Область техники

Изобретение относится к обработке металлов без снятия стружки, в частности, к производству металлической полосы холодным деформированием.

Предшествующий уровень техники

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 J 1500405, оп. 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 N2 2412016, оп. 20.02. 201 1 года) - 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. Раскрытие изобретения

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 ее протягивание с задним и передним натяжениями между тремя неприводными роликами каждого из гибочных устройств, в которых 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 вытягиваемой полосе 0,85 предела текучести ее металла. Новым является то, что полосу последовательно протягивают через группу гибочных устройств, состоящую, по меньшей мере, из двух гибочных устройств, и через каждое из отдельных гибочных устройств, по меньшей мере, через одно отдельное гибочное устройство. Протягивание полосы производят с задним и передним ее натяжениями в каждом гибочном устройстве группы и в каждом отдельном гибочном устройстве. Протягивание осуществляют с помощью натяжного устройства, установленного перед входной стороной первого по ходу процесса гибочного устройства группы, вспомогательных тянущих устройств, первое из которых установлено за выходной стороной последнего гибочного устройства группы, а каждое из остальных - за выходной стороной каждого отдельного гибочного устройства, кроме последнего, и тянущего устройства, установленного за выходной стороной последнего отдельного гибочного устройства. При этом величину деформации полосы регулируют в группе гибочных устройств и в каждом отдельном гибочном устройстве в диапазонах, верхняя граница которых не превышает предельно допустимый, соответственно, для группы гибочных устройств и для каждого отдельного гибочного устройства, коэффициент вытяжки полосы. Регулирование в них деформации осуществляют изменением отношений, соответственно, скорости выхода полосы из последнего гибочного устройства группы к скорости ее входа в первое гибочное устройство группы и скорости выхода полосы из каждого отдельного гибочного устройства к скорости ее входа в это гибочное устройство.

По сравнению с прототипом в предлагаемом способе величина деформации полосы увеличивается в несколько раз, а удельный расход энергии на единицу деформации полосы снижается в несколько раз. Причем, чем больше, до оптимального предела, количество гибочных устройств в группе и чем больше количество отдельных гибочных устройств, тем больше величина деформации полосы и тем больше снижение удельного расхода энергии на единицу ее деформации.

Поскольку по мере увеличения в группе количества гибочных устройств увеличение деформации и снижение удельного расхода энергии замедляются, а расходы на их эксплуатацию увеличиваются пропорционально их количеству, то количество гибочных устройств в группе выбирается исходя из минимизации суммарных расходов.

Снижение удельного расхода энергии на единицу деформации полосы увеличивается по мере увеличения в группе количества гибочных устройств потому, что при неизменной величине переднего натяжения увеличивается общая деформация полосы в этой группе устройств. При этом значительная часть переднего натяжения полосы, порядка 80 %, которая остается после преодоления сопротивления ее деформации в последнем гибочном устройстве группы, является передним натяжением, которое протягивает полосу через остальные гибочные устройства группы. Из-за уменьшения величины переднего натяжения полосы, вытягивающего ее из предпоследнего гибочного устройства группы, величина деформации полосы в нем существенно ниже, чем в последнем гибочном устройстве группы, однако она увеличивает общую величину деформации полосы в группе гибочных устройств и поэтому снижает удельный расход энергии на единицу ее общей деформации. Дополнительное увеличение количества гибочных устройств в группе (сверх указанных двух устройств) увеличит общую величину деформации полосы в них, что дополнительно снизит удельный расход энергии на единицу ее деформации. Увеличение в группе количества гибочных устройств снижает величину необходимого заднего натяжения полосы, которое должно обеспечивать натяжное устройство.

Благодаря предлагаемому последовательному деформированию полосы в отдельных гибочных устройствах значительная часть (около 80 %) ее переднего натяжения, которая остается не израсходованной после преодоления сопротивления деформации полосы в каждом отдельном гибочном устройстве, является основной составляющей для другого переднего натяжения, которое вытягивает полосу из предыдущего отдельного гибочного устройства или из группы гибочных устройств. При этом величина этого другого переднего натяжения равна сумме указанной составляющей переднего натяжения и силы тяги вспомогательного тянущего устройства. Сила тяги вспомогательного тянущего устройства меньше, примерно в 4 раза, указанной составляющей переднего натяжения. То есть последовательное деформирование полосы в отдельных гибочных устройствах с использованием вспомогательных тянущих устройств, необходимых для добавки переднего натяжения до требуемой нормы, позволит обеспечить высокую деформацию полосы в каждом из этих отдельных гибочных устройств. При указанном последовательном деформировании полосы снижение удельного расхода энергии на единицу ее деформации тем больше, чем больше количество отдельных гибочных устройств и соответствующее им количество вспомогательных тянущих устройств. Предельно допустимый коэффициент вытяжки полосы, как в группе гибочных устройств, так и в каждом из остальных отдельном гибочном устройстве зависит, в основном, от величины отношения толщины полосы к диаметру среднего ролика. Чем больше толщина полосы и меньше диаметр среднего ролика, тем больше предельно допустимый коэффициент вытяжки полосы.

Кроме того, предельно допустимый коэффициент вытяжки полосы в группе гибочных устройств зависит от их количества в группе. Чем больше, до оптимального предела, их количество в группе, тем больше предельно допустимый коэффициент вытяжки полосы в группе гибочных устройств.

Необходимое количество отдельных гибочных устройств зависит от требуемого общего коэффициента вытяжки полосы и от предельно допустимого коэффициента вытяжки полосы, как в группе гибочных устройств, так и в каждом из остальных отдельных гибочных устройствах.

На чертеже приведена схема осуществления предлагаемого способа холодной деформации металлической полосы с помощью натяжного устройства, группы гибочных устройств, состоящей из двух гибочных устройств, трех отдельных гибочных устройств, трех вспомогательных тянущих устройств и тянущего устройства.

Вариант осуществления изобретения

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 и 8 группы и каждого отдельного гибочного устройства 9, 10 и 11.

На преодоление сопротивления деформации полосы 6 в гибочном устройстве 1 1 затрачивается часть силы тяги тянущего устройства 5. Остальная часть этой силы тяги помогает вспомогательным тянущим устройствам 4, 3 и 2 преодолевать сопротивление деформации полосы 6 в гибочных устройствах 10, 9, 8 и 7 и сопротивление натяжного устройства 1. Эта остальная часть силы тяги тянущего устройства 5 является одновременно задним натяжением полосы 6, входящей в гибочное устройство 1 1.

При деформации полосы в остальных гибочных устройствах картина подобна. Например, на преодоление сопротивления деформации полосы 6 в гибочном устройстве 9 затрачивается часть суммарной силы тяги, включающей силу тяги вспомогательного тянущего устройства 3 и не израсходованную на деформацию полосы 6 в гибочных устройствах 10 и 11 часть силы тяги вспомогательного тянущего устройства 4 и тянущего устройства 5. Остальная часть этой суммарной силы тяги помогает вспомогательному тянущему устройству 2 преодолевать сопротивление деформации полосы 6 в группе гибочных устройств 8 и 7 и сопротивление натяжного устройства 1. Эта остальная часть суммарной силы тяги является одновременно задним натяжением полосы 6, входящей в гибочное устройство 9.

Величину деформации полосы 6 в группе гибочных устройств 7 и 8 регулируют изменением отношения скорости ее выхода из этой группы, обеспечиваемой вспомогательным тянущим устройством 2, к скорости ее входа в эту группу гибочных устройств, обеспечиваемой натяжным устройством 1. Это изменение осуществляют в диапазоне, верхняя граница которого не превышает предельно допустимый коэффициент вытяжки полосы в этой группе гибочных устройств. Предельно допустимым является такой максимальный коэффициент вытяжки полосы, при котором обеспечивается процесс ее деформации без порывов.

Величину деформацию полосы 6 в каждом отдельном гибочном устройстве 9, 10 и 1 1 регулируют изменением отношения скорости ее выхода из соответствующего гибочного устройства к скорости ее входа в это устройство. Регулирование осуществляют в диапазоне, верхняя граница которого не превышает свой, для каждого из этих гибочных устройств, предельно допустимый коэффициент вытяжки полосы. Скорость выхода полосы из каждого гибочного устройства 9, 10 и 1 1 регулируют с помощью, соответственно, вспомогательных тянущих устройств 3 и 4 и тянущего устройства 5. Скорость входа полосы в каждое гибочное устройство 9, 10 и 1 1 регулируют с помощью вспомогательных тянущих устройств, соответственно, 2, 3 и 4.

Общую величину деформации непрерывной исходной полосы регулируют таким образом, чтобы после деформации получить заданную ее толщину независимо от продольной разнотолщинности исходной полосы.

Наиболее предпочтительным является следующий вариант регулирования общей деформации полосы.

С помощью вспомогательного тянущего устройства 2 обеспечивают постоянную скорость выхода полосы 6 из гибочного устройства 8 группы, а с помощью натяжного устройства 1 регулируют скорость входа полосы 6 в гибочное устройство 7 группы в зависимости от значения толщины исходной полосы на входе в это гибочное устройство. Это регулирование осуществляют так, чтобы толщина полосы на выходе из гибочного устройства 8 группы была постоянной независимо от исходной продольной разнотолщинности полосы. При регулировании отношение скорости выхода полосы 6 из гибочного устройства 8 к скорости ее входа в гибочное устройство 7 обеспечивают в диапазоне, верхняя граница которого не превышает предельно допустимый коэффициент вытяжки полосы 6 в группе гибочных устройств 7 и 8.

С помощью вспомогательных тянущих устройств 3, 4 и тянущего устройства 5 обеспечивают свой постоянный уровень скорости выхода полосы 6 из каждого из остальных отдельных гибочных устройств, соответственно, 9, 10 и 1 1, при котором коэффициент ее вытяжки в каждом из них не превысит свою предельно допустимую величину. Указанные уровни скорости полосы выбирают так, чтобы обеспечить общий коэффициент вытяжки полосы во всех гибочных устройствах 7, 8, 9, 10 и 1 1, достаточный для получения требуемой толщины готовой полосы.

При деформации полосы предлагаемым способом с ее протягиванием через группу гибочных устройств, состоящую из двух устройств, и через каждое из трех отдельных гибочных устройств, деформация полосы, измеряемая величиной ее удлинения, согласно эксперименту, увеличилась в 4,4 раза по сравнению с прототипом при увеличении общего расхода энергии в 1,6 раза, а удельный расход энергии на единицу деформации полосы снизился в 2,8 раза. Таким образом, предлагаемый способ холодной деформации непрерывной металлической полосы обеспечит по сравнению с прототипом повышение в несколько раз величины деформации полосы и снижение в несколько раз удельного расхода энергии на ее деформацию. Благодаря этому способ может быть использован взамен холодной прокатки металлической полосы.

Использование предлагаемого способа взамен холодной прокатки металлической полосы позволит снизить капитальные затраты на приобретение оборудования и строительство установки для деформации полосы, существенно снизить износ деформирующего инструмента, снизить шероховатость поверхности полосы, повысить точность изготовления полосы по толщине и снизить расход энергии на ее деформацию.

Ниже приведено обоснование каждого из перечисленных выше преимуществ, которыми обладает предлагаемый способ холодной деформации непрерывной металлической полосы по сравнению с ее холодной прокаткой.

При одинаковых параметрах деформации одной и той же металлической 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 каждого 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 их износ по сравнению с износом валков при холодной прокатке полосы. Это позволит также обеспечить низкую шероховатость поверхности полосы. Особенно это касается поверхности, контактирующей со средними роликами гибочных устройств, поскольку средние ролики имеют малый диаметр и поэтому обеспечат хорошую проработку поверхности полосы.

Используемые в технике методы обеспечивают высокую точность регулирования скорости приводов. Поэтому регулирование деформации полосы путем регулирования скорости приводов натяжного устройства, вспомогательных тянущих устройств и тянущего устройства обеспечит высокую точность деформации полосы в гибочных устройствах и, следовательно, 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, которое имеет место при прокатке полосы.

По сравнению с холодной прокаткой непрерывной металлической полосы предлагаемый способ холодной деформации непрерывной металлической полосы позволит снизить, примерно на 15-35 %, расход энергии на ее деформацию. При этом величина снижения расхода энергии тем больше, чем меньше диаметр средних роликов гибочных устройств и чем больше, до оптимального предела, количество гибочных устройств в их группе, расположенной на участке между натяжным и первым по ходу процесса вспомогательным тянущим устройством.