Колибровка швеллера

Наличие небольшого ложного фланца на готовом профиле обеспечивает вполне достаточное давление на полки и создает такой изгибающий момент, что полки без бокового давления образуют прямой угол со стенкой. Форма ложного фланца на чистовом профиле представляет собой треугольник (рис. 4). Размеры его принимают следующими:

h_л.ф = 0,15÷0,3 мм;        b_л.ф = (1,25÷ 1,5) b .

Размеры чистового калибра следует принимать  с учетом минусовых допусков. Особенно это относится к определению средней толщины полки. Построение калибра с минусовыми допусками обеспечивает получение более экономичного профиля. По мере выработки калибра (прежде всего полок) размеры профиля постепенно увеличиваются, достигая номинальных, и при значительной выработке калибра масса погонного метра профиля может оказаться в пределах плюсового допуска, но это бывает редко, так как обычно к этому времени переходят на новые калибры.

В ряде случаев представляется возможность (из-за распределения коэффициентов деформации по проходам) иметь два одинаковых чистовых калибра. Это позволяет работать на валках более продолжительное время и получать профиль с большей точностью.

Рис. 6 Форма ложного фланца в чистовом калибре (готовый профиль) 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.3 Построение контрольных калибров и их назначение

При калибровке швеллеров отсутствует чередование расположения раздела калибров. Калибры конструируют при постоянном разделе по действительным фланцам. В таком случае при открытых фланцах калибра нет возможности проконтролировать высоту получающихся фланцев профиля. Поэтому предусматривают так называемые контрольные калибры, которые предназначены главным образом для деформации полок по высоте, т. е. для контроля их высоты. Обычно при общем числе фасонных калибров 7-9 принимают два контрольных калибра, из которых один является черновым, а второй, как правило, предчистовым; его иногда называют чистовым контрольным калибром.

Имеются контрольные калибры двух типов, отличающиеся между собой местом раздела. На рис.5,а показан контрольный калибр закрытого типа с разделом в верхней части. Такой калибр имеет преимущество в том, что из него выходит раскат с точными размерами. Однако он имеет и существенные недостатки. Главный из них состоит в том, что при входе полок в закрытую часть контрольного калибра происходит запрессовывание (заклинивание) металла, в результате чего выход раската из валков весьма затрудняется. Чтобы не было заклинивания металла в контрольном калибре, необходимо из предшествующего калибра получать раскат с меньшей толщиной полок на конце. Заклинивание металла связано также с выработкой калибра и приводит к повышенному расходу энергии при прокатке.

Существенным  недостатком контрольного калибра  указанной формы является также  и трудность восстановления его размеров   при   переточках валков: приходится при этом значительно уменьшать диаметр валков. Закрытые части калибра (полки) вызывают уменьшение прочности валков. В настоящее время закрытый контрольный калибр почти не применяют.

Большое распространение получил контрольный  калибр полузакрытого типа (рис.7,б). Его преимущества перед закрытым контрольным калибром являются очевидными: уменьшается врез в бочку валков, отсутствует заклинивание раската в калибре (что повышает его стойкость), уменьшается расход энергии при прокатке, обеспечивается не только контроль полки по высоте, но и возможность бокового обжатия полки, кроме нижней ее части, находящейся в закрытой части калибра (в противном случае металл будет выдавливаться в зазор    между валками).

Рис. 7  Последние три калибра при прокатке швеллеров

По-существу, такой калибр является открытым, так как средняя и верхняя части фланца, т. е. большая его часть обрабатывается верхним и нижним валками.

Для построения контрольного калибра необходимо определить толщину полки на конце и место разъема калибра. Рекомендуется толщину на конце полки определять по уравнению

a_контр = (l,04 ÷ 1,05)а',

где   а' - толщина полки на ее конце у раската, задаваемого в данный контрольный калибр.

Раздел  калибра принимают на расстоянии h_х= 7÷20 мм от конца полки в зависимости от номера швеллера и места нахождения калибра. Чем больше номер швеллера, тем большим надо принимать это расстояние. Для чернового контрольного калибра это расстояние также принимают большим. Выпуск нижней части калибра (полок) принимают в пределах 10÷15%. Радиусы   закруглений    принимают    конструктивно. 
 

2.4 Форма калибров, предшествующих контрольным калибрам

Калибр, предшествующий контрольному, как правило, имеет обычную форму (рис.7), однако иногда ее изменяют: нижнюю часть полки предусматривают с двойным выпуском (рис.7). Благодаря этому исключается образование заусенцев в предотделочном калибре и заката в отделочном. Указанная форма калибра особенно приемлема при прокатке швеллеров больших размеров и в том случае, когда в контрольном калибре принимают большие боковые обжатия полок.

2.5 Уклон полок, изгиб стенки, радиусы закруглений

Определенных  рекомендаций и правил применения того или другого способа получения  выпуска калибров нет. Однако наиболее целесообразно получать выпуск полок путем изгиба стенки. В этом случае нет опасения утяжки металла из внешних углов стенки, что может наблюдаться при отгибании полок по мере приближения к чистовому проходу. Изгиб стенки профиля способствует лучшему центрированию при входе металла в калибр. Он может рекомендоваться при калибровке швеллеров средних и больших размеров. Радиусы закруглений в швеллерных калибрах принимают конструктивно или определяют так же, как и в балочных.

2.6 Уширение

 Эти  профили прокатывают в калибрах  с постоянным разъемом валков  на конце полок при определенном их выпуске. Обратного изгиба полок, как у фланцев двутавровых балок, при подаче раската в каждый последующий калибр нет. Поэтому здесь допустимо, если в этом есть необходимость, повышенное уширение по сравнению с расчетным.

Однако исследования и практика показывают, что если профиль прокатывают из высокоуглеродистых или легированных сталей, то уширение следует принимать только в пределах указанных рекомендаций. В противном случае может образовываться закат на внутренней стороне у основания полки. 

2.7 Размеры исходной  заготовки

Первые  по ходу прокатки швеллерные калибры  незначительно отличаются от калибров двутавровых балок. Это подобие формы калибров и примерно одинаковые величины их площадей при одинаковых размерах швеллера и балки позволяют рекомендовать ту же методику определения размеров исходной заготовки, что и для балок.

Ориентировочно  высота прямоугольной заготовки, задаваемой в разрезной калибр, должна быть больше размера полок чистового  профиля не менее, чем в два раза:

H₀ = (2,0÷2,2)h.

Ширина  заготовки равняется ширине разрезного калибра за вычетом уширения в нем (рис. 8).Обычно для швеллеров больших размеров, как и для двутавровых балок, применяется разрезная заготовка.

Рис. 8.  Заготовка   для   швеллера (H₀ ≈ 2h)

2.8 Определение коэффициентов  деформации по  элементам швеллера

Любое промежуточное сечение в общей  системе калибровки швеллера можно рассматривать состоящим из действительных фланцев (полок), стенки и ложных фланцев. Рассмотрим закономерности распределения коэффициентов деформации по указанным элементам профиля.

Профиль определяют действительные фланцы и  стенка. Поэтому главными показателями, характеризующими интенсивность процесса прокатки металла в калибрах, являются коэффициенты деформации полок и стенки. При рассмотрении методики расчета калибровки швеллера будем условно выделять всю стенку профиля.

Если  в качестве исходной заготовки служит профиль двутаврового сечения, то коэффициенты деформации стенки и полки принимают  иными, чем в том случае, если исходная заготовка имеет прямоугольное сечение. При исходной заготовке двутаврового сечения коэффициенты деформации ή^a  (конца полки) и ή^b (основания полки) незначительно отличаются между собой.

Часто приходится использовать исходные заготовки прямоугольного сечения. В этих случаях в черновых калибрах формируются стенка и фланцы. Поэтому, как правило, коэффициент деформации стенки в этих калибрах намного больше, чем коэффициенты деформации остальных элементов.

Общая закономерность распределения коэффициентов деформации элементов профиля, следующая:

чистовой  калибр                              ή^a < ή^b

черновые  калибры                    ή_c >ή^a > ή^b

промежуточные и предчистовые калибры

                                                    ή^a > ή_c > ή^b.

В чистовом калибре все коэффициенты деформации практически одинаковы.

Коэффициент деформации на конце ложного фланца ή^a_л.ф резко возрастает в черновых калибрах по ходу прокатки, а коэффициент деформации у основания ложного фланца ή^b_л.ф   постепенно уменьшается.

На рис. 9 показан полученный на основе исследований обобщенный график изменения средних коэффициентов вытяжки при прокатке швеллеров № 18 - 36. Экстраполированием можно достроить график и для швеллеров остальных номеров.

Существенное  значение при расчетах имеет отношение коэффициента деформации стенки  ή_c к среднему коэффициенту деформации полки ή_ф . На рис. 10 показано изменение этого отношения при прокатке швеллеров № 18-40; для остальных номеров могут быть произведены дополнительные построения и получены соответствующие значения отношений ή_c / ή_ф. Из графика следует, что с увеличением номера профиля это отношение уменьшается и для швеллеров №36 и 40 становится меньше единицы.

Рис.9. Изменение средних коэффициента вытяжки при прокатке швеллеров в зависимости от номера профиля (μ_ср= ή_c ) 

Рис.10. Изменение отношения ή_c / ή_ф  в зависимости от номера швеллера 

Следовательно, швеллеры больших размеров (№36 и 40) прокатывают с более энергичной деформацией фланцев, чем стенки. Это делают в связи с тем, что доля стенки в общей площади профиля у швеллеров больших номеров больше, чем у швеллеров малых номеров. Для швеллеров № 18-33 отношение ή_c / ή_ф уменьшается от черновых проходов к числовому; для швеллеров № 36 и 40 наблюдается обратная  зависимость, т. е. отношение   ή_c / ή_ф увеличивается от черновых проходов к чистовому.

3. Расчет калибровки  швеллеров

Один  из применяемых на практике способов расчета калибровки швеллеров сводится к предварительному построению графиков распределения коэффициентов деформации элементов переходных сечений, что было рассмотрено в предыдущем разделе.

Коэффициенты  деформации элементов профиля определяют по следующим равенствам (при этом размеры элементов со штрихом относятся к раскату, задаваемому в последующий калибр).

Ложный  фланец:

ή^a_л.ф = а'_л.ф  / a_л.ф;          ή^b_л.ф= b'_л.ф / b_л.ф .

Обжатие ложного фланца по высоте принимают  конструктивно в пределах

∆h_л.ф= - (1,0÷7,0) мм.

Это обжатие  зависит от размера профиля и  положения калибра (в черновых калибрах - больше, в промежуточных и предчистовых - меньше).

Действительный  фланец:

ή^a_л.ф = а'  / a ;            ή^b_л.ф= b' / b.

Приращение  высоты действительного фланца

∆h= 1,0 ÷3,0 мм.

В черновых калибрах  (в первых двух-трех по ходу прокатки)  высота действительного фланца постоянна или несколько уменьшается:

∆h = - (2 ÷ 5) мм.

Стенка  профиля:

ή_c = d'  / d .