СТАН ШАГОВОЙ ПРОКАТКИ ПЛОСКИХ ДЛИННОМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК

Заявляемый объект относится к обработке металлов давлением и может быть использован для прокатки длинномерных плоских заготовок типа полос и лент, преимущественно, из трудно деформируемых сталей и сплавов.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранный в качестве прототипа стан шаговой прокатки лент, который приведен в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2521764 на способ шаговой прокатки, опубликован 10.072014. Известный стан включает устройство для пошагового перемещения плоской заготовки и установленные в станине валки с гладкой бочкой, один из которых установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и реверсивного вращения для деформации плоской заготовки прямым и обратным ходом после пошагового перемещения плоской заготовки. Деформацию заготовки осуществляют прямым и обратным ходом при возвратно-поступательном перемещении осей валков и свободным перемещении заготовки вдоль оси прокатки в сторону, противоположную направлению перемещения осей валков во время деформации заготовки при принудительном перемещении заготовки в сторону готового профиля во время образования зазора между заготовкой и рабочей поверхностью валков. Снижение осевых усилий в заготовке при ее деформации обратным ходом обеспечивается за счет того, что принудительное перемещение заготовки перед обратным ходом осуществляют дополнительно на величину свободного перемещения заготовки, при этом свободное перемещение заготовки не превышает расчетной величины.
У заявляемого объекта и прототипа совпадают следующие существенные признаки. Оба стана шаговой прокатки включают устройство для пошагового перемещения заготовки и рабочую клеть, прокатные валки которой установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют следующие причины. Трудно деформируемые стали и сплавы при деформациях более 50-55% сильно «нагартовываются» и дальнейшая их деформация в продольном, а особенно в поперечном направлении невозможна из-за очень высоких нагрузок на валки и прочностных особенностей прокатных клетей. Очаг деформации в прокатных валках локализуется только в области контакта металла с верхним и нижним валком. При прокатке плоской длинномерной заготовки очаг деформации формируется по всей ширине валков, и для трудно деформируемых сплавов невозможно обеспечить высокую степень деформации плоской длинномерной заготовки из-за больших усилий на валки и больших моментов прокатки. А деформировать плоские длинномерные заготовки в поперечном направлении в прототипе вообще невозможно.
В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такой стан шаговой прокатки плоской длинномерной заготовки, в котором усовершенствование путем введения новых элементов позволило бы при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении степени деформации плоской длинномерной заготовки из трудно деформируемых сталей и сплавов.
Суть заявляемого объекта заключается в следующем. Стан шаговой прокатки плоских длинномерных заготовок, включающий устройство для пошагового перемещения заготовки и рабочую клеть, прокатные валки которой установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Отличительной особенностью является то, что прокатные валки установлены с возможностью реверсивного вращения и возвратно-поступательного перемещения в направлении, при котором образующие бочек прокатных валков параллельны направлению перемещения заготовки или образуют с направлением перемещения заготовки острый угол по ходу перемещения заготовки или против хода перемещения заготовки, для поперечной деформации заготовки прямым ходом и обратным ходом после пошагового перемещения заготовки при выбранном угле поворота прокатных валков.
В частных случаях использования заявляемый объект отличается тем, что:
- прокатные валки рабочей клети установлены с возможностью регулируемого поворота и возвратно-поступательного перемещения в направлении, при котором образующие бочек прокатных валков образуют с направлением перемещения заготовки угол 5-55°, по ходу перемещения заготовки или против хода перемещения заготовки, для поперечной деформации заготовки прямым ходом и обратным ходом после пошагового перемещения заготовки при выбранном угле поворота прокатных валков;
- устройство для пошагового перемещения заготовки выполнено в виде прокатных валков с гладкой бочкой.
При использовании заявляемого объекта ожидается достижение технического результата, заключающегося в повышении степени деформации плоской длинномерной заготовки из трудно деформируемых сталей и сплавов.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом имеется следующая причинно следственная связь. Установка прокатных валков рабочей клети с возможностью реверсивного вращения и возвратно-поступательного перемещения в направлении, при котором образующие бочек прокатных валков параллельны направлению перемещения заготовки или образуют с направлением перемещения заготовки острый угол по ходу перемещения заготовки или против хода перемещения заготовки, для поперечной деформации заготовки прямым ходом и обратным ходом после пошагового перемещения заготовки при выбранном угле поворота прокатных валков обеспечивает при каждом ходе валков деформацию заготовки с течением металла, преимущественно, в уширение плоской длинномерной заготовки в поперечном, а не только в продольном направлении, как в прототипе. При этом ширина валков может быть не равной ширине заготовки, как в прототипе, а значительно меньшей, выбранной исходя из условий создания требуемой величины деформации заготовки из трудно деформируемого материала. Ширина прокатных валков может составлять, например, 0,5-0,9 ширины заготовки.
Кроме того, при возвратно-поступательном перемещении прокатных валков в направлении, при котором образующие бочек прокатных валков образуют с направлением перемещения заготовки угол 5-55° по ходу перемещения заготовки или против хода перемещения заготовки, облегчается захват заготовки прокатными валками для поперечной деформации заготовки прямым ходом и обратным ходом после пошагового перемещения заготовки при выбранном угле поворота прокатных валков. При этом в процессе каждого хода валков деформация заготовки осуществляется не по всей ширине валков, как в прототипе, а только локально, преимущественно, на части ширины валков. В процессе каждого хода валков, в прямом направлении и в обратном направлении после пошагового перемещения заготовки, ширина участка заготовки, который обжимается валками, изменяется от минимума в момент входа валков в заготовку до максимума, соответствующего ширине валков, и снова до минимума в момент выхода валков за пределы заготовки. Переменная локальная деформация плоской длинномерной заготовки по ее ширине позволяет прорабатывать трудно деформируемые стали и сплавы в поперечном направлении при очень больших степенях обжатия, так как при этом валки не испытывают больших нагрузок.
Установка прокатных валков рабочей клети с возможностью регулируемого поворота на угол 5-55° по ходу перемещения заготовки или против хода перемещения заготовки обеспечивает надежный захват прокатными валками заготовок из трудно деформируемых сталей и сплавов и, в ряде случаев, приводит к улучшению физико-механических свойств в поперечном сечении заготовок из трудно деформируемых сталей и сплавов. Осуществление прокатки заготовки в поперечном направлении, например, под углами 45-55° целесообразно, в ряде случаев, из-за максимального значения пластических свойств трудно деформируемых сталей и сплавов именно в этом направлении.
Возможность прокатки в поперечном направлении одной и той же заготовки вначале валками, повернутыми на угол в диапазоне 5-55° по ходу перемещения заготовки, а затем валками, повернутыми на угол в диапазоне 5-55° против хода перемещения заготовки, обеспечивает для каждого участка заготовки деформацию под разными углами, что обеспечивает повышение равномерности физико-механических свойств по сечению заготовки.
Выбор граничных значений угла поворота валков обусловлен тем, что при установке прокатных валков рабочей клети с возможностью регулируемого поворота на угол менее 5° относительно направления перемещения заготовки, в ряде случаев, несколько ухудшаются условия захвата заготовок из трудно деформируемых сталей и сплавов, а при установке прокатных валков рабочей клети с возможностью регулируемого поворота на угол более 55° относительно направления перемещения заготовки неоправданно увеличиваются затраты на обеспечение работы валков при повышенных нагрузках.
Выполнение устройства для пошагового перемещения плоской длинномерной заготовки на базе прокатной клети, в которой установлены валки с гладкой бочкой для дополнительного обжатия плоской длинномерной заготовки по толщине при ее пошаговом перемещении, обеспечивает при пошаговом перемещении заготовки валками клети одновременное обжатие заготовки по толщине для удаления волн, образующихся в ряде случаях при ее локальной деформации в валках предыдущей клети. Кроме того, деформированием плоской длинномерной заготовки из трудно деформируемых сталей и сплавов в поперечном и продольном направлении обеспечивается изотропия свойств плоской длинномерной заготовки в двух направлениях.
Сущность заявляемого стана шаговой прокатки плоских длинномерных заготовок поясняется иллюстрирующими материалами, на которых изображено:
на фиг. 1 - вид на стан спереди;
на фиг. 2 - вид на стан сбоку.
На представленных чертежах использованы следующие обозначения:
1 - рабочая клеть;
2 - верхний прокатный валок;
3 - нижний прокатный валок;
4 - верхняя обойма для верхнего прокатного валка;
5 - нижняя обойма для нижнего прокатного валка;
6 - ходовой винт для верхнего прокатного валка;
7 - ходовой винт для нижнего прокатного валка;
8 - нижняя шестерня привода перемещения верхнего прокатного валка;
9 - промежуточная шестерня привода перемещения верхнего прокатного валка;
10 - верхняя шестерня привода перемещения верхнего прокатного валка;
11 - верхняя шестерня привода перемещения нижнего прокатного валка;
12 - промежуточная шестерня привода перемещения нижнего прокатного валка;
13 - нижняя шестерня привода перемещения нижнего прокатного валка;
14 - реверсивный электродвигатель привода перемещения верхнего прокатного валка;
15 - реверсивный электродвигатель привода перемещения нижнего прокатного валка;
16 - реверсивный электропривод вращения верхнего прокатного валка;
17 - направляющая для перемещения обоймы верхнего прокатного валка;
18 - направляющая для перемещения обоймы верхнего прокатного валка;
19 - реверсивный электропривод вращения нижнего прокатного валка;
20 - направляющая для перемещения обоймы нижнего прокатного валка;
21 - направляющая для перемещения обоймы нижнего прокатного валка;
22 - устройство для пошагового перемещения заготовки;
23 - заготовка.
В конкретном примере выполнения (фиг. 1 и Фиг. 2) стан шаговой прокатки плоских длинномерных заготовок содержит установленные в станине рабочей клети 1 верхний прокатный валок 2 с гладкой бочкой и нижний прокатный валок 3 с гладкой бочкой. Прокатные валки 2 и 3 установлены с возможностью реверсивного вращения и возвратно-поступательного перемещения относительно оси O1-O1. совпадающей с направлением перемещения плоской длинномерной заготовки 23. Прокатные валки 2 и 3 установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении, при котором образующие бочек прокатных валков параллельны направлению перемещения заготовки или образуют с направлением перемещения заготовки острый угол по ходу перемещения заготовки или против хода перемещения заготовки, для поперечной деформации заготовки прямым ходом и обратным ходом после пошагового перемещения заготовки при выбранном угле поворота прокатных валков.
Для обеспечения возвратно-поступательного перемещения верхнего прокатного валка 2 и нижнего прокатного валка 3 в направлении, перпендикулярном направлению перемещения плоской длинномерной заготовки 23, (образующие бочек прокатных валков параллельны направлению перемещения заготовки, т.е. образуют с направлением перемещения заготовки угол 0°) валки установлены в соответствующих обоймах 4 и 5, которые через соответствующие ходовые винты 6 и 7, шестерни 8, 9, 10 (фиг. 2) и шестерни 11, 12, 13, связаны соответственно с реверсивными электродвигателями 14 и 15.
Механизм вращения верхнего прокатного валка 2 установлен на верхней обойме 4 и содержит реверсивный электропривод 16 с регулируемым числом оборотов и снабжен редуктором. Параллельно ходовому винту 6 для верхнего прокатного валка в станине рабочей клети 1 закреплены направляющие 17 и 18 для обеспечения возвратно-поступательно перемещения верхней обоймы 4 посредством ходового винта 6 и системы шестерен 8, 9, 10, которая связана с реверсивным электродвигателем 14.
Механизм вращения нижнего прокатного валка 3 установлен на нижней обойме 5 и содержит реверсивный электропривод 19 с регулируемым числом оборотов и снабжен редуктором. Параллельно ходовому винту 7 для нижнего прокатного валка в станине рабочей клети 1 закреплены направляющие 20 и 21 для обеспечения возвратно-поступательно перемещения нижней обоймы 5 посредством ходового винта 7 и системы шестерен 11, 12, 13, которая связана с реверсивным электродвигателем 15.
Для одновременного перемещения верхней обоймы 4 с верхним прокатным валком 2 и нижней обоймы 5 с нижним прокатным валком 3 поперек заготовки, вращение ходовых винтов 6 и 7 синхронизировано, что обеспечивает равномерную поперечную деформацию заготовки прокатными валками прямым ходом и обратным ходом после пошагового перемещения заготовки устройством 22.
Вращение верхнего прокатного валка 2 и нижнего прокатного валка 3 реверсивными электродвигателями 16 и 19 также синхронизировано. Кроме того, для обеспечения более равномерной деформации заготовки, синхронизировано вращение прокатных валков и скорость перемещения обойм с прокатными валками, причем скорость перемещения обойм выбрана равной линейной скорости вращения прокатных валков в очаге деформации. Величина обжатие заготовки регулируется вращением эксцентричной втулки на верхнем прокатном валке (на чертеже не показано).
Устройство 22 для пошагового перемещения заготовки выполнено в виде прокатных валков с гладкой бочкой.
Для установки прокатных валков 2 и 3 рабочей клети с возможностью регулируемого поворота в направлении, при котором образующие бочек прокатных валков образуют с направлением перемещения заготовки угол 5-55°, по ходу перемещения заготовки или против хода перемещения заготовки, плитовина рабочей клети 1 установлена в радиальных направляющих с возможностью регулированного поворота на заданный угол с одной стороны радиальных направляющих по ходу перемещения заготовки, а с другой стороны радиальных направляющих - против хода перемещения заготовки (на чертеже не показано). При повороте плитовины рабочей клети 1 на заданный угол по ходу перемещения заготовки или против хода перемещения заготовки, на этот же угол будут поворачиваться и прокатные валки 2 и 3. Таким образом, прокатные валки 2 и 3 могут перемещаться как перпендикулярно относительно направления перемещения заготовки, так и под зафиксированным острым углом, по ходу перемещения заготовки или против хода перемещения заготовки, в зависимости от конкретного материала заготовки и решаемых задач по обеспечению требуемых геометрических и физико-механических свойств по длине заготовки.
Стан шаговой прокатки плоских длинномерных заготовок, например, полосы, работает следующим образом. В начале процесса прокатки полосы обойму 4 с верхним валком 2 и обойму 5 с нижним валком 3 с помощью реверсивных двигателей 14 и 15 и систем шестерен 8, 9, 10 и 11, 12, 13 и ходовых винтов 6 и 7 перемещают относительно станины 1 в одно из крайних боковых положений. С помощью задающего устройства 22 ленту перемещают вперед в зону перемещения рабочих валков 2 и 3 на шаг необходимой величины обжатия полосы. С помощью вращения эксцентриков на верхнем валке 2, устанавливают необходимую степень обжатия полосы. Для вращения рабочих валков 2 и 3 включают реверсивные электроприводы 16 и 19. Затем включают реверсивные синхронизированные электроприводы 14 и 15, которые через ходовые винты 6 и 7 обеспечивают возвратно-поступательное перемещение валков 2 и 3 поперек полосы (перпендикулярно направлению перемещения полосы, при котором образующие бочек прокатных валков параллельны направлению перемещения заготовки). Количество оборотов реверсивных двигателей устанавливают таким, чтобы линейная скорость вращения валков 2 и 3 была равной линейной скорости перемещения обойм 4 и 5 поперек полосы 23. Валки 2 и 3 перемещаясь прямым ходом поперек полосы, обжимают ее в очаге деформации с заданной степенью деформации. После выхода валков за пределы полосы с помощью конечных выключателей останавливают вращение валков 2 и 3 и перемещение обойм 4 и 5. Задающим устройством 22 полосу 23 перемещают на шаг вперед. Вращением эксцентриковых втулок устанавливают необходимое обжатие полосы. Снова включаются реверсивные электроприводы 16 и 19 для обеспечения вращения рабочих валков 2 и 3. Затем включаются реверсивные синхронизированные электроприводы 14 и 15, которые через ходовые винты 6 и 7 обеспечивают перемещение валков 2 и 3, которые, деформируя полосу, выходят за ее пределы, перемещаясь в исходное положение.
В гладких валках задающего устройства 22, при каждом перемещении полосы на шаг вперед, полосу обжимают по толщине.
Работа всех электроприводов может быть автоматизирована.
В случае прокатки лент плоская длинномерная заготовка подается на прокатку с подающего барабана и, после деформации в прокатных валках 2 и 3 рабочей клети 1, наматывается на принимающий барабан одновременно с пошаговым перемещением.
При необходимости обеспечения возвратно-поступательного перемещения прокатных валков 2 и 3 в направлении, при котором образующие бочек прокатных валков образуют с направлением перемещения заготовки острый угол по ходу заготовки, например, 5° или 55°, плитовину рабочей клети 1 поворачивают в радиальных направляющих соответственно на угол 5° или 55° по ходу заготовки и фиксируют в таком положении. Затем осуществляют поперечную деформацию заготовки по длине прямым ходом и обратным ходом валков 2 и 3 после пошагового перемещения заготовки гладкими валками задающего устройства 22.
При необходимости обеспечения возвратно-поступательного перемещения прокатных валков 2 и 3 в направлении, при котором образующие бочек прокатных валков образуют с направлением перемещения заготовки острый угол против хода заготовки, например, 5° или 55°, плитовину рабочей клети 1 поворачивают в радиальных направляющих соответственно на угол 5° или 55° против хода заготовки и фиксируют в таком положении. Затем осуществляют поперечную деформацию заготовки по длине прямым ходом и обратным ходом валков 2 и 3 после пошагового перемещения заготовки гладкими валками задающего устройства 22.
Для обеспечения требуемых конкретных геометрических и физико-механических свойств по длине заготовки плитовину рабочей клети 1 поворачивают в радиальных направляющих на угол, например, 45° по ходу заготовки и фиксируют в таком положении. Затем осуществляют поперечную деформацию заготовки по длине прямым ходом и обратным ходом валков 2 и 3 после пошагового перемещения заготовки гладкими валками задающего устройства 22. После этого плитовину рабочей клети 1 поворачивают в радиальных направляющих на тот же угол, например, 45° против хода заготовки и фиксируют в таком положении. И вновь осуществляют поперечную деформацию заготовки по длине прямым ходом и обратным ходом валков 2 и 3 после пошагового перемещения заготовки гладкими валками задающего устройства 22. Так обеспечивают для каждого участка заготовки деформацию под разными углами, что обеспечивает повышение равномерности физико-механических свойств по сечению заготовки.
Деформация плоской длинномерной заготовки 23 в процессе прокатки между верхнем валком 2 и нижним валком 3 осуществляется не одновременно по всей ее ширине, а локально, последовательно по частям, в поперечном направлении, что позволяет прорабатывать трудно деформируемые стали и сплавы при очень больших степенях обжатия, обеспечивая требуемые геометрические и физико-механические свойства по длине заготовки, так как при этом верхний валок 2 и нижний валок 3 не испытывают больших нагрузок.