Профили, оси отдельных элементов которых расположены друг к другу под разными углами, называются фасонными. Сюда относят профили общего назначения (уголки, швеллеры, двутавровые балки, рельсы); специальные профили для строительства (сталь для оконных и фанерных переплетов, для шпунтовых свай), судостроения (полособульбовую сталь), паровозо- и вагоностроения (зетовую сталь), сельскохозяйственного машиностроения (сталь тавровую, коробчатую), авто- и тракторостроения (автообод, бортовое кольцо, дверную петлю), энергомашинострония (турбинные лопатки) и ряд других профилей.
В процессе прокатки фасонных профилей неизбежна неравномерная деформация, которую используют в первых по ходу прокатки калибрах, когда у металла наибольшая пластичность (наименьшее сопротивление деформации), а полоса имеет большое сечение, препятствующее образованию серповидности. В остальных калибрах необходимо применять равномерную относительную деформацию по ширине профильной полосы, так как только при этих условиях можно получать правильный по форме и не имеющий значительных внутренних напряжений готовый прокат при минимальном расходе энергии и износе валков.
Не менее важной особенностью прокатки фасонных профилей является наличие бокового обжатия в отдельных частях калибра. Боковое обжатие облегчается в калибрах, у которых наклон осей отдельных частей профиля к горизонтальной плоскости прокатки постепенно возрастает (например, уголки, швеллеры, двутавровые балки и другие подобные профили). Чем меньше угол наклона, тем меньше величина бокового обжатия. Поэтому основой системы калибровки валков фасонных профилей является последовательное уменьшение угла наклона осей отдельных частей профиля к горизонтальной плоскости прокатки.
Калибровка валков для прокатки угловой и зетовой стали
Угловая сталь является наиболее распространенным профилем. С 1810 г. сортамент угловой стали значительно расширился. Появились облегченные профили, профили с переменной толщиной полок, профили из низколегированных марок сталей. Повысились требования к точности геометрических размеров и качеству металла. Угловую сталь прокатывают на разнообразных станах: линейных, зигзагообразных, шахматных, полунепрерывных, непрерывных. Применение непрерывных станов, а также необходимость сокращения до минимума времени на смену калибров предъявляют все более высокие требования и к калибровке прокатных валков.
Угловую равнобокую и неравнобокую сталь выпускают в соответствии с ГОСТ 8509—72 и 8510—72. В зависимости от особенностей стана применяют различные схемы калибровки угловой стали. Наиболее распространенные схемы приведены на рис. 125. В связи с развитием непрерывной прокатки все большее значение приобретает освоение калибровок для прокатки угловой стали со свободным уширением. Преимущества прокатки угловой стали в открытых калибрах по сравнению с другими способами следующие: неглубокий врез в подготовительных калибрах и простота их формы позволяют увеличивать коэффициенты деформации, что сокращает общее число проходов; универсальность использования калибров для прокатки различных размеров уголка, что сокращает парк валков и время на перевалки; отсутствие образования заусенцев и закатов.
Прокатка угловых профилей в калибрах со свободным уширением дает наибольший эффект на станах с последовательным расположением клетей, когда представляется возможным автоматизировать и механизировать весь производственный цикл. Это способствует установлению постоянной температуры прокатки в каждом проходе и обеспечивает постоянство величины уширения.
Чтобы облегчить настройку, применяют ребровые калибры, позволяющие точно определить ширину полосы, задаваемой в предчистовой закрытый калибр. Наличие ребрового калибра, помимо всего прочего, делает калибровку со свободным уширением еще более универсальной.
Дальнейшим развитием прокатки угловой стали является калибровка со сгибами прямых полок; развернутых полок; развернутых полок сдвоенного профиля, подобно зетовому; с последующей разрезкой в чистовом калибре на два угловых профиля. Прокатка угловой стали со сгибом прямых полок является наиболее старым способом, который в настоящее время не применяется. При прокатке угловой стали со сгибом прямых полок имеет место значительная разница в катающих диаметрах валков, обрабатывающих полки профиля. Имеющаяся разница в окружных скоростях по ширине калибра увеличивает трение между полосой и валками, которое в свою очередь ведет к увеличению расхода энергии при прокатке и повышению износа калибров валков. К тому же глубокий врез калибров ослабляет бочку валка и приводит к необходимости уменьшения коэффициентов высотной деформации при прокатке и увеличена числа проходов.
Прокатка угловой стали со сгибом развернутых полок сдвоенного профиля, подобно зетовому, с последующей разрезкой в чистовом калибре на два угловых профиля хотя и позволяет почти удвоить производительность стана, однако сложность транспортировки двух полос одновременно и возможность образования заусенцев при продольной разрезке сдерживают распространение указанного способа. Этот способ представляет интерес для прокатки зетовых профилей. В связи с этим рациональным способом прокатки угловой и зетовой стали, получившим всеобщее признание и распространение на практике, является способ прокатки со сгибом развернутых полок в последующих калибрах, предложенный Б. П. Бахтиновым (рис. 126). При таком способе прокатка может осуществляться как в закрытых, так и в открытых калибрах. Однако при любой схеме первому фасонному калибру должен предшествовать калибр, необходимый для контроля ширины полосы.
К общим признакам перечисленных схем калибровки угловой стали относят: построение условного чистового калибра в развернутом виде по одному методу с другими предчистовыми калибрами; методику построения и расчета равнобокой угловой стали; определение общего и частных коэффициентов высотной деформации аналогично принятому при калибровке полосовой стали; определение размеров калибров по средней линии полок; поправки к величинам расчетного свободного уширения на внеконтактную деформацию (при изгибе профиля); изменение угла в вершине в развернутых калибрах по ходу прокатки; конструктивные размеры радиусов, углов и других параметров при построении калибров.
При проектировании калибров и режима обжатий для прокатки неравнобоких угловых профилей расчет производят таким же способом, как и для равнобоких. Однако расположение калибров в валках имеет некоторое отличие. Причем существует два способа расположения калибров неравнобокого уголка в валках:
- Биссектриса прямого угла профиля располагается вертикально. При таком расположении калибров валки испытывают значительные осевые усилия, и их необходимо надежно укреплять для предотвращения смещения. Кроме того, валки в данном случае вследствие глубокого вреза сильно ослабляются.
- Биссектриса прямого угла профиля располагается наклонно, так что усилия обеих полок, действующие на валки, уравновешиваются.
При расчете калибровки зетового профиля исходят из основных принципов калибровки угловой стали (рис. 127). Зетовый профиль рассматривают как два сдвоенных в одной ножке уголка. Калибровку строят по методу развертывания полок с теми же постоянными параметрами и выбором коэффициентов высотной деформации и уширения по проходам, что и при расчете калибровки уголка. Для упрощения расчетов биссектрисы углов располагают по вертикали калибра, а затем несколько поворачивают вокруг центра тяжести сечения. Зетовые профили прокатывают в закрытых калибрах. Исключением является чистовой калибр, который выполняют открытым с конусами для фиксации валков в осевом направлении.
