Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Калибровка прокатных валков — это проектирование и профилирование рабочих ручьёв на бочке валков для придания прокату заданной формы поперечного сечения за оптимальное число проходов. Правильно спроектированная система калибров определяет качество готового профиля, износ инструмента и производительность прокатного стана.
В теории прокатки термин «калибровка» охватывает два взаимосвязанных понятия: форму поперечного сечения ручья отдельного прохода (калибр) и полную совокупность последовательных калибров, ведущих от исходной заготовки к готовому профилю (система калибровки). Согласно Сторожеву и Попову, калибр — это поперечное сечение рабочего зазора между валками, образованное ручьями верхнего и нижнего валка.
Задача калибровки состоит в том, чтобы распределить суммарное уменьшение сечения по проходам так, чтобы каждый проход снимал допустимую долю обжатия без разрушения металла и без потери устойчивости полосы. Правильно построенная система обеспечивает геометрию профиля в пределах допусков ГОСТ 19903-2015 (листовой прокат) и ГОСТ 2590-2006 (круглый сортовой прокат).
Ручей — канавка, выточенная на бочке валка. Калибр — сечение, формируемое парой совмещённых ручьёв верхнего и нижнего валка. Обжатие — уменьшение высоты сечения за один проход. Коэффициент вытяжки — отношение площади сечения до прохода к площади после прохода. Кантовка — поворот раската перед следующим проходом для изменения оси обжатия. Эти понятия образуют основу расчётного аппарата калибровки.
Все калибры делятся на два принципиальных типа в зависимости от положения линии разъёма валков относительно контура ручья.
Открытый калибр — профиль, у которого линия разъёма (зазор между валками) находится внутри высоты ручья. Металл у линии разъёма не ограничен жёсткими стенками и может вытекать в стороны, образуя боковой облой. Ширина полосы при прокатке в открытом калибре определяется расчётным уширением, а не размерами ручья. Это упрощает настройку стана, но снижает точность ширины готового профиля. Открытые калибры применяются на черновых и промежуточных клетях — прежде всего в ящичных системах.
Закрытый калибр имеет линию разъёма на вершинах боковых стенок ручья. Металл полностью замкнут в полости — боковое течение жёстко ограничено. Такие калибры обеспечивают высокую точность поперечных размеров и применяются на чистовых проходах при получении круглого, квадратного и фасонного профилей. Их недостаток — повышенная чувствительность к точности установки зазора и размерам подката: переполнение калибра ускоряет износ торцов валков и искажает ширину профиля.
Совокупность последовательных калибров от исходной заготовки до готового профиля называется системой калибровки. Выбор системы определяется формой конечного профиля, маркой стали, числом рабочих клетей и конструктивными особенностями стана. В практике сортопрокатного производства наиболее распространены три вытяжные системы.
Ящичный калибр представляет собой прямоугольное сечение с уклоном боковых стенок, облегчающим выход полосы. Система ящик–ящик используется на блюмингах, слябингах, непрерывно-заготовочных станах и черновых группах сортовых станов для прокатки квадратных и прямоугольных сечений. В каждом последующем ящике высота уменьшается, ширина незначительно возрастает. К достоинствам системы относится минимальная необходимая глубина вреза в валок при заданном обжатии, что повышает прочность инструмента. Коэффициент вытяжки в ящичных калибрах составляет 1,1–1,5 за проход в зависимости от режима обжатий.
В системе ромб–квадрат квадратная заготовка прокатывается сначала в ромбическом калибре (поворот оси сечения на 45°), затем в квадратном. Чередующееся обжатие охватывает все четыре грани поочерёдно, что обеспечивает равномерную проработку металла и снижает остаточные напряжения. Угол у вершины ромба принимается, как правило, около 120°. Система применяется для получения квадратного профиля со стороной более 12 мм и особенно эффективна в диапазоне 30–100 мм. Коэффициент вытяжки — 1,2–1,4 за проход.
Система овал–круг применяется в чистовых клетях сортовых и проволочных станов при прокатке круглого профиля. Полоса попеременно принимает овальное и круглое сечения: овальный калибр обжимает высоту и уширяет профиль, круглый — возвращает сечению симметричную форму. Чередование не позволяет металлу складываться и обеспечивает равномерную деформацию по периметру. Область наиболее эффективного применения — круглый профиль диаметром до 60 мм. Для профилей 50–80 мм геометрия овального ручья усложняется: применяют двух- и трёхрадиусные овалы для обеспечения одновременного контакта металла с калибром. Вытяжка за пару проходов в системе овал–круг достигает 1,4–1,8.
На непрерывных мелкосортных и проволочных станах системы овал–круг и ромб–квадрат часто комбинируют: черновая группа клетей работает в ящичных калибрах, промежуточная — в ромб–квадрат, чистовая — в овал–круг. Такая схема обеспечивает стабильный натяг между клетями и минимальное петлеобразование.
Расчёт обжатий — центральный этап проектирования калибровки. Его цель — распределить суммарное уменьшение сечения от заготовки до готового профиля по отдельным проходам так, чтобы нагрузки на валки и привод не превышали допустимых значений, а прокатываемый раскат сохранял устойчивость в очаге деформации.
Относительное обжатие (степень деформации по высоте) рассчитывается по формуле:
ε = (H − h) / H × 100%
где H — высота сечения до прохода, мм; h — высота сечения после прохода, мм.
Для горячей прокатки конструкционных сталей допустимое относительное обжатие за один проход составляет 20–40%. В черновых проходах обжатие максимально; в чистовых его ограничивают 15–20% для обеспечения точности геометрии и качества поверхности.
Коэффициент вытяжки μ показывает, во сколько раз увеличивается длина полосы за один проход:
μ = F₀ / F₁
где F₀ — площадь поперечного сечения до прохода, мм²; F₁ — площадь поперечного сечения после прохода, мм².
Суммарный коэффициент вытяжки равен произведению частных коэффициентов по всем проходам. Так, при прокатке катанки диаметром 10 мм из квадратной заготовки сечением 150×150 мм площадь уменьшается с 22 500 мм² до 78,5 мм², что даёт суммарную вытяжку около 286.
Маршрут — таблица, задающая для каждого прохода номер калибра, размеры сечения, абсолютное и относительное обжатие, коэффициент вытяжки и условия кантовки раската. Составление маршрута, как правило, ведут от готового профиля в обратном порядке к исходной заготовке, последовательно наращивая сечение с учётом частных коэффициентов вытяжки. Приведённый ниже пример является иллюстративным и показывает принципиальную логику распределения обжатий; реальные маршруты разрабатываются индивидуально для каждого стана и сортамента.
Валки с проточенными ручьями монтируют в рабочую клеть и настраивают по калибровочному чертежу. Настройка включает три этапа: установку межвалкового зазора, центровку ручьёв по оси прокатки и контрольную прокатку пробного образца.
Зазор в калибре задаётся нажимным устройством. Его величина зависит от типоразмера профиля: в общем случае от 1 до 5 мм; для чистовых квадратных закрытых калибров — 1,5–3,0 мм. Зазор измеряют свинцовыми оттисками или индикаторными датчиками нажимного устройства. Завышенный зазор приводит к превышению допуска по высоте и образованию облоя по линии разъёма; заниженный — к переполнению калибра, давлению металла на торцы валков и ускоренному их износу.
Ручьи верхнего и нижнего валков должны совпадать по оси прокатки с точностью ±0,1–0,3 мм в зависимости от допуска на готовый профиль по ГОСТ. Боковое смещение ручьёв вызывает косину профиля и односторонний облой. Проверку выполняют центровочными шаблонами; на современных станах с автоматизированной настройкой применяют лазерное позиционирование.
После холодной установки прокатывают пробные образцы и обмеряют их штангенциркулем и микрометром. Отклонения от номинала должны укладываться в допуски ГОСТ 2590-2006 для круглого сортового проката или ГОСТ 19903-2015 для листового проката. По результатам вносят корректировки нажимного устройства и бокового положения валков.
Ручьи на валках нарезают на специализированных вальцетокарных станках, в том числе с числовым программным управлением. Точность профиля ручья контролируют профилемерами и закалёнными шаблонами из инструментальной стали.
Выбор материала валка зависит от типа стана и условий нагружения. Кованые стальные валки крупносортных и рельсобалочных станов изготавливают из сталей марок 9Х (9Х1), 9ХФ, 50ХН, 60ХН (ГОСТ 5950-2000, ГОСТ 4543-2016). Валки среднесортных и мелкосортных станов выполняют из кованых сталей 50, 55, 55Х, 60ХГ, а также из литой стали 150ХНМ (ГОСТ 10207-70). Чистовые валки проволочных станов изготавливают из кованой стали 9Х2МФ или из карбидвольфрамовых твёрдых сплавов типа ВК8, ВК15, ВК20, что обеспечивает кратно более высокую стойкость по сравнению со стальными валками.
Калибровка прокатных валков — это инженерная дисциплина, объединяющая теорию пластической деформации, расчёт обжатий и практику настройки прокатного стана. Правильно спроектированная система — ящик–ящик, ромб–квадрат или овал–круг — обеспечивает стабильное качество профиля, соответствующее требованиям ГОСТ 2590-2006 и ГОСТ 19903-2015, при минимальном износе инструмента. Точный расчёт относительного обжатия ε и коэффициента вытяжки μ по каждому проходу позволяет составить обоснованный маршрут прокатки и избежать перегрузки оборудования.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.