ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ ТРЕХВАЛКОВОГО СТАНА ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ

Полезная модель относится к области деформационной обработки металлов давлением и может быть использована в металлургии для изготовления сортового проката из различных металлических материалов, в том числе труднодеформируемых.
Как правило, для поперечно-винтовой прокатки используют:
- грибовидный валок в виде двух усеченных конусов, причем конус с большим углом наклона образующей (входной) совмещен своим большим основанием с малым основанием конуса с меньшим углом наклона образующей (выходным) так, что диаметр валка от входа в очаг деформации к выходу из него увеличивается;
- чашевидный валок в виде двух усеченных конусов; конус с меньшим углом наклона образующей (входной) совмещен своим малым основанием с большим основанием конуса с большим углом наклона образующей (выходным) так, что диаметр валка от входа в очаг деформации к выходу из него уменьшается.
В рабочей клети вышеуказанные валки устанавливают таким образом, чтобы ось валка находилась в вертикальной плоскости, образующей некоторый угол, называемый угол раскатки, с осью прокатки.
Из уровня техники известно, что уровень технологической деформации заготовок из легированных металлов и сплавов ограничивает допустимые коэффициенты вытяжки за проход, что приводит к необходимости использовать не менее 3-11 проходов. Наилучшие результаты получают при чередовании чашевидной и грибовидной схем прокатки, так называемой реверсивной. Валок для осуществления такой схемы прокатки содержит три рабочих участка:
- обжимной для прямых проходов;
- калибрующий для всех проходов;
- обжимной для реверсивных проходов. (Реверсивная радиально-сдвиговая прокатка. Сущность, возможности, преимущества., С.П.Галкин, Е.А.Харитонов, В.К.Михайлов, Журнал Титан, №1, 2003 г.)
Также известны валки по патенту SU №1817709 имеющие два конических обжимных участка и расположенный между ними калибрующий участок, которые образуют конические очаги деформации с зонами калибровки. Такая форма валков позволяет деформировать заготовку в прямых (нечетных) проходах по чашевидной схеме со сближением осей валков по ходу прокатки - то есть с положительным скручиванием, а в обратных проходах по грибовидной схеме с расхождением осей валков - с отрицательным скручиванием. Деформация ведется с чередованием направления вращения заготовки, но с постоянным направлением скручивания. Недостатком такой формы валков является необходимость использования не менее двух переходов, чтобы обеспечить валку при прокатке деформацию и с отрицательным и с положительным скручиванием.
Задачей полезной модели является создание технологического инструмента трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки позволяющего реализовать способ поперечно-винтовой прокатки с отрицательным и положительным скручиванием в одном переходе.
Технический результат:
- снижение энергосиловых параметров процесса;
- обеспечивается за один переход такое уменьшение диаметра заготовки, которое в других способах требует как минимум два перехода. Синтез в одном проходе как положительного, так и отрицательного скручивания устраняет практически все недостатки способов, где это скручивание происходит лишь в одном направлении (положительное или отрицательное), но сохраняет все достоинства этих методов:
- хорошее качество поверхности прутков после проката;
- схема напряженно-деформируемого состояния характеризующаяся большим квазигидростатическим сжатием, что позволяет производить обработку с большой величиной истиной деформации (e>1);
- присутствие сильной компоненты сдвиговой деформации, что позволяет эффективно измельчать структуру заготовки.
Более того, в очаге деформации, в области, где отрицательное скручивание сменяется положительным происходит разрыв поля скоростей деформации - условия деформирования становятся существенно не монотонными, что так же благоприятно влияет на измельчение структуры прокатываемой заготовки.
Задача достигается тем, предлагаемый валок имеет сложный профиль и содержит обжимные и калибрующий участки, при этом первый обжимной участок валка имеет чашевидный профиль в виде усеченного конуса, который своим меньшим основанием соединен с меньшим основанием второго обжимного участка с грибовидным профилем, выполненного также в виде усеченного конуса, а калибрующий участок соединен с большим основанием второго обжимного участка с грибовидным профилем валка. При этом, угол между линиями, образующими обжимные участки, составляет 110-160°. Три валка предлагаемой формы установлены в прокатной клети трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки так, чтобы точка касания заготовки с валком находилась на линии перехода чашевидного участка валка в грибовидный участок и являлась проекцией на эту линию точки пересечения оси прокатываемой заготовки и проекции оси валка в плоскости, содержащей ось прокатки и нормальной к плоскости поворота валка на угол раскатки.
Полезная модель характеризуется следующими графическими материалами:
Фиг.1 - изображение предлагаемого валка;
Фиг.2 - схематичное изображение установки валка;
Фиг.3 - изображение направления скручивания прутка в зоне очага деформации чашевидного участка валка;
Фиг.4 - изображение направлений скручивания прутка в зоне деформации чашевидного и грибовидного участков валка.
Технологический инструмент трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки включает валок сложного профиля, геометрически состоящий из чашевидного, грибовидного 2 и калибрующего 3 участка (фиг.1). Чашевидный участок 1 валка представляет собой усеченный конус, который соединен своим меньшим основанием с меньшим основанием грибовидного участка 2 валка, выполненного также в виде усеченного конуса. Угол α между образующей чашевидного участка 1 и образующей грибовидного участка 2 валка составляет 110-160°. Калибрующий участок 3 валка соединен с большим основанием грибовидного участка 2 валка. Три валка предлагаемой формы установлены в прокатной клети так, чтобы точка касания заготовки 4 и валка (на фигуре не видна), находилась на линии 5 перехода чашевидного участка 1 валка в грибовидный участок 2 и являлась проекцией точки 6 пересечения оси 7 прокатываемой заготовки и проекции оси 8 валка в плоскости, содержащей ось прокатки и нормальной к плоскости поворота валка на угол раскатки.
Прокатку заготовки 4 при помощи заявленного технологического инструмента трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки осуществляют следующим образом.
При заданных технологическими условиями величинах обжатий нагретую сплошную заготовку 4 задают в валки, где она захватывается на входном конусе чашевидного участка 1 и вращаясь перемещается в направлении оси 7 к грибовидному участку 2 валка. Далее заготовка 4 деформируется одновременно конусами чашевидного участка 1 и грибовидного участка 2. При обработке калибрующим участком 3, поверхность заготовки 4 получает ровную и гладкую поверхность по всей длине. Таким образом, при прокатке используются все три участка валка, а деформация ведется с постоянным направлением вращения и с чередованием направления скручивания - то есть знак сдвиговых деформаций, возникающих при данной обработке, меняется непосредственно в процессе обработки. Данное явление, уменьшая предел текучести металла, облегчает его формоизменение, что снижает энергосиловые параметры процесса, а так же повышает деформируемость материала. Благодаря знакопеременной деформации сдвигом эволюционные процессы перестройки микроструктуры происходят при меньшей накопленной деформации, что позволяет эффективно обрабатывать даже труднодеформируемые материалы.
В качестве конкретного примера возможности осуществления полезной модели приведено моделирование методом конечных элементов прокатки заготовки исходным диаметром 50 мм на диаметр 10 мм, (фиг.3 и 4), где четко прослеживается изменение направления скручивания после прохождения прутком линии 5 перехода чашевидного участка 1 валка в грибовидный участок 2. На фигуре 3 видно, что до линии 5 перехода чашевидного участка 1 в грибовидный участок 2 осуществляется отрицательное скручивание заготовки 4, показанное стрелкой 9. На фигуре 4 видно, что участок заготовки, получивший в зоне чашевидного участка 1 валка отрицательное направление скручивания (стрелка 9), в зоне очага деформации грибовидным участком 2 валка при сохранении направления вращения заготовки 4 подвергается деформации с положительным направлением скручивания (стрелка 10).
Разработанный способ более производителен и экономичен, так как позволяет получить за один переход такое уменьшение диаметра заготовки, которое в других способах требует как минимум два перехода.