СПОСОБ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ НЕПРЕРЫВНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛОСЫ
COLD DEFORMATION OF CONTINUOUS METAL STRIP

Изобретение относится к обработке металлов без снятия стружки, в частности, к производству металлической полосы холодным деформированием.
Известен способ холодной деформации непрерывной металлической полосы при изготовлении сварных труб, включающий протягивание полосы тянущим устройством между тремя неприводными роликами гибочного устройства, в котором средний ролик имеет диаметр меньше диаметра крайних роликов и вместе с охватывающей его на угол более 180° полосой прижимается натяжением полосы к крайним роликам при зазоре между ними больше двух толщин полосы (а.с. СССР №1500405, опубл. 15.08.1989 г.).
Недостатком известного способа является отсутствие регулирования величины деформации полосы.
Известен способ холодной деформации непрерывной металлической полосы при изготовлении сварных труб, включающий ее протягивание с задним и передним натяжениями, создаваемыми соответственно натяжным и тянущим устройствами, между тремя неприводными роликами гибочного устройства, в котором средний ролик, имеющий диаметр меньше диаметра крайних роликов, охватывается полосой на угол более 180° и прижимается вместе с ней натяжением полосы к крайним роликам при зазоре между ними больше двух толщин полосы, и регулирование величины деформации полосы изменением ее натяжения без превышения передним натяжением уровня, который соответствует тянущему напряжению в вытягиваемой полосе 0,85 предела текучести ее металла (патент России на изобретение №2412016, опубл. 20.02.2011 г.) - прототип.
Прототип обеспечивает возможность регулирования величины деформации полосы, но его недостатком является малая величина деформации полосы и повышенный удельный расход энергии на единицу ее деформации.
Задачей заявляемого изобретения является повышение величины деформации полосы и снижение удельного расхода энергии на единицу ее деформации.
Технический результат достигается за счет того, что способ холодной деформации непрерывной металлической полосы включает протягивание полосы с задним и передним натяжениями между тремя неприводными роликами гибочного устройства, в котором средний ролик, имеющий диаметр меньше диаметра крайних роликов, охватывается полосой на угол более 180° и прижимается вместе с ней натяжением полосы к крайним роликам при зазоре между ними больше двух толщин полосы, и регулирование величины деформации полосы изменением ее натяжения без превышения передним натяжением уровня, соответствующего тянущему напряжению в полосе 0,85 предела текучести ее металла. Новым является то, что полосу последовательно протягивают между тремя неприводными роликами каждого по меньшей мере из двух аналогичных гибочных устройств и в каждом гибочном устройстве натяжение полосы регулируют в диапазоне, приближенном к предельно допустимому его уровню с помощью натяжного устройства, установленного перед входной стороной первого гибочного устройства, вспомогательных тянущих устройств, установленных между гибочными устройствами, и тянущего устройства, установленного за выходной стороной последнего гибочного устройства. Величину натяжения полосы регулируют в каждом гибочном устройстве изменением величины отношения скорости полосы, выходящей из конкретного гибочного устройства, к скорости полосы, входящей в это устройство. Скорость полосы, выходящей из гибочного устройства, регулируют с помощью расположенного непосредственно за его выходной стороной вспомогательного тянущего устройства или тянущего устройства. Скорость полосы, входящей в гибочное устройство, регулируют с помощью расположенного непосредственно перед его входной стороной натяжного устройства или вспомогательного тянущего устройства. Величину отношения указанных скоростей полосы обеспечивают на уровне не выше предельно допустимого коэффициента вытяжки полосы в каждом отдельном гибочном устройстве.
Повышение величины деформации полосы достигается за счет ее последовательного деформирования в нескольких гибочных устройствах (вместо одного гибочного устройства в прототипе) с использованием натяжного устройства, вспомогательных тянущих устройств и тянущего устройства, обеспечивающих регулирование во всех гибочных устройствах натяжения полосы в диапазоне, приближенном к предельно допустимому уровню. Снижение удельного расхода энергии на единицу деформации полосы достигается за счет последовательного деформирования полосы в нескольких гибочных устройствах, позволяющего примерно 15-20% переднего натяжения использовать для вытягивания полосы из одного гибочного устройства, а остальные примерно 80-85% его - для вытягивания полосы из других гибочных устройств.
На чертеже приведена схема осуществления предлагаемого способа с использованием натяжного устройства, четырех гибочных устройств, трех вспомогательных тянущих устройств и тянущего устройства.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
С помощью натяжного устройства 1, вспомогательных тянущих устройств 2, 3, 4 и тянущего устройства 5 непрерывную металлическую полосу 6 последовательно протягивают с задним и передним натяжениями между тремя неприводными роликами каждого гибочного устройства 7, 8, 9 и 10.
На преодоление сопротивления деформации полосы 6 в гибочном устройстве 10 затрачивается часть (около 15-20%) силы тяги тянущего устройства 5. Остальная часть (около 80-85%) этой силы тяги вместе с помогающей ей силой тяги вспомогательных тянущих устройств 2, 3 и 4 преодолевает сопротивление деформации полосы 6 в гибочных устройствах 9, 8 и 7 и преодолевает сопротивление натяжного устройства 1. Эта остальная часть силы тяги является задним натяжением полосы 6, входящей в гибочное устройство 10.
При деформации полосы в остальных гибочных устройствах картина подобна.
Например, на преодоление сопротивления деформации полосы 6 в гибочном устройстве 8 затрачивается часть (около 15-20%) не израсходованной на ее деформацию в гибочных устройствах 9 и 10 суммарной силы тяги вспомогательных тянущих устройств 3, 4 и тянущего устройства 5. Остальная часть (около 80-85%) этой не израсходованной суммарной силы тяги вместе с помогающей ей силой тяги вспомогательного тянущего устройства 2 преодолевает сопротивление деформации полосы 6 в гибочном устройстве 7 и преодолевает сопротивление натяжного устройства 1. Эта остальная часть не израсходованной силы тяги является задним натяжением полосы 6, входящей в гибочное устройство 8.
В каждом гибочном устройстве величину деформации полосы регулируют изменением ее натяжения в диапазоне, приближенном к предельно допустимому его уровню, без превышения передним натяжением уровня, соответствующего тянущему напряжению в вытягиваемой полосе 0,85 предела текучести ее металла.
Натяжение полосы регулируют изменением величины отношения скорости полосы, выходящей из гибочного устройства, к скорости полосы, входящей в это устройство. Скорость выхода полосы из гибочного устройства регулируют с помощью расположенного непосредственно за его выходной стороной вспомогательного тянущего устройства или тянущего устройства. Скорость входа полосы в гибочное устройство регулируют с помощью расположенного непосредственно перед его входной стороной натяжного устройства или вспомогательного тянущего устройства.
Величину отношения скорости выхода полосы из гибочного устройства к скорости ее входа в это устройство обеспечивают на уровне не выше предельно допустимого коэффициента вытяжки полосы в этом гибочном устройстве, который соответствует переднему натяжению, создающему в вытягиваемой полосе тянущее напряжение 0,85 предела текучести ее металла.
Величину деформации непрерывной исходной полосы регулируют изменением ее натяжения таким образом, чтобы после деформации готовая полоса имела заданную толщину независимо от продольной разнотолщинности исходной полосы.
Наиболее предпочтительным является следующий вариант регулирования деформации полосы.
С помощью вспомогательного тянущего устройства 2 обеспечивают постоянную скорость выхода полосы 6 из гибочного устройства 7, а с помощью натяжного устройства 1 регулируют скорость входа полосы 6 в гибочное устройство 7 в зависимости от значения толщины исходной полосы на входе в это гибочное устройство. Это регулирование и выбор уровня постоянной скорости полосы 6 на выходе из гибочного устройства 7 осуществляют так, чтобы полоса 6 на выходе из него имела постоянную толщину независимо от продольной разнотолщинности исходной полосы, а величина отношения скорости выхода полосы 6 из гибочного устройства 7 к скорости ее входа в это устройство была не выше предельно допустимого коэффициента вытяжки полосы в этом гибочном устройстве.
С помощью вспомогательных тянущих устройств 3 и 4 и тянущего устройства 5 обеспечивают свой постоянный уровень скорости выхода полосы 6 из каждого гибочного устройства соответственно 8, 9 и 10, при котором коэффициент вытяжки полосы в каждом из них не превысит свою предельно допустимую величину. Указанные уровни скорости полосы 6 должны быть выбраны так, чтобы обеспечить общий коэффициент вытяжки полосы в гибочных устройствах 7, 8, 9 и 10, достаточный для получения требуемой толщины готовой полосы 6.
Предельно допустимый коэффициент вытяжки полосы зависит, в основном, от величины отношения толщины полосы к диаметру среднего ролика. Чем больше величина этого отношения, тем больше предельно допустимый коэффициент вытяжки полосы. То есть, чем больше толщина полосы и меньше диаметр среднего ролика, тем больше предельно допустимый коэффициент вытяжки полосы. Например, испытание показало, что при использовании в гибочном устройстве среднего ролика диаметром 39 мм предельно допустимый коэффициент вытяжки стальной полосы шириной 58 мм марки 10 по ГОСТ 16523, соответствовавшей марке DD11 по европейской нормали EN 10111, толщиной 2,80; 2,15; 1,72; 1,42; 1,19 и 1,03 мм составил соответственно 1,32; 1,27; 1,23; 1,20; 1,18 и 1,16.
Необходимое количество гибочных устройств и вспомогательных тянущих устройств зависит от требуемого общего коэффициента вытяжки полосы и от предельно допустимого коэффициента вытяжки полосы в каждом отдельном гибочном устройстве.
Предлагаемый способ, обеспечивающий по сравнению с прототипом повышение общей величины деформации полосы и снижение удельного расхода энергии на каждый процент ее деформации, позволит использовать его взамен холодной прокатки непрерывной металлической полосы на непрерывном прокатном стане. Использование предлагаемого способа взамен холодной прокатки позволит снизить в несколько раз капитальные затраты на приобретение оборудования и строительство установки для деформации полосы, снизить в десятки раз износ деформирующего инструмента, снизить шероховатость поверхности полосы, повысить точность изготовления полосы по толщине и снизить расход энергии на деформацию полосы.
Ниже приведено обоснование каждого перечисленного выше преимущества предлагаемого способа холодной деформации непрерывной металлической полосы по сравнению с ее холодной прокаткой на непрерывном прокатном стане.
При одинаковых параметрах деформации одной и той же полосы величина давления металла на валки при ее холодной прокатке примерно в 5-8 раз выше величины давления металла на крайние ролики гибочного устройства при ее холодной деформации по предлагаемому способу. Поэтому масса оборудования установки для холодной деформации непрерывной металлической полосы по предлагаемому способу будет в несколько раз меньше массы оборудования непрерывного прокатного стана для ее холодной прокатки. Соответственно в несколько раз будет ниже стоимость оборудования и стоимость строительства такой установки по сравнению со стоимостью оборудования и стоимостью строительства непрерывного прокатного стана.
При холодной прокатке металлической полосы ее скорость в зоне отставания очага деформации меньше, а в зоне опережения очага деформации больше окружной скорости прокатных валков. Проскальзывание в указанных зонах очага деформации полосы относительно прокатных валков и большое удельное давление металла на валки приводят к их интенсивному износу.
При деформации полосы по предлагаемому способу ролики гибочного устройства создают два очага деформации, которые расположены в зонах изменения направления изгиба полосы. В этих очагах полоса подвергается сдвиговой деформации практически без проскальзывания относительно роликов. Отсутствие проскальзывания полосы относительно роликов и пониженное удельное давление металла на ролики позволят в десятки раз снизить износ этих роликов по сравнению с износом валков при холодной прокатке полосы и обеспечить низкую шероховатость поверхности полосы, особенно поверхности, контактирующей со средними роликами гибочных устройств. Средние ролики имеют малый диаметр и поэтому обеспечат хорошую проработку поверхности полосы.
Используемые в технике методы обеспечивают высокую точность регулирования скорости приводов. Поэтому регулирование скорости входа полосы в каждое гибочное устройство и скорости ее выхода из этого устройства с помощью приводов натяжного устройства, вспомогательных тянущих устройств и тянущего устройства обеспечит высокую точность регулирования величины деформации полосы и, соответственно, обеспечит высокую точность изготовления полосы по толщине.
Известно, что при одинаковых параметрах деформации одной и той же полосы различными методами минимальные затраты энергии имеют место при применении метода сдвиговой деформации, который и используется в предлагаемом способе. Кроме того, в предлагаемом способе деформации полосы отсутствует проскальзывание деформируемого металла относительно роликов, что не требует затрат энергии на преодоление сил трения, возникающих в случае наличия такого проскальзывания, как, например, при прокатке полосы.
Расчеты, выполненные с использованием результатов испытания предлагаемого способа деформации стальной полосы, показали, что этот способ по сравнению с холодной прокаткой полосы позволит снизить примерно на 10-30% расход энергии на деформацию стальной полосы. При этом величина снижения расхода энергии тем больше, чем меньше диаметр используемых средних роликов гибочных устройств.