íàòÿæíûå ðîëèêè; 5 êîíòðîëüíî-ìàðêèðîâî÷íîå óñòðîéñòâî; 6 ïðîìàñëèâàþùåå óñòðîéñòâî; 7 äèñêîâûå íîæíèöû; 9 íàïðàâëÿþùèå ðîëèêè; 10 ðåãóëèðóþùèå êîëüöà äëÿ âûðàâíèâàíèÿ òîðöà íàìàòûâàåìîé ïîëîñû; 11 ìîòàëêà
510
ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííàÿ êëåòü êâàðòî ïîâûøåííîé æåñòêîñòè ñ ïîäøèïíèêàìè ÏÆÒ, íà êîòîðîé ïðàâêà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ðåãóëèðóåìûì ïåðåäíèì è çàäíèì íàòÿæåíèåì. Äëÿ ðåçêè ëèñòîâîãî ìåòàëëà èñïîëüçóþò òàêæå êîìáèíèðîâàííûå àãðåãàòû ðåçêè (ÀÊÐ), ïîçâîëÿþùèå ðåçàòü ìåòàëë êàê âäîëü íà ëåíòû ñ ïîñëåäóþùåé èõ ñìîòêîé â óçêèå ðóëîíû, òàê è ïîïåðåê íà îòäåëüíûå êàðòî÷êè ìåðíîé äëèíû. Èç-çà âûñîêîé ìàíåâðåííîñòè òàêèõ àãðåãàòîâ íà ìíîãèõ çàâîäàõ, íàïðèìåð íà ×åðÌÊ, íåêîòîðûå ÀÏÐ ðåêîíñòðóèðóþò â ÀÊÐ.  ñâÿçè ñ ïîâûøåíèåì òðåáîâàíèé ê êîíòðîëþ êà÷åñòâà ãîòîâîé ïðîäóêöèè, óâåëè÷åíèåì äîëè ìåòàëëà, îòãðóæàåìîãî çàêàç÷èêó â ðóëîíàõ, â öåõàõ õîëîäíîé ïðîêàòêè óñòàíàâëèâàþò ñïåöèàëèçèðîâàííîå îáîðóäîâàíèå ïðàâêè, ïåðåìîòêè è êîíòðîëÿ ïðîäóêöèè. Íà íåêîòîðûõ ïåðåäîâûõ ïðåäïðèÿòèÿõ èìåþòñÿ ëèíèè êîìïëåêñíîé îòäåëêè ïðîêàòà. Âî âñåõ ýòèõ àãðåãàòàõ ïðàâêó ïîñëå ðàçìàòûâàòåëÿ îñóùåñòâëÿþò èçãèáíî-ðàñòÿæíûìè ìàøèíàìè, êîòîðûå, ïîìèìî ïðàâêè, ïîçâîëÿþò èñïðàâèòü ïîïåðå÷íóþ êðèâèçíó è ñåðïîâèäíîñòü ëèñòà, âñå âèäû âîëíèñòîñòè è êîðîáîâàòîñòè. Ìîæíî ñóùåñòâåííî ñíèçèòü îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ è àíèçîòðîïèþ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ èñõîäíîãî ëèñòà. Äëÿ ýòîãî íà èçãèáíî-ðàñòÿæíîé ìàøèíå òðåáóåòñÿ ïîëó÷èòü óäëèíåíèå ïîëîñû äî 23 %. Óäëèíåíèå äîëæíî äîñòèãàòüñÿ çà ñ÷åò ïðàâèëüíîãî âûáîðà óãëà îõâàòà ðîëèêîâ, èõ äèàìåòðà è íàòÿæåíèÿ ïîëîñû, îäíàêî ïðè íàòÿæåíèè, áëèçêîì ê ïðåäåëó òåêó÷åñòè ìåòàëëà, íà ïîâåðõíîñòè ëèñòà ìîãóò ïîÿâèòüñÿ ëèíèè ñäâèãà è èçëîìû, ñâÿçàííûå ñ çóáîì òåêó÷åñòè. Äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ýòèõ ïðîöåññîâ ïåðåä èçãèáíî-ðàñòÿæíîé ìàøèíîé èíîãäà óñòàíàâëèâàþò äðåññèðîâî÷íóþ êëåòü. Àãðåãàòû ïåðåìîòêè èñïîëüçóþò äëÿ òùàòåëüíîãî êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè è òîëùèíû ïîëîñû, óëó÷øåíèÿ ïëîñêîñòíîñòè, îáðåçêè êðîìîê, ôîðìèðîâàíèÿ ðóëîíîâ íåîáõîäèìîé ìàññû è óëó÷øåíèÿ êà÷åñòâà èõ ñìîòêè. Ïðåäñòàâèì ñõåìó ñîâðåìåííîãî àãðåãàòà ïåðåìîòêè, äåéñòâóþùåãî íà çàâîäå ôèðìû Êîáý ñýéêîñå â Êîàãàâå (ßïîíèÿ ðèñ. 18.14). Íà íåì îáðàáàòûâàþò ïîëîñû ðàçìåðîì 0,11,0½5501250 ìì. Ìàêñèìàëüíàÿ ìàññà ðóëîíà íà âõîäå 50 ò, íà âûõîäå 20 ò. Ñêîðîñòü îáðàáîòêè 20 ì/ñ. Àãðåãàò îáîðóäîâàí ñîâðåìåííûìè âûñîêîñêîðîñòíûìè áåñêîíòàêòíûìè òîëùèíîìåðàìè è àâòîìàòè÷åñêèìè ñðåäñòâàìè êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Íà ìíîãèõ çàâîäàõ â ñîñòàâ îòäåëî÷íûõ àãðåãàòîâ âêëþ÷àþò òàêæå óñòàíîâêè äëÿ äðåññèðîâêè ìåòàëëà. Äàëüíåéøèì ðàçâèòèåì ýòîãî íàïðàâëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ñòðîèòåëüñòâî êîìïëåêñíûõ àãðåãàòîâ, ñîâìåùàþùèõ ìíîãèå òåõíîëîãè÷åñêèå îïåðàöèè. Ïðåäñòàâèì 2 2 3
4
5
6
3
7 8 9
1
Ðèñ. 18.14. Ñõåìà àãðåãàòà ïåðåìîòêè: 1 ðàçìàòûâàòåëü; 2 òîëùèíîìåð; 3 íîæíèöû; 4 ñâàðî÷íàÿ ìàøèíà; 5 äðåññèðîâî÷íûé ñòàí; 6 ïðàâèëüíî-ðàñòÿæíàÿ ìàøèíà; 7 äèñêîâûå íîæíèöû; 8 íîæíèöû; 9 ìîòàëêè
511
êîìïëåêñíûé àãðåãàò, ââåäåííûé â ýêñïëóàòàöèþ íà çàâîäå â Õèðîõàòå (ðèñ. 18.15). Íà íåì ñîâìåùàþò îïåðàöèè î÷èñòêè îò îêàëèíû, õîëîäíóþ ïðîêàòêó, îòæèã è äðåññèðîâêó. Âõîäíàÿ ÷àñòü àãðåãàòà ñîäåðæèò ðàçìàòûâàòåëü, íîæíèöû äëÿ îáðåçêè êîíöîâ, ñòûêîñâàðî÷íóþ ìàøèíó. Äàëåå â ñåêöèè óäàëåíèÿ îêàëèíû óñòàíîâëåíà èçãèáíî-ðàñòÿæíàÿ ìàøèíà, àáðàçèâíûå ùåòêè äëÿ çà÷èñòêè îêàëèíû, ìåëêàÿ âàííà ñ ñîëÿíîé êèñëîòîé, âàííû äëÿ ïðîìûâêè è óñòðîéñòâî äëÿ ñóøêè ëåíòû. Íà 4-êëåòåâîì ñòàíå õîëîäíîé ïðîêàòêè ïðîêàòûâàþò ïîëîñó òîëùèíîé 0,352,5 ìì, øèðèíîé 1001650 ìì. Êëåòü èìååò øåñòü âàëêîâ äëèíîé 2000 ìì ñ äèàìåòðàìè: ðàáî÷èõ 475, ïðîìåæóòî÷íûõ 530 è îïîðíûõ 1420 ìì. Ïîñëå ïðîêàòêè ïîëîñà î÷èùàåòñÿ îò ñëåäîâ ýìóëüñèè â ñåêöèè î÷èñòêè, èìåþùåé ó÷àñòîê ýëåêòðîëèòè÷åñêîé î÷èñòêè è ùåëî÷íûå âàííû, à òàêæå âàííû ïðîìûâêè è ñóøèëüíûé ó÷àñòîê. Äàëåå ñëåäóåò òåðìè÷åñêèé ó÷àñòîê, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ íåñêîëüêî ïå÷åé, â êîòîðûõ îñóùåñòâëÿþò îïåðàöèè íàãðåâà, âûäåðæêè, îõëàæäåíèÿ â ïåðâîé îõëàæäàþùåé çîíå, çàòåì âûäåðæêó ïðè òåìïåðàòóðå 600 °Ñ, âòîðóþ îõëàæäàþùóþ îïåðàöèþ è îõëàæäåíèå â óñòðîéñòâå óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ. Ïîñëå òåðìîîáðàáîòêè â ñåêöèè ïîñëåäóþùåé îáðàáîòêè óäàëÿþò ñ ïîìîùüþ òðàâëåíèÿ â ñîëÿíîé êèñëîòå îêèñíóþ ïëåíêó, îáðàçîâàâøóþñÿ â ïå÷àõ. Çäåñü æå ïðè íåîáõîäèìîñòè ìîãóò ïðîèçâåñòè ýëåêòðîëèòè÷åñêîå ïîêðûòèå ïîëîñû íèêåëåì.  ñåêöèè äðåññèðîâêè óñòàíîâëåíà òàêæå 6-âàëêîâàÿ êëåòü. Âûõîäíàÿ ñåêöèÿ âêëþ÷àåò â ñåáÿ èçìåðèòåëè òîëùèíû è øèðèíû, ïðèáîð äëÿ êîíòðîëÿ äåôåêòîâ ïîâåðõíîñòè, èíñïåêöèîííûé ñòîë, ýëåêòðîñòàòè÷åñêèé ïðîìàñëèâàòåëü, ëåòó÷èå íîæíèöû è äâå ìîòàëêè. 6 8 2
1
9
3
4
5
7 10
10
Ðèñ. 18.15. Êîìïëåêñíûé àãðåãàò ïî ïðîèçâîäñòâó õîëîäíîêàòàíîé ëèñòîâîé ñòàëè: 1 ðàçìàòûâàòåëü; 2 ñåêöèÿ óäàëåíèÿ îêàëèíû; 3 âõîäíàÿ ÷àñòü; 4 ïðîêàòíàÿ ñåêöèÿ; 5 ñåêöèÿ î÷èñòêè; 6 òåðìè÷åñêàÿ ñåêöèÿ; 7 ñåêöèÿ ïîñëåäóþùåé îáðàáîòêè; 8 ñåêöèÿ äðåññèðîâêè; 9 âûõîäíàÿ ñåêöèÿ; 10 ìîòàëêè
Òàêèå ñëîæíûå àãðåãàòû ïîçâîëÿþò ñîêðàòèòü èçäåðæêè ïðîèçâîäñòâà, äîñòèãíóòü ñòàáèëèçàöèè ïðîöåññà, îäíàêî ïðè ñáîÿõ õîòÿ áû â îäíîé öåïî÷êå âåñü àãðåãàò áóäåò ïðîñòàèâàòü. ×òîáû óñòðàíèòü ýòîò íåäîñòàòîê, íà àãðåãàòå ïðåäóñìîòðåíà âîçìîæíîñòü ðàáîòû êàæäîé ñåêöèè â îòäåëüíîì ðåæèìå. Çà êàæäîé ñåêöèåé ðàñïîëîæåíû ïðîìåæóòî÷íûå ìîòàëêè, ïîçâîëÿþùèå ïðè íåîáõîäèìîñòè ðàçäåëèòü îïåðàöèè. Áîëüøèå îðãàíèçàöèîííûå òðóäíîñòè âîçíèêàþò òàêæå ïðè ïåðåõîäå îò îäíîãî âèäà ëèñòà ê äðóãîìó. Ïðîêàòêà â ñòàöèîíàðíîì ðåæèìå è îñîáåííî â ïåðåõîäíûõ ðåæèìàõ ìîæåò ïðîõîäèòü òîëüêî ïðè î÷åíü íàäåæíî ðàáîòàþùåé ñèñòåìå àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâëåíèÿ ñòàíîì. 512
18.5. Ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà Îñíîâíûì ôàêòîðîì, îïðåäåëÿþùèì ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà, ÿâëÿåòñÿ ðàçíîòîëùèííîñòü èñõîäíîãî ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûñîêîòî÷íûõ õîëîäíîêàòàíûõ ëèñòîâ ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ïîäêàòà íå äîëæíà ïðåâûøàòü 0,080,10 ìì. Îáîçíà÷èì ñðåäíþþ òîëùèíó ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà H è óòîëùåíèå åãî â íåêîòîðîé òî÷êå ∆H, ïîñëå õîëîäíîé ïðîêàòêè â ýòîé æå òî÷êå ïîëó÷èì, ñîîòâåòñòâåííî, h è @h. Êîýôôèöèåíòîì âûðàâíèâàíèÿ Ê íàçûâàåòñÿ îòíîøåíèå îòíîñèòåëüíûõ ðàçíîòîëùèííîñòåé äî è ïîñëå ïðîêàòêè: Ê =
∆H / H . δh / h
Åñëè êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ áîëüøå åäèíèöû, òî îòíîñèòåëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû äî ïðîêàòêè áîëüøå, ÷åì ïîñëå ïðîêàòêè, ñëåäîâàòåëüíî, ïîëîñà ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå âûðàâíèâàåòñÿ.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå êà÷åñòâî ïîëîñû óõóäøàåòñÿ, åå ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü óâåëè÷èâàåòñÿ. Íà ñóùåñòâóþùèõ ïðîêàòíûõ ñòàíàõ õîëîäíîé ïðîêàòêè êîýôôèöèåíò Ê èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 1,6 äî 0,6, ò. å. ïîëîñà ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå ìîæåò êàê âûðàâíèâàòüñÿ, òàê è óâåëè÷èâàòü ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü. Ïóñòü ïðè ïðîêàòêå ó÷àñòêà ïîëîñû òîëùèíîé H ñèëà ïðîêàòêè ðàâíà P, à ïðè ïðîêàòêå óòîëùåííîãî ó÷àñòêà òîëùèíîé H1 = H + ∆H îíà áóäåò òàêîé: Ð + ∆Ð. Òîãäà ïî ôîðìóëå ÃîëîâèíàÑèìñà òîëùèíà ýòèõ ó÷àñòêîâ ïîñëå ïðîêàòêè, ñîîòâåòñòâåííî, h=S +
P Ìê
è
h 1 = h + δh = S +
P + ∆P . Ìê
Îòñþäà δh =
∆P , Ìê
ãäå Ìê æåñòêîñòü êëåòè, êÍ/ìì, õàðàêòåðèçóþùàÿ óñèëèå, êîòîðîå íåîáõîäèìî ïðèëîæèòü ê âàëêàì êëåòè, ÷òîáû óâåëè÷èòü ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè íà 1 ìì; íà ñîâðåìåííûõ ñòàíàõ æåñòêîñòü Ìê íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ îò 4000 äî 8000 êÍ/ìì. Òàêèì îáðàçîì, ïîñëå ïðîêàòêè óòîëùåííûé ó÷àñòîê îñòàíåòñÿ òàêæå óòîëùåííûì è, åñëè íèêàêèå èíûå ôàêòîðû íå áóäóò îêàçûâàòü âëèÿíèå íà ðàçíîòîëùèííîñòü, êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ áóäåò áëèçîê ê åäèíèöå. Íî, êàê èçâåñòíî, ðÿä òåõíîëîãè÷åñêèõ ôàêòîðîâ óâåëè÷èâàþò ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå, ïîýòîìó åñëè íå ïðåäïðèíèìàòü íèêàêèõ äåéñòâèé, òî êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ áóäåò îáÿçàòåëüíî ìåíüøå åäèíèöû. Îòìåòèì îñíîâíûå ôàêòîðû, âëèÿþùèå íà êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ. Êîëåáàíèÿ íàòÿæåíèÿ ×òîáû ñíèçèòü ñèëó ïðîêàòêè, íåîáõîäèìî ìåæäó êëåòÿìè ñòàíà è ìåæäó ìîòàëêàìè è êëåòÿìè ñîçäàòü çíà÷èòåëüíîå íàòÿæåíèå ïîëîñû. Íàïðÿæåíèÿ íàòÿæåíèÿ äîñòèãàþò (0,30,5) σsi, ãäå σsi ïðåäåë òåêó÷åñòè ìåòàëëà ïîñëå 513
i-é êëåòè. Êîëåáàíèÿ íàòÿæåíèÿ ïðèâîäÿò ê êîëåáàíèþ ñèëû ïðîêàòêè è, ïî ôîðìóëå ÃîëîâèíàÑèìñà, òîëùèíû h ïîñëå ïðîêàòêè. Êàê è íà ÍØÏÑ, íà ñòàíå õîëîäíîé ïðîêàòêè äîëæíà áûòü óñòàíîâëåíà ÑÀÐÍ, ïîääåðæèâàþùàÿ ïðè âñåõ ñêîðîñòíûõ ðåæèìàõ ðàáîòû êëåòåé íàòÿæåíèå ïîñòîÿííûì, òî÷íåå èçìåíÿþùèìñÿ â óçêîì èíòåðâàëå. Êîëåáàíèÿ íàòÿæåíèÿ â ýòîì èíòåðâàëå îáåñïå÷èâàþò ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü â ïðåäåëàõ 20 % äîïóñêà. Âñïëûâàíèå ïîäøèïíèêîâ Íà îïîðíûõ âàëêàõ êëåòåé êâàðòî ñòàíîâ õîëîäíîé ïðîêàòêè óñòàíîâëåíû ïîäøèïíèêè æèäêîñòíîãî òðåíèÿ, ïîýòîìó ïðè âîçðàñòàíèè ñêîðîñòè ïðîêàòêè ðàññòîÿíèå ìåæäó îñÿìè âàëêîâ S áóäåò óìåíüøàòüñÿ. Áîëåå ïîäðîáíî ýòîò âîïðîñ ðàññìàòðèâàëñÿ íà ÍØÏÑ. Òàê æå êàê è íà ÍØÏÑ, èçìåíåíèå çàçîðà S ïðè èçìåíåíèè ñêîðîñòè îòðàáàòûâàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ÑÀÐÒ. Ïðè îòñóòñòâèè ÑÀÐÒ ðàçíîòîëùèííîñòü ïî ýòîé ïðè÷èíå ñîñòàâëÿåò îêîëî 10 % äîïóñêà ïî òîëùèíå. Áèåíèå âàëêîâ Ïðè÷èíà ïîÿâëåíèÿ ýòîãî ôàêòîðà òàêæå ðàññìàòðèâàëàñü íà ÍØÏÑ. Áèåíèå â 0,05 ìì íèêàêèìè ñèñòåìàìè àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ íå îòðàáàòûâàåòñÿ, ïîýòîìó òàêîé äîïóñê íà ðàçíîòîëùèííîñòü çàëîæåí â ÃÎÑÒå íà òî÷íîñòü ïðîêàòêè ïîëîñû íà ñòàíàõ, îáîðóäîâàííûõ ñèñòåìàìè àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ. Íà ñòàíàõ, íå èìåþùèõ òàêèõ ñèñòåì è ïðåäíàçíà÷åííûõ â îñíîâíîì äëÿ ïðîèçâîäñòâà íåîòâåòñòâåííûõ âèäîâ ïðîäóêöèè, äîïóñê ïî òîëùèíå îïðåäåëÿåòñÿ íå ñîòûìè, à äåñÿòûìè äîëÿìè ìèëëèìåòðà, è áèåíèå âàëêîâ â ýòîì äîïóñêå èãðàåò íåñóùåñòâåííóþ ðîëü. Ïðîêàòêà øâîâ Ïðè ïðîêàòêå øâîâ ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû óâåëè÷èâàåòñÿ, è êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ ñíèæàåòñÿ. Ïðè ïðîõîæäåíèè øâà ïîä âàëêàìè, èñõîäíàÿ òîëùèíà H êîòîðîãî íà 0,1 ìì òîëùå îñíîâíîé ÷àñòè ïîëîñû, ñèëà ïðîêàòêè Ð ðåçêî âîçðàñòàåò è, ñîâåðøàÿ çàòóõàþùèå êîØîâ ëåáàíèÿ, ïîñòåïåííî ïðèíèìàåò ñòàöèîíàðíîå çíà÷åíèå. Àíàëîãè÷íî èçìåíÿåòñÿ òîëH ùèíà ïðîêàòàííîé ïîëîñû h (ðèñ. 18.16). Çà ñ÷åò äèíàìè÷åñêèõ êîëåáàíèé êëåòè òîëùèíà ïîëîñû ïî çàòóõàþùåé ñèíóñîèäå ïîñòåïåíP íî ïðèáëèæàåòñÿ ê òîëùèíå îñíîâíîé ÷àñòè ïîëîñû. σ0 Âðåìÿ óñïîêîåíèÿ êëåòè ðàâíî 0,5 ñ, íî çà σ1 ýòî âðåìÿ ïðè ñêîðîñòè ïðîêàòêè 2030 ì/ñ îêîëî 1015 ì ïîëîñû ïîëó÷àþò äîïîëíèòåëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü, è êîýôôèöèh åíò âûðàâíèâàíèÿ ðåçêî ñíèæàåòñÿ. Ïðè äèíàìè÷åñêèõ êîëåáàíèÿõ êëåòè 0,5 ñ ìåíÿþòñÿ âñå òåõíîëîãè÷åñêèå ïàðàìåòðû Ðèñ. 18.16. Äèíàìèêà ïðîêàòêè øâà ïðîêàòêè. Åñëè â i-é êëåòè ïðîêàòûâàåòñÿ 514
øîâ, òî îáæàòèå è âûòÿæêà â íåé âîçðàñòàþò, è ìåæäó i-é è (i + 1)-é êëåòÿìè ïåðåäíåå σ1 è çàäíåå σ0 íàòÿæåíèÿ ðåçêî ñíèæàþòñÿ. Ýòî ïðèâîäèò ê äîïîëíèòåëüíîìó âîçðàñòàíèþ ñèëû ïðîêàòêè êàê â i-é, òàê è â (i + 1)-é êëåòÿõ. Òàêèì îáðàçîì, åùå äî íà÷àëà ïðîêàòêè øâà â (i + 1)-é êëåòè ïðîèçîéäåò äèíàìè÷åñêîå âîçðàñòàíèå äàâëåíèÿ â íåé, à ñëåäîâàòåëüíî, óâåëè÷åíèå òîëùèíû ïîëîñû, ñíèæåíèå íàòÿæåíèÿ ìåæäó ñëåäóþùåé ïàðîé êëåòåé. Âîëíà âîçìóùåíèÿ ïðîéäåò ïî âñåì êëåòÿì ñòàíà. Ñêà÷îê íàòÿæåíèÿ ìåæäó i-é è (i+1)-é êëåòÿìè íà ñëåäóþùåé âîëíå ñèíóñîèäû ìåíÿåò çíàê, îíî ðåçêî âîçðàñòàåò è ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ ìîæåò ïðèáëèçèòüñÿ ê ïðåäåëó òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà. Ïðîèçîéäåò ðàçðûâ ïîëîñû ìåæäó ýòèìè êëåòÿìè. Ïîýòîìó íà ñîâðåìåííûõ âûñîêîñêîðîñòíûõ íåïðåðûâíûõ è áåñêîíå÷íûõ ñòàíàõ ïðèõîäèòñÿ óìåíüøàòü ñêîðîñòü ïðîêàòêè ïðè ïðîõîæäåíèè øâîâ. Ïðè ýòîì ñíèæàåòñÿ îïàñíîñòü îáðûâà ïîëîñû, à òàêæå óìåíüøàåòñÿ äëèíà ðàçíîòîëùèííîãî ó÷àñòêà. ×åì ìåíüøå òîëùèíà ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû, òåì áîëüøå îïàñíîñòü ðàçðûâà ïîëîñû è àêòóàëüíåå ïðîáëåìû, ñâÿçàííûå ñ ïðîêàòêîé øâîâ. Äèíàìè÷åñêèå èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ ïðîêàòêè ïðè ïðîõîæäåíèè øâîâ íå îòðàáàòûâàþòñÿ ñèñòåìàìè àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ. Âëèÿíèå æåñòêîñòè êëåòè è æåñòêîñòè ïîëîñû íà êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ Ôîðìóëà ÃîëîâèíàÑèìñà ÿâëÿåòñÿ èíòåðïðåòàöèåé ôàêòè÷åñêîé êðèâîé íàãðóæåíèÿ êëåòè íàãðóçêîé Ð (ðèñ. 18.17).  íà÷àëüíûé ìîìåíò íàãðóæåíèÿ ïðîèñõîäèò óñòðàíåíèå ëþôòîâ è çàçîðîâ â äåòàëÿõ âàëêîâ è íàæèìíîãî ìåõàíèçìà. Êîãäà îíè áóäóò âûáðàíû, êðèâàÿ âûõîäèò íà ñòàöèîíàðíûé ó÷àñòîê, êîòîðûé îïèñûâàåòñÿ ôîðìóëîé ÃîëîâèíàÑèìñà. Ïðè ýòîì S0 çàçîð ìåæäó âàëêàìè, îòëè÷àþùèéñÿ îò ôàêòè÷åñêîãî çàçîðà S1 èç-çà ëþôòîâ. Òàíãåíñ óãëà íàêëîíà êðèâîé, èëè ïðîèçâîäíàÿ íà ñòàöèîíàðíîì ó÷àñòêå, ðàâåí æåñòêîñòè êëåòè: ∂P . ∂h Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî õîä êðèâîé P = = f(h) íå çàâèñèò îò ðàçìåðîâ ïîëîñû, ìàðêè ñòàëè, äðóãèõ õàðàêòåðèñòèê ìåòàëëà. Ïî àíàëîãèè ââåäåì îïðåäåëåíèå æåñòêîñòè ïîëîñû Ìï.. Ïîñòðîèì êðèâóþ èçìåíåíèÿ èñõîäíîé òîëùèíû ïîëîñû H îò ñèëû ïðîêàòêè. Ïðè ñèëå, ðàâíîé íóëþ, òîëùèíà ñîîòâåòñòâóåò èñõîäíîé H, ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ñèëû òîëùèíà áóäåò óìåíüøàòüñÿ ïî êðèâîé 2 (ñì. ðèñ. 18.17).
tg α = Ìê =
∂P Ïðîèçâîäíóþ Ìï = = tg β ïî àíà∂H ëîãèè íàçîâåì æåñòêîñòüþ ïîëîñû. Æåñòêîñòü
P 2
1 A
P1
α B
P P2
C
β
D
S0
h h1
H
h
S1
Ðèñ. 18.17. Êðèâûå æåñòêîñòè êëåòè è ïîëîñû 515
ïîëîñû çàâèñèò îò ñâîéñòâ ìåòàëëà è ðàçìåðîâ ïîëîñû. Ñ óâåëè÷åíèåì òîëùèíû è óìåíüøåíèåì øèðèíû ïîëîñû îíà óìåíüøàåòñÿ. Ïðè óìåíüøåíèè ïðåäåëà òåêó÷åñòè ìåòàëëà æåñòêîñòü ïîëîñû òàêæå ñíèæàåòñÿ. Ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå çà íåñêîëüêî ïðîïóñêîâ æåñòêîñòü ïîëîñû ïî õîäó ïðîêàòêè âîçðàñòàåò, òàê êàê ìåòàëë íàêëåïûâàåòñÿ è òîëùèíà ïîëîñû óìåíüøàåòñÿ.  òî÷êå, ñîîòâåòñòâóþùåé òîëùèíå ïîëîñû ïîñëå ïðîêàòêè h, îáå êðèâûå ïåðåñåêàþòñÿ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ñèëå ïðîêàòêè Ð. Ïóñòü ïî êàêèì-òî ïðè÷èíàì ñèëà ïðîêàòêè óâåëè÷èëàñü äî çíà÷åíèÿ Ð1. Òîëùèíà ïîëîñû óâåëè÷èòñÿ äî h1. Ðàçíîòîëùèííîñòü δh = (h1 h). Ïî êðèâîé æåñòêîñòè ïîëîñû 2 ìû ïåðåìåùàåìñÿ èç òî÷êè  â òî÷êó D. Âèäíî (ñì. ðèñ. 18.17), ÷òî ïðè ïåðåõîäå òîëùèíû èç òî÷êè h â òî÷êó h1 èçìåíåíèå ñèëû ïðîêàòêè ñêëàäûâàåòñÿ èç äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: ∆Ð1 = ÀÑ è ∆Ð2 = DÑ. Ïîñëåäíÿÿ îáðàçîâàëàñü çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ æåñòêîñòè ïîëîñû. Îáùåå èçìåíåíèå ñèëû ∆Ð = ∆Ð2 + ∆Ð1 = δh tgα + δh tgβ = δh (Mê + Ìï). Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî 1 δh = ∆Ð Ì + Ì . ï ê
(18.1)
Ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå îïðåäåëÿåòñÿ æåñòêîñòüþ ïîëîñû è êëåòè. Íà äåéñòâóþùåì ñòàíå æåñòêîñòü êëåòè èçìåíèòü íåëüçÿ, íî ìîæíî óïðàâëÿòü æåñòêîñòüþ ïîëîñû, âëèÿÿ íà ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü. Åñëè íà ñòàíå ïîëîñà ïðîêàòûâàåòñÿ çà k ïðîïóñêîâ îò òîëùèíû h0 äî hk, òî ìîæíî òàê ðàñïðåäåëèòü îáæàòèÿ ïî êëåòÿì, ÷òîáû ñóììàðíàÿ æåñòêîñòü ïîëîñû ïî ïðîïóñêàì áûëà ìàêñèìàëüíîé. Çàìåíèì â (18.1) êîíå÷íûå îòêëîíåíèÿ áåñêîíå÷íî ìàëûìè: δh = dÐ
1 . Ìï + Ìê
Ïîäñòàâèâ dP =Ìï dH, ïîëó÷àåì îêîí÷àòåëüíî Ìï δh = dH Ì + Ì . ï ê
Îòñþäà êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ Ê=
Ì + Ìê h Ì h dH h = 1 + ê . = ï δh H Ìï H Ìï H
(18.2)
Ðàâåíñòâî (18.2) ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âàæíûå òåõíîëîãè÷åñêèå âûâîäû. (Çàìåòèì, ÷òî H è h çäåñü ïîñòîÿííû.) Êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ ïîâûøàåòñÿïðè óâåëè÷åíèè æåñòêîñòè êëåòè è óìåíüøåíèè æåñòêîñòè ïîëîñû. Æåñòêèå íàêëåïàííûå ïîëîñû âûðàâíèâàþòñÿ õóæå, ÷åì ìÿãêèå, à òîíêèå õóæå, ÷åì òîëñòûå. Ïðè ïðîêàòêå ïîëîñû â íåñêîëüêî ïðîïóñêîâ íåîáõîäèìî âûðàâíèâàòü åå â ïåðâûõ ïðîïóñêàõ. 516
18.6. Îïòèìèçàöèÿ îáæàòèé íà íåïðåðûâíîì ñòàíå ïî ðàçíîòîëùèííîñòè Ïîëó÷åííûå âûâîäû ïîçâîëÿþò îïòèìèçèðîâàòü ðåæèì îáæàòèÿ ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå. Ïîñòàíîâêà çàäà÷è ñôîðìóëèðîâàíà. Îïòèìàëüíûì áóäåì ñ÷èòàòü òàêîé ðåæèì îáæàòèÿ çà k ïðîïóñêîâ, ïðè êîòîðîì êðèòåðèé k
Ì
∏ 1 + Ì ê i =1
äîñòèãàåò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ. Èçâåñòíû íà÷àëüíàÿ h0 = H è êîíå÷íàÿ hk òîëùèíà ïîëîñû. Òðåáóåòñÿ ðàñïðåäåëèòü ïî ïðîïóñêàì îáæàòèÿ ∆hi = hi hi1 è ìåæêëåòåâûå íàòÿæåíèÿ σi (i = 1,2, ...
, k). Òàêèì îáðàçîì, â çàäà÷å äâà âàðüèðóåìûõ ïàðàìåòðà, îäíàêî ýòî íå ñèëüíî óñëîæíÿåò ïðîöåäóðó ïîèñêà ìàêñèìóìà êðèòåðèÿ. Ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå ãëàâíûì ïàðàìåòðîì, îãðàíè÷èâàþùèì îáæàòèå â êàæäîì ïðîïóñêå, ÿâëÿåòñÿ äîïóñòèìàÿ ñèëà ïðîêàòêè [P]i . Äèàïàçîí èçìåíåíèÿ òîëùèíû hi ìîæåò îïðåäåëÿòüñÿ òàêæå äðóãèìè îãðàíè÷åíèÿìè: ∆hi > 0, α < [α], M < Mýêâ. Çàäà÷à ðåøàåòñÿ ìåòîäîì äèíàìè÷åñêîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ. Êñòàòè, ýòèì ìåòîäîì íàõîäÿò îïòèìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå îáæàòèé òàêæå íà äðóãèõ ñòàíàõ è ïî äðóãèì êðèòåðèÿì. Íî íà ïðèìåðå õîëîäíîé ïðîêàòêè ëåã÷å âñåãî ðàññìîòðåòü ïðîöåäóðó ïîèñêà îïòèìàëüíîãî ðåøåíèÿ, òàê êàê çäåñü îíà ìàêñèìàëüíî ïðîñòà. Ïðåäñòàâèì ðåøåíèå ãðàôè÷åñêè (ðèñ. 18.18). Äëÿ êàæäîãî i-ãî ïðîïóñêà âûäåëåíà ïëîñêîñòü ñ êîîðäèíàòàìè hi è σi. Êàæäóþ èç ïëîñêîñòåé ìîæíî ïîêðûòü ñåòêîé ñ çàäàííûì øàãîì ïî îáåèì êîîðäèíàòàì. Äèàïàçîí èçìåíåíèÿ íàòÿæåíèÿ â êàæäîé êëåòè íàçíà÷èì îò 0 äî 0,5σsi.
N0 = 1
N1
h0
N2
h1
ï
h2 Nk2
E
hk2 Nk1
D1 D2
hk1
C1
Nk=1
D1
B1 B3
C2
A1 hk A3
B2
M
A2 σ0
σ1
σ2
σk2
σk1
σk
Ðèñ. 18.18. Ïðîöåäóðà îïòèìèçàöèè ðåæèìà îáæàòèÿ 517
Îïòèìàëüíûé ðåæèì îáæàòèÿ ïðåäñòàâèì â âèäå ëîìàíîé ëèíèè, ïðîõîäÿùåé ïî íåêîòîðûì òî÷êàì ñ íåèçâåñòíûìè ïîêà êîîðäèíàòàìè hi, σi. Ðåøåíèå ìåòîäîì äèíàìè÷åñêîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ îñíîâàíî íà òåîðåìå Áåëëìàíà, êîòîðóþ ñôîðìóëèðóåì ñëåäóþùèì îáðàçîì: åñëè îò íà÷àëüíîé òî÷êè ñ êîîðäèíàòàìè h0, σ0 óäàëîñü ïðîéòè ïî îïòèìàëüíîìó ìàðøðóòó äî i-é êëåòè è ïðèéòè ïðè ýòîì â òî÷êó ñ êîîðäèíàòàìè hi1 , σ1i , òî äàëüíåéøåå äâèæåíèå ïî ìàðøðóòó ê k-é êëåòè ñëåäóåò ñîâåðøàòü ïî îïòèìàëüíîìó ìàðøðóòó. Ñòðîãî ãîâîðÿ, ýòî òðèâèàëüíîå óòâåðæäåíèå, íî îíî ïîçâîëÿåò ïîñòðîèòü ñòðàòåãèþ ïîèñêà ìèíèìóìà êðèòåðèÿ. Ðåøåíèå ìîæíî ïðîâîäèòü êàê ïî õîäó ïðîêàòêè, òàê è â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè. ×àùå âñåãî ðàñ÷åò âåäóò ïðîòèâ õîäà ïðîêàòêè.  ïîñëåäíåì k-ì ïðîïóñêå êîíå÷íûå çàäàííûå çíà÷åíèÿ hk, σk, ñîîòâåòñòâóþùèå òî÷êå Ì, ìîæíî ïîëó÷èòü ðàçíûìè ïóòÿìè. Èç òî÷åê À1, À2,
..., (k 1)-é êëåòè ê òî÷êå M k-é êëåòè ïðîâåðÿåì ðàçíûå ïóòè ïåðåõîäà. Äëÿ êàæäîãî ïåðåõîäà âû÷èñëÿåì îáæàòèÿ ∆hk = hk1 hk. Çàòåì ïî ñîîòâåòñòâóþùèì ôîðìóëàì íàõîäèì óãîë çàõâàòà, ñèëó è ìîìåíò ïðîêàòêè. Ñðàâíèâàåì ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ ñ äîïóñòèìûìè. Îáæàòèå íå ìîæåò áûòü îòðèöàòåëüíûì (∆h > 0) è íå äîëæíî ïðåâûøàòü ïðåäåëüíî äîïóñòèìûõ çíà÷åíèé ïî óãëó çàõâàòà, ìàêñèìàëüíîé ñèëå ïðîêàòêè è íîìèíàëüíîìó ìîìåíòó. Î÷åâèäíî, âñå ìàðøðóòû, ïðîøåäøèå ïî îãðàíè÷åíèÿì, ñëåäóåò çàïîìíèòü, ïîòîìó ÷òî ÷åðåç êàæäóþ èç òî÷åê À1, À2, .
.. ìîæåò ïðîéòè èñêîìûé îïòèìàëüíûé ìàðøðóò. Ïóñòü òàêèõ òî÷åê áóäåò Nk1 øòóê. Äëÿ êàæäîé èç íèõ íåîáõîäèìî âû÷èñëèòü è çàïîìíèòü òàêæå çíà÷åíèÿ êðèòåðèåâ Jk. Çäåñü íåëüçÿ çàïîìèíàòü òîëüêî îäíî ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå êðèòåðèÿ, ïîòîìó ÷òî ïîêà íåèçâåñòíî, ÷åðåç êàêóþ êîíêðåòíóþ òî÷êó À1, À2, ...
ïðîéäåò îïòèìàëüíûé ìàðøðóò. Ïðè ðàññìîòðåíèè (k 2)-é êëåòè ñòðàòåãèÿ ìåíÿåòñÿ. Ìû âûáèðàåì ñíà÷àëà îäíó òî÷êó Â1 è èç íåå ñòðîèì ìàðøðóòû ÷åðåç âñå òî÷êè À1, À2, ...
, (k1)-é êëåòè. Äëÿ êàæäîãî ìàðøðóòà âû÷èñëÿåì îáæàòèÿ ∆hk1 = hk2 hk1 è ðàññìàòðèâàåì òîëüêî òå èç íèõ, êîòîðûå ïðîõîäÿò ïî îãðàíè÷åíèÿì. Äëÿ êàæäîãî èç íèõ âû÷èñëÿåì çíà÷åíèÿ êðèòåðèÿ Jk Jk1 è, âîñïîëüçîâàâøèñü òåîðåìîé Áåëëìàíà, èç âñåõ ìàðøðóòîâ çàïîìèíàåì òîëüêî îäèí, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò ìèíèìàëüíîå ïðîèçâåäåíèå JkJk1. Òåì ñàìûì äëÿ òî÷êè Â1 îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî îäíà òî÷êà À (ñì. ðèñ. 18.18, òî÷êà À1). Íî îïòèìàëüíûé ìàðøðóò íå îáÿçàòåëüíî ïðîõîäèò ÷åðåç òî÷êó Â1, ïîýòîìó äëÿ äðóãîé òî÷êè (Â2) òàêæå íåîáõîäèìî ðàññ÷èòàòü è ñîõðàíèòü îäèí ìàðøðóò ñ ìèíèìàëüíûì ïðîèçâåäåíèåì JkJk1.  (k 2)-é ïëîñêîñòè òàêèì îáðàçîì ñîõðàíèì Nk2 ìàðøðóòîâ. Íà ðèñ. 18.18 ïðåäñòàâëåí 4-êëåòåâîé ñòàí, ïîýòîìó ïîä íîìåðîì (k 3) áóäåò êëåòü ¹ 2. Äëÿ ýòîé êëåòè ïðîöåäóðà ïîâòîðÿåòñÿ. Òî åñòü äëÿ òî÷êè Ñ1 ñòðîèì ìàðøðóòû ÷åðåç âñå òî÷êè Â1, Â2,
ïðîøåäøèå ïî îãðàíè÷åíèÿì, íî çàïîìèíàåì òîëüêî îäèí ìàðøðóò ñ ìèíèìàëüíûì ïðîèçâåäåíèåì Jk2 Jk1Jk. Àíàëîãè÷íî â ïàìÿòè ÝÂÌ îñòàåòñÿ ïî îäíîìó ìàðøðóòó äëÿ äðóãèõ òî÷åê (Ñ2, Ñ3 ...)
êëåòè ¹ 2. Äëÿ êëåòè ¹ 2 çàïîìèíàåì N2 ìàðøðóòîâ. Òî÷íî òàê æå ôîðìèðóåì â ïàìÿòè ÝÂÌ ìàðøðóòû, èñõîäÿùèå èç òî÷åê D1, D2, ...
êëåòè ¹ 1 ê òî÷êàì êëåòè ¹ 2. Çàïîìèíàåòñÿ N1 ìàðøðóòîâ. 518
 íóëåâîé ïëîñêîñòè ïðîöåäóðà íå èçìåíÿåòñÿ, íî çäåñü ñóùåñòâóåò òîëüêî îäíà òî÷êà Å ñ çàäàííûìè ïàðàìåòðàìè h0 è σ0, ïîýòîìó ìàðøðóò, îáåñïå÷èâàþùèé ìèíèìóì êðèòåðèÿ J1 J2, ...
, Jk, áóäåò èñêîìûì. Íà ðèñ. 18.18 òîëñòîé ëèíèåé îáîçíà÷åí îïòèìàëüíûé ìàðøðóò ED2C2B3A3M. 18.7. Ñïîñîáû óìåíüøåíèÿ ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè Âàæíåéøèìè ïàðàìåòðàìè ïðîêàòêè, êîòîðûå îïðåäåëÿþò êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ, ÿâëÿþòñÿ îáæàòèå ∆h = H h, íàòÿæåíèÿ σi ìåæäó i-é è (i 1)-é êëåòÿìè, à òàêæå ìåæäó êðàéíèìè êëåòÿìè è ìîòàëêàìè σ0 è σk. Íî íà êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ âëèÿþò òàêæå äðóãèå ôàêòîðû, ïðåæäå âñåãî âñå òå, êîòîðûå ñíèæàþò äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè è ñèëó ïðîêàòêè (êîýôôèöèåíò òðåíèÿ, ñîñòîÿíèå ïîâåðõíîñòè âàëêîâ, ñêîðîñòü ïðîêàòêè è ò. ä.). Ýêñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâëåíî, ÷òî ïîâûøåíèå îáæàòèÿ ïîëîñû ñïîñîáñòâóåò åå âûðàâíèâàíèþ. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ñ ðîñòîì îáæàòèÿ ∆h äîëÿ íåðîâíîñòåé δh è èõ âëèÿíèå íà êîëåáàíèå äàâëåíèÿ îñëàáåâàþò. Ïîýòîìó âïîëíå îáúÿñíèì îïòèìàëüíûé ðåæèì îáæàòèÿ, ïðèíÿòûé, íàïðèìåð, íà 4-êëåòåâîì ñòàíå 1700 ×åðÌÊ: â ïåðâîé êëåòè 2528 %, âî âòîðîé 3234, â òðåòüåé 3435 %. Óâåëè÷åíèå îáæàòèé ê êîíöó ïðîêàòêè ñïîñîáñòâóåò åå âûðàâíèâàíèþ.  ïîñëåäíåé êëåòè îáæàòèå ñíèæåíî äî 1820 %, ÷òîáû îáåñïå÷èòü âûñîêîå êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Íàòÿæåíèå ïîëîñû ìåæäó êëåòÿìè ñíèæàåò äàâëåíèå è, ñëåäîâàòåëüíî, ñïîñîáñòâóåò âûðàâíèâàíèþ ïîëîñû, õîòÿ êîëåáàíèÿ íàòÿæåíèé óâåëè÷èâàþò ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü. Ñòàáèëüíîå è âûñîêîå íàïðÿæåíèå íàòÿæåíèÿ íà óðîâíå (0,30,5)σsi ñ÷èòàåòñÿ îïòèìàëüíûì íà íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ; áîëåå âûñîêèå íàòÿæåíèÿ îïàñíû, òàê êàê óâåëè÷èâàåòñÿ îáðûâíîñòü ëèñòà ìåæäó êëåòÿìè, îñîáåííî ïðè íàëè÷èè äèíàìè÷åñêèõ ýôôåêòîâ, ñâÿçàííûõ ñ ïðîêàòêîé øâîâ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, äëÿ îáåñïå÷åíèÿ êà÷åñòâà ïîâåðõíîñòè ëèñòà ê êîíöó ïðîêàòêè íàòÿæåíèÿ ñíèæàþò. Îáåñïå÷èòü ñòàáèëüíîå çàäàííîå íàòÿæåíèå ìîæíî òîëüêî ñ èñïîëüçîâàíèåì ÑÀÐÍ. Âûðàâíèâàíèþ ïîëîñû ñïîñîáñòâóþò òàêæå äðóãèå òåõíîëîãè÷åñêèå ôàêòîðû, ñíèæàþùèå ñèëó ïðîêàòêè. Ïðèìåíåíèå ýôôåêòèâíûõ ýìóëüñèé ñíèæàåò ñèëó ïðîêàòêè, ðàñõîä ýíåðãèè íà ïðîêàòêó, à òàêæå óìåíüøàåò ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü è óëó÷øàåò ïëàíøåòíîñòü ïîëîñû. Îäíèì èç íàïðàâëåíèé â òåõíîëîãèè õîëîäíîé ïðîêàòêè ÿâëÿåòñÿ íåñèììåòðè÷íàÿ ïðîêàòêà, ò. å. ïðîêàòêà â âàëêàõ, èìåþùèõ ðàçíóþ îêðóæíóþ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ. Ïðè ðàññìîòðåíèè ýòîãî âîïðîñà â òåîðèè ïðîêàòêè îòìå÷àëèñü ýôôåêòû, ñíèæàþùèå äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè.  ðåçóëüòàòå ïðè õîëîäíîé íåñèììåòðè÷íîé ïðîêàòêå óâåëè÷èâàåòñÿ òî÷íîñòü è óìåíüøàåòñÿ ïðîäîëüíàÿ è ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà íà 2530 %. Êðîìå òîãî, êèíåìàòèêà, ïðè êîòîðîé â î÷àãå äåôîðìàöèè ñóùåñòâóåò çîíà ñ ïðîòèâîïîëîæíûì íàïðàâëåíèåì ñèë òðåíèÿ, îáåñïå÷èâàåò âûðàâíèâàíèå ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïî ñå÷åíèþ ïðîêàòà, ñíèæåíèå óïðî÷íåíèÿ ñòàëè, óëó÷øåíèå ÷èñòîòû ïîâåðõíîñòè ëèñòà. 519
Íà íåïðåðûâíîì ñòàíå 1700 ×åðÌÊ âíåäðåí êîìáèíèðîâàííûé ðåæèì ïðîêàòêè, ïðè êîòîðîì êëåòè ÷åðåäóþòñÿ ñ ðàññîãëàñîâàíèåì è áåç ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé. Òåîðåòè÷åñêèå àñïåêòû êîìáèíèðîâàííûõ ðåæèìîâ ïðîêàòêè áûëè ðàññìîòðåíû â òåîðèè ÎÌÄ. Òàêîé ðåæèì îáåñïå÷èâàåò ìàêñèìàëüíóþ ñòàáèëüíîñòü ïðîêàòêè è íàèëó÷øèå ïîêàçàòåëè ïî òî÷íîñòè è ÷èñòîòå ïîâåðõíîñòè. Äëÿ âûðàâíèâàíèÿ ïðîäîëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòè âåñüìà ýôôåêòèâåí ÏÂïðîöåññ èëè ðåøåíèÿ, èñïîëüçóþùèå èäåè ýòîãî ïðîöåññà. Íàïîìíèì, ÷òî îñíîâíûå åãî èäåè ñâîäÿòñÿ ê ñîçäàíèþ î÷àãà äåôîðìàöèè, â êîòîðîì, âî-ïåðâûõ, ñíèæàåòñÿ äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè è ñèëà ïðîêàòêè çà ñ÷åò ðàññîãëàñîâàíèÿ ñêîðîñòåé âàëêîâ è, âî-âòîðûõ, îáðàçóåòñÿ ðåçåðâ ñèë òðåíèÿ íà ó÷àñòêå îõâàòà, îáåñïå÷èâàþùèé ñàìîðåãóëèðîâàíèå ïðîöåññà ïðîêàòêè. Íà îñíîâå ýòîãî ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî êîíñòðóêòèâíûõ ðåøåíèé. Íàïðèìåð, íà ×åðÌÊ ïðè ïðîêàòå íà ñòàíå êâàðòî ðàáî÷èå âàëêè ñìåùàþò îòíîñèòåëüíî ëèíèè öåíòðîâ îïîðíûõ âàëêîâ íà âåëè÷èíó äî 5 ìì ïî íàïðàâëåíèþ ïðîêàòêè. Ïðè ýòîì óâåëè÷èâàåòñÿ äëèíà êîíòàêòà ìåòàëëà ñ âàëêàìè è îáðàçóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå (ðåçåðâíûå) ñèëû òðåíèÿ, êîòîðûå ñïîñîáñòâóþò ìåíüøåìó êîëåáàíèþ òîëùèíû ïîëîñû ïðè êîëåáàíèÿõ ñèëû ïðîêàòêè. Ïðè ñìåùåíèè ðàáî÷èõ âàëêîâ îíè ïëîòíåå ïðèæèìàþòñÿ ê ïîäóøêàì è ñòàíèíàì, ïîýòîìó óñòðàíÿåòñÿ âèáðàöèÿ ïîëîñû ïðè ïðîêàòêå íà âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ. Øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå òàêîé ïðèåì ïîëó÷èë íà âûñîêîòî÷íîì ñòàíå òèïà MKW (ðèñ. 18.19). Ïîëîæåíèå ðàáî÷èõ âàëêîâ, à òàêæå èõ ïðîäîëüíûé ïðîãèá ìîæíî ðåãóëèðîâàòü çà ñ÷åò âîçäåéñòâèÿ íà ïîäïîðíûé âàëîê 2. Òàêîé ñòàí äëÿ ïðîêàòêè ëèñòîâ ñå÷åíèåì 0,1½610 ìì, îáîðóäîâàííûé ñèñòåìîé àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ òîëùèíû, óñòàíîâëåí íà îäíîì èç çàâîäîâ ôèðìû Lankashire and Corby Manufacturing â Âåëèêîáðèòàíèè. Èäåè ÏÂ-ïðîöåññà ðåàëèçîâàíû íà CBS-còàíå (ðèñ. 18.20). Ïðè ïðîêàòêå ïîëîñà îãèáàåò ðàáî÷èå âàëêè, êàê â ÏÂ-ïðîöåññå, ïîýòîìó ñîçäàþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ñèëû òðåíèÿ, íåîáõîäèìûå äëÿ ñàìîðåãóëèðîâàíèÿ ïðîêàòêè ïðè êîëåáàíèÿõ äàâëåíèÿ íà âàëêè. Ñ ïîìîùüþ ðîëèêà 3, äèàìåòð êîòîðîãî â 20 ðàç
5 1 3 5 1
2
4
1
6 1
3 4
2
Ðèñ. 18.19. Ñòàí òèïà MKW äëÿ ïðîêàòêè ëèñòà è ëåíòû:
Ðèñ. 18.20. Ñòàí äëÿ ïðîêàòêè âûñîêîòî÷íûõ ïëàíøåòíûõ ëèñòîâ:
1 ìîòàëêà; 2 ïîäøèïíèêîâàÿ îïîðà; 3 ïîäïîðíûé âàëîê; 4 îïîðíûé âàëîê; 5 ðàáî÷èé âàëîê; 6 ïîëîñà
1 ìîòàëêà; 2 îïîðíûé âàëîê; 3 ðîëèê; 4 ðàáî÷èå âàëêè; 5 ïîëîñà
520
ìåíüøå äèàìåòðà ðàáî÷èõ âàëêîâ, â ïîëîñå ñîçäàþòñÿ çíà÷èòåëüíûå ïëàñòè÷åñêèå äåôîðìàöèè èçãèáà, êîòîðûå ñïîñîáñòâóþò âûðàâíèâàíèþ ïîëîñû êàê â ïðîäîëüíîì, òàê è â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèÿõ. Ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ëèñòîâ â ïîñëåäíèõ êëåòÿõ íåïðåðûâíîãî ñòàíà èëè íà äðåññèðîâî÷íîì ñòàíå ðåàëèçóåòñÿ ñâåðõíèçêèé î÷àã äåôîðìàöèè.  òåîðèè ÎÌÄ ðàññìîòðåíû ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè òàêèõ î÷àãîâ. Îíè èìåþò ìåñòî ïðè ïðîêàòêå íà ïðåäâàðèòåëüíî ïîäæàòûõ âàëêàõ èëè íà íåïîäæàòûõ âàëêàõ â óñëîâèÿõ, êîãäà äîñòèãàåòñÿ âûñîêàÿ óïðóãàÿ äåôîðìàöèÿ âàëêîâ. Óïðóãèå çîíû, îáðàçîâàâøèåñÿ çà ñ÷åò óïðóãîãî ñïëþùèâàíèÿ âàëêîâ, èãðàþò ðåøàþùóþ ðîëü ïðè ôîðìèðîâàíèè íàïðÿæåíèé â î÷àãå äåôîðìàöèè. Ïëàñòè÷åñêàÿ çîíà â î÷àãå äåôîðìàöèè ïîäïèðàåòñÿ ìîùíûìè óïðóãèìè çîíàìè ñ î÷åíü âûñîêèìè ñæèìàþùèìè íàïðÿæåíèÿìè.  ðåçóëüòàòå äàâëåíèå â ïëàñòè÷åñêîé çîíå ðåçêî âîçðàñòàåò. Íî äëÿ ëèñòîâîé ïðîêàòêè âàæíî òî, ÷òî íà ñâåðõíèçêîì î÷àãå ñèëà ïðîêàòêè ïåðåñòàåò ðåàãèðîâàòü íà âîçìóùàþùèå ôàêòîðû ïðîêàòêè, îíà ïðàêòè÷åñêè âñåãäà ïîñòîÿííà è íå çàâèñèò îò êîëåáàíèé îáæàòèÿ. Åñëè èñõîäíàÿ ïîëîñà èìåëà ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü, òî ðàçíîñòü îáæàòèé ïî äëèíå íå áóäåò âëèÿòü íà ñèëó ïðîêàòêè. Ïðè ïðîêàòêå ñ ïîñòîÿííûì óñèëèåì ïîëîñà ïî äëèíå áóäåò âûðàâíèâàòüñÿ. ×åì ìÿã÷å âàëîê è áîëüøå åãî äèàìåòð, òåì áîëåå ðàçâèòû óïðóãèå çîíû íà ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà, òåì áîëüøå ýôôåêò âûðàâíèâàíèÿ. Ýòè âûâîäû øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ïðè ïðîêàòêå òîíêèõ ïîëîñ è ïðè äðåññèðîâêå. Íà íåêîòîðûõ äðåññèðîâî÷íûõ ñòàíàõ ñòàëè óñòàíàâëèâàòü âàëêè ïîâûøåííîãî äèàìåòðà ñ íåâûñîêîé ïîâåðõíîñòíîé òâåðäîñòüþ (íî, êîíå÷íî, äîñòàòî÷íîé, ÷òîáû èçáåæàòü ïðîäàâëèâàíèÿ âàëêîâ). Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì ñïîñîáîì ïðîêàòêè âûñîêîòî÷íûõ ïîëîñ ñ íàèìåíüøåé ïðîäîëüíîé è ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ îñòàåòñÿ ïðîêàòêà â ìíîãîâàëêîâûõ, îñîáåííî 20-âàëêîâûõ, ñòàíàõ. Ýòè ñòàíû èìåþò ìàëûé äèàìåòð ðàáî÷èõ âàëêîâ, âûñîêóþ æåñòêîñòü êëåòè, ðàáîòàþò ñ âûñîêèìè íàòÿæåíèÿìè, ÷òî ïîçâîëÿåò ïðîêàòûâàòü ïîëîñû ñ áîëüøèìè îáæàòèÿìè çà ïðîõîä è ìàëûìè äîïóñêàìè íà òîëùèíó è ðàçíîòîëùèííîñòü. 18.8. Ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü è ïëàíøåòíîñòü ïîëîñû Ê ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòè õîëîäíîêàòàíîé ïîëîñû ïðåäúÿâëÿþòñÿ î÷åíü âûñîêèå òðåáîâàíèÿ. Äîïóñê ïî øèðèíå ïî ðàçíîòîëùèííîñòè íåêîòîðûõ ïîëîñ íàõîäèòñÿ íà óðîâíå ±0,03 ìì. Îñíîâíàÿ ïðè÷èíà çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü îïðåäåëÿåò ïëàíøåòíîñòü ïîëîñû, à òðåáîâàíèÿ ïî ïëàíøåòíîñòè äëÿ ìíîãèõ âèäîâ õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà î÷åíü âûñîêè. Îáîçíà÷èì, êàê è ðàíüøå, ñðåäíþþ ïî øèðèíå òîëùèíó äî ïðîêàòêè H. Ïóñòü îíà ðàâíà ôàêòè÷åñêîé òîëùèíå â îäíîé èç òî÷åê, à òîëùèíà â äðóãîé òî÷êå (H + ∆H). Ïîñëå ïðîêàòêè â òåõ æå òî÷êàõ ïîëó÷èì, ñîîòâåòñòâåííî, h è (h + ∆h). Î÷åâèäíî, ïëàíøåòíîñòü ñîõðàíèòñÿ â òîì ñëó÷àå, êîãäà âûòÿæêà â îáåèõ âûáðàííûõ òî÷êàõ áóäåò îäèíàêîâîé: H H + ∆H = . h h + ∆h 521
Ïîñëå ïðîñòûõ ïðåîáðàçîâàíèé ïîëó÷àåì êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ: K =
∆H / H = 1. ∆h / h
×òîáû ïîëîñà ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå âûõîäèëà èç âàëêîâ ïëàíøåòíîé, íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè êîýôôèöèåíò âûðàâíèâàíèÿ Ê = 1. Îòíîñèòåëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå äîëæíà ñîõðàíÿòüñÿ òàêîé, êàêóþ ïîëó÷èëè ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå. Âñÿêàÿ ïîïûòêà èñïðàâèòü ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü íà÷àëüíîé ïîëîñû ïóòåì ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ îáæàòèÿ ïî øèðèíå ïðèâåäåò ê ïîòåðå ïëàíøåòíîñòè. È íàîáîðîò, åñëè òðåáóåòñÿ èñïðàâèòü èñõîäíóþ íåïëàíøåòíîñòü ïîäêàòà, òî ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå ýòîãî íåëüçÿ äîáèòüñÿ òîëüêî ïóòåì íåðàâíîìåðíîãî îáæàòèÿ ïî øèðèíå. Òàêèì îáðàçîì, ïëàíøåòíîñòü õîëîäíîêàòàíîé ïîëîñû ôîðìèðóåòñÿ â îñíîâíîì ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå ïîäêàòà íà ÍØÏÑ. Ïîïåðå÷íàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü õîëîäíîêàòàíîé ïîëîñû â äîïóñòèìûõ ïðåäåëàõ íåîïàñíà. Íàîáîðîò, åñëè ïîäêàò èìååò íåñêîëüêî áîëüøóþ òîëùèíó â ñåðåäèíå (äî 0,08 ìì), ÷åì ïî êðîìêàì, ò. å. èìååò ÷å÷åâèöåîáðàçíóþ ôîðìó, òî ïðîöåññ õîëîäíîé ïðîêàòêè ïðîòåêàåò áîëåå óñòîé÷èâî, ÷åì ïðè èäåàëüíî ðîâíîé ôîðìå ïîäêàòà. Ïðè ýòîì ïðè ïðîêàòêå âîçíèêàþò ïîïåðå÷íûå ñèëû, óäåðæèâàþùèå ïîëîñó íà ñåðåäèíå áî÷êè âàëêîâ. Òàêèì îáðàçîì, ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå ñòðåìÿòñÿ ñôîðìèðîâàòü, à ïðè õîëîäíîé ïîääåðæàòü îïðåäåëåííóþ ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü â ïðåäåëàõ çàäàííîãî äîïóñêà. Íî óñëîâèå ïëàíøåòíîñòè ïîëîñû Ê = 1 äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ ñòðîãî. Íàðóøåíèå åãî ïðèâîäèò ê âîëíèñòîñòè è êîðîáîâàòîñòè, ñ êîòîðûìè ìû âñòðå÷àëèñü ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå, ê ñåðïîâèäíîñòè ïîëîñû, ê òåëåñêîïè÷íîñòè ðóëîíà ïðè ñìîòêå, ê âûñîêèì îñòàòî÷íûì íàïðÿæåíèÿì â ãîòîâîì ëèñòå è ò. ä. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî è ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû òàê æå íå î÷åíü îïàñíà. Ãîðàçäî îïàñíåå åå íåðàâíîìåðíîñòü ïî øèðèíå ëèñòà. Ïðè ýòîì íà ëèñòå îáðàçóþòñÿ òå æå âèäû áðàêà. Ïîýòîìó ìíîãèå ìåðîïðèÿòèÿ, íàïðàâëåííûå íà óëó÷øåíèå ïëàíøåòíîñòè ëèñòà, â êîìïëåñå ðåøàþò ïðîáëåìû è ïðîäîëüíîé, è ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòè. Èòàê, ïîïåðå÷íàÿ ðàíîòîëùèííîñòü õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà â èäåàëüíîì ñëó÷àå ïîâòîðÿåò ðàçíîòîëùèííîñòü ïîäêàòà. Ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå îíà áóäåò èçìåíÿòüñÿ â òó èëè èíóþ ñòîðîíó çà ñ÷åò âîçäåéñòâèÿ ôàêòîðîâ, êîòîðûå èìåþò ìåñòî ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå. Ýòî áóäåò ñîïðîâîæäàòüñÿ ïîòåðåé ïëàíøåòíîñòè. Íà ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå âëèÿþò òå æå ôàêòîðû, ÷òî è ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå, íî çíà÷èìîñòü êàæäîãî èç íèõ ðàçëè÷íà. Ïðîãèá âàëêîâ Ïðîãèá ðàáî÷èõ è îïîðíûõ âàëêîâ âíîñèò íàèáîëüøèé âêëàä â ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ëèñòà. Îñü ðàáî÷åãî âàëêà ïðèíèìàåò âèä âûïóêëîé êðèâîé 1 (ðèñ. 18.21). Ñîîòâåòñòâåííî, äëÿ åå êîìïåíñàöèè ïî òàêîé æå êðèâîé íåîáõîäèìî ïðîøëèôîâàòü áî÷êó ðàáî÷åãî âàëêà. Íà âñåõ ñòàíàõ õîëîäíîé ïðîêàòêè îäèí ðàáî÷èé âàëîê èìååò ñòàíî÷íóþ ïðîôèëèðîâêó âûïóêëîé ôîðìû. Ïîñêîëüêó ïðîãèá çàâèñèò îò ñèëû ïðîêàòêè, òî íà ñòàíå íåîáõîäèìî èìåòü àâòîìàòèçèðîâàííóþ ñèñòåìó ïðîòèâîèçãèáà. Íà ñòàíî÷íóþ ïðîôèëèðîâêó âàëêîâ, ðàññ÷è522
Âûïóêëîñòü âàëêà, ìì
0,12
1
0,08
2
0,04 400
800 1200 1600 2000 Äëèíà áî÷êè âàëêà, ìì
2400
Ðèñ. 18.21. Èñõîäíûé (1) è âûðàáîòàííûé (2) ïðîôèëü ðàáî÷èõ âàëêîâ ñòàíà õîëîäíîé ïðîêàòêè 2500 ÌÌÊ
Èçíîñ âàëêîâ  ïðîöåññå ïðîêàòêè ðàáî÷èå âàëêè âûðàáàòûâàþòñÿ, ïðèîáðåòàÿ ôîðìó 2 (ñì. ðèñ. 18.21). Áîëüøîå çíà÷åíèå èìååò òàêæå èçíîñ îïîðíûõ âàëêîâ (ðèñ. 18.22). Èçíîñ ðàáî÷èõ è îïîðíûõ âàëêîâ ó÷èòûâàåòñÿ ïðè ðàáîòå ñèñòåìû ïðîòèâîèçãèáà âàëêîâ. Êðîìå òîãî, íåîáõîäèìî ÷àñòî ìåíÿòü ðàáî÷èå è îïîðíûå âàëêè. Ðàáî÷èå âàëêè ïåðåâàëèâàþò îáû÷íî ÷åðåç êàæäóþ ðàáî÷óþ ñìåíó è äàæå ÷àùå, îïîðíûå ïðèìåðíî äâàòðè ðàçà â ìåñÿö.
Ðàäèàëüíîå èçìåíåíèå ïðîôèëÿ, ìêì
òàííóþ ïðè áàçîâîé ñèëå ïðîêàòêè Ðá, íàêëàäûâàåòñÿ äîïîëíèòåëüíûé èçãèá âàëêîâ ïðè ôàêòè÷åñêîé ñèëå ïðîêàòêè Ð. Ñèñòåìû ïðîòèâîèçãèáà ïðèìåíÿþòñÿ òàêæå íà ñòàíàõ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè, íî ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå òðåáîâàíèÿ ê íèì ãîðàçäî âûøå, òàê êàê ðåãóëèðîâêè âåäóòñÿ â ïðåäåëàõ áîëåå æåñòêèõ äîïóñêîâ. Êðîìå òîãî, ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå êðèâàÿ ïðîãèáà âàëêà 1 â áîëüøåé ìåðå, ÷åì ïðè ãîðÿ÷åé, çàâèñèò îò ýïþðû ðàñïðåäåëåíèÿ äàâëåíèÿ íà âàëêè âäîëü îñè âàëêà. 30  òåîðèè ÎÌÄ îòìå÷àëîñü, ÷òî ïðè õîëîä20 íîé ïðîêàòêå óçêèõ ëèñòîâ ýïþðà äàâëåíèÿ ïî 10 øèðèíå èìååò êóïîë â ñåðåäèíå ïîëîñû, à ïðè 0 1 ïðîêàòêå øèðîêèõ ïîëîñ, íàîáîðîò, ïî êðîì10 êàì äàâëåíèå âûøå, ÷åì â ñåðåäèíå. Êðîìå òîãî, 20 ñòàíî÷íàÿ ïðîôèëèðîâêà âàëêîâ âëèÿåò íà ðàñ30 ïðåäåëåíèå äàâëåíèÿ ïî øèðèíå ïîëîñû, óâå40 ëè÷èâàÿ åãî ê ñåðåäèíå. Òàêèì îáðàçîì, âèä 10 êðèâîé 1 ìîæåò èçìåíÿòüñÿ â øèðîêèõ ïðåäå2 0 ëàõ, ÷òî íàêëàäûâàåò îïðåäåëåííûå òðåáîâà10 íèÿ êàê íà ôîðìèðîâàíèå ñòàíî÷íîãî ïðîôè10 0 ëÿ, òàê è íà ðàáîòó ñèñòåìû ïðîòèâîèçãèáà. 3 10 20 10 0
4
10 20 800 400 0 400 800 Ðàññòîÿíèå îò ñåðåäèíû äëèíû áî÷êè âàëêà, ìì
Ðèñ. 18.22. Õàðàêòåð èçíîñà îïîðíûõ âàëêîâ ñòàíà 2500 õîëîäíîé ïðîêàòêè (ÌÌÊ) 523
Òåïëîâîé ïðîôèëü âàëêîâ Ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå ðàáî÷èå è îïîðíûå âàëêè ðàçîãðåâàþòñÿ çà ñ÷åò òåïëà, âûäåëÿåìîãî êàê â î÷àãå äåôîðìàöèè, òàê è â ìåñòå êîíòàêòà ðàáî÷åãî âàëêà ñ îïîðíûì. Ïî äëèíå âàëêà åãî òåìïåðàòóðà íåðàâíîìåðíà, ñåðåäèíà áî÷êè èìååò ïî÷òè âñåãäà ïîñòîÿííóþ òåìïåðàòóðó 6070 °Ñ, à âáëèçè øååê, ïðèìåðíî íà ðàññòîÿíèè îäíîãî ðàäèóñà, îíà áûñòðî óáûâàåò äî êîìíàòíîé. Ïðè÷åì ýêñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâëåíî, ÷òî íàèáîëüøèé ðàçîãðåâ âàëêîâ õàðàêòåðåí äëÿ ïîñëåäíèõ êëåòåé ñòàíà. Íåðàâíîìåðíîñòü òåìïåðàòóðû ïî äëèíå âàëêà îòðàæàåòñÿ íà ïîïåðå÷íîì ïðîôèëå è ïëàíøåòíîñòè ïîëîñû è â áîëüøåé ìåðå, ÷åì ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå, òðåáóåò òî÷íîãî åå ðàñ÷åòà è ó÷åòà. Ïðè øëèôîâêå ôîðìèðóþò ñòàíî÷íóþ ïðîôèëèðîâêó âàëêîâ, ó÷èòûâàÿ ðàñ÷åòíûé ïðîãèá è ðàñ÷åòíóþ òåïëîâóþ ñîñòàâëÿþùóþ ïðîôèëÿ äëÿ ñòàöèîíàðíûõ óñëîâèé ïðîêàòêè.  ïðîöåññå ïðîêàòêè ýïþðà ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû âäîëü ðàáî÷èõ è îïîðíûõ âàëêîâ äîëæíà ñòðîãî ïîääåðæèâàòüñÿ â çàäàííûõ ïðåäåëàõ ñ ïîìîùüþ àâòîìàòèçèðîâàííîé ñèñòåìû ïîäà÷è ýìóëüñèè (ÑÀÏÝ) íà âàëêè ñòàíà. Ýòà ñèñòåìà îñóùåñòâëÿåò ðåãóëèðîâàíèå ðàñõîäà è òåìïåðàòóðû ïîäàâàåìîé íà âàëêè ýìóëüñèè, à òàêæå ðàñïðåäåëåíèå îõëàæäàþùåé æèäêîñòè ïî êëåòÿì è âíóòðè êëåòè ïî äëèíå âàëêà. Íà ñòàíàõ, ïðîèçâîäÿùèõ òîíêóþ ëåíòó è ôîëüãó, ñ ïîìîùüþ ÑÀÏÝ óäàåòñÿ îñóùåñòâëÿòü òîíêóþ ðåãóëèðîâêó ïëàíøåòíîñòè ïîëîñû. Ïðè ïîÿâëåíèè óñòîé÷èâîé âîëíû íà êàêîì-ëèáî ó÷àñòêå øèðèíû íà ñîîòâåòñòâóþùåì ó÷àñòêå âàëêà ñíèæàþò ïîäà÷ó ýìóëüñèè èëè åå òåìïåðàòóðó. Äèàìåòð âàëêà â ýòîì ìåñòå óìåíüøàåòñÿ, îáæàòèå è âûòÿæêà ñíèæàþòñÿ, âîëíà èñ÷åçàåò. Ïðè ïðîêàòêå àëþìèíèåâûõ ôîëüã ìèêðîííûõ òîëùèí òàêîé ïðèåì ÿâëÿåòñÿ ïî÷òè åäèíñòâåííûì äëÿ óïðàâëåíèÿ ïëàíøåòíîñòüþ. Îäíàêî îí îáëàäàåò î÷åíü âûñîêîé èíåðöèåé. Ñ ïîìîùüþ ÑÀÏÝ ìîæíî ïîääåðæèâàòü òåìïåðàòóðíûé ïðîôèëü âàëêà ïðè ñòàöèîíàðíîé ïðîêàòêå. Íî ïîñëå ïåðåâàëêè âàëêîâ, äàæå ïðè èõ ïðåäâàðèòåëüíîì ïîäîãðåâå, òåìïåðàòóðíûé ïðîôèëü ìîæåò îòëè÷àòüñÿ îò ðàñ÷åòíîãî. Ïîýòîìó ïîñëå ïåðåâàëêè íåêîòîðîå âðåìÿ âðàùàþùèåñÿ âõîëîñòóþ âàëêè îáðàáàòûâàþò ñòðóÿìè ãîðÿ÷åé âîäû, êîððåêòèðóÿ ïðîôèëü âàëêà. Ïðè ïðîêàòêå âûñîêîòî÷íûõ ïîëîñ ïðîèçâîäÿò íàñòðîå÷íóþ ïðîêàòêó, ò. å. ïðîêàòûâàþò íåñêîëüêî ïðîáíûõ ïîëîñ äëÿ ñòàáèëèçàöèè òåìïåðàòóðû âàëêîâ. Óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ Äàâëåíèå ìåòàëëà íà âàëêè íåðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëÿåòñÿ ïî øèðèíå î÷àãà äåôîðìàöèè, è ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå ðåàëèçóþòñÿ ïðàêòè÷åñêè ëþáûå ýïþðû ðàñïðåäåëåíèÿ. Òàêèì æå îáðàçîì ðàñïðåäåëÿåòñÿ ïî øèðèíå óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ. Ïðè ãîðÿ÷åé ïðîêàòêå óïðóãîå ñïëþùèâàíèå íåâåëèêî, è åãî íåîáõîäèìî ïðèíèìàòü âî âíèìàíèå òîëüêî ïðè òîëùèíàõ ìåíåå 2 ìì. Ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå äîëÿ, âíîñèìàÿ óïðóãèì ñïëþùèâàíèåì âàëêîâ â îáùóþ ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû, î÷åíü âåëèêà. Óïðóãîå ñïëþùèâàíèå ïðîèñõîäèò êàê íà êîíòàêòå ðàáî÷èõ âàëêîâ ñ ìåòàëëîì, òàê è ìåæäó âàëêàìè. Ïðè ðàñ÷åòíîì äàâëåíèè íà âàëêè óïðóãîå ñïëþùèâà524
íèå ìîæíî ðàññ÷èòàòü è ó÷åñòü ïðè ñòàíî÷íîé ïðîôèëèðîâêå âàëêîâ. Íî åñëè ôàêòè÷åñêàÿ ýïþðà äàâëåíèé îòëè÷àåòñÿ îò ðàñ÷åòíîé, òî ïîÿâëÿåòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ïðîäîëüíàÿ ðàçíîòîëùèííîñòü è íåïëàíøåòíîñòü ïîëîñû. Óñòðàíèòü åå óäàåòñÿ ÷àñòè÷íî ñ ïîìîùüþ ñèñòåìû ïðîòèâîèçãèáà èëè èíûì ïóòåì. Íî ïîëíîñòüþ ëèêâèäèðîâàòü åå íå âîçìîæíî. Ðàäèàëüíîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ íåìíîãî âûðàâíèâàåò ïîïåðå÷íóþ ðàçíîòîëùèííîñòü ïîëîñû. Äîïóñòèì, èäåàëüíî ðîâíàÿ èñõîäíàÿ ïîëîñà ïðîêàòûâàåòñÿ íà âàëêàõ, îáðàçóþùèõ ïðè ïðîêàòêå íåðàâíîìåðíóþ ùåëü. Îáæàòèå ïîëîñû ïî øèðèíå áóäåò íåðàâíîìåðíûì. Íà òîì ó÷àñòêå ïî øèðèíå, ãäå îáæàòèå ìåíüøå è ùåëü òîëùå, äàâëåíèå íà âàëêè áóäåò íèæå è óïðóãîå èõ ñæàòèå ìåíüøå, ÷åì íà äðóãèõ ó÷àñòêàõ. Ýòî ñïîñîáñòâóåò âûðàâíèâàíèþ ýïþðû äàâëåíèé è âûñîòû ùåëè ïî øèðèíå ïîëîñû. Íàòÿæåíèå Ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà ïëîñêîñòíîñòü ïîëîñû îêàçûâàåò íàòÿæåíèå. Îíî âûïîëíÿåò ðîëü ñòàáèëèçèðóþùåãî ôàêòîðà, ñïîñîáñòâóþùåãî âûðàâíèâàíèþ âûòÿæåê ïî øèðèíå ïîëîñû. Óäåëüíûå íàòÿæåíèÿ (íà 1 ìì øèðèíû) ðàñïðåäåëÿþòñÿ ïî øèðèíå íåðàâíîìåðíî: îíî áîëüøå íà òåõ ó÷àñòêàõ, êîòîðûå èìåþò ìåíüøóþ âûòÿæêó. Èç òåîðèè èçâåñòíî, ÷òî äàæå ïðè îòñóòñòâèè íàòÿæåíèÿ ïðè èäåàëüíî ðîâíîì îáæàòèè ïî øèðèíå ñêîðîñòü òå÷åíèÿ ìåòàëëà â î÷àãå äåôîðìàöèè ïî øèðèíå ïîëîñû ðàñïðåäåëÿåòñÿ íåðàâíîìåðíî. Ïðè íåðàâíîìåðíîé äåôîðìàöèè ïî øèðèíå íåðàâíîìåðíîñòü ñêîðîñòåé òå÷åíèÿ óñóãóáëÿåòñÿ. Íà òîì ó÷àñòêå ïîëîñû, íà êîòîðîì âûñîòíàÿ äåôîðìàöèÿ ïî êàêèì-òî ïðè÷èíàì óìåíüøèëàñü, ò. å. âûñîòà ùåëè óâåëè÷èëàñü, âûòÿæêà ñíèçèëàñü. Ïðè íàòÿæåíèè ýòîò ó÷àñòîê ïîëîñû ïîëó÷èò äîïîëíèòåëüíîå ðàñòÿæåíèå. Êîíòàêòíîå äàâëåíèå ñíèçèòñÿ, óïðóãîå ñïëþùèâàíèå óìåíüøèòñÿ, ïðîôèëü ïîëîñû è êîíòàêòíîå äàâëåíèå ïî åå øèðèíå âûðàâíèâàþòñÿ. Òàêèì îáðàçîì, ïðè íàëè÷èè íàòÿæåíèÿ î÷àã äåôîðìàöèè èìååò äîïîëíèòåëüíóþ âîçìîæíîñòü ñàìîâûðàâíèâàíèÿ íåðàâíîìåðíîñòè óäåëüíûõ íàòÿæåíèé ïî øèðèíå ïîëîñû è òîëùèíû ïîëîñû. ( ëèòåðàòóðå ýòîò ýôôåêò íàçûâàþò ÑÍÓÍ.) Óñòàíîâëåíî, ÷òî ýôôåêò ñàìîâûðàâíèâàíèÿ òîëùèíû ïîëîñû ïî øèðèíå îïðåäåëÿåòñÿ íå òîëüêî íåðàâíîìåðíîñòüþ íàòÿæåíèé è óïðóãîãî ñïëþùèâàíèÿ. Áîëüøîå âëèÿíèå îêàçûâàåò æåñòêîñòü êëåòè è ïîëîñû. Ñàìîâûðàâíèâàíèå ïîïåðå÷íîãî ïðîôèëÿ âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷åíèåì æåñòêîñòè ïîëîñû, ò. å. ñ óìåíüøåíèåì åå òîëùèíû è óâåëè÷åíèåì øèðèíû, îáæàòèÿ è ñòåïåíè íàêëåïà. Îòñþäà ìîæíî ñäåëàòü âûâîä î öåëåñîîáðàçíîñòè óâåëè÷åíèÿ îáæàòèé â ïîñëåäíèõ êëåòÿõ ñòàíà, òàê êàê ýòî ïîçâîëèò ïîëíåå èñïîëüçîâàòü èõ âûðàâíèâàþùåå äåéñòâèå. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ ýôôåêòà ñàìîâûðàâíèâàíèÿ ïîëåçíî óâåëè÷åíèå äèàìåòðà âàëêîâ ñòàíà. Ïðè ýòîì âîçðàñòàåò óïðóãîå ñïëþùèâàíèå âàëêîâ, è îíî áîëåå ÷óòêî ðåàãèðóåò íà ðàññìîòðåííûå âîçäåéñòâèÿ. Ðàññîãëàñîâàíèå ñêîðîñòåé âàëêîâ òàêæå ñïîñîáñòâóåò âûðàâíèâàíèþ ïîëîñû. Óñòàíîâëåíî, ÷òî íàèëó÷øàÿ ïëîñêîñòíîñòü äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò ýôôåêòà ñàìîðåãóëèðîâàíèÿ, ïðè êîòîðîì ïî îäíîìó âàëêó ïîëíîñòüþ èñ÷åçàåò çîíà îïåðåæåíèÿ, ò. å. ïðè ðàññîãëàñîâàíèè ñêîðîñòåé íà 68 %. 525
Ðåãóëèðîâàíèå ïëàíøåòíîñòè ïîëîñû â ïðîöåññå ïðîêàòêè Äåéñòâåííûì ñðåäñòâîì ðåãóëèðîâàíèÿ ïîïåðå÷íîãî ïðîôèëÿ è ïëàíøåòíîñòè ïîëîñû ìîæåò ñëóæèòü êîíòðîëèðóåìîå ðàñïðåäåëåíèå óäåëüíûõ íàòÿæåíèé ïî øèðèíå ïîëîñû. Ñóùåñòâóþò êîíòàêòíûå ðîëèêîâûå òåíçîìåòðû, êîòîðûå ïîçâîëÿþò äîñòàòî÷íî òî÷íî èçìåðÿòü óäåëüíûå íàòÿæåíèÿ ïî øèðèíå. Îäíàêî òåõíè÷åñêèõ ñðåäñòâ, êîòîðûå ïîçâîëÿëè áû íåïîñðåäñòâåííî óïðàâëÿòü óäåëüíûìè íàòÿæåíèÿìè ïðè ïðîêàòêå, íå ñóùåñòâóåò. Óäåëüíûå íàòÿæåíèÿ ìîæíî èçìåíÿòü êîñâåííûì îáðàçîì, ïóòåì èçìåíåíèÿ îáùåãî íàòÿæåíèÿ â êîìïëåêñå ñ ðàáîòîé ñèñòåìû ïðîòèâîèçãèáà. Ðåãóëèðîâàíèå òåïëîâîãî ïðîôèëÿ âàëêà ñëèøêîì èíåðöèîííî è ïðèìåíÿåòñÿ íà î÷åíü òîíêèõ ïîëîñàõ. 3 Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî èçìåíåíèå óäåëüíûõ íàòÿæåíèé òîëüêî â îïðåäåëåííûõ ïðåäåëàõ ïîëîæèòåëüíî âëèÿåò íà ïëàíøåòíîñòü. Ïðè íàòÿæåíèÿõ 1 ìåíüøå ïðåäåëüíûõ åñòü îïàñíîñòü ïîâûñèòü êîðîáîâàòîñòü ïîëîñû, à ïðè íàòÿæåíèÿõ âûøå âåðõíåãî 2 ïðåäåëà óâåëè÷èâàåòñÿ îïàñíîñòü îáðàçîâàíèÿ âîëíû ïî êðîìêàì. Íà ñòàíàõ õîëîäíîé è ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè ðàçðàáîòàíû ñèñòåìû, êîòîðûå ïîçâîëÿþò èçìåíÿòü ïðî3 ôèëèðîâêó âàëêà â ïðîöåññå ïðîêàòêè. Ïðèâåäåì ñõåìó 6-âàëêîâîé êëåòè, êîòîðàÿ ñîäåðæèò ïàðó ïðîìåæóòî÷íûõ âàëêîâ, ðàñïîëîæåííûõ ìåæäó ðàáî÷èìè è îïîðíûìè (ðèñ. 18.23). Ýòè âàëêè èìåþò âîçÐèñ. 18.23. Ñõåìà ìîæíîñòü ïåðåìåùàòüñÿ â îñåâîì íàïðàâëåíèè. Ïðè ðàñïîëîæåíèÿ âàëêîâ èçìåíåíèè øèðèíû ïðîêàòûâàåìîé ïîëîñû ïðîìå6-âàëêîâîé êëåòè: æóòî÷íûå âàëêè óñòàíàâëèâàþòñÿ âñåãäà òàê, ÷òî1 ïðîìåæóòî÷íûå âàëêè; áû èõ òîðöû ñîîòâåòñòâîâàëè íîâîé øèðèíå ïîëî2 ðàáî÷èå âàëêè; ñû. Òàêèì îáðàçîì, ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ïîëîñû 3 îïîðíûå âàëêè ñòàáèëèçèðóåòñÿ íà âñåõ øèðèíàõ ïîëîñ. Ðàññìîòðèì 4-âàëêîâûé ñòàí ñ ïåðåìåùàþùèìèñÿ ðàáî÷èìè âàëêàìè (ðèñ. 18.24). Ðàáî÷èå âàëêè èìåþò ñêîñû ïî êðàÿì áî÷êè. Ïðè ïåðåìåùåíèè ðàáî÷èõ âàëêîâ âäîëü îñè èçìåíÿåòñÿ ýïþðà ðàñïðåäåëåíèÿ äàâëåíèÿ ìåòàëëà ïî øèðèíå ïîëîñû.  ðàçâèòèå ýòîé èäåè ôèðìà Øëåìàí-Çèìàã ðàçðàáîòàëà ñèñòåìó CVC (áåññòóïåí÷àòàÿ ðåãóëèðóåìàÿ áî÷êîîáðàçíîñòü). Ðàáî÷èå âàëêè ñòàíà êâàðòî èìåþò S-îáðàçíóþ ôîðìó.  íîðìàëüíîì ïîëîæåíèè âàëÐèñ. 18.24. Ñõåìà ðàñïîëîêîâ ùåëü ìåæäó íèìè èìååò ðàâíóþ òîëùèíó ïî æåíèÿ âàëêîâ êëåòè êâàðòî âñåé øèðèíå ïîëîñû (ðèñ. 18.25, à), îáæàòèå ïî øèñ ïåðåìåùàþùèìèñÿ ðèíå ïîëîñû áóäåò ïîñòîÿííûì. Åñëè ñìåñòèòü âàëâ îñåâîì íàïðàâëåíèè êè (ðèñ. 18.25, á), òî îáæàòèå óâåëè÷èòñÿ â ñåðåäèíå ðàáî÷èìè âàëêàìè 526
à)
á)
â)
Ðèñ. 18.25. Ïîëîæåíèå âàëêîâ ïðè ñèñòåìå CVC
ïî øèðèíå, à ïðè îáðàòíîì îñåâîì ïåðåìåùåíèè âàëêîâ íà êðîìêàõ ëèñòà (ðèñ. 18.25, â). Ñèñòåìà CVC íà ñòàíàõ õîëîäíîé ïðîêàòêè ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ ïëàíøåòíîñòè, à íà ÍØÏÑ îíà ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü ïðîôèëü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ äëÿ ïîñëåäóþùåé õîëîäíîé ïðîêàòêè. 18.9. Ïðîèçâîäñòâî îöèíêîâàííîãî ëèñòà  ñîðòàìåíò îöèíêîâàííîé ñòàëè âõîäÿò ëèñòû òîëùèíîé îò 0,5 äî 1,5 ìì, øèðèíîé îò 710 äî 1500 ìì, ïîñòàâëÿåìûå ïîòðåáèòåëþ â âèäå êàê ðóëîíîâ, òàê è êàðòî÷åê â ïàêåòàõ. Òðåáîâàíèÿ íà òîíêîëèñòîâóþ îöèíêîâàííóþ ñòàëü ñ íåïðåðûâíûõ ëèíèé ðåãëàìåíòèðóþòñÿ ÃÎÑÒ 1491880.  çàâèñèìîñòè îò íàçíà÷åíèÿ îöèíêîâàííàÿ ñòàëü èçãîòîâëÿåòñÿ ÷åòûðåõ ãðóïï: ÕØ äëÿ õîëîäíîé øòàìïîâêè; ÕÏ äëÿ õîëîäíîé ïðîôèëèðîâêè (ïðîèçâîäñòâî ãíóòûõ ïðîôèëåé); ÏÊ ïîä îêðàñêó; ÎÍ îáùåãî íàçíà÷åíèÿ. Ïî ñïîñîáíîñòè ê âûòÿæêå âûïóñêàþò ëèñòû êàòåãîðèé Í, à è Âà (íîðìàëüíàÿ, ãëóáîêàÿ è âåñüìà ãëóáîêàÿ âûòÿæêà). Ïî ðàâíîìåðíîñòè òîëùèíû è âèäó öèíêîâîãî ïîêðûòèÿ ëèñòû äåëÿò íà ÷åòûðå êëàññà: ÍÐ ñ íîðìàëüíîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ; ÓÐ ñ óìåíüøåííîé ðàçíîòîëùèííîñòüþ; ÊÐ ñ óçîðîì êðèñòàëëèçàöèè; ÌÒ áåç óçîðà êðèñòàëëèçàöèè. Ïî òîëùèíå ïîêðûòèÿ âûäåëÿåòñÿ òðè êëàññà: Ï (ïîâûøåííûé) 4060 ìêì; 1 1840 ìêì; 2 1018 ìêì. Òðåáîâàíèÿ ïî ïëîñêîñòíîñòè, ñåðïîâèäíîñòè, òåëåñêîïè÷íîñòè ðóëîíîâ, òî÷íîñòè ïî òîëùèíå è øèðèíå, ïî îáðåçêå êðîìîê è äð. òàêèå æå, ÷òî è íà àâòîìîáèëüíûé ëèñò. Äëÿ øòàìïóåìîãî ëèñòà îãîâàðèâàþòñÿ òàêæå òðåáîâàíèÿ ïî ìèêðîñòðóêòóðå è ìåõàíè÷åñêèì ñâîéñòâàì îñíîâíîãî ìåòàëëà, ðåãëàìåíòèðóþòñÿ òðåáîâàíèÿ ïî ïðî÷íîñòè ñöåïëåíèÿ öèíêà ñ îñíîâîé. Ãëàâíûì ñâîéñòâîì îöèíêîâàííîãî ëèñòà ÿâëÿåòñÿ åãî êîððîçèîííàÿ ñòîéêîñòü, è â çàâèñèìîñòè îò ýòîãî ðàçëè÷àþò íåñêîëüêî ðàçíîâèäíîñòåé öèíêîñîäåðæàùèõ ïîêðûòèé è ìåòîäîâ èõ íàíåñåíèÿ. Îñíîâíûì âèäîì ÿâëÿåòñÿ 527
äâóõñòîðîííåå ïîêðûòèå èç ðàñïëàâà öèíêà ñ îäèíàêîâûì èëè ðàçíûì ïî òîëùèíå ïîêðûòèåì ñ îáåèõ ñòîðîí. Ïðîèçâîäÿò òàêæå ëèñò ñ îäíîñòîðîííèì ïîêðûòèåì. Äëÿ ýêîíîìèè öèíêà, à òàêæå äëÿ óëó÷øåíèÿ êîððîçèîííîé ñòîéêîñòè, ñâàðèâàåìîñòè è äðóãèõ õàðàêòåðèñòèê ïðèìåíÿþò ïîêðûòèÿ â âèäå ñïëàâîâ öèíêà ñ æåëåçîì, ñ àëþìèíèåì (ãàëüâàëþì), ñ ïîëèìåðàìè (öèíêðîìåòàëë).  êà÷åñòâå îñíîâû äëÿ ïðîèçâîäñòâà îöèíêîâàííîé ñòàëè èñïîëüçóþò óãëåðîäèñòóþ õîëîäíîêàòàíóþ ñòàëü èç îáû÷íûõ è êà÷åñòâåííûõ ìàðîê ñòàëè. Äëÿ ëèñòîâ ïîä øòàìïîâêó ïðèìåíÿþò òå æå ìàðêè ñòàëè, ÷òî è äëÿ àâòîìîáèëüíîãî ëèñòà: 08êï, 10êï, 08Þ, ñò3êï è äð. Ïîäàâëÿþùåå êîëè÷åñòâî îöèíêîâàííîé ñòàëè ñ äâóõñòîðîííèì ïîêðûòèåì ïðîèçâîäÿò íà ñïåöèàëèçèðîâàííûõ íåïðåðûâíûõ ëèíèÿõ àãðåãàòàõ ãîðÿ÷åãî íåïðåðûâíîãî öèíêîâàíèÿ, ïîýòîìó ìû áóäåì ðàññìàòðèâàòü ïðåæäå âñåãî òàêóþ òåõíîëîãèþ. Íà÷àëüíûå òåõíîëîãè÷åñêèå îïåðàöèè ñíÿòèå îêàëèíû è ïðîêàòêà õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà ïðè ïðîèçâîäñòâå îöèíêîâàííîãî è àâòîìîáèëüíîãî ëèñòà âûïîëíÿþòñÿ íà îäíèõ è òåõ æå àãðåãàòàõ ïî îäíîé òåõíîëîãèè. Ðàññìàòðèâàòü èõ ìû íå áóäåì. Îòìåòèì ëèøü, ÷òî äëÿ êà÷åñòâåííîãî ïîêðûòèÿ öèíêîì òðåáóåòñÿ øåðîõîâàòàÿ ïîâåðõíîñòü õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà. Ãëÿíöåâàÿ ïîâåðõíîñòü ïëîõî óäåðæèâàåò ïîêðûòèå. Ïîýòîìó íà íåïðåðûâíîì ïðîêàòíîì ñòàíå ïîñëåäíÿÿ êëåòü äîëæíà áûòü íàñå÷åííîé. Ïîñëå õîëîäíîé ïðîêàòêè ëèñò â ðóëîíàõ îáðàáàòûâàåòñÿ íà àãðåãàòàõ ãîðÿ÷åãî íåïðåðûâíîãî öèíêîâàíèÿ. Ïðåäñòàâèì ÀÃÍÖ, äåéñòâóþùèé íà ÍËÌÊ (ðèñ. 18.26). Îí ñ÷èòàåòñÿ îäíèì èç ñîâåðøåííûõ è ñîâðåìåííûõ àãðåãàòîâ. Óñëîâíî åãî ìîæíî ðàçáèòü íà îòäåëüíûå ÷àñòè. Ïåðâàÿ ÷àñòü âêëþ÷àåò â ñåáÿ ðÿä òðàäèöèîííûõ óñòàíîâîê, íåîáõîäèìûõ äëÿ îðãàíèçàöèè íåïðåðûâíîñòè ïðîöåññà: ðàçìàòûâàòåëè, ïðàâèëüíóþ ìàøèíó, íîæíèöû, ñâàðî÷íóþ ìàøèíó ñ ïðîáèâíûì ïðåññîì äëÿ îáîçíà÷åíèÿ ìåñòà øâà è ïåòëåâîé íàêîïèòåëü ñ ðåãóëÿòîðîì íàòÿæåíèÿ ïåòëè. 4 2
9
3 43 5 6 7 8
18
15 1
10
23 20
21
12 13 14 16
22
9 24 25
26 27
17 19 1
11
Ðèñ. 18.26. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ÀÃÍÖ ñ áàøåííîé ïå÷üþ íà ÍËÌÊ: 1 ðóëîííàÿ òåëåæêà; 2 ðàçìàòûâàòåëü; 3 òÿíóùèå ðîëèêè; 4 ïðàâèëüíàÿ ìàøèíà; 5 èçìåðèòåëü òîëùèíû ïîëîñû; 6, 26 íîæíèöû; 7 ñâàðî÷íàÿ ìàøèíà; 8 ïðîáèâíîé ïðåññ; 9 íàòÿæíûå ðîëèêè; 10 ïîâîðîòíûå ðîëèêè; 11 âõîäíîé íàêîïèòåëü; 12 âàííà ùåëî÷íîé î÷èñòêè; 13 ïðîìûâî÷íûå âàííû; 14 ñóøèëêà ñ ãîðÿ÷èì âîçäóõîì; 15 íàòÿæíàÿ ñòàíöèÿ; 16 áàøåííàÿ ïå÷ü äëÿ òåðìîîáðàáîòêè ïîëîñû; 17 âàííà öèíêîâàíèÿ; 18 óñòðîéñòâî ñòðóéíîãî îõëàæäåíèÿ; 19 ïå÷ü äëÿ îòæèãà ñ àïïàðàòîì äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ óçîðà ïîêðûòèÿ; 20 ñòåíä äëÿ èçìåðåíèÿ òîëùèíû ïîêðûòèÿ; 21 äðåññèðîâî÷íàÿ êëåòü è ïðàâèëüíî-ðàñòÿæíàÿ ìàøèíà; 22 âàííà ïàññèâàöèè; 23 áàøåííûé âûõîäíîé íàêîïèòåëü; 24 ìàðêèðîâî÷íîå óñòðîéñòâî; 25 êîíòðîëüíûé ñòîë; 27 ìîòàëêè
528
Âòîðàÿ ÷àñòü àãðåãàòà ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ î÷èñòêè ïîâåðõíîñòè ëèñòà îò ñëåäîâ ýìóëüñèè è ãðÿçè.  íåå âõîäÿò âàííû ñî ùåëî÷íûìè ðàñòâîðàìè è ìîå÷íûìè ùåòêàìè, ïðîìûâî÷íûå âàííû è ñóøèëüíàÿ êàìåðà. Ïðè îòíîñèòåëüíî áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ ïîëîñû òîëüêî õèìè÷åñêàÿ î÷èñòêà íå îáåñïå÷èâàåò ïîëíîãî îáåçæèðèâàíèÿ ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Äîïîëíèòåëüíîå îáåçæèðèâàíèå îñóùåñòâëÿþò â ýëåêòðîëèòè÷åñêîé âàííå. Îêîí÷àòåëüíàÿ î÷èñòêà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà äîñòèãàåòñÿ óæå ïðè íàãðåâå ìåòàëëà â êàìåðå îêèñëåíèÿ ïðîõîäíîé òåðìè÷åñêîé ïå÷è. Íà äðóãèõ çàâîäàõ ïðèìåíÿþò òàêæå êîìáèíèðîâàííûé ìåòîä î÷èñòêè, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: õèìè÷åñêîå îáåçæèðèâàíèå â ðàñòâîðå åäêîãî íàòðà (5070 ã/ë) è òðèíàòðèéôîñôàòà (2530 ã/ë) ïðè òåìïåðàòóðå ðàñòâîðà 90 °Ñ; ýëåêòðîëèòè÷åñêîå îáåçæèðèâàíèå â ðàñòâîðå òîãî æå ñîñòàâà; ñòðóéíóþ ïðîìûâêó ïîëîñû; ýëåêòðîëèòè÷åñêîå òðàâëåíèå â ðàñòâîðå ñåðíîé êèñëîòû (4050 ã/ë) è ñåðíîêèñëîãî æåëåçà (äî 70 ã/ë) ïðè òåìïåðàòóðå 6070 °Ñ; ñòðóéíóþ è ùåòî÷íóþ ïðîìûâêó è ñóøêó ïóòåì îáäóâàíèÿ ãîðÿ÷èì âîçäóõîì. Òðåòüÿ ÷àñòü àãðåãàòà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé áàøåííóþ ïå÷ü äëÿ òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè ïîëîñû, â êîòîðîé îáðàáîòêà âåäåòñÿ â ñðåäå äèññîöèèðîâàííîãî àììèàêà. Îíà èíòåðåñíà òåì, ÷òî ïîçâîëÿåò â øèðîêîì äèàïàçîíå èçìåíÿòü ðåæèìû íàãðåâà è îõëàæäåíèÿ ìåòàëëà, îáåñïå÷èâàÿ ïðîèçâîäñòâî ëèñòà ñ ðàçëè÷íûìè ìåõàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè.  êîìïëåêñ ïå÷è âõîäÿò íåñêîëüêî êàìåð: ïðåäâàðèòåëüíîãî îêèñëèòåëüíîãî íàãðåâà äî òåìïåðàòóðû 580600 °Ñ, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ îêîí÷àòåëüíîé î÷èñòêè ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà îò ñëåäîâ çàãðÿçíåíèÿ; áåçîêèñëèòåëüíîãî íàãðåâà äî òåìïåðàòóðû ðåêðèñòàëëèçàöèîííîãî îòæèãà èëè íîðìàëèçàöèè 720950 °Ñ (â çàâèñèìîñòè îò ìàðêè ñòàëè è òðåáîâàíèé ê ëèñòó); âîññòàíîâèòåëüíîãî íàãðåâà è âûäåðæêè ïðè óêàçàííîé òåìïåðàòóðå, ïðè êîòîðîé îêèñíàÿ ïëåíêà íà ïîâåðõíîñòè ëèñòà âîññòàíàâëèâàåòñÿ äî æåëåçà; ðåãóëèðóåìîãî îõëàæäåíèÿ äî òåìïåðàòóðû âûäåðæêè 650750 °Ñ äëÿ ïîëó÷åíèÿ çàäàííûõ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ è ñòðóêòóðû ìåòàëëà; óñêîðåííîãî îõëàæäåíèÿ äî òåìïåðàòóð ïåðåñòàðèâàíèÿ (200300 °Ñ); ïåðåñòàðèâàíèÿ, â êîòîðîé ïîëîñà âûäåðæèâàåòñÿ â òå÷åíèå âðåìåíè ïðîõîæäåíèÿ ïðîöåññîâ ñòàðåíèÿ; íàãðåâà äî òåìïåðàòóðû 450480 °Ñ, íåîáõîäèìîé äëÿ îöèíêîâàíèÿ. Äàëåå â ëèíèè óñòàíîâëåíû âàííû ñ ðàñïëàâîì öèíêà, è îöèíêîâàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì ïîãðóæåíèÿ ïîëîñû â ðàñïëàâ ñ òåìïåðàòóðîé ïðèìåðíî 500 °Ñ. Óñòàíîâêà ñòðóéíîãî îõëàæäåíèÿ ñëåäóþùàÿ ïî òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè ïîçâîëÿåò ïîäàâàòü íà ïîâåðõíîñòü è êðîìêè ïîëîñû èç ïëîñêèõ ñîïåë ñòðóè âîçäóõà è àçîòà, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ óäàëÿþòñÿ èçëèøêè öèíêà. Çà ñ÷åò óïðàâëåíèÿ ñêîðîñòüþ ïîäà÷è ñòðóè ìîæíî ðåãóëèðîâàòü òîëùèíó öèíêîâîãî ïîêðûòèÿ, äåëàòü åå íåðàâíîìåðíîé ïî ñòîðîíàì èëè îñóùåñòâèòü îäíîñòîðîííåå ïîêðûòèå. Íà ñòàðûõ àãðåãàòàõ äëÿ ýòîé öåëè ïðèìåíÿëèñü îòæèìíûå ðîëèêè. Îäíàêî ïðè èñïîëüçîâàíèè îñòðîé ãàçîâîé ñòðóè óëó÷øàåòñÿ êà÷åñòâî ïîêðûòèÿ, ñòðóêòóðà öèíêà ñòàíîâèòñÿ áîëåå áëàãîïðèÿòíîé äëÿ ïðîöåññîâ ãëóáîêîé âûòÿæêè, ïîâûøàåòñÿ ðàâíîìåðíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ öèíêà ïî ïîâåðõíîñòè (îòñþäà ýêîíîìèÿ 529
öèíêà) è óâåëè÷èâàåòñÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü àãðåãàòà. Íà ðîëèêàõ îãðàíè÷åíû âîçìîæíîñòè ðåãóëèðîâàíèÿ òîëùèíû ïîêðûòèÿ, íåëüçÿ îáåñïå÷èòü ðàçíóþ òîëùèíó íà îáå ïîâåðõíîñòè. Ïå÷ü îòæèãà 19 (ñì. ðèñ. 18.26) ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïîêðûòèÿ èç æåëåçîöèíêîâîãî ñïëàâà. Íà åãî áîêîâîé ñòåíêå ñìîíòèðîâàí àïïàðàò äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïîêðûòèÿ ñ ìèíèìàëüíûì óçîðîì êðèñòàëëèçàöèè öèíêà. Ìåëêèé óçîð öèíêà ïîëó÷àåòñÿ ïðè îáðàáîòêå íåçàòâåðäåâøåãî ïîêðûòèÿ ðàñïûëåííûì âîäíûì òóìàíîì, ñîäåðæàùèì ôîñôàòû íàòðèÿ è àììîíèÿ. Äàëåå ïîëîñó îáðàáàòûâàþò íà äðåññèðîâî÷íî-ïðàâèëüíîì àãðåãàòå 21.  ñîñòàâ àãðåãàòà âõîäèò 4-âàëêîâàÿ äðåññèðîâî÷íàÿ êëåòü è ïðàâèëüíî-òÿíóùàÿ ìàøèíà. Äåôîðìàöèÿ ìåòàëëà ñíà÷àëà ïðîêàòêîé íà äðåññèðîâî÷íîì ñòàíå, çàòåì çíàêîïåðåìåííûì èçãèáîì â ñî÷åòàíèè ñ ðàñòÿæåíèåì íà ïðàâèëüíî-òÿíóùåé ìàøèíå îáåñïå÷èâàåò âûñîêèå ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëà, ïëàíøåòíîñòü ïîëîñû, âûñîêîå êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòè, ïîíèæåííóþ ïðîäîëüíóþ ðàçíîòîëùèííîñòü è ðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå öèíêà ïî ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Ïîñëå îöèíêîâàíèÿ ïîëîñà ïðîõîäèò âàííó ïàññèâàöèè ñ ðàñòâîðàìè îêñàëàòîâ èëè õðîìîâûõ ñîåäèíåíèé òèïà Cr2O7 èëè äðóãèõ áîãàòûõ êèñëîðîäîì ñîëåé. Çäåñü ïðîèñõîäèò îêèñëåíèå öèíêîâîãî ïîêðûòèÿ äî ZnO2, êîòîðûé îáëàäàåò âûñîêîé êîððîçèîííîé ñòîéêîñòüþ â âîçäóøíîé ñðåäå. Ïîñëå ìàðêèðîâêè, ðàçðåçêè ïî øâó ñ óäàëåíèåì øâà è ñìîòêè â ðóëîí ïîëîñà ïîñòóïàåò íà àãðåãàòû ïîïåðå÷íîé èëè ïðîäîëüíîé ðåçêè, êàê è àâòîìîáèëüíûé ëèñò. Ãîðÿ÷åå öèíêîâàíèå îáëàäàåò îäíèì ñóùåñòâåííûì íåäîñòàòêîì: îáðàçóþùèéñÿ ïðîìåæóòî÷íûé ñëîé æåëåçîöèíêîâîãî ñîåäèíåíèÿ óõóäøàåò àäãåçèþ öèíêà ñ îñíîâíûì ìåòàëëîì, ñíèæàåò ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà è øòàìïóåìîñòü ëèñòà. Íàðÿäó ñ àãðåãàòàìè ãîðÿ÷åãî öèíêîâàíèÿ øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ àãðåãàòû ýëåêòðîëèòè÷åñêîãî öèíêîâàíèÿ. Òîëùèíà ïîêðûòèÿ â ýòîì ïðîöåññå ñîñòàâëÿåò 2,510 ìêì, ÷òî â 410 ðàç ìåíüøå, ÷åì íà ÀÃÍÖ. Ýêîíîìèÿ â íåñêîëüêî ðàç äåôèöèòíîãî öèíêà ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ãëàâíûõ ïðåèìóùåñòâ òàêîãî ñïîñîáà ïîêðûòèÿ. Êðîìå òîãî, ïðè ýëåêòðîëèòè÷åñêîì öèíêîâàíèè íå îáðàçóåòñÿ ïðîìåæóòî÷íûé ñëîé, è ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà è øòàìïóåìîñòü ñîõðàíÿþòñÿ íà ïåðâîíà÷àëüíîì óðîâíå, êàê íà àâòîìîáèëüíîì ëèñòå. Íàáëþäàåòñÿ õîðîøàÿ àäãåçèÿ ïîêðûòèÿ ê ñòàëüíîé ïîëîñå. Îíî èìååò ìåëêîçåðíèñòóþ ñòðóêòóðó, îòëè÷àåòñÿ áîëüøåé ðàâíîìåðíîñòüþ ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîêðûòèåì ïîãðóæåíèåì â ðàñïëàâ. Ïîêðûòèå èìååò ìàòîâóþ ðàâíîìåðíóþ ïîâåðõíîñòü áåç óçîðîâ, õîðîøî óäåðæèâàåò êðàñêó. Ýëåêòðîëèòè÷åñêè îöèíêîâàííûé ëèñò â íåîêðàøåííîì âèäå è òåì áîëåå ñî ñïåöèàëüíî îáðàáîòàííîé èëè îêðàøåííîé ïîâåðõíîñòüþ èìååò îòëè÷íûé òîâàðíûé âèä è âûñîêóþ êîððîçèîííóþ ñòîéêîñòü. Âñå ýòî ïîçâîëÿåò ðàñøèðÿòü îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ ýëåêòðîëèòè÷åñêè îöèíêîâàííîãî ëèñòà è íàðàùèâàòü åãî ïðîèçâîäñòâî âî âñåõ ñòðàíàõ. Ê íåäîñòàòêàì ïðîöåññà ñëåäóåò îòíåñòè âûñîêóþ òîêñè÷íîñòü ýëåêòðîëèòà, âûñîêèé ðàñõîä ðåàêòèâîâ, íèçêóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü àãðåãàòîâ. Îäíàêî â ïîñëåäíèå ãîäû ðàçðàáîòàíû è ýêñïëóàòèðóþòñÿ àãðåãàòû ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ îáðàáîò530
êè, ñðàâíèìîé ñ ÀÃÍÖ, è âûñîêîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ (äî 400 òûñ. ò/ãîä è áîëåå). Òåìïû ðîñòà ïðîèçâîäñòâà ýëåêòðîëèòè÷åñêè îöèíêîâàííîé ñòàëè â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿþòñÿ ñàìûìè âûñîêèìè â ßïîíèè è ÑØÀ. Ýòî ñâÿçàíî, ïðåæäå âñåãî, ñ ïîâûøåííûì ñïðîñîì íà äàííûé ìåòàëë ñî ñòîðîíû àâòîìîáèëüíîé ïðîìûøëåííîñòè.  Ðîññèè ïåðâûå äâà àãðåãàòà ýëåêòðîëèòè÷åñêîãî öèíêîâàíèÿ ïîñòðîåíû íà Ëûñüâåíñêîì ìåòàëëóðãè÷åñêîì çàâîäå. Ïîñëå ãëóáîêîé ðåêîíñòðóöèè ëèñòîïðîêàòíîãî êîìïëåêñà ïî ñîâðåìåííîé òåõíîëîãèè ýëåêòðîëèòè÷åñêè îöèíêîâàííûé ëèñò ïðîèçâîäÿò íà ÌÌÊ. Ïðîöåññ ïðîèçâîäñòâà ýëåêòðîëèòè÷åñêè îöèíêîâàííîãî ëèñòà îñóùåñòâëÿåòñÿ íà íåïðåðûâíûõ àãðåãàòàõ ýëåêòðîëèòè÷åñêîãî öèíêîâàíèÿ, óñòðîéñòâî êîòîðûõ òðàäèöèîííî: ãîëîâíàÿ ÷àñòü äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íåïðåðûâíîñòè ïðîöåññà ñ èçâåñòíûì íàáîðîì îáîðóäîâàíèÿ, àãðåãàòû äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ è õâîñòîâàÿ ÷àñòü ñ óñòàíîâêàìè äëÿ îòäåëêè, ðàçðåçêè è ñìàòûâàíèÿ ïîëîñû â ðóëîí. Òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîöåññ ñîñòîèò èç òðåõ ýòàïîâ: 1) ïîäãîòîâêà ïîâåðõíîñòè: îáåçæèðèâàíèå â ãîðÿ÷åì ùåëî÷íîì ðàñòâîðå èëè â ýëåêòðîëèòè÷åñêîé âàííå è òðàâëåíèå â ñåðíîé èëè ñîëÿíîé êèñëîòå; 2) ýëåêòðîëèòè÷åñêîå öèíêîâàíèå íà íåïðåðûâíîì àãðåãàòå: íåïðåðûâíî äâèæóùàÿñÿ ïîëîñà ïðîõîäèò âàííû ñ ýëåêòðîëèòîì.  îñíîâíîì ïðèìåíÿþò ñóëüôèòíûé ýëåêòðîëèò, ñîäåðæàùèé 350400 ã/ë ZnSO4⋅7 H2O è 2530 ã/ë (NH4)2SO4 ïðè òåìïåðàòóðå ðàñòâîðà 3538 °Ñ. Òîê ïëîòíîñòüþ 4060 À/äì2 ïðîïóñêàåòñÿ ìåæäó ñâèíöîâûìè àíîäàìè, ïîêðûâàþùèìè äíî âàííû, è ìåäíûì òîêîïîäâîäÿùèì áàðàáàíîì, êîòîðûé âíóòðè ýëåêòðîëèòà îãèáàåòñÿ äâèæóùåéñÿ ïîëîñîé; 3) îáðàáîòêà ïîêðûòèÿ: ïàññèâàöèÿ â ðàñòâîðå õðîìîâîé êèñëîòû, ôîñôàòèðîâàíèå â âàííàõ ñ ôîñôàòîì öèíêà, ïðîìûâêà è ñóøêà. Ïî ñîâðåìåííîé òåõíîëîãèè äàëåå ïîëîñà ïîñòóïàåò â âàííû äëÿ îáðàáîòêè ïîêðûòèÿ (ôîñôàòèðîâàíèå, õðîìèðîâàíèå è ò. ï.). Äëÿ ýòîé æå öåëè ÷àñòî ïðèìåíÿþò îòäåëüíî ñòîÿùèå íåïðåðûâíûå àãðåãàòû. Îíè ïðèãîäíû äëÿ íàíåñåíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ èëè íåìåòàëëè÷åñêèõ ïîêðûòèé íå òîëüêî íà îöèíêîâàííûé ëèñò, íî è â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ íà íåïîêðûòûé ëèñò èç íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé. Ýòè àãðåãàòû îòëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà òîëüêî ñïîñîáàìè ïîäãîòîâêè ïîâåðõíîñòè è íàíåñåíèÿ ïîêðûòèÿ íà ïîâåðõíîñòü ëèñòà. Äëÿ íàíåñåíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîêðûòèé íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûì ñ÷èòàþò òåðìîâàêóóìíûé ñïîñîá, ïðè êîòîðîì â ãåðìåòè÷åñêîé âàêóóìíîé êàìåðå ýëåêòðîííûì ëó÷îì èëè òîêàìè âûñîêîé ÷àñòîòû èñïàðÿþò íàíîñèìûé ìåòàëë (àëþìèíèé, õðîì è äð.), êîíäåíñèðóþùèéñÿ íà äâèæóùåéñÿ ÷åðåç êàìåðó ïîëîñå. Äëÿ ïîêðûòèÿ ïîëîñû ïëàñòìàññîâûìè ïëåíêàìè (ïîëèâèíèëõëîðèä è äð.) òàêæå îñóùåñòâëÿåòñÿ ñíà÷àëà ïîäãîòîâêà ïîâåðõíîñòè ïîëîñû ïóòåì åå îáåçæèðèâàíèÿ è ïðîìûâêè, çàòåì îïåðàöèè íàíåñåíèÿ êëåÿ íà ïîëîñó è ïëåíêó, ñìîòêè ëèñòà ñ ïîêðûòèåì è ðàçîãðåâà åãî äî ïëîòíîãî ñêëåèâàíèÿ ïîêðûòèÿ ñ îñíîâîé. Íà çàêëþ÷èòåëüíûõ îïåðàöèÿõ ïðîèñõîäèò îòäåëêà ïîêðûòèÿ (òèñíåíèå ðèñóíêà), à òàêæå êîíòðîëü êà÷åñòâà, ìàðêèðîâêà è ò. ä. 531
18.10. Ïðîèçâîäñòâî äðóãèõ âèäîâ õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà 18.10.1. Ïðîèçâîäñòâî æåñòè Òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà æåñòè è îöèíêîâàííîãî ëèñòà âî ìíîãîì ñõîæè, ïîýòîìó ïîäðîáíî èõ ðàññìàòðèâàòü íå áóäåì. Òðåáîâàíèÿ ê æåñòè îïðåäåëÿþòñÿ ÃÎÑÒ 1334585. Âûïóñêàþò æåñòü ìàðîê ×ÆÊ, ×ÆÐ, ÃÆÊ, ÃÆÐ, ÝÆÊ, ÝÆÊ-Ä, ÝÆÐ è ÝÆÐ-Ä. Çäåñü ÆÊ æåñòü êîíñåðâíàÿ, ÆÐ æåñòü ðàçíîãî íàçíà÷åíèÿ (êðîìå òàðû äëÿ ïèùåâûõ ïðîäóêòîâ), × ÷åðíàÿ æåñòü (áåç ïîêðûòèÿ), à ãîðÿ÷åãî ëóæåíèÿ (ò. å. ïîêðûòàÿ îëîâîì ìåòîäîì ïîãðóæåíèÿ â ðàñïëàâ), Ý ñ ýëåêòðîëèòè÷åñêèì ïîêðûòèåì îëîâîì, Ä ñ äèôôåðåíöèðîâàííûì ïîêðûòèåì (íå ðàâíûì ïî òîëùèíå ïî ñòîðîíàì). Áåëóþ æåñòü, èìåþùóþ îëîâÿííîå ïîêðûòèå, ïîëó÷àþò èç ÷åðíîé æåñòè íà àãðåãàòàõ íåïðåðûâíîãî ëóæåíèÿ, êîíñòðóêòèâíî ïîõîæèõ íà ÀÃÍÖ è ÀÝÖ. Æåñòü èçãîòîâëÿþò â ëèñòàõ äëèíîé äî 910 ìì, øèðèíîé äî 1024 ìì è â ðóëîíàõ øèðèíîé îò 712 äî 1024 ìì. Òîëùèíà æåñòè îò 0,18 äî 0,50 ìì.  ïîñëåäíåå âðåìÿ îñâîåíà ïðîêàòêà ñäâîåííîé ïîëîñû, ïðè ýòîì ìèíèìàëüíàÿ òîëùèíà æåñòè ðàâíà 0,09 ìì. Îòêëîíåíèÿ ïî òîëùèíå æåñòè îò +0,01 äî 0,02 ìì, ÷òî ïðîäèêòîâàíî òðåáîâàíèÿìè àâòîìàòèçèðîâàííûõ ñòàíêîâ, ïðîèçâîäÿùèõ êîíñåðâíóþ òàðó. Ïîíÿòíî, ÷òî ïðèìåíåíèå æåñòè ìèíèìàëüíûõ òîëùèí â êîíñåðâíîé ïðîìûøëåííîñòè áåç óùåðáà äëÿ êîíñåðâèðóåìîãî ïðîäóêòà ïîçâîëÿåò ýêîíîìèòü çíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî ìåòàëëà. Äëÿ æåñòè ñôîðìóëèðîâàíû îïðåäåëåííûå òðåáîâàíèÿ ïî êà÷åñòâó è ñâîéñòâàì ïîêðûòèÿ. Òîëùèíà ïîêðûòèÿ èçìåíÿåòñÿ îò 18 äî 36 ìêì. Ïî ìàññå ïîêðûòèÿ íà åäèíèöó ïëîùàäè ëèñòû äåëÿòñÿ íà òðè êëàññà (1-é êëàññ äî 25 ã/ì2, 2-é êëàññ 3328, 3-é êëàññ 29 ã/ì2 è áîëåå), ïî ñòåïåíè òâåðäîñòè ïîêðûòèÿ íà ïÿòü êàòåãîðèé. Øåðîõîâàòîñòü ÷åðíîé æåñòè, ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ ýëåêòðîëèòè÷åñêîãî ëóæåíèÿ, äîëæíà áûòü íå áîëåå Ra = 0,63, äëÿ ãîðÿ÷åãî ëóæåíèÿ øåðîõîâàòîñòü íå ðåãëàìåíòèðóåòñÿ. Äëÿ ëóæåíèÿ èñïîëüçóþò òå æå íèçêîóãëåðîäèñòûå ñòàëè, ÷òî è äëÿ îöèíêîâàíèÿ: 08êï, 08Þ, 10êï, 08ïñ, 10ïñ. Îñíîâíûå òåõíîëîãè÷åñêèå îïåðàöèè âûïîëíÿþòñÿ ïî èçëîæåííîé òåõíîëîãèè ñ íåáîëüøèìè îòêëîíåíèÿìè. Ïåðâîé îïåðàöèåé ÿâëÿåòñÿ òðàâëåíèå ëèñòà, ïîëó÷åííîãî â ðóëîíå íà ØÏÑ, íà ÀÍÒ, çàòåì ñëåäóåò ïðîêàòêà íà íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ.  îòëè÷èå îò àâòîìîáèëüíîãî èëè îöèíêîâàííîãî ëèñòà ñóììàðíûå îáæàòèÿ íà ñòàíàõ äëÿ ïðîèçâîäñòâà æåñòè äîëæíû áûòü âûøå, ïîñêîëüêó êîíå÷íàÿ òîëùèíà æåñòè íèæå, ÷åì àâòîìîáèëüíîãî ëèñòà. Ïîýòîìó äëÿ æåñòè èñïîëüçóþò 5-è 6-êëåòåâûå íåïðåðûâíûå ñòàíû êâàðòî. Ýòîìó ñïîñîáñòâóåò òàêæå ïðèìåíåíèå âûñîêîýôôåêòèâíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ñìàçîê, ñíèæàþùèõ êîýôôèöèåíò òðåíèÿ äî 0,020,08.  êà÷åñòâå ñìàçêè èñïîëüçóþò ÷èñòîå ïàëüìîâîå ìàñëî èëè ñìåñü ïàëüìîâîãî è ðàñòèòåëüíîãî ìàñëà ñ âîäîé. Ïðîìûâêó è îáåçæèðèâàíèå ëèñòà ïîñëå ïðîêàòêè æåñòè îáû÷íî îñóùåñòâëÿþò íà îòäåëüíûõ àãðåãàòàõ äëÿ ýëåêòðîëèòè÷åñêîé è ùåëî÷íîé ïðîìûâêè ïîëîñû. Ïîñëå îáåçæèðèâàíèÿ ïðîèçâîäÿò îòæèã ïîëîñû â ÀÍÎ, êàê è äëÿ àâòîìîáèëüíîé ñòàëè. 532
Ïî ñòàðîé òåõíîëîãèè ëóæåíèå ìåòîäîì ïîãðóæåíèÿ â ðàñïëàâ îñóùåñòâëÿëîñü îòäåëüíûìè êàðòî÷êàìè. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü òàêèõ óñòàíîâîê íåâåëèêà, à ðàñõîä îëîâà áîëüøîé, è êà÷åñòâî ïîêðûòèÿ íå âñåãäà âûñîêîå.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ëóäèëüíûå àãðåãàòû îñóùåñòâëÿþò ïîêðûòèå îëîâîì ëèñòîâ â ðóëîíàõ íà íåïðåðûâíûõ àãðåãàòàõ ïî òèïó ÀÃÍÖ. Åùå áîëåå âûñîêîå êà÷åñòâî ëóæåíèÿ ïðè ðàâíîìåðíîì òîíêîì ñëîå îëîâà îáåñïå÷èâàåò ýëåêòðîëèòè÷åñêîå ëóæåíèå. Îíî îñóùåñòâëÿåòñÿ íà íåïðåðûâíîì àãðåãàòå (ðèñ. 18.27). Ýëåêòðîëèòîì ÿâëÿåòñÿ ñåðíîêèñëûé ðàñòâîð, àíîäîì ýëåêòðîäû èç ÷èñòîãî îëîâà è êàòîäîì äâèæóùàÿñÿ ïîëîñà. Ïîñëå ïîêðûòèÿ îëîâîì ïîëîñà ïðîõîäèò ïå÷ü, â êîòîðîé ïîêðûòèå îïëàâëÿåòñÿ, ÷òîáû óñòðàíèòü åãî ïîðèñòîñòü. Çàòåì îñóùåñòâëÿåòñÿ ïàññèâàöèÿ ïîêðûòèÿ â ðàñòâîðå õðîìîâîé êèñëîòû Cr2O7, ïðîìûâêà, ñóøêà, ïðîìàñëèâàíèå è ïîñëå êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ñìîòêà â ðóëîí. Íàíåñåííàÿ íà ïîâåðõíîñòü æåñòè ñìàçêà ïðåäîòâðàùàåò åå êîððîçèþ, à òàêæå óëó÷øàåò øòàìïóåìîñòü. Íà àãðåãàòå ïðåäóñìîòðåíà ðåçêà ïîëîñû íà îòäåëüíûå êàðòî÷êè. 1
2 3
4
5
6
7
8
9
2
10
4 11
12
Ðèñ. 18.27. Àãðåãàò äëÿ ýëåêòðîëèòè÷åñêîãî ëóæåíèÿ æåñòè: 1 ðàçìàòûâàòåëü; 2 íîæíèöû; 3 ñâàðî÷íàÿ ìàøèíà; 4 ïîäàþùèå ðîëèêè; 5 âàííà ýëåêòðîëèòè÷åñêîãî îáåçæèðèâàíèÿ; 6 âàííà òðàâëåíèÿ; 7 âàííà ýëåêòðîëèòè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ îëîâîì; 8 ïå÷ü äëÿ îïëàâëåíèÿ îëîâà; 9 âàííà ïàññèâàöèè îëîâà; 10 ìîòàëêè; 11 íîæíèöû; 12 ñòîëû-óêëàä÷èêè ãîòîâûõ êàðòî÷åê â ïàêåòû
Ñ öåëüþ ýêîíîìèè äåôèöèòíîãî îëîâà â ïîñëåäíåå âðåìÿ âñå áîëüøåå êîëè÷åñòâî ÷åðíîé è áåëîé æåñòè ïîêðûâàåòñÿ ñëîåì ïèùåâûõ ëàêîâ. Îïåðàöèÿ ëàêèðîâêè îñóùåñòâëÿåòñÿ íà àãðåãàòàõ íåïðåðûâíîãî òèïà, â êîòîðûõ íàèáîëåå âàæíûìè ÿâëÿþòñÿ óñòðîéñòâà äëÿ ïîäãîòîâêè ïîâåðõíîñòè ñ ïîñëåäóþùèì íàíåñåíèåì ëàêà è ñóøêè ïîêðûòèÿ. Íàíåñåíèå ëàêà îñóùåñòâëÿþò ñ ïîìîùüþ äâóõ ðîëèêîâ, êîòîðûå ïîñòîÿííî ñìà÷èâàþòñÿ êëåÿùèì ðàñòâîðîì. 18.10.2. Ïðîèçâîäñòâî õîëîäíîêàòàíîé íåðæàâåþùåé ñòàëè Õîëîäíîêàòàíàÿ íåðæàâåþùàÿ ñòàëü èìååò âûñîêèå àíòèêîððîçèîííûå ñâîéñòâà.  âèäå çåðêàëüíîãî èëè ïîëèðîâàííîãî ëèñòà îíà øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ ïðè èçãîòîâëåíèè ðàçëè÷íîé ïðîäóêöèè, ãäå òîâàðíûé âèä èìååò áîëüøîå çíà÷åíèå. Ðàçëè÷àþò äâà âèäà íåðæàâåþùåãî ëèñòà: àíòèêîððîçèîííûé (ñîïðîòèâëÿþùèéñÿ êîððîçèè â ðàçëè÷íûõ àãðåññèâíûõ ñðåäàõ) è æàðîñòîéêèé (ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ ðàáîòû ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå 550 °Ñ). Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû íåðæàâåþùèå ñòàëè, ñîäåðæàùèå îêîëî 18 % Cr è ïðèìåðíî 9 % Ni. Ýòî àóñòåíèòíûå 533
ñòàëè 12X18H9T, 08X20H10 T2 è äð. Õîëîäíîêàòàíûé ëèñò ïðîèçâîäÿò òàêæå èç íåðæàâåþùèõ ñòàëåé ìàðòåíñèòíîãî (20Õ13, 30Õ13, 0Õ13, 09Õ16Í4Á è äð.), ìàðòåíñèòíî-ôåððèòíîãî (13Õ13, 15Õ12ÂÍÌÔ è äð.), ôåððèòíîãî (08Õ13, 15Õ28, 08Õ17à è äð.), àóñòåíèòíî-ìàðòåíñèòíîãî (09Õ15Í8Þ, 20Õ13Í4Ã9 è äð.) è àóñòåíèòíî-ôåððèòíîãî (08Õ22Í6Ò, 12Õ21Í5Ò è äð.) êëàññîâ. Íåðæàâåþùèå ñòàëè áûñòðî óïðî÷íÿþòñÿ ïðè ïðîêàòêå, ïîýòîìó ïðè äåôîðìàöèè 5560 % òðåáóþò îòæèãà äëÿ ñíÿòèÿ íàêëåïà. Ïðîêàòêà ëèñòà â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè ïðîèçâîäèòñÿ, êàê ïðàâèëî, íà 1-êëåòåâûõ ñòàíàõ, çíà÷èòåëüíî ðåæå íà íåïðåðûâíûõ ñòàíàõ, òàê êàê îáúåìû ïðîèçâîäñòâà òàêîé ñòàëè íåâåëèêè. Äëÿ ïðîêàòêè òîíêîãî ëèñòà 0,20,05 ìì ïðåäïî÷òèòåëüíû 20-âàëêîâûå ñòàíû, íà êîòîðûõ ñóììàðíîå îáæàòèå áåç îòæèãà óâåëè÷èâàåòñÿ äî 7085 %. Âñå òåõíîëîãè÷åñêèå îïåðàöèè ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå: òðàâëåíèå, ïðîêàòêà, òåðìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà è äðåññèðîâêà âûïîëíÿþòñÿ íà òåõ æå àãðåãàòàõ, ÷òî è äëÿ óãëåðîäèñòûõ ñòàëåé, íî ïî èíûì ðåæèìàì. Òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñìàçêà ïðè ïðîêàòêå ëèñòîâ äî 0,5 ìì ýìóëüñèÿ, à äëÿ áîëåå òîíêèõ ëèñòîâ ïðèìåíÿþò ðàñòèòåëüíûå è æèâîòíûå æèðû. Ðàçëè÷àþòñÿ ðåæèìû îêîí÷àòåëüíîé òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè ëèñòà è îòäåëêè åãî ïîâåðõíîñòè. Ýòî îáóñëîâëåíî ïîâûøåííûìè òðåáîâàíèÿìè ê âíåøíåìó âèäó íåðæàâåþùåãî ëèñòà. Ñòàëè àóñòåíèòíîãî è àóñòåíèòíî-ìàðòåíñèòíîãî êëàññà ïîñòàâëÿþòñÿ â çàêàëåííîì ñîñòîÿíèè, òàê êàê ïðè çàêàëêå ôèêñèðóåòñÿ ñîñòîÿíèå îäíîðîäíîãî òâåðäîãî ðàñòâîðà àóñòåíèòà. Ëèñò äîëæåí îáëàäàòü ðàâíîìåðíûìè ñâîéñòâàìè è õîðîøåé øòàìïóåìîñòüþ, êîòîðàÿ äîñòèãàåòñÿ ïîñëå äðåññèðîâêè ñ î÷åíü ìàëûìè îáæàòèÿìè (12 %), íåîáõîäèìûìè äëÿ ïðèäàíèÿ ïëàíøåòíîñòè è çåðêàëüíîñòè. Òàêèì îáðàçîì, çàêëþ÷èòåëüíûå îïåðàöèè äëÿ òàêèõ ñòàëåé ñëåäóþùèå: íàãðåâ äî ñîñòîÿíèÿ àóñòåíèòà, âûäåðæêà äëÿ ðàñòâîðåíèÿ â àóñòåíèòå ðàçëè÷íûõ ñîñòàâëÿþùèõ, çàêàëêà â âîäó (äëÿ ñòàáèëèçàöèè àóñòåíèòà), òðàâëåíèå ñ öåëüþ óäàëåíèÿ îêàëèíû, äðåññèðîâêà, ðåçêà íà ÀÏÐ èëè ÀÊÐ.  íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ëèñòû íåðæàâåþùåé ñòàëè ïîäâåðãàþòñÿ ïðàâêå íà ïðàâèëüíî-ðàñòÿæíûõ ìàøèíàõ. Ñòàëè ôåððèòíîãî êëàññà îáëàäàþò ìåíüøåé ïëàñòè÷íîñòüþ, ÷åì àóñòåíèòíûå. Ïðè òåìïåðàòóðå îòæèãà 850900 °Ñ îíè ñêëîííû ê áûñòðîìó ðîñòó çåðíà è ìåæêðèñòàëëèòíîé êîððîçèè, ïîýòîìó èõ îòæèãàþò ïðè òåìïåðàòóðå 740780 °Ñ, ïðè êîòîðîé ïîëó÷àåòñÿ ôåððèòíî-êàðáèäíàÿ ñòðóêòóðà, îáëàäàþùàÿ âûñîêîé ïëàñòè÷íîñòüþ è âûñîêèìè àíòèêîððîçèîííûìè ñâîéñòâàìè. ×àñòü íåðæàâåþùåãî ëèñòà ïîñëå õîëîäíîé ïðîêàòêè â ðóëîíàõ ïîäâåðãàåòñÿ ïîëèðîâêå äî 1213-ãî êëàññà ÷èñòîòû ïîâåðõíîñòè ñ ïîìîùüþ ïîëèðîâî÷íîé ïàñòû íà ñîîòâåòñòâóþùèõ ñòàíêàõ. Ïîñëå ýòîãî ïðîèçâîäèòñÿ ðåçêà íà ëåíòó èëè êàðòî÷êè ïî îáû÷íîé òåõíîëîãèè. 18.11. Ïðîèçâîäñòâî òðàíñôîðìàòîðíîãî ëèñòà Ýëåêòðîòåõíè÷åñêèå ñòàëè ïî ñïîñîáó ïðîèçâîäñòâà è õàðàêòåðó êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé òåêñòóðû äåëÿòñÿ íà äèíàìíûå (ìàëîòåêñòóðîâàííûå) è òðàíñôîðìàòîðíûå (âûñîêîòåêñòóðîâàííûå). Èõ âûïóñêàþò â âèäå ëèñòîâ òîëùèíîé 0,35 è 0,5 ìì (çíà÷èòåëüíî ìåíüøàÿ äîëÿ ëèñòà èìååò òîëùèíó äî 0,2 ìì), øèðèíîé 7501000 ìì è äëèíîé äî 2000 ìì, à òàêæå â ðóëîíàõ øèðèíîé 534
5001000 ìì, ìàññîé äî 5 ò.  ïîñëåäíèå ãîäû ïîÿâèëñÿ ñïðîñ íà ðóëîííóþ ñòàëü òîëùèíîé 0,05 ìì. Ê ýëåêòðîòåõíè÷åñêèì ñòàëÿì ïðåäúÿâëÿþòñÿ î÷åíü âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ïî ãåîìåòðèè ëèñòîâ. Âîëíèñòîñòü èëè êîðîáîâàòîñòü íåäîïóñòèìà, äîïóñêè ïî òîëùèíå è øèðèíå, à òàêæå ïî ïðîäîëüíîé è ïîïåðå÷íîé ðàçíîòîëùèííîñòè áîëåå óçêèå, ÷åì äëÿ àâòîìîáèëüíîé ñòàëè. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî èç òàêèõ ëèñòîâ íàáèðàþò ñåðäå÷íèêè è äðóãèå ìàãíèòîïðîâîäû ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí, òðàíñôîðìàòîðîâ, ðåëå è ò. ï. Íåäîïóñòèìû ïóñòîòû ìåæäó ëèñòàìè, à òàêæå îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ â íèõ ïðè ñáîðêå ìàãíèòîïðîâîäîâ, òàê êàê âñå ýòî îòðèöàòåëüíî âëèÿåò íà óðîâåíü ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ èçäåëèÿ. Øåðîõîâàòîñòü ïîâåðõíîñòè ëèñòà òàêæå íåäîïóñòèìà, òàê êàê íàëè÷èå ìèêðîïóñòîò òîðìîçèò ïðîöåññ íàìàãíè÷èâàíèÿ. Êîíå÷íî, íà ïîâåðõíîñòè ëèñòà íå äîëæíî áûòü íèêàêèõ äåôåêòîâ (öàðàïèíû, íàêîëû è ïð.), ñëåäîâ ãðÿçè, ñìàçêè è ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ ïðè îòæèãå ìåòàëëà. Òðàíñôîðìàòîðíàÿ ñòàëü äîëæíà èìåòü íèçêèå âàòòíûå ïîòåðè, ïðîïîðöèîíàëüíûå ïëîùàäè ïåòëè ãèñòåðåçèñà ïðè ïåðåìàãíè÷èâàíèè, è âûñîêóþ ìàãíèòíóþ èíäóêöèþ. Íà ìàãíèòíûå ñâîéñòâà ðåøàþùåå âëèÿíèå îêàçûâàåò õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ñòàëè. Âõîäÿùèå â åå ñîñòàâ ýëåìåíòû, êðîìå êðåìíèÿ â íåáîëüøîì êîëè÷åñòâå, óõóäøàþò ìàãíèòíûå ñâîéñòâà è ÿâëÿþòñÿ íåæåëàòåëüíûìè ïðèìåñÿìè. Îäíàêî ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîêàçàíî, ÷òî ìèíèìàëüíîå êîëè÷åñòâî ïðèìåñåé â ñòàëè ïîìîãàåò ôîðìèðîâàíèþ îïðåäåëåííîé òåêñòóðû, íåîáõîäèìîé äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûñîêèõ ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ. Êðåìíèé ïîâûøàåò óäåëüíîå ýëåêòðîñîïðîòèâëåíèå, ñïîñîáñòâóåò îáðàçîâàíèþ êðóïíûõ çåðåí, íåîáõîäèìûõ äëÿ ïîâûøåíèÿ ìàãíèòíîé ïðîíèöàåìîñòè è óìåíüøåíèÿ ïîòåðü íà ãèñòåðåçèñ. Êîëè÷åñòâî êðåìíèÿ â òðàíñôîðìàòîðíîé ñòàëè îáû÷íî íå ïðåâûøàåò 2,8 3,2 %. Òàêàÿ ñòàëü âûñîêîïëàñòè÷íà è ñðàíèòåëüíî õîðîøî êàòàåòñÿ â ãîðÿ÷åì è õîëîäíîì ñîñòîÿíèè. Ïðè ñîäåðæàíèè óãëåðîäà ìåíåå 0,2 % è êðåìíèÿ ìåíåå 3,2 % ñòàëü íå èñïûòûâàåò ôàçîâûõ ïðåâðàùåíèé ïðè òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêå è äåìîíñòðèðóåò ñòàáèëüíûå õàðàêòåðèñòèêè. Ïðè áîëåå âûñîêîì ñîäåðæàíèè êðåìíèÿ, îñîáåííî ïðè íàëè÷èè â ñòàëè äðóãèõ ïðèìåñåé, âîçìîæíû ôàçîâûå ïðåâðàùåíèÿ. Ïðè ýòîì ïîâûøàåòñÿ ïðåäåë òåêó÷åñòè, óâåëè÷èâàåòñÿ õðóïêîñòü ñòàëè è ñíèæàåòñÿ ïëàñòè÷íîñòü, ÷òî ñîçäàåò òðóäíîñòè ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå. Ïðè ñîäåðæàíèè êðåìíèÿ áîëåå 6 % òðàíñôîðìàòîðíàÿ ñòàëü ñòàíîâèòñÿ íåïëàñòè÷íîé, è åå ïðîêàòêà çàòðóäíåíà äàæå â ãîðÿ÷åì ñîñòîÿíèè. Êðîìå æåëåçà è êðåìíèÿ â ñîñòàâ ñòàëè âõîäÿò ñëåäóþùèå ýëåìåíòû, %: Ñ 0,0040,008, Ìn 0,080,2, P 0,0050,010, S 0,0020,005, Ni 0,06, Ñr 0,030,06, Cu 0,08 0,15, Al 0,0150,020, O2 0,0030,004, N 0,00150,0039. Óãëåðîä, àçîò, êèñëîðîä è ñåðà äàæå â òàêèõ êîëè÷åñòâàõ îêàçûâàþò îòðèöàòåëüíîå âëèÿíèå íà óðîâåíü ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ, ïîýòîìó âñåìè ìåðàìè ñòàðàþòñÿ óìåíüøèòü èõ ñîäåðæàíèå â ñòàëè. Õîëîäíîêàòàíàÿ òðàíñôîðìàòîðíàÿ ñòàëü èìååò íà 2530 % âûøå ìàãíèòíóþ èíäóêöèþ è â 1,52,0 ðàçà ìåíüøèå âàòòíûå ïîòåðè, ÷åì ãîðÿ÷åêàòàíàÿ. Ïðèìåíåíèå âûñîêîêà÷åñòâåííîé õîëîäíîêàòàíîé ñòàëè âìåñòî ãîðÿ÷åêàòàíîé ïîçâîëÿåò óìåíüøàòü ìàññó è ãàáàðèòû êðóïíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ è ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí, à òàêæå ïîòåðè ýëåêòðîýíåðãèè, ïåðåãðåâ ìàøèí, ýêîíîìèòü ðàñõîä ìàòåðèàëîâ è ñðåäñòâ. Îòñþäà ïîíÿòíî, ÷òî ïîäàâëÿþùåå êîëè÷åñòâî 535
òðàíñôîðìàòîðíîé ñòàëè ïðîèçâîäèòñÿ â äâà ïåðåäåëà: ñíà÷àëà â ãîðÿ÷åì ñîñòîÿíèè äî îïðåäåëåííûõ ïðîìåæóòî÷íûõ òîëùèí, çàòåì â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè. Íà âòîðîì ïåðåäåëå ñ ïîìîùüþ òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè ôîðìèðóþòñÿ îêîí÷àòåëüíûå ñâîéñòâà ìåòàëëà. Îäíîé èç îòëè÷èòåëüíûõ îñîáåííîñòåé õîëîäíîêàòàíîé òðàíñôîðìàòîðíîé ñòàëè ÿâëÿåòñÿ åå òåêñòóðîâàííîñòü, ò. å. ðàñïîëîæåíèå êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ ïëîñêîñòåé àòîìíîé ðåøåòêè ìåòàëëà ïî îòíîøåíèþ ê ïëîñêîñòè ëèñòà è íàïðàâëåíèþ ïðîêàòêè. Ðàçëè÷àþò ýëåêòðîòåõíè÷åñêóþ ñòàëü ñ ðåáðîâîé è êóáè÷åñêîé òåêñòóðîé. Ðåáðîâàÿ òåêñòóðà (ðèñ. 18.28, à) èìååò îáîçíà÷åíèå (110) [100] è ñîîòâåòñòâóåò òàêîìó ðàçâîðîòó êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé ðåøåòêè, êîãäà äèàãîíàëüíàÿ ïëîñêîñòü êóáà (110) ïàðàëëåëüíà ïëîñêîñòè ëèñòà è ðåáðî êóáà [100], êîòîðîå îïðåäåëÿåò íàïðàâëåíèå ëåãêîãî íàìàãíè÷èâàíèÿ, ñîâïàäàåò ñ íàïðàâëåíèåì ïðîêàòêè. Íàïðàâëåíèå òðóäíîãî íàìàãíè÷èâàíèÿ [111] (ãëàâíàÿ äèàãîíàëü êóáà) íàõîäèòñÿ ïîä óãëîì 45° ê íàïðàâëåíèþ ïðîêàòêè. Ïî íàïðàâëåíèþ [110], ðàñïîëîæåííîìó ïîä óãëîì 90° ê îñè ïðîêàòêè, íàìàãíè÷èâàíèå ñðåäíåå. Ñëåäîâàòåëüíî, ó òàêîé ñòàëè ìàãíèòíûå ñâîéñòâà àíèçîòðîïíû, ò. å. çàâèñÿò îò íàïðàâëåíèÿ èçìåðåíèÿ. Îíè ìàêñèìàëüíû â íàïðàâëåíèè ïðîêàòêè. Ïðè èçãîòîâëåíèè òðàíñôîðìàòîðîâ ýòî ó÷èòûâàåòñÿ, ïîýòîìó ëèñòû â êîíñòðóêöèè ðàçìåùàþò òàê, ÷òîáû ìàãíèòíûé ïîòîê ñîâïàäàë ñ íàïðàâëåíèåì íàèìåíüøèõ âàòòíûõ ïîòåðü è ìàêñèìàëüíîé ìàãíèòíîé èíäóêöèåé. Íî ïðè èçãîòîâëåíèè ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí, ãäå ìàãíèòíûé ïîòîê ñîâåðøàåò êðóãîâîå âðàùåíèå, òàêèå ñòàëè ïðèìåíÿòü íåëüçÿ. Òðåáóþòñÿ ýëåêòðîòåõíè÷åñêèå ñòàëè, ñâîéñòâà êîòîðûõ ìàëî îòëè÷àþòñÿ âäîëü è ïîïåðåê íàïðàâëåíèÿ ïðîêàòêè ëèñòà. Òàêèìè ñâîéñòâàìè îáëàäàþò ëèñòû ñ êóáè÷åñêîé òåêñòóðîé (100) [100] (ðèñ. 18.28, á). Ãðàíü êóáà (100) ñîâïàäàåò ñ ïëîñêîñòüþ ïðîêàòêè, à ðåáðî êóáà [100] ñ åå íàïðàâëåíèåì. Íàïðàâëåíèÿ ëåãêîãî íàìàãíè÷èâàíèÿ ðåáðà êóáà ðàñïîëàãàþòñÿ ðàâíîçíà÷íî âäîëü è ïîïåðåê íàïðàâëåíèÿ ïðîêàòêè, à íàïðàâëåíèå ñðåäíåãî íàìàãíè÷èâàíèÿ [110] íàõîäèòñÿ ïîä óãëîì 45° ê îñè ïðîêàòêè. Ñëåäîâàòåëüíî, ìàãíèòíûå ñâîéñòâà òàêîé ñòàëè áóäóò ìàëî çàâèñåòü îò íàïðàâëåíèÿ ïðîêàòêè. Íåîáõîäèìîñòü ôîðìèðîâàíèÿ òåêñòóðû ïðåäúÿâëÿåò îñîáûå òðåáîâàíèÿ ê îðãàíèçàöèè ïðîèçâîäñòâà õîëîäíîêàòàíîãî ëèñòà.  ðàçíîîðèåíòèðîâàííûõ çåðíàõ ãîðÿ÷åêàòàíîãî ìåòàëëà êîëè÷åñòâî êóáè÷åñêîé è ðåáðîâîé òåêñòóðû â ïðîöåíòíîì îòíîøåíèè íåâåëèêî. Âàòòíûå ïîòåðè íà òàêîé ñòàëè íàõîäÿòñÿ íà óðîâíå 2,5 Âò/ã (2,5 Âò íà êàæäûé êèëîãðàìì æåëåçà). Ïðè õîëîäíîé ïðîêàòêå çåðíà âûòÿãèâàþòñÿ, è êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèå ïëîñêîñòè âûñòðàèâàþòñÿ òàê, á)
à) (110) (110)
[100]
(100) [100]
[111]
Íàïðàâëåíèå ïðîêàòêè
Íàïðàâëåíèå ïðîêàòêè
Ðèñ. 18.28. Ðåáðîâàÿ (à) è êóáè÷åñêàÿ (á) òåêñòóðà 536
÷òî êîëè÷åñòâî êóáè÷åñêîé òåêñòóðû âîçðàñòàåò. Ïðè çíà÷èòåëüíûõ ñóììàðíûõ äåôîðìàöèÿõ íàêàïëèâàåòñÿ ðåáðîâàÿ òåêñòóðà. Íî çåðíà ìåòàëëà â òðàíñôîðìàòîðíîé ñòàëè äîëæíû áûòü ðàâíîîñíûìè, ïîýòîìó â ïðîöåññå ïðîêàòêè ìåòàëë íåîáõîäèìî ÷àñòî îòæèãàòü. Ïîñëå îòæèãà çåðíà ñòàíîâÿòñÿ ðàâíîîñíûìè è ìåëêèìè, íî íàêîïëåííàÿ òåêñòóðà ïðè ýòîì ñîõðàíÿåòñÿ. Òàêèì îáðàçîì, òðàíñôîðìàòîðíóþ ñòàëü íåîáõîäèìî ïðîêàòûâàòü ñ áîëüøîé ñóììàðíîé ñòåïåíüþ äåôîðìàöèè, ïðè÷åì ÷àñòî îòæèãàòü åå â ïðîìåæóòêàõ. ×åì áîëüøå ñòåïåíü äåôîðìàöèè è áîëüøå îòæèãîâ, òåì âûøå áóäóò ýëåêòðîòåõíè÷åñêèå ñâîéñòâà. Òàêèì îáðàçîì óäàåòñÿ ñîêðàòèòü ïîòåðè äî 0,5 Âò/êã è äàæå ìåíüøå. Êîíå÷íî, òàêèå ðåêîìåíäàöèè îãðàíè÷åíû ñòîèìîñòüþ ïîëó÷åííîãî ëèñòà. Îáû÷íî ïðèìåíÿþò äâà, çíà÷èòåëüíî ðåæå òðè öèêëà ïðîêàòêè, ñîîòâåòñòâåííî, ñ äâóìÿ-òðåìÿ ïðîìåæóòî÷íûìè îòæèãàìè. Âåëè÷èíà çåðíà òàêæå ñóùåñòâåííî âëèÿåò íà ýëåêòðîòåõíè÷åñêèå ñâîéñòâà ëèñòà: ÷åì êðóïíåå çåðíî, òåì ìåíüøå ãðàíèö, ïðåïÿòñòâóþùèõ ïðîöåññàì ïåðåìàãíè÷èâàíèÿ, òåì âûøå ìàãíèòíûå ñâîéñòâà ñòàëè. Ñëåäîâàòåëüíî, â òåõíîëîãèè íåîáõîäèìî ïðåäóñìîòðåòü îïåðàöèþ âûðàùèâàíèÿ çåðíà ïóòåì ñîáèðàòåëüíîé ðåêðèñòàëëèçàöèè. Áîëüøîå âëèÿíèå íà ôîðìèðîâàíèå ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ëèñòà îêàçûâàåò ñìàçêà, ïðèìåíÿåìàÿ ïðè ïðîêàòêå. Ïðè àíàëèçå íèçêèõ î÷àãîâ äåôîðìàöèè â òåîðèè ÎÌÄ ìû íåîäíîêðàòíî ïîä÷åðêèâàëè âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ãèïîòåçû ïëîñêèõ ñå÷åíèé. Îäíàêî ïðè èññëåäîâàíèè ïðîöåññîâ ôîðìèðîâàíèÿ òåêñòóðû ñëåäóåò ñ÷èòàòüñÿ ñ òåì, ÷òî äåôîðìàöèÿ ïî âûñîòå äàæå íèçêîãî î÷àãà äåôîðìàöèè ïðîòåêàåò íåðàâíîìåðíî, ãèïîòåçà ïëîñêèõ ñå÷åíèé íåïðèåìëåìà. Íàèáîëüøóþ äåôîðìàöèþ ïîëó÷àþò öåíòðàëüíûå ñëîè ëèñòà, çäåñü ïîäïèðàþùèå ñèëû òðåíèÿ ìåíüøå âëèÿþò íà íàïðÿæåíèÿ è äåôîðìàöèè, ÷åì â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ. Ïðèìåíåíèå âûñîêîêà÷åñòâåííîé ñìàçêè, êîòîðàÿ ñèëüíî ñíèæàåò êîýôôèöèåíò òðåíèÿ íà êîíòàêòå, ñïîñîáñòâóåò âûðàâíèâàíèþ äåôîðìàöèè ïî ñëîÿì è ïîëó÷åíèþ áîëåå ðàâíîìåðíîé òåêñòóðû ìåòàëëà. Ïðè óëó÷øåíèè ñìàçêè óâåëè÷èâàåòñÿ àíèçîòðîïèÿ òåêñòóðû. Íà ÍËÌÇ ïðèìåíåíèå íîâîé ñìàçêè ïîçâîëèëî óëîæèòüñÿ â äâà ýòàïà ïðîêàòêè-îòæèãà, ÷òîáû ïîëó÷èòü ñâîéñòâà, êîòîðûå ïðè îáû÷íîé ñìàçêå äîñòèãàþòñÿ â òðè ýòàïà. Âñå îòìå÷åííûå ñîîáðàæåíèÿ çàëîæåíû â òåõíîëîãèþ ïðîèçâîäñòâà òðàíñôîðìàòîðíîãî ëèñòà. Íà÷íåì ðàññìàòðèâàòü åå ñ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè (ïðèìåíèòåëüíî, íàïðèìåð, ê ÍËÌÊ). Èñõîäíûé ñëÿá ïîëó÷àþò ëèáî ïðîêàòêîé èç ñëèòêà íà ñëÿáèíãå (êàê íà Çàïîðîæñòàëè), ëèáî îòëèâêîé íà ÌÍËÇ (êàê íà ÍËÌÊ). Ïîñêîëüêó ëèòûå ñëÿáû ñêëîííû ê îáðàçîâàíèþ ïîâåðõíîñòíûõ òðåùèí, òî ïîñëå ðàçëèâêè îíè îòæèãàþòñÿ â êàìåðíûõ ïå÷àõ. Çàòåì ñëÿáû íàãðåâàþò äî òåìïåðàòóðû îêîëî 1200 °Ñ â îáû÷íûõ ìåòîäè÷åñêèõ ïå÷àõ. Íàãðåâ âåäóò ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî òàêèå ñòàëè ñêëîííû ê îáåçóãëåðîæèâàíèþ è ðîñòó çåðíà. Ýòî ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ ïîëó÷åíèÿ ñòàëè ñ íèçêèìè âàòòíûìè ïîòåðÿìè. Ãîðÿ÷óþ ïðîêàòêó íà ìíîãèõ çàâîäàõ ïðîâîäÿò íà íåïðåðûâíûõ øèðîêîïîëîñíûõ ñòàíàõ ñ òåìïåðàòóðîé êîíöà ïðîêàòêè íå íèæå 815 °Ñ.  èíòåðâàëå îòìå÷åííûõ òåìïåðàòóð òðàíñôîðìàòîðíàÿ ñòàëü èìååò âûñîêóþ ïëàñòè÷íîñòü. Òîëùèíà ãîðÿ÷åêàòàíîãî ëèñòà îáû÷íî íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ 2,03,5 ìì. Âûáîð òîëùèíû ïîäêàòà äëÿ ïîñëåäóþùåé õîëîäíîé ïðîêàòêè ñèëüíî âëèÿåò
537
íà óñëîâèÿ õîëîäíîé ïðîêàòêè. Ê ãîðÿ÷åêàòàíîé ïîëîñå, ïîìèìî æåñòêîãî ðåãëàìåíòèðîâàíèÿ ïî òîëùèíå, ïðåäúÿâëÿþòñÿ òàêæå ñëåäóþùèå òðåáîâàíèÿ: 1) ñòðîãîå ñîáëþäåíèå ðàçìåðîâ ïî øèðèíå è äëèíå ïîëîñ; 2) êà÷åñòâåííîå ñîñòîÿíèå êðîìîê; 3) îòñóòñòâèå âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé, îáóñëîâëèâàþùèõ âîëíèñòîñòü è êîðîáîâàòîñòü; 4) ìèíèìàëüíûé ñëîé îêàëèíû íà ïîâåðõíîñòè; 5) âûñîêàÿ ÷èñòîòà ïîâåðõíîñòè, îòñóòñòâèå íà íåé ãðÿçè; 6) ðàâíîìåðíàÿ ñòðóêòóðà ïî òðåì íàïðàâëåíèÿì; 7) âûñîêèå ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà. Íà ËÌÍÇ äëÿ ãîðÿ÷åé ïðîêàòêè òðàíñôîðìàòîðíîé ñòàëè èñïîëüçóþò ñòàí ñ ìîòàëêàìè â ïå÷è (ñòàí Ñòåêêåëÿ). Ýòî ïîçâîëÿåò ðåãóëèðîâàòü ñêîðîñòè ïðîêàòêè è ðåæèìû îáæàòèé â áîëåå øèðîêèõ ïðåäåëàõ, ÷åì íà ÍØÏÑ, ñòàáèëüíåå âûäåðæèâàòü òåìïåðàòóðó ïðîêàòêè, ÷òî îñîáåííî âàæíî äëÿ ïðîêàòêè âûñîêîêðåìíèñòûõ ñòàëåé, èìåþùèõ óçêèé èíòåðâàë ïëàñòè÷íîñòè. Íî â öåëîì ñòàíû Ñòåêêåëÿ íå èìåþò ñóùåñòâåííûõ ïðåèìóùåñòâ ïåðåä ÍØÏÑ. Ïðè ïîäãîòîâêå ãîðÿ÷åêàòàíûõ ðóëîíîâ ê õîëîäíîé ïðîêàòêå ïåðâîé îïåðàöèåé ìîæåò áûòü âûñîêîòåìïåðàòóðíûé ÷åðíûé îòæèã. Îí îñóùåñòâëÿåòñÿ â êîëïàêîâûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ïå÷àõ ïðè òåìïåðàòóðå 760850 °Ñ áåç çàùèòíîé àòìîñôåðû. Çà ñ÷åò êèñëîðîäà îêàëèíû è êèñëîðîäà âîçäóõà ïðîèñõîäèò âûãîðàíèå óãëåðîäà. Îäíàêî â êîëïàêîâûõ ïå÷àõ ïðîòåêàþò íåðàâíîìåðíûå ðåàêöèè ïî ðàçíûì âèòêàì, ïîýòîìó îáåçóãëåðîæèâàíèå â ñîâðåìåííûõ öåõàõ â êîëïàêîâûõ ïå÷àõ íå ïðîèçâîäÿò, à ñîâìåùàþò åãî ñ îïåðàöèÿìè íåïðåðûâíîãî îòæèãà íà ÀÍÎ.  ýòîì ñëó÷àå ïåðâàÿ òåõíîëîãè÷åñêàÿ îïåðàöèÿ îñâîáîæäåíèå ïîëîñû îò îêàëèíû. Åå òàêæå îñóùåñòâëÿþò íà ÀÍÒ, ïðèìåíÿåìûõ äëÿ îáðàáîòêè íèçêîóãëåðîäèñòûõ ñòàëåé. Îäíàêî òðàâëåíèå ïëîòíûõ îêèñëîâ êðåìíèéñîäåðæàùåé ñòàëè îñóùåñòâëÿåòñÿ çíà÷èòåëüíî ìåäëåííåå, ÷åì íèçêîóãëåðîäèñòûõ. Äëÿ óñêîðåíèÿ ïðîöåññà òðàâëåíèÿ áîëüøàÿ ðîëü îòâîäèòñÿ äðåññèðîâî÷íîìó ñòàíó, âõîäÿùåìó â ñîñòàâ ÀÍÒ. Êðîìå òîãî, â ïðîöåññå òðàâëåíèÿ êðåìíèéñîäåðæàùèõ ñòàëåé â ðàñòâîðå íàêàïëèâàåòñÿ êðåìíèåâàÿ êèñëîòà, çàìåäëÿþùàÿ ïðîöåññ òðàâëåíèÿ. Ïîýòîìó îáðàáîòêó ïîëîñû âåäóò ïóòåì ïîäà÷è êèñëîòû íà ïîâåðõíîñòü ëèñòà ñòðóéíûì ìåòîäîì. Ðåæèì õîëîäíîé ïðîêàòêè ëèñòà îêàçûâàåò ðåøàþùåå âëèÿíèå íà êîíå÷íûå ñâîéñòâà òðàíñôîðìàòîðíîé ñòàëè. Íà ÍËÌÊ ïðîêàòêó âåäóò â äâà ýòàïà ñ ñóììàðíûì îáæàòèåì íà êàæäîì ýòàïå íå ìåíüøå 6065 %. Ïåðâóþ ïðîêàòêó ïðîâîäÿò íà íåïðåðûâíîì 4-êëåòåâîì ñòàíå ñ òîëùèíû, íàïðèìåð, 2,5 ìì äî 0,85 ìì, âòîðóþ íà 1-êëåòåâîì ðåâåðñèâíîì ñòàíå çà ÷åòûðå-ïÿòü ïðîõîäîâ äî êîíå÷íîé òîëùèíû. Äëÿ ëèñòîâ òîëùèíîé 0,1 è 0,35 ìì äëÿ âòîðîé ïðîêàòêè ïðèìåíÿþò 20-âàëêîâûå ñòàíû, îáåñïå÷èâàþùèå âûñîêóþ òî÷íîñòü, ïëàíøåòíîñòü è ÷èñòîòó ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Äëÿ ëèñòîâ òîëùèíîé 0,5 ìì ìîæåò áûòü ïðèìåíåí 1-êëåòåâîé ðåâåðñèâíûé ñòàí êâàðòî.  ïðîìåæóòêå ìåæäó ïðîêàòêàìè îñóùåñòâëÿþò ñâåòëûé îòæèã ïîëîñû íà ÀÍÎ. Îäíîâðåìåííî ïðîâîäÿò îáåçóãëåðîæèâàíèå ñòàëè, à îòæèã â ãîðèçîíòàëüíûõ èëè áàøåííûõ ïå÷àõ íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ. Êàê âñåãäà, ãîëîâíàÿ ÷àñòü àãðåãàòà ñîäåðæèò íàáîð óñòàíîâîê, îáåñïå÷èâàþùèõ íåïðåðûâíîñòü ïðîöåññà. Äàëåå ñëåäóþò âàííû äëÿ îáåçæèðèâàíèÿ è î÷èñòêè ïîâåðõíîñòè îò øëàìîâ. 538
Ïå÷è äëÿ îòæèãà ïîçâîëÿþò ïîëó÷àòü ðàâíîìåðíûå ñâîéñòâà ïî äëèíå ïîëîñû, à òàêæå ðåãóëèðîâàòü ïðîöåññ îáåçóãëåðîæèâàíèÿ ïóòåì èçìåíåíèÿ ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ïîëîñû è ñîñòàâà ïå÷íîé àòìîñôåðû. Òåìïåðàòóðà îòæèãà â çàâèñèìîñòè îò òîëùèíû ïîëîñû ñîñòàâëÿåò 750850 °Ñ. Îáåçóãëåðîæèâàþùàÿ àòìîñôåðà ñîñòîèò èç âîäîðîäà, óâëàæíåííîãî âîäÿíûì ïàðîì.  ðåçóëüòàòå îáåçóãëåðîæèâàíèÿ êîëè÷åñòâî óãëåðîäà â ñòàëè ñîêðàùàåòñÿ îò 0,020 äî 0,0040,008 %, ÷òî óëó÷øàåò òåêñòóðîîáðàçîâàíèå ñòàëè. Ïðè òàêîé òåðìîîáðàáîòêå ïðîèñõîäèò òàêæå âûãîðàíèå ñåðû è äðóãèõ âðåäíûõ ïðèìåñåé. Ïîñëå âòîðîé ïðîêàòêè ïðîâîäèòñÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíûé îòæèã. Îí ïðåäíàçíà÷åí äëÿ âûðàùèâàíèÿ êðóïíûõ çåðåí ôåððèòà â ñòàëè, à òàêæå ñíÿòèÿ íàêëåïà, ïîâûøåíèÿ îäíîðîäíîñòè ìåòàëëà è óìåíüøåíèÿ ïðèìåñåé. ×òîáû âèòêè ðóëîíà ïðè îòæèãå íå ñõâàòûâàëèñü, ïåðåä îòæèãîì òðàíñôîðìàòîðíûé ëèñò íà îòäåëüíîì àãðåãàòå ïîêðûâàþò çàùèòíûì ñëîåì ãèäðàòà îêñèäà ìàãíèÿ. Îòæèã ïðîèçâîäèòñÿ â ýëåêòðè÷åñêèõ êîëïàêîâûõ ïå÷àõ ïðè òåìïåðàòóðå 1150 1180 °Ñ â àòìîñôåðå ÷èñòîãî âîäîðîäà èëè ñìåñè 75 % H2 + 25 % N2. Ïîñëå äëèòåëüíîé âûäåðæêè, íåîáõîäèìîé äëÿ ïîëó÷åíèÿ êðóïíûõ çåðåí, ïå÷ü îõëàæäàþò äî òåìïåðàòóðû 600 °Ñ, çàòåì ïîä ìóôåëü ïîäàþò çàùèòíûé ãàç è ïåðåíîñÿò ìóôåëü íà äðóãîé ñòåíä, ãäå îí îõëàæäàåòñÿ äî êîìíàòíîé òåìïåðàòóðû. Äàëåå ðóëîíû ïîñòóïàþò íà íåïðåðûâíûé àãðåãàò, íà êîòîðîì ëèñò ïðîõîäèò ÷èñòêó â ìîå÷íî-ñóøèëüíûõ óñòàíîâêàõ è îòïóñê â ïðîõîäíûõ ïå÷àõ ïðè òåìïåðàòóðå 700800 °Ñ.  ðåçóëüòàòå îñòàòî÷íûå íàïðÿæåíèÿ â ìåòàëëå, âîçíèêøèå ïðè âûñîêîòåìïåðàòóðíîì îòæèãå, óñòðàíÿþòñÿ. Îíè ìîãëè áû ïðèâåñòè ê èñêàæåíèþ ôîðìû ëèñòà. Òðàíñôîðìàòîðíóþ ñòàëü çàêàç÷èêó ïîñòàâëÿþò ñ ýëåêòðîèçîëÿöèîííûì äâóõñòîðîííèì ïîêðûòèåì, ÷òî ïîâûøàåò åå àíòèêîððîçèîííûå ñâîéñòâà, óìåíüøàåò òåìïåðàòóðó òðàíñôîðìàòîðîâ ïðè ýêñïëóàòàöèè è óëó÷øàåò åãî õàðàêòåðèñòèêè. Íà îêîí÷àòåëüíîì ýòàïå îáðàáîòêè íà íåïðåðûâíîì àãðåãàòå ëèñò ïðîïóñêàþò ÷åðåç âîäíûé ðàñòâîð îðòîôîñôîðíîé êèñëîòû, çàòåì ÷åðåç ðàñòâîð îêèñè ìàãíèÿ è ïîñëå ñóøêè ÷åðåç ïå÷ü îòïóñêà äëÿ óñòðàíåíèÿ âíîâü ïîÿâèâøèõñÿ îñòàòî÷íûõ íàïðÿæåíèé. Çàêëþ÷èòåëüíûå îïåðàöèè, êàê è äëÿ óãëåðîäèñòîé ñòàëè, ðåçêà íà ÀÏÐ èëè ÀÊÐ ñ êîíòðîëåì êà÷åñòâà ïðîäóêöèè, óïàêîâêîé, ìàðêèðîâêîé è ò. ä. Ïðè ïðîèçâîäñòâå äèíàìíîé ñòàëè, êîòîðàÿ ñîäåðæèò êðåìíèÿ â ïðåäåëàõ 1,31,8 %, íåò ïðîáëåì ñ ïëàñòè÷íîñòüþ ìåòàëëà, ïîýòîìó äîïóñòèìà ïðîêàòêà â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè áåç îòæèãà äî 80 % è ìîæíî îáîéòèñü îäíèì öèêëîì ïðîêàòêè-îòæèãà.  òàêîé ñòàëè íåò ÿðêî âûðàæåííîé òåêñòóðû, ñòîëü êðóïíûõ çåðåí, êàê â òðàíñôîðìàòîðíîé ñòàëè. Ïîýòîìó âñå òåõíîëîãè÷åñêèå îïåðàöèè îñóùåñòâëÿþòñÿ ïî áîëåå ìÿãêèì ðåæèìàì.
539
ÁÈÁËÈÎÃÐÀÔÈ×ÅÑÊÈÉ ÑÏÈÑÎÊ 1. Öåëèêîâ À.È., Íèêèòèí Ã.Ñ., Ðîêîòÿí Ñ.Å. Òåîðèÿ ïðîäîëüíîé ïðîêàòêè. Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1980. 318 ñ., èë. 2. Ñòîðîæåâ Ì.Â., Ïîïîâ Å.À. Òåîðèÿ îáðàáîòêè ìåòàëëîâ äàâëåíèåì. Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1971. 424 ñ., èë. 3. Ñìèðíîâ Â.Ñ. Òåîðèÿ ïðîêàòêè. Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1967. 460 ñ., èë. 4. Ãðóäåâ À.Ï. Òåîðèÿ ïðîêàòêè. Ì.: Èíòåðìåò Èíæèíèðèíã, 2001. 280 ñ. 5. Òðåòüÿêîâ À.Â., Òðîôèìîâ Ã.Ê., Çþçèí Â.È. Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ ïðè îáðàáîòêå äàâëåíèåì. Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1964. 223 ñ., èë. 6. Ñìèðíîâ Â.Ê., Øèëîâ Â.È., Èíàòîâè÷ Þ.Â. Êàëèáðîâêà ïðîêàòíûõ âàëêîâ: Ó÷åá. ïîñîáèå äëÿ âóçîâ. Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1987. 368 ñ. 7. Òàðíîâñêèé È.ß., Ñìèðíîâ Â.Ê., Êîöàðü Ñ.Ë. Ïðîäîëüíàÿ ïðîêàòêà ïðîôèëåé ïåðåìåííîãî ñå÷åíèÿ. Ñâåðäëîâñê: Ìåòàëëóðãèçäàò. Ñâåðäë. îòä-íèå, 1962. 366 ñ. 8. Èëþêîâè÷ Á.Ì. è äð. Ïðîêàòêà è êàëèáðîâêà ôàñîííûõ ïðîôèëåé: Ñïðàâ. Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1989. 309 ñ.
Ó÷åáíîå èçäàíèå
Ðóäñêîé Àíäðåé Èâàíîâè÷ Ëóíåâ Âëàäèìèð Àëåêñååâè÷
ÒÅÎÐÈß È ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÊÀÒÍÎÃÎ ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ
Ðåäàêòîðû: Î.Ê. ×åáîòàðåâà, Î.Â. Ìàõðîâà Òåõíè÷åñêèé ðåäàêòîð À.È. Êîëîäÿæíàÿ Êîððåêòîð À.È. Ðîãîçèí Äèçàéí îáëîæêè Î.Ã. Ðó÷êà Êîìïüþòåðíàÿ âåðñòêà Ð.Å. Ìóðàøîâà, Å.À. Òèïöîâîé
Íàëîãîâàÿ ëüãîòà Îáùåðîññèéñêèé êëàññèôèêàòîð ïðîäóêöèè ÎÊ 005-93, ò. 2; 95 3005 ó÷åáíàÿ ëèòåðàòóðà Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêàÿ èçäàòåëüñêàÿ ôèðìà «Íàóêà» ÐÀÍ. 199034, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, Ìåíäåëååâñêàÿ ëèí., 1. e-mail:
[email protected] Ëèöåíçèÿ ÈÄ ¹ 02980 îò 6.10.2000 ã. Ïîäïèñàíî â ïå÷àòü 16.05.2005. Ôîðìàò 70½100/16. Ïå÷àòü îôñåòíàÿ.
Óñë. ïå÷. ë. 44,0. Ó÷.-èçä. ë. 44,0. Òèðàæ 500. Çàêàç 131. Îòïå÷àòàíî â òèïîãðàôèè Èçäàòåëüñòâà Ïîëèòåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà. 195251, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, Ïîëèòåõíè÷åñêàÿ óë., 29.
I SBN 5 - 02 - 025065 - 1
9 785020 250659
