Валки прокатных станов

Классифицируются валки:

1. По назначению:

а) сортовые;

б) листовые.

2. По материалу:

а) стальные;

б) чугунные.

3. По твердости:

а) мягкие НВ<270;

б) полутвердые НВ=270-420;

в) твердые НВ=420-600;

г) сверхтвердые, твердость по Шору > 100 единиц.

Валки прокатных станов могут изготавливаться как цельными (литыми или кованными), так и составными. При горячей прокатке на обжимных станах используют литые или кованные валки из углеродистой стали большой вязкостью. Для листовых и сортовых станов валки должны быть прочными и иметь высокую поверхностную твердость. У этих валков мягкая сердцевина, которая сопротивляется изгибу, и твердая поверхность, хорошо сопротивляющаяся износу. Для станов холодной прокатки требуются валки с высокой поверхностной твердостью (для рабочих - до 100HSD, для опорных – до 80HSD) и большой прочностью (800 – 900 МПА) для восприятия больших деформаций. При диаметре валков до 300мм. в качестве материалов для их изготовления используются стали 9Х; 9Х2. При диаметре валков более 300мм. используются стали 9Х2; 9Х2В; 9Х2МФ.

У составных (бандажированных) валков втулка изготавливается из выше перечисленных сталей, а для оси - стали 55Х; 60ХН; 80ХН3В.

Рабочие валки для прокатки ленты до 0,05мм. изготавливают из керамических твердых сплавов.

4.1.1.Определение геометрических размеров прокатных валков

Средняя часть валка, соприкасающаяся с металлом, называется бочкой (Рисунок 7). По обе стороны бочки расположены шейки, которыми он опирается на подшипники. В зависимости от типа подшипников шейки могут быть цилиндрическими или коническими. Для соединения валка со шпинделем концы валков выполняют в виде вилки или трефа. Сортовые валки отличаются от листовых наличием ручьев, нарезаемых на бочке на токарных станках.

Размеры прокатных валков регламентированы ГОСТом и выбираются с учетом стана, на котором они устанавливаются. Исходным размером при проектировании валков является диаметр бочки, а остальные размеры определяются по определенным соотношениям.

 

 

Рисунок 7 - Листовой валок

Длина бочки листового стана принимается равной (2,2 2,8) , но не менее, чем В + 100 мм,

где В- ширина листа.

При выполнении шеек валков, устанавливаемых в подшипниках сколь­жения, для большинства листовых станов:

где диаметр шейки валка;

- длина шейки валка.

При установке валков на подшипниках качения из-за их большого габарита диаметр шейки приходится назначать несколько меньше:

Плоские концы валков для соединения при передаче вращения универсальным шпинделям выполнены со следующими размерами:

мм,

где - минимальный диаметр валка после переточки принимается равным

Рабочий диаметр валков выбирают с учетом допустимого угла захвата, сопротивляемости валков изгибу и условия получения минимальной стрелы прогиба.

Для обжимных, сортовых, а также толстолистовых станов, определяющим при выборе диаметра бочки, является условие захвата металла валками:

Для обжимных станов о; для сортовых, толстолистовых станов

aзах =16-18о.

Для станов холодной прокатки диаметр рабочих валков определяется соотношением:

D = (2500 – 3000)hmin ,

где hmin – минимальная толщина прокатываемого металла.

 

 

4.1.2. Расчет на прочность листового валка

Опасные сечения валка находятся посередине бочки (1-1) и в мес­те соединения цапфы с бочкой (11-11). В сечении 1-1 валок рассчитывается на изгиб, в сечении 11-11 - на изгиб и кручение. Изгибающий момент в сечении 1-1:

напряжение изгиба в этом сечении

Изгибающий момент в сечении 11-11:

напряжения изгиба и кручения в сечении 11-11

где - крутящий момент, передаваемый шейкой (момент прокатки), Приведенное напряжение в сечении 11-11

 

Полученные напряжения , и должны быть равны или меньше допустимого, выбираемого исходя из пятикратного запаса прочности по пределу прочности материала валка.

Валки из кованой углеродистой стали обычно имеют пределы проч­ности н/мм2, из литой стали - н/мм2, чугунные - н/мм2.

У приводного конца валка, выполненного в форме плоской лопасти, наиболее опасным является сечение 111-111. Давление на боковую поверхность одной ветви лопасти со стороны головки универсального шпинделя определяется по формуле

Изгибающий момент в сечении ІІІ-ІІІ

где - максимальный угол отклонения - универсального шпинделя от оси валка ( );

момент кручения ;

напряжение изгиба

напряжение кручения

где - коэффициент, зависящий от отношения , определяемый по таблице 2:

Значения коэффициента Таблица 2

  0,208   I,5   0,346     0,495  
  0,801     1,15     1,788  

 

Приведенное напряжение


 

 

4.1.3. Расчет валков на жесткость

Под воздействием больших усилий прокатки валки прогибаются, что приводит к разнотолщинности металла по ширине. Для компенсации прогиба листовых валков бочку их делают выпуклой на величину разностей прогибов в центре валка ( ) и у края листа ( ). Наибольший прогиб валков происходит под действием изгибающих моментов. Но так как диаметр валков по сравнению с длиной бочки относительно велик, то необходимо учитывать прогиб, вызванный действием перерезывающих сил.

Решение дифференциального уравнения упругой линии валка приво­дит к формуле прогиба середины валка относительно края прокатываемо­го листа [4]

где - модуль упругости II рода (сдвига) для стальных валков,

Н/мм2.

Для конструирования подшипниковых узлов и подушек рабочих вал­ков необходимо знать прогиб середины бочки валка относительно её края

где Е - модуль упругости для стальных валков; Н/мм2; - момент инерции сечения бочки;