УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ ПРОКАТА

Полезная модель относится к прокатному производству и может быть использована в прокатных цехах для порезки проката.
Известно устройство для резки проката, включающее подводящий рольганг, летучие ножницы для резки проката и отводящий рольганг. (см. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных цехов черной и цветной металлургии. М.: Металлургия, 1976, - с.259). Недостатком известного устройства является то, что траекторией движения режущих кромок ножей являются окружности, поэтому при встрече с горизонтально движущейся полосой резание происходит при переменном угле и плоскость резания на полосе не будет вертикальной.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности является устройство для резки проката, включающее подводящий рольганг, ножницы для резки проката с параллельными ножами с верхним резом, качающийся стол, установленный за ножницами, прижим и отводящий рольганг. Нижний нож установлен неподвижно в станине ножниц, а верхний нож укреплен в суппорте (ползуне) и при помощи кривошипного или гидравлического привода движется вниз и разрезает полосу (см. Машины и агрегаты металлургических заводов. Под ред Целикова А.И. - М.: Металлургия, Т.3, 1988, - с.388, рис.VII).
Недостатком такого устройства для резки является обязательное наличие качающегося стола за ножницами, что усложняет конструкцию и требует дополнительного расхода энергии на перемещение стола.
Задачей создания полезной модели является упрощение устройства для резки проката и создание устройства, позволяющего уменьшить расход энергии при порезке полосы.
3
2
2
3
2
2
4
Т
Поставленная задача достигается тем, что, в устройстве для резки проката, включающем подводящий рольганг, нижний нож, установленный неподвижно в станине ножниц, верхний нож, укрепленный в суппорте (ползуне), привод верхнего ножа, прижим и отводящий рольганг, уровень поверхности отводящего рольганга расположен ниже уровня поверхности подводящего рольганга, при этом максимальную величину разницы уровней подводящего и отводящего рольгангов определяют из условия , где W - момент сопротивления сечения полосы относительно нейтрального слоя [м]; σ - предел текучести разрезаемого материала [Па=Н/м]; F - площадь поперечного сечения полосы [м]; γ - удельная масса материала полосы [кг/м]; g - ускорение свободного падения [м/с]; Е - модуль упругости первого рода материала полосы [Па=Н/м]; J - момент инерции сечения полосы относительно нейтрального слоя [м].
3
2
2
3
2
2
4
Т
Отличие предлагаемого способа от известного состоит в том, что уровень поверхности отводящего рольганга расположен ниже уровня поверхности подводящего рольганга, при этом максимальную величину разницы уровней подводящего и отводящего рольгангов определяют из условия , где W - момент сопротивления сечения полосы относительно нейтрального слоя [м]; σ - предел текучести разрезаемого материала [Па=Н/м]; F - площадь поперечного сечения полосы [м]; γ - удельная масса материала полосы [кг/м]; g - ускорение свободного падения [м/с]; Е - модуль упругости первого рода материала полосы [Па=Н/м]; J - момент инерции сечения полосы относительно нейтрального слоя [м].
Технический эффект от использования полезной модели заключается в том, что при порезке полосы за счет разницы в уровнях поверхностей подводящего и отводящего рольгангов величина силы резания, необходимая для разделения полосы, будет меньше, следовательно, уменьшается расход энергии при порезке полосы.
При расположении уровня поверхности отводящего рольганга на величину  ниже уровня поверхности подводящего рольганга, достигается получение качественного продукта - прямолинейно отрезанной заготовки. Поэтому деформация изгиба полосы перед резом должна быть упругой, следовательно, разность уровней верхних поверхностей подводящего и отводящего рольгангов должна определяться из условия упругой деформации полосы перед резом, то есть напряжения в полосе при ее изгибе должны быть меньше предела текучести.
изг
т
изг
доп
доп
Исходя из условия упругой деформации полосы, разность верхних поверхностей подводящего и отводящего рольгангов определяется следующим образом. Напряжение в полосе должно быть меньше, либо, в крайнем случае, равно пределу текучести σ=М/W≤σ, где W - момент сопротивления сечения полосы относительно нейтрального слоя; М - внутренний изгибающий момент, возникающий в полосе под действием ее силы тяжести , если полоса не опирается на ролики отводящего рольганга, где q - распределенная сила, действующая на консольно закрепленную полосу под действием ее силы тяжести q=Fγg, где F - площадь поперечного сечения полосы; γ - удельная масса материала полосы; g - ускорение свободного падения (см. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1965. - с.238). Тогда  - длина полосы, при которой в полосе, не опирающейся на ролики отводящего рольганга, напряжения удовлетворяют условию упругой деформации. Если длина отрезаемой полосы меньше l, то полоса деформируется упруго без дополнительной опоры в виде верхней поверхности ролика отводящего рольганга, если длина отрезаемой полосы больше l, то полоса без дополнительной опоры деформируется пластически, что не допустимо. Расстояние от верхней поверхности ролика подводящего рольганга до верхней поверхности ролика отводящего рольганга определяется из условия, что при максимально допустимом прогибе в полосе напряжения будут меньше предела текучести. Максимально допустимый прогиб определяется из величины допустимой длины полосы, при которой деформация упругая: , где Е - модуль упругости первого рода материала полосы; J - момент инерции сечения полосы относительно нейтрального слоя (см. Степин П.А. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1979. - с.152).
max.
Очевидно, что чем больше величина прогиба, тем большие по величине нормальные напряжения возникают в изогнутой полосе и тем меньшую по величине силу необходимо прикладывать для совершения операции резки, однако из-за рассеивания механических характеристик материала при максимальной расчетной величине прогиба возможно остаточное пластическое деформирование полосы, поэтому максимально допустимый прогиб необходимо брать меньше расчетного, то есть h=0,8 h.
На рисунке схематично изображено устройство для резки проката.
Устройство для резки проката содержит верхний нож 1, закрепленный в суппорте (не показан), нижний нож 2, установленный неподвижно в станине, подводящий рольганг 3, отводящий рольганг 4, прижим 5.
Устройство работает следующим образом. Перед началом резания верхний нож 1 и нижний нож 2 раскрыты и полоса 6 проходит между ними по подводящему рольгангу 3, верхний нож 1 при этом находится выше уровня верхней поверхности полосы 6 и не мешает ее движению. Затем полоса 6 останавливается в необходимом положении по длине при помощи упора (на чертеже условно не показан) и изгибается, ложась на ролики отводящего рольганга 4, а оставшаяся часть полосы на подводящем рольганге прижимается к роликам с помощью прижима 5. Величина разницы уровней поверхности подводящего и отводящего рольгангов h выбирается из условия, чтобы деформация полосы была упругой. При изгибе полосы 6 в ней возникают нормальные напряжения, которые в зоне резания достигают своего максимального значения. После остановки полосы 6 верхний нож 1 опускается и происходит процесс резания. В зоне резания возникает сложное напряженное состояние, при котором в ней действуют как нормальные напряжения, возникающие в разрезаемом материале от изгиба полосы 6, так и касательные напряжения, возникающие под действием движения верхнего ножа 1. За счет действия, сложного напряженного состояния величина силы резания, необходимая для разделения полосы 6, будет меньше, чем сила резания при порезке не изогнутой полосы (см. приложение), следовательно, уменьшается расход энергии при порезке полосы.
Таким образом, использование упрощенной конструкции предлагаемого устройства позволяет с малым расходом энергии разрезать полосу.
Величина силы резания на ножницах с параллельными ножами прямой полосы определяется следующим образом:
в
в
где: τ - касательные напряжения, возникающие в процессе резания; F - площадь сечения разрезаемого материала (см. Машины и агрегаты металлургических заводов. Под ред Целикова А.И. - М.: Металлургия, Т.3, 1988, - с.389) и сила резания достигает своего максимума при τ=τ, где τ- предел прочности при действии касательных напряжений.
В изогнутой полосе возникают нормальные напряжения, максимальные значения которых достигаются крайних волокнах.
При опускании верхнего ножа, когда начинается процесс резки проката, в полосе возникают касательные напряжения, то есть в предварительно изогнутой полосе в зоне резания возникает сложное напряженное состояние с одновременным действием нормальных и касательных напряжений, поэтому величина силы резания определяется исходя из третьей гипотезы прочности (см. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1965. - с.312);
в
где σ - предел прочности при действии нормальных напряжений.
Тогда:
и после возведения в квадрат обеих частей уравнения (3):
Отсюда:
Сравнивая уравнения (1) и (5) видно, что максимальная сила резания предварительно изогнутой полосы меньше, чем максимальная сила резания прямой полосы.