Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих способов производства прецизионных труб малого диаметра . 7
1.1. Станы холодной периодической прокатки труб валкового типа (ХПТ) 8
1.2. Станы ХПТР 24
1.3. Причины возникновения осевых сил, возникающие при прокатке на стане ХПТ 39
1.3.1. Применение шестерни с дробным числом зубьев 39
1.3.2. Привод вращения валков клети с механизмом перемещения зубчатых реек 41
1.3.3. Эксцентриковая установка ведущих шестерен 43
1.3.4. Некруглые ведущие шестерни 47
1.3.5. Станы ХПТ со свободным обратным ходом клети. 48
1.3.6. Станы с рычажным механизмом перемещения клети. 49
1.3.7. Рейка с переменным углом наклона зубьев и шагом 52
Выводы по первой главе 52
Глава 2. Конструкция нового привода валков рабочей клети стана холодной периодической прокатки труб 54
2.1. Принципы расчета нового привода поворота валков стана ХПТ 54
2.2. Технология изготовления реек переменного шага 60
2.3. Пробная прокатка с использованием в конструкции стана нового привода поворота валков клети 65
Выводы по второй главе 66
Глава 3. Экспериментальное исследование осевых сил на станках ХПТ 67
3.1. Методика проведения экспериментального исследования 68
3.2. Результаты экспериментального исследования. 84
Выводы по третьей главе 86
Глава 4. Теоретические исследования 88
4.1. Влияние несовпадения действительного и принудительного катающего радиуса на направления осевых сил при прокатке на станках ХПТ 88
4.2. Анализ основных методик расчета катающего радиуса 93
Выводы по четвертой главе 104
Основные выводы и заключение 105
Список литературы 107
- Станы ХПТР
- Технология изготовления реек переменного шага
- Методика проведения экспериментального исследования
- Влияние несовпадения действительного и принудительного катающего радиуса на направления осевых сил при прокатке на станках ХПТ
Введение к работе
Актуальность работы. Современные постоянно развивающиеся технологии ужесточают требования к качеству прецизионных и высокоточных труб. Прецизионные и высокоточные трубы чаще всего производят на станах холодной периодической прокатки труб валкового и роликового типов (ХПТ и ХПТР). В настоящее время станы холодной периодической прокатки, которые производятся в Российской Федерации (РФ), уступают зарубежным аналогам по своим характеристикам. Основные отличия состоят как в производительности и режимах работы станов, так и в качестве готовой продукции.
Современная политическая картина мира требует обезопасить высокотехнологичные области: атомная энергетика, самолетостроение и другие. Подтверждением этого является последняя редакция государственной программы РФ "Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности". Одной из задач этой программы является снижение доли иностранной продукции, используемой российскими производителями, что безусловно относится и к созданию отечественных станов для производства прецизионных труб.
Целью работы является повысить производительность прокатки прецизионных труб малого диаметра с сохранением заданного качества изделий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
1. На основе исследования технологических процессов периодической
холодной прокатки выявить основные технологические факторы, влияющие на
качество выпущенных труб малого диаметра.
2. Провести экспериментальные исследования, направленные на изучение
фактического закона изменения и величины осевых сил, действующих на трубу
при прокатке на станах ХПТ. Разработать методику и оснастку, необходимые
для проведения экспериментального исследования.
3. На основе экспериментальных и теоретических исследований
разработать уточненную методику расчета калибровки рабочего инструмента.
4. Провести реконструкцию стана ХПТ, позволяющую
интенсифицировать режимы прокатки и улучшить качество прецизионных
труб.
Научная новизна работы:
-
Разработана уточнённая методика расчета калибровки рабочего инструмента стана ХПТ, предложена упрощенная формула определения катающего радиуса для инженерных расчетов.
-
Выявлена теоретическая и экспериментальные зависимости осевых сил от технологических параметров деформации.
-
Выявлен характер изменения осевых сил при прямом и обратном ходе клети для станов ХПТ.
Практическая значимость работы.
1. Данные, полученные по результатам экспериментов, позволили
уточнить методику расчета определения параметров калибровки рабочего
инструмента и внедрить ее при проектировании промышленных станов ХПТ.
Уточненная методика применяется при расчете нового реечного привода
поворота валков рабочей клети стана ХПТ. Внедрение станов с новым
приводом позволило снизить осевые силы, возникающие при прокатке труб,
что дало возможность интенсифицировать производительность процесса до
20%.
2. Для проведения экспериментальных исследований процесса прокатки
труб на станах ХПТ по разработанной методике проведения эксперимента
спроектирована универсальная оснастка оригинальной конструкции.
Методы исследований и достоверность результатов. Для определения величины и направления осевых сил были проведены экспериментальные исследования. Величина осевых сил определялась методом электротензометрического измерения сил. Из различных типов электротензометров были выбраны тензодатчики сопротивления, а именно проволочный тензодатчик.
Достоверность результатов исследований обеспечивалась применением стандартных методов и оригинальных приспособлений с использованием современных приборов и средств измерений.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлена на следующих конференциях и конкурсах:
-
8-ая Всероссийская научно-техническая конференция «Студенческая весна 2014: Машиностроительные технологии» (Москва, 2014);
-
9-ая Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2015);
3. Конкурс «Молодые ученые» в рамках XXI международной
промышленной выставки «Металл-экспо 2015» (Москва, 2015);
4.ХХП международная научно-практическая конференция «Трубы-2016» (Челябинск, 2016);
5. Девятая всероссийская конференция молодых ученых и специалистов
«Будущее машиностроения России» (Москва, 2016)
6. VIII конференция молодых специалистов «Перспективы развития
металлургических технологий» (Москва, 2017).
Публикации. Основное содержание работ изложено в 10 публикациях, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных научных результатов диссертации на соискание степени кандидата наук.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация общим объемом 117 страницу состоит из введения, четырех глав, выводов, списка
Станы ХПТР
Станы ХПТР применяются для прокатки тонкостенных и особо тонкостенных прецизионных труб диаметром от 4 до 120 мм и толщиной стенки от 0,08 до 3 мм. При прокатке на таких станах деформация трубы 4 (Рисунок 1.9) осуществляется на цилиндрической оправке 3 тремя или более роликами 2. На роликах 2 нарезан ручей постоянного сечения, соответствующий размеру готовой трубы. Ролики опираются на опорные планки 3, рабочая поверхность которых выполнена согласно калибровке [26, 28]. Профиль планок обеспечивает формирование готовой трубы из трубы-заготовки. Инструмент станов ХПТР (ролики, опорные планки) имеет простую конструкцию и несложен в изготовлении (профиль опорных планок может быть изготовлен с высокой точностью).
Остановимся на том, почему именно на станах ХПТР можно получать особо тонкостенные трубы, а на существующих станах ХПТ – нет. Для начала необходимо рассмотреть конструкцию рабочей клети стана ХПТР (Рисунок 1.10). Были предложены различные варианты конструкции клети роликового стана [9, 70, 91]. Рассмотрим клеть конструкции АО АХК «ВНИИМЕТМАШ». Рабочие ролики 1 (Рисунок 1.11) [3] передают на станину силу прокатки через опорные – калибровочные планки 2 и регулировочные клинья 3. Очень важным является строго определенное расположение опорных планок внутри кольцевой расточки станины. Оно должно точно соответствовать углу 360/n, где n – число опорных планок. Даже небольшое отклонение этого угла исключает возможность получения готовых труб правильной геометрической формы. Достигается точная установка опорных планок промежуточными сегментами 4, выполненными строго одинаково. Опорные планки крепятся к кольцевой станине болтами 5 через пружину 6, которые дают возможность перемещаться им в радиальном направлении при движении клиньев 3 в продольном направлении. Таким образом производится настройка калибра. Клинья могут двигаться каждый раздельно от винта 7 или все вместе с помощью зубчатой передачи 8, объединяющей винты всех клиньев. Настойка калибра клиньями производится обычно по оправке. Рабочие ролики устанавливаются на подшипниках скольжения 9 в пазах сепаратора, который удерживает их в одной вертикальной плоскости. Окна перемещают в радиальном направлении полуоткрытые подшипники скольжения, которые называются вкладышами сепаратора. Внутренней расточкой подшипники удерживают цапфы роликов, а наружными плоскостями скользят в пазах сепаратора. Чтобы ролики постоянно прижимались к опорным планкам, подшипники-вкладыши опираются на пружины 10. Сепаратор с роликами перемещается возвратно-поступательно в станине на опорах скольжения, выполненных в виде накладок 11 из бронзы или фторопласта (для станов малых типоразмеров).
Скорость движения роликов по опорным планкам, а следовательно и скорости движения сепаратора определяются катающим радиусом и радиусом цапф роликов, т.е. ролики катятся за счет одновременного контакта с опорными планками и прокатываемой трубой при движении клети. Катающий радиус – это радиус, проведенный в точке на калибре валка, где окружная скорость валков равна скорости выхода металла из валков.
В станах ХПТР применяют разные системы соединения сепаратора с рабочей клетью. В приведенной на Рисунке 11 конструкции клети сепаратор присоединен с помощью двух планок 14 к двуплечему рычагу 13, который в свою очередь соединен с клетью, регулируемой по длине штангой 15. Ось качания рычага закреплена на неподвижной станине (на Рисунке 1.11 не показана). При движении клети двуплечий рычаг качается возвратно-поступательно, увлекая за собой сепаратор с роликами. Длина пути движения сепаратора будет зависеть от места закрепления штанги 15 на рычаге и клети. Определяются места закрепления соотношением катающего радиуса и радиуса цапф роликов. Эта регулировка позволяет для каждого маршрута прокатки (размера прокатываемой трубы-заготовки и получаемой трубы) значительно снижать осевые силы, возникающие при прокатке на стане ХПТР [3].
Скорость поступательного движения роликов при прокатке зависит от скорости движения рабочей клети и отношения катающего радиуса ручья роликов к радиусу цапф.
Регулировка происходит вручную по таблице настройки рычажной системы клети (Рисунок 1.12) [3, 65]. Значение длины плеч рассчитывается на этапе проектирования стана.
Для станов ХПТР характерны следующие особенности:
- клеть, выполненная в форме толстостенной втулки, обладает большой жесткостью, что позволяет исправить разнотолщинности (абсолютная и относительная) заготовки и достичь высокой точности геометрических размеров трубы;
- малый диаметр рабочих роликов, что позволяет получить особотонкостенные трубы и понизить давление прокатываемого металла на рабочий инструмент;
- применение 3-4 роликов с постоянным сечением ручья позволяет уменьшить глубину вреза ручья в ролики. Таким образом снижается скольжение калибров по заготовке, следовательно, данная мера не приводит к налипанию металла на рабочий инструмент;
- относительная простота конструкции рабочего инструмента, что в свою очередь дает возможность обеспечить точность изготовления и простоту контроля.
Вышеперечисленные особенности приводят к тому, что основная задача станов ХПТР – получение прецизионных особотонкостенных труб. При этом способ получения труб на станах ХПТР не предусматривает высокую производительность.
Основные причины, не позволяющие повысить производительность:
1. Прокатка роликами, имеющими постоянный радиус ручья, равный радиусу готовой трубы, осуществляется в так называемом «незакрытом» калибре, что образует значительный зазор между роликами. При увеличении степени деформации металл начнет течь в зазор и невозможно будет получить необходимую трубу.
2. Особенностью прокатки на таких станах является то, что в подвижном корпусе клети движется сепаратор с роликами. Ход корпуса рабочей клети больше хода сепаратора. Длина очага деформации определяется величиной перемещения сепаратора с роликами. Для увеличения хода сепаратора придется значительно увеличить ход корпуса клети, что приведет к возрастанию динамических нагрузок на привод клети.
3. Невозможно увеличить количество ходов клети в минуту. Это обусловлено тем, что при обратно ходе клети конструктивно не обеспечено изменение направления вращения роликов. Поэтому при больших скоростях ролики не будут успевать менять направление вращения, что приведет к проскальзыванию по планкам и к выработке последней.
Для прокатки труб с очень тонкими стенками на станах ХПТР характерно стыкование торцов заготовок. Величина осевых сил и напряжений на торцах заготовки пропорциональна коэффициентам вытяжки и величине подачи. Поэтому в обычных условиях во избежание стыкования заготовок прокатку тонкостенных труб производят с малым линейным смещением металла, т.е. при очень низкой производительности станов. Для решение проблемы стыкования заготовки был разработан «плавающий» патрон подачи заготовки в очаг деформации (Рисунок 1.13) [3].
В плавающем патроне шпиндель, удерживающий заготовку, при возникновении осевых сил может свободно перемещаться вдоль оси прокатки в сторону действия сжимающей осевой силы. Во время прокатки заготовка, удлиняясь в сторону патрона при обратном ходе клети, утапливает шпиндель. Перед началом следующего хода, когда совершается подача и поворот заготовки, труба с помощью специальных торцевых кулачков возвращается в исходное положение и одновременно перемещается на величину подачи. При использовании «плавающего» патрона подачи на заготовку действуют только усилия подачи, а во время рабочего хода клети осевые силы на заготовку не действуют. Это благоприятно влияет на процесс прокатки, т.к. усилия подачи значительно меньше осевых сил, возникающих при прокатке.
Недостатком патрона такой конструкции является то, что смещение прокатываемого металла при обратном ходе клети происходит в сторону патрона подачи. Это уменьшает долю прокатываемого металла для обратного хода и увеличивает для прямого. Это приводит к уменьшению величины подачи заготовки в очаг деформации из-за возрастания усилий прокатки. Следовательно, применение «плавающего» патрона подачи снижает, и без того невысокую, производительность станов ХПТР [3].
Для совершенствования процесса прокатки роликами постоянно ведутся исследования теоретические и экспериментальные исследования [27, 30, 48]. Существует вариант, при котором стан холодной периодической прокатки поставляется сразу с рабочими клетями стана валковыми и роликовыми клетями (клети станов ХПТ и ХПТР) [12]. В этом случае для привода обеих клетей используются кривошипно-шатунный механизм стана ХПТ (Рисунок 1.14). Такой вариант позволяет значительно повысить их часовую производительность, сохраняя заданное качество трубы. Однако требуется много времени на замену одной клети на другую.
Принимая во внимание все вышеперечисленное, было принято решение для повышения производительности прокатки прецизионных труб малого диаметра рассматривать в данной диссертационной работе повышение производительности на станах ХПТ путем минимизации величины осевых сил, возникающих при прокатке.
Технология изготовления реек переменного шага
Неоспоримым преимуществом на практике является простота способа и технологии изготовления реек переменного шага. В АО "АХК ВНИИМЕТМАШ" был предложен метод изготовления таких реек на зубодолбежных станках с применением специального приспособления.
На Рисунке 2.5 показана упрощенная схема станка и соответствующая схема нарезания рейки 4, имеющей постоянный шаг зубьев. Рейка 4 неподвижно закреплена на столе продольного перемещения 2. Стол поперечного перемещения 1 позволяет настроить глубину врезания долбяка 3.
Связь между углом поворота долбяка и ходом стола обеспечивает кинематическая цепь станка, настраиваемая с помощью гитары деления.
На Рисунке 2.6 показана схема реечного зубодолбежного станка со специальным приспособлением для нарезания рейки с переменным шагом зубьев. Обработка зубьев рейки осуществляется долбяком 3. Корпус 5 приспособления крепится неподвижно на столе 2 продольного перемещения. В корпусе смонтирован подвижный суппорт 6, на котором закрепляется нарезаемая рейка 4. На корпусе 5 устанавливается редуктор 8. На его входном валу смонтирована шестерня 9, а на выходном валу - кулачок 10. На столе поперечного перемещения 1 закреплена рейка 7, с которой входит в зацепление шестерня 9 редуктора 8. Пружина 11 обеспечивает постоянное поджатие подвижного суппорта 6 к кулачку 10.
Простоту конструкции такого специального приспособления легко оценить в металле (Рисунок 2.7, Рисунок 2.8). Как видно из Рисунке 2.7 приспособление состоит из 3 основных частей, которые легко монтируются и демонтируются со станка.
Станок работает следующим образом. В процессе нарезания зубьев рейки происходит вертикальное возвратно-поступательное движение долбяка 3 и его вращение, а также продольное перемещение стола 2. Последнее вызывает вращение шестерни 9, входящей в зацепление с рейкой 7. В соответствии с вращением шестерни 9 через редуктор 8 осуществляется вращение кулачка 10. При вращении кулачка подвижный суппорт 6 получает дополнительное перемещение относительно корпуса 5 приспособления и, соответственно, дополнительное продольное перемещение получает нарезаемая рейка 4. Дополнительное продольное перемещение рейки обеспечивает получение такой сопряженной формы боковых поверхностей ее зубьев, при которой получается необходимый закон изменения шага зубьев.
На Рисунке 2.9 показаны: специальное приспособление в плане, неподвижная система координат xB00BOYBO и угол ав поворота долбяка, соответствующий в нашем случае углу поворота зубчатого колеса на хвостовике валка [41].
Методика проведения экспериментального исследования
Для проведения эксперимента был выбран более распространенный вариант среди оборудования холодной периодической прокатки - стан ХПТ 10-45. Привод вращения валков клети рабочей линии также был выбран стандартным, с использованием рейки с постоянным шагом.
Линия стана состоит из стеллажа 1 и стола загрузки 2, роликов подающих с патронами зажима стержня оправки 3, секции промежуточной с подающими патронами 4, линии рабочей 6, вытяжного ролика 7, приемного желоба 8, карманов 9, станции СОЖ 5 (Рисунок 3.1).
Прокатка на станах ХПТ конструкции АО «АХК ВНИИМЕТМАШ» осуществляется следующим образом [40, 62, 100]. Подготовленные трубы-заготовки укладываются однослойно на стеллаж (Рисунок 3.1) стола загрузки. На столе загрузки перед подачей трубы-заготовки на линию прокатки производится автоматическая смазка специальным устройством ее внутренней поверхности с переднего торца через специальный штуцер. При этом труба-заготовка фиксируется при помощи пневматического прижима.
Разложенные в один слой на стеллаже стола загрузки 1 трубы-заготовки передаются по одной на стол загрузки 2. Далее заготовка подающими роликами 3 транспортируется через патроны зажима стержня оправки (№1 и №2).
Патроны зажима стержня оправки обеспечивают поворот и положение оправки в требуемом положении в зоне прокатки, фиксируя стержень оправки в осевом направлении во время прокатки.
Два патрона подачи, расположенные на раме секции промежуточной 4, поочередно подают трубу-заготовку к линии рабочей 6, обеспечивая процесс непрерывной прокатки. Поворот и подача трубы-заготовки за каждый двойной ход осуществляется патроном подачи.
Линия рабочая (Рисунок 3.2) состоит из станины 1, по направляющим которой рабочая клеть 3 совершат возвратно-поступательное движение, передаваемое кривошипно-шатунным механизмом. Валки, расположенные в рабочей клети, через передачу рейка-шестерня получают возвратно-поступательное движение и обеспечивают деформацию трубы-заготовки согласно заданным размерам трубы-заготовки и готовой трубы. За каждый двойной ход валков новая порция трубы подается в очаг деформации патроном подачи. Для поворота прокатанной части трубы служит передний патрон 4, расположенный в линии рабочей. Во всех патронах труба фиксируются при помощи кулачков. Кул ач ки являются сменными и соответствуют размерам прокатываемых труб.
После прокатки готовая труба поступает к вытяжному ролику 7 (Рисунок 3.1), который ускоряет перемещение трубы в приемный желоб. Далее готовая труба перемещается в приемный желоб 8, откуда сбрасывается в карманы 9. Такое расположение оборудования обеспечивает стабильный, непрерывный процесс прокатки, необходимый для промышленного производства прецизионных труб.
Сложность выбора места расположения месдозы для измерения величины и направления осевых сил в линии стана заключается в том, что вспомогательное оборудование станов холодной периодической прокатки валкового типа вовлечено в процесс прокатки. Месдоза должна располагаться в линии стана таким образом, чтобы измерять действительное значения осевых сил, возникающих при прокатке. Действительное значение осевых сил – это фактическое значение осевых сил, возникающих при прокатке, по всей длине хода клети. Также необходимо принимать во внимание, что измерительное устройство должно вписываться в конструкцию стана и не изменять технологию производства прецизионных труб.
Еще одна трудность заключалась в том, что пробная прокатка производилась на промышленном прокатном стане ХПТ. Из этого следовало, что никакие дополнительные изменения в конструкции оборудования линии стана были не допустимы. Мездоза должна располагаться в линии как отдельный сборочный узел. При этом ее размещение не должно мешать ходу стабильного процесса прокатки и протеканию вспомогательных операций. Месдоза должна максимально близко располагаться к рабочей линии, так как патрон подачи компенсирует осевые силы.
Исходя из выше перечисленного, наилучший вариант размещения месдозы - это размещение между линией рабочей и подающим патроном. Проведя анализ технологии прокатки труб на станах ХПТ и расположения оборудования в линии стана, было решено располагать медозу между прокатываемой трубой и патроном подачи секции промежуточной (Рисунок 3.3).
При проведении эксперимента для измерения силовых параметров (осевые сил) использовались проволочные тензодатчики. Тензодатчики – это устройства, которые могут преобразовать механическую деформацию тела в электрический сигнал, позволяющий определить уровень растяжения и сжатия конкретного предмета. Они отличаются простотой установки и изготовления, малыми габаритами, безинерционностью, хорошей линейностью и малым гистерезисом. Цепь из таких датчиков может быть устроена так, что не зависит от колебаний напряжения.
Конструктивно проволочный тензодатчик выполняется в виде плоской спирали из тонкой проволоки, которая вклеивается между полосками тонкой бумаги (Рисунок 3.4). К измерительной цепи тензодатчик подключается медными проводниками, приваренными к концам спирали. Принцип действия таких датчиков основан на изменении их сопротивления от деформации R, которая вызывает изменение длины l и сечения q, а так же влияет на удельно сопротивление .
Такой тензодатчик наклеивается на месдозу и после определенного периода представляет собой одно целое с месдозой. Перед наклейкой датчика поверхность медозы была предварительно зачищена (6 квалитет) и обезжирена. А проволока решетки была перпендикулярно направлению обработки. При деформировании месдозы под действием осевого усилия датчик сопротивления также деформируется под действием того же значения осевого усилия. Изменение сопротивления датчиков прямо пропорционально их деформации, следовательно сигнал, передаваемый датчиком, изменяется линейно. Благодаря этому свойству тензодатчиков получаемый сигнал является точным и надежным. Что необходимо для получения достоверных результатов при проведении эксперимента.
При проведении измерений осевых усилий данные с тензодатчиков, наклеенных на месдозу, поступают на усилительную аппаратуру, а потом на компьютер.
Точность и стабильность работы выбранных датчиков зависит от:
- линейного коэффициента сопротивления;
- совершенства внутренней связи проволоки датчика с подложкой и датчиком с поверхностью месдозы;
- ползучести датчиков;
- защиты от влаги;
- колебания физических свой проволоки датчика;
- электрической нагрузки датчиков;
- рабочей температуры;
- температуры компенсации;
- качества припоя или сварки выводов;
- стабильности источника питания [47].
При проведении и планировании эксперимента были учтены все эти факторы.
На месдозе датчики были соединены в мост Уинстона (Рисунок 3.5).
Влияние несовпадения действительного и принудительного катающего радиуса на направления осевых сил при прокатке на станках ХПТ
Согласно принятой теории прокатки принудительный катающий радиус валков принимается равным радиусу начальной окружности ведущей шестерни, который в общем случае не совпадает со значением действительного катающего радиуса. Значение действительного катающего радиуса изменяется на протяжении всей длины очага деформации и фактически является геометрическим местом точек на поверхности ручья, то есть пространственной кривой. Как отмечалось ранее, при прокатке из-за несовпадения действительного и принудительного катающих радиусов валки рабочей клети вращаются со скоростью пропорциональной радиусу начальной окружности ведущей шестерни, а не пропорционально катающему радиусу. Если не учитывать это, то невозможно получить корректный расчет или модель процесса прокатки. На кафедре «Теория и оборудования прокатки» МГТУ им. Баумана были проведены численные исследования процесса прокатки на станах ХПТ. Однако созданная математическая модель не учитывала рассогласование принудительно и действительного катающих радиусов, тем самым характер изменения осевых сил по длине хода клети не соответствовал распределениям осевых сил, принятыми в теории периодической прокатки [15-17].
Для определения направления осевых сил давайте еще раз рассмотрим связь между причиной возникновения осевых сил и рассогласования скоростей металла и окружной скорости калибра рабочих валков, связанных с несовпадением величины действительного и принудительного катающих радиусов. Рассмотрим схему образования готовой трубы в мгновенном очаге деформации (Рисунок 4.1).
Возникающее скольжение дает приращение скорости Vк, которое приводит к возникновению силы трения. Направление осевых сил, возникающих из-за сил трения, будет зависеть от знака приращения скорости. Так как при периодической прокатке мы рассматриваем мгновенный очаг деформации, и параметры очага деформации меняются в каждый следующий момент времени, значит будет постоянно меняется и величина Vк.
Рассмотрим, как изменение Vк будет влиять на характер распределения осевых сил при прокатке. По длине хода клети существует точка, в которой выбранное значение радиуса ведущей шестерни будет равно действительному катающему радиусу. Представим графически, как эти величины изменяются по всей длине хода клети. Согласно графическим данным, представленным на Рисунке 4.2, в начале очага деформации реальное значение катающего радиуса было меньше выбранного (зона I), а в его конце – больше (зона II) (Рисунок 4.2), что оказывает большое влияние на величину осевых усилий. Для того чтобы узнать, как это может отразиться на возникающих при этом осевых усилиях, рассмотрим эпюру скоростей точек ручья валка для каждого из этих случаев.
Для зоны 1 принятый катающий радиус будет больше действительного, это значит, что на эпюре скоростей точку равенства скоростей мы принудительно увеличиваем значение катающего радиуса O О (Рисунок 4.3, а). В результате скорость нижних точек калибра будет меньше значения скорости, соответствующей этой точке калибра при действительном катающем радиусе. В следствии чего возникают растягивающие осевые силы.
Значение растягивающих осевых сил будет тем меньше, чем меньше будет разница между принудительным и действительным катающими радиусами. Растягивающие осевые силы могут привести: к поступлению в очаг деформации дополнительного количества металла (дополнительная подача), разводу торцов смежных заготовок [93, 99].
Для участка 2 на эпюре скорость нижних точек калибра будет больше значения скорости, соответствующей этой точке калибра при действительном катающем радиусе (Рисунок 4.3, б). Это приводит к возникновению сжимающих осевых сил. Сжимающие осевые силы могут привести к врезанию друг в друга торцов трубы, образованию гофров, изгибу заготовки и стрежня оправки [93, 99]. Таким образом, на участках, где заданное значение катающего радиуса больше мгновенного, возникают растягивающие осевые значения, а где меньше – сжимающие. В каждый момент времени эпюры скоростей будут меняться и для каждого следующего сечения разница величин действительного и принудительного катающих радиусов также изменится, что приводит к соответствующему изменению осевых сил как по величине, так и по направлению.
Однако проведенный эксперимент показал, что при прокатке на обжимной зоне по длине очага деформации были замечены только сжимающие осевые усилия. Из этого следует, что при расчёте катающего радиуса его значение в начале хода клети было занижено.
Для корректировки методики расчета катающего радиуса был проведен анализ уже существующих теорий. Двумя основными принятыми являются методики П.Т. Емельяненко и Ю.Ф.Шевакина.