Металлургия

Прокатное производство

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Калибровка двутавровых балок

Стандартные двутавровые балки являются наиболее характерным профилем для группы балочных профилей, куда входят швеллеры, шпунты, тавры и др. Двутавровые балки прокатывают в наибольшем количестве. Рассмотрим прокатку двутавровых балок, имея в виду, что другие фасонные профили прокатывают по аналогичным схемам. При калибровке стандартных балок, прокатываемых на обычных рельсо-балочных и сортовых станах, необходимо учитывать ряд особенностей деформации металла в калибрах. Характерной особенностью является резко выраженная неравномерность деформации при формировании профиля из прямоугольной заготовки.

В первых двух — трех проходах (разрезной и следующий за ним фасонный калибр) деформация весьма неравномерная, металл при этом имеет высокие температуру и пластичность. Дальнейшее формирование профиля происходит в закрытых калибрах. В этих калибрах характер деформации элементов профиля различный. Стенка профиля подвергается обжатию в результате прямого давления. Открытые фланцы испытывают большое боковое обжатие и получают при этом некоторое приращение высоты. Закрытые фланцы претерпевают незначительное боковое обжатие и получают большое обжатие по высоте, что способствует вытяжке фланцев и компенсирует отрицательное влияние утяжки.

Неравномерность деформации элементов профиля неизбежно вызывает некоторое перемещение металла из одной части калибра в другую.

Следующей особенностью деформации металла в закрытом балочном калибре является разновременность обжатий фланцев и стенки. Раньше всего начинается боковое обжатие в открытых фланцах калибра и боковое и высотное обжатие — в закрытых. Обжатие стенки наступает тогда, когда практически деформация фланцев уже закончена.

Разновременность захвата валками стенки и фланцев зависит от наклона внутренних граней фланцев. Так как наклон внутренних граней фланцев увеличивается от чистовых калибров к черновым, разновременность деформации элементов профиля наиболее резко выражена в черновых калибрах. Это приводит к возникновению и развитию областей внеконтактной деформации, а также к перемещению металла из одной части профиля в другую.

Большое обжатие стенки в чистовом и предчистовом калибрах может привести к утяжке фланцев по высоте. Это явление особенно заметно при прокатке балок большего размера, ибо площадь стенки профиля таких балок составляет значительную долю площади всего профиля.

При прокатке в балочном калибре скоростные и силовые условия по его контуру различны. Это объясняется различием катающих диаметров в разных частях калибра, из-за чего стенка и фланцы одного и того же профиля прокатываются с разными скоростями. Наиболее сильное воздействие на профиль оказывают поверхности калибра, обрабатывающие стенку, и весь профиль. Принимая за 100% скорость выхода стенки из валков (а значит, и скорость выхода всего профиля), получаем, согласно В. Е. Грум-Гржимайло, применительно к балке № 24 и валкам диаметром 800 мм различные скорости поверхностей валка (калибра). Так, скорости нижнего валка на конце закрытого фланца и верхнего валка на конце открытого фланца составляют 88% от скорости стенки. Скорость же нижнего валка у основания открытого фланца равна 102% и на конце открытого фланца 114% от скорости стенки.

Под влиянием стенки нижние фланцы профиля как бы проволакиваются через закрытые фланцы калибра. Чем больше толщина фланцев, задаваемых в закрытые части калибра, тем больше проявляется тянущее усилие, прилагаемое к закрытым фланцам со сторрны стенки, и тем больше происходит утяжка их по высоте.

Деформация в открытых частях калибра происходит по-другому. Здесь задаваемые фланцы профиля обрабатываются коническими поверхностями, имеющими разные скорости: при этом они подвергаются обжатию по толщине и получают некоторое приращение высоты. Чередование положения открытых и закрытых фланцев по проходам создает возможность равномерной обработки нижней и верхней частей прокатываемого профиля.

Различие скоростных и силовых условий по контуру балочного калибра приводит к его неравномерному износу.

В связи с особенностями деформации полосы в двутавровых калибрах расчет калибровки этих профилей связан с определенными трудностями.

Известные методы расчета калибровки двутавровых балок являются сложными и не обеспечивают достаточной точности при определении размеров элементов калибра; не учитывают сложных условий формоизменения металла в двутавровом калибре.

Поэтому нами будет рассмотрен и рекомендован графо-аналитический метод расчета калибровки двутавровых балок.

Этот метод основан на применении коэффициентов деформации элементов фланцев, стенки, приращения и утяжки фланцев, разработанных на основе практических данных и представленных в виде графиков.

Графоаналитический метод расчета калибровки двутавровых балок обладает преимуществами перед другими методами: наглядно представляются условия деформации раската в калибре и появляется возможность обнаружения причин отклонения размеров или невыполнения каких-либо элементов профиля, что важно для введения технологического процесса прокатки. Представляется возможным быстро исправить возникающий дефект, несоответствие полученного раската в целом по сравнению с расчетными данными.

На основе принятых в расчете калибровки значений коэффициентов деформации хорошо объясняется течение металла, перемещение металла по сечению полосы в зоне деформации.

Другим методом расчета калибра двутавровой балки может быть метод, основанный на определении средней толщины фланца по принятым коэффициентам бокового обжатий Открытых незакрытых фланцев, а по коэффициенту высотной деформации— размер стенки калибра.

Для расчетов примем следующие обозначения размеров закрытого балочного калибра: а0, а3 — толщина открытого и закрытого фланцев на конце;

b0, Ь3 — толщина открытого и закрытого фланцев у основания; d — толщина стенки.

Условимся размеры профиля, поступающего в данный калибр, отмечать буквами со штрихами.

В связи с тем что расчет калибровки осуществляется против хода прокатки, то обозначения элементов профиля со штрихом являются искомыми, неизвестными и они определяются по уже известным величинам.

Так, размеры элементов чистового профиля определяются по ГОСТу. А последующий калибр определяется по известным размерам элементов чистового калибра (профиля) и коэффициентам деформации, относящимся к данным элементам.

Первоначальные размеры толщины на конце и у основания фланцев чистового калибра определяются согласно размерам по ГОСТу с учетом температурной усадки, металла, износа калибра, прокатки профиля в пределах поля минусовых допусков и т. д.

В результате обработки многочисленных практических данных процесса прокатки двутавровых балок и швеллеров определены коэффициенты деформации элементов названных профилей раздельно для каждого элемента профиля двутавровой балки.

Приведенные зависимости коэффициентов деформации для стенки и открытых фланцев справедливы и приемлемы для расчетов швеллеров.

Большое значение при прокатке двутавровых балок имеет закругление в местах соединения фланцев со стенкой.

При определении радиусов закруглений для черновых калибров по последним уравнениям рекомендуется коэффициенты принимать меньше на 10—20%, чем в чистовом калибре.

.Ряд вопросов калибровки и прокатки балок, например, число проходов, частные коэффициенты деформации по проходам, размещение калибров на валках и другие, решают в зависимости от типа стана, числа и расположения клетей, мощности привода и т. д.

Число проходов в фасонных калибрах, необходимое для формирования профиля двутавровой балки, зависит от номера профиля

Обычно частные вытяжки распределяют по проходам так, чтобы они уменьшались к чистовому калибру. При прокатке балок малых и средних размеров иногда принимают меньшие значения вытяжки в первых двух фасонных калибрах (по ходу прокатки) для обеспечения захвата металла валками. То же соблюдается и для коэффициентов высотной деформации по стенке.

При прокатке двутавровых балок больших размеров в черновых калибрах стенка профиля уже достаточно развита и поэтому коэффициент высотной деформации по стенке во всех проходах меньше, чем коэффициент вытяжки всего профиля. Это объясняется в ряде случаев стремлением иметь менее энергичную деформацию по стенке, чтобы избежать утяжки высоты фланцев.

Для балок малых и средних размеров коэффициент высотной деформации по стенке, как правило, больше, чем общий коэффициент вытяжки профиля; только в последних 2—3 проходах по ходу прокатки эти коэффициенты либо выравниваются, либо коэффициент высотной деформации стенки становится меньше коэффициента вытяжки профиля. Это объясняется тем, что в черновых проходах стенка профиля менее развита и ее энергичная деформация не приводит к утяжке фланцев по высоте. В то же время интенсивная деформация стенки способствует ее развитию и созданию в черновых калибрах необходимого соотношения площадей стенки и всего профиля, близкого к соотношению в готовом профиле. Интенсивная деформация стенки способствует вытяжке всего раската.

Уменьшение высоты фланцев, включающее утяжку и обжатие, а также приращение высоты фланцев зависит от ряда факторов: степени бокового обжатия фланцев, соотношения коэффициентов бокового обжатия на конце фланцев и у их основания, уширения в калибре, коэффициента трения, скоростных условий и др.

На основании исследований и анализа практических данных можно рекомендовать для расчетов следующие средние величины приращений и обжатий (утяжек) фланцев.

Опыт прокатки двутавровых балок из высокоуглеродистых и легированных сталей свидетельствует о том, что уширение в калибрах следует принимать не более естественного, которое может быть примерно определено по обжатию стенки двутаврового калибра. Однако и по приведенной формуле уширение получается вполне удовлетворительным с точки зрения качества профиля и условий деформации полосы в балочном калибре.

Существенную роль при формировании двутаврового профиля играют закругления углов калибра. Общепризнанно, что радиусы закруглений зависят от толщины прилегающих частей профиля. Чем больше толщина фланцев у основания и на конце, тем принимается и больше соответствующие радиусы закругления.

Выпуски для закрытых фланцев калибров принимают небольшие (2—4%). Выпуски открытых фланцев должны быть больше, чем закрытых. Обычно они составляют 4—8%.

Для черновых калибров мают общие выпуски по а для остальных калибров - крытым фланцам.

Разрезные калибры для прокатки балок по конструкции могут быть двух типов: с разъемом валков вне очертания калибра (подобно обычным балочным калибрам) и с разъемом валков посредине общей высоты калибра.

При определении размеров исходной прямоугольной заготовки, задаваемой в разрезной калибр, используют известные формулы Б. П. Бахтинова, М. С. Мутьева и др. Используют также ориентировочную зависимость между высотой прямоугольной заготовки Н0, задаваемой в разрезной калибр, и размером чистового профиля

Необходимо только правильно пользоваться формулами, рекомендуемыми для определения радиусов закругления, поскольку они у основания открытого и закрытого фланцев далее будут неравнозначны. Рекомендуется для подтверждения правильного принятия коэффициентов деформации вначале построить график распределения этих коэффициентов по проходам. При необходимости эти коэффициенты следует изменить, скорректировать, а затем по ним определять соответствующие размеры элементов профиля.

Расчет калибровки двутавровых балок по коэффициентам деформации — коэффициентам боковых обжатий фланцев

Приведем основные данные для расчета калибровки балки № 20 на типовом рельсо-балочном стане. За основной коэффициент деформации принят коэффициент обжатия стенки г)с, который должен закономерно изменяться по калибрам. Средний коэффициент обжатия стенки принят равным среднему коэффициенту вытяжки всего профиля. Изменение коэффициентов бокового обжатия открытых и закрытых фланцев по проходам подчиняется общей закономерности.

Для формирования профиля двутавровой балки № 20 необходимо 8—И проходов в фасонных калибрах (см. выше). Принимаем десять проходов: в двухвалковой клети 900— один проход в разрезном калибре, в первой трехвалковой клети 800 — пять проходов, во второй трехвалковой клети — три прохода, в двухвалковой клети 800 (чистовой)—один проход.

Для расчета принимаем коэффициенты боковых обжатий элементов профиля, наиболее часто употребляемые на практике.

  Прокатные балки - профили для балок двутавры, швеллеры

  Металлические профили. Стальной профиль. Швеллеры. Двутавры ...

  ФАСОННАЯ ПРОКАТНАЯ СТАЛЬ. Балки двутавровые широкополочные - балки ...

  Прокатные профили (профильная сталь) Полосовая сталь с сечениями в ...

  Элементы несущего остова - колонны, подкрановые балки, связи ...

  ТАЛЬ. Виды талей

  Каркасные здания. Связи по поясам ферм. Ригели, распорки и ...

  Металлоизделия - стальной прокат, кровельную сталь, гвозди ...

  Главная бункерная эстакада. МОНТАЖ БУНКЕРНЫХ ЭСТАКАД

  Балки. Для балок двутаврового сечения с двумя осями симметрии для ...