Перевести страницу
0
Корзина пуста

Машиностроительное предприятие - цех металлообработки, станочные работы любой сложности

Термомеханическая обработка валков станов холодной прокатки

Для обеспечения удовлетворительной стойкости валков на заводах применяется сложная технология, использующая для получения необходимой твердости поверхности и свойств упрочненного слоя бочки валка поверхностную закалку с нагревом ТВЧ. Так, например, производство валков диаметром 8 – 55 мм из стали 9Х проводили по следующей технологии:

  1. нарезка штучных заготовок из сортового проката;
  2. ковка заготовок;
  3. отжиг;
  4. черновая токарная операция;
  5. термоулучшение;
  6. чистовая токарная операция;
  7. черновое шлифование поверхности бочки валка;
  8. поверхностная закалка с нагревом ТВЧ;
  9. низкотемпературный отпуск;
  10. чистовое шлифование бочки и шеек.

Столь трудоемкая технология связана с обеспечением основных показателей и необходимостью устранения коробления валков, которое происходит при операциях термоулучшения и закалки с нагревом ТВЧ.
При проработке новой технологии добивались несколько задач:

  1. снижение отведенной трудоемкости на производство валков;
  2. совершенствование стойкости между циклами перешлифовками и увеличение общей стойкости путем углубления упрочненного слоя.

Решение поставленных задач основывалось на следующих положениях:

  1. термомеханически упрочненный металл имеет повышенные характеристики как по прочности, твердости, так и пластичности; последнее позволяет увеличивать глубину упрочненного слоя без опасения преждевременных хрупких поломок, что особенно важно для валков малых диаметров;
  2. глубина упрочненного слоя не связана с исходным состоянием материала валков (отожженное, улучшенное), что позволяет исключить операцию термоулучшения и уменьшить припуски под дальнейшую обработку;
  3. применение обкатки роликами с винтовым протягиванием заготовки наиболее приемлемо для упрочнения длинномерных цилиндрических деталей (точность размеров деталей до 4-го класса; коробление исключается полностью);
  4. наличие горячей пластической деформации в процессе ВТМО позволяет отказаться от процесса ковки и последующего отжига.

Термическое с применением механического упрочнения валковых станов холодной прокатки впервые осваивалось на ПО «Ижсталь» им. 50-летия СССР, Ленинградском сталепрокатном, Верхне-Салдинском металлообрабатывающем заводах и Кировском предприятии по обработке цветных металлов.
Для термомеханической обработки валков для станов холодной прокатки специально разработано промышленное оборудование и приспособления, позволяющее проводить термомеханическое упрочнение (зависимость диаметра и определенных норм техпроцесса влияет на объемное и поверхностное упрочнение) валков Ø 10–100 мм и длиной до 2500 мм. Конфигурация одной из установок показана на рис. 1.

Схема промышленной установки для ВТМО (деформация обкаткой с винтовым протягиванием)

Нагрев детали до температуры аустенитизации производится индуктором 1, запитанном от высокочастотного генерирующего устройства МГЗ-108 (N = 100 кВт, f = 8 кГц). Индуктор установлен прямо над деформирующими роликами. Нагретые заготовки сминается тремя роликами 2, выполненных из быстрорежущей стали и прошедших термическую обработку до твердости НRC 62–65. Особыми устройствами, собранные в роликовой обойме, ролики монтируются под прямым углом по отношению к плоскости оси заготовки и под углом чуть меньше 0,5 – 1°, чем угол нарезки ходового винта.
В блок охлаждения входит душирующее устройство – спрейер 3, который располагается просто под деформирующими роликами. В качестве охлаждающей жидкости используется вода. В силовой узел устройства входят электродвигателя постоянного тока 8, червячный редуктор 7, ходовой винт 5, маточной гайки 6 и соединительной муфты 4.
Принцип работы устройства сводится к следующему: вращение от электрического двигателя, через муфту и редуктор, передается на ходовой винт, который имеет сложное движение. Вращение ходового винта происходит путем движения, свободно установленного на нем, червячного колеса зафиксированном шпонкой. Чтобы обеспечить продольное перемещение винта на нем имеется шпоночная канавка. Возвратно-поступательное перемещение ходовому винту передается маточной гайкой, неподвижно зафиксированной на станине установки.
Система управления работой установки совмещена с системой пуска высокочастотного генератора. Установка имеет следующие характеристики:


Мощность двигателя, кВт11,5
Частота вращения электродвигателя, мин^-11475
Частота вращения ходового винта, мин^-115 - 185
Скорость протягивания заготовки, м/мин0,1 - 0,7
Степень деформации, %0-20
Максимальный диаметр обрабатываемой заготовки, мм10 - 100
Давление охлаждающей жидкости, МПа0,2
Габаритные размеры установки, мм145 х 62 х 1320


На ПО «Ижсталь» им. 50-летия СССР при отработке промышленной технологии для оценки стойкости валков в работе были изготовлены две партии валков из стали 9Х электрошлакового переплава. Первую партию валков обрабатывали по следующей технологии: закалка с нагревом ТВЧ от 840°С, отпуск при 140°С. Вторую партию валков подвергали ВТМО обкаткой роликами с винтовым протягиванием (tдеф = 900°С, λ = 10 %, ν = 8 мм/с) и отпуску при 140°С в масле 1,5 ч.
Строение заготовки валка для ТМО изображена на рис. 2. После ВТМО диаметральный размер бочки валка равнялся 22,8 мм, а после шлифовки – 22,5 мм. В процессе эксплуатации валки перешлифовывались до диаметра 18 мм.

Заготовка валка для ТМО dн, Lн - диаметр и длина бочки валка до ВТМО

Высокотемпературная термомеханическая обработка была внедрена в общий технологический ход изготовления валков. Испытание валков проводили на прокатке ленты из различных коррозионностойких, быстрорежущих, пружинных, углеродистых и других специальных сталей.
За критерии стойкости валка были приняты ухудшение чистоты прокатываемой ленты, образование на ней крошечных отпечатков вследствие износа валков. Стойкость оценивали по времени работы валка в стане, числу перешлифован и массе прокатанного металла при различных режимах прокатки.
Результаты рабочих испытаний валков стана занесены в табл. 1. Анализируя эти данные, ВТМО растягивает среднее время между циклами перешлифовками и общую прочность валков при прокатке разных сталей в 3 – 4 раза. В табл. 2 занесены данные испытаний валков Ø 38 мм, произведенные при внедрении процесса ВТМО на Миньярском метизно-металлургическом предприятии. При контроле валков других размеров были получены схожие результаты.



Сталь

Размеры ленты, мм
νпр, м/с


Р х 10^-5, Н


n


t, мин

Ширина

Толщина
НачальнаяКонечная
79НМ2500,90,334726/92
У8А2500,80,435433/126
65Г2500,80,435435/138
12Х18Н10Т1950,450,2323,2218/53
12Х18Н91950,110,0513,5319/40
09Х15Н8Ю1950,90,0424518/43

Таблица 1. Результаты эксплуатационных испытаний рабочих валков 20-валкого станка холодной прокатки ленты.

Примечание. νпр – скорость прокатки; Р – усилие, действующее на валки; n – число проходов, t – среднее время работы валка между перешлифовками (в числителе при закалке с нагревом ТВЧ, в знаменателе при ВТМО)


ОбработкаЧисло проходовt, мин

Масса

прокатанного

металла за

время, t, t




ВТМО, tдеф = 900°С, λ = 20 % + отпуск при 140°С



1151913,2
72268,4
926510,8
82629,6
71498,4
61367,2



Закалка с нагревом ТВЧ от 860°С + отпуск при 140°С


5903,5
1200,7
2381,4
4722,8
3542,1
4722,8

Таблица 2. Результаты эксплуатационных испытаний рабочих валков диаметром 38 мм 12-валкового стана холодной прокатки.

Примечания. 1 Прокатывалась лента из стали 08КП, начальная толщина ленты 0,5 мм, конечная 0,1 мм; 2. Скорость прокатки 2 – 4 м/с; за один проход прокатывается 1,2 т.


Стойкость оценивали по времени работы валка в стане, числу перешлифовок и массе прокатанного металла при различных режимах прокатки.
Опробование валков Ø 10 и 18 мм осуществляли на 20-валковом стане «160» во время прокатке ленты из прецизионного металлического сплава 50 НП, для валков Ø 38 мм – на 12-валковом стане и валков Ø 28 мм – на 20-валковом стане «400».
Результаты проверки и промышленная отдача процесса ВТМО валков станов холодной прокатки была подтверждена на всех заводах. В общую методику изготовления валков входят нижеследующие операции:

  1. нарезка штучных заготовок сортового проката;
  2. токарную обточку заготовки с соблюдением припуска на деформацию для ВТМО;
  3. ВТМО;
  4. низкотемпературный процесс отпуска;
  5. избавление от технологического хвостовика путем его обрезки;
  6. шлифование бочки и шеек.

Эта технология сделала возможным значительно облегчить производство, уменьшить срок изготовления в 1,5 – 2 раза и добиться снижения, при этом, себестоимости на 25 – 45%, полностью убрать такой фактор, как коробление и значительно повысить основные цифры качества валков.
При эксплуатации валков, подвергнутых ВТМО, было выявлено еще одна важная подробность – в результате уменьшения числа перебалок производительность станов увеличивается до 10%