Calibrarea cilindrilor de laminare

Calibrarea cilindrilor de laminare

1.  Notiuni genetale

Laminarea diferitelor rofile se executa de obicei din lingouri sau semifabricate de sectiune patrata sau dreptunghiulara.

Profilul finit se obtine dupa un numar oarecare de treceri in functie de dimensiunile si forma sectiunii initiale si finale. Dupa fiacare trecere, sectiunea lingoului sau semifabricatului se modifica, apropiindu- se tot mai mult de forma si dimensiunile profilului finit.

Laminarea profilului se executa pe cilindrii calibrati, adica cilindrii care au executate prin strunjire, anumite canale de o forma a sectiunii, corespunzatoare configuratiei cerute, sectiunii laminatului la trecerea respectiva.

Spatiul liber obtinut intre cei doi cilindrii de lucru, ca urmare a prezentei pe circumferinta lor a acesor canale inelare se numeste calibru.

Prin calibrare se intelege calculul de dimensionare a calibrelor succesive care servesc la obtinerea profilului laminat.

Calibrarea trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

obtinerea laminatelor cu suprafata de caliatate si de dimensiuni precise;

consumul minim de enregie, cilindrii si o durata minima a ciclului de laminare;

profilele laminate sa nu rezulte cu tensiuni interne sau valoarea acestora sa fie minima;

sa permita mecanizarea si automatizarea procesului de laminare;

sa permita printr- o amplasare rationala a calibrelor, laminarea tuturor semifabricatelor, cu o durata minima de timp pentru schimbarea cilindrilor si a calibrelor;

sa asigure realizarea unei productii specifice ridicate.

Amplasarea calibrelor pe cilindrii se face in functie de:

caracteristicile prodului finit;

calitatea cilindrilor, etc.

Dupa destinatie, calibrele se impart in:

calibre degrosiere sau delungire;

calibre pregtitoare;

calibre finisoare.

Dupa inclinarea deschiderii, calibrele se impart in:

calibre deschise, la care liniile de deschidere sunt paralele cu axa cilindrilor;

calibre semideschise, la care liniile de deschidere formeaza un unghi mai mic de 60^o cu axa cilindrilor;

calibre inchise la care liniile de deschidere formeaza un unghi de peste 60^o cu axa cilindrilor.

2.  Elementele calibrului si ale calibrarii

Saltul cilindrilor

Inaltimea calibrului se compune din adancimea canalului strunjit in tablia cilidrului superior si inferior si distanta dintre coordonatele cilindrilor de laminare.

Prin salt se intelege distanta dintre coordonatele cilindrilor de laminare, considerand nule jocurile si deformatiile elastice ce apar in timpul laminarii.

In timpul laminarii saltul creste prin insumarea la valoarea sa initiala a jocului mentionat mai sus. Marimea saltului se stabileste la calibrare si se reprezinta pe desenele de calbrare si cilindrii.

Saltul dintre cilindrii are urmatoarele scopuri:

sa permita reglarea inaltimii in functie de uzura acestuia;

sa impiedice deteriorarea suprafetei cilindrilor datorita contactului la mersul in gol al acestora.

Linia ideala la laminare

Prin linia ideala la laminare sau linia media a cilindrilor, se intelege linia dupa care are loc contactul imaginar, dintre tabliile netede ale cilindrilor. In cazul calibrelor simetrice si a cilindrilor de diametre egale, linia ideala de laminare este amplasata la jumatatea distantei dintre axele cilidrilor si se suprapune cu linia da laminare. Daca se lucreaza cu presiune superioara sau inferioara, aceasta linie este dacalata fata de linia de laminare cu semivaloarea presiunii aplicate.

Fig.16. Linia de laminare si diametrele corespunzatoare unui calibru.

Linia neutra a calibrelor

Reprezinta axa imaginara a calibrului paralela cu axele cilindrilor si cuprinsa in planul acestor axe, fata de care momentele statistice ce actioneaza asupra semifabricatului in timpul laminarii sunt egale.

In cazul calibrelor simple,linia neutra se suprapune cu axa de simetrie, iar la calibrele asimetrice pozitia liniei neutre se determina prin diferite metode. Una dintre acestea consta in suprapunerea liniei neutre cu centru de greutate al sectiunii calibrului. Amplasarea calibrelor pecilindrii se faceastfel incat linia neutra sa se suprapuna cu linia ideala de laminare.

Fig.17. Pozitia liniei neutre

Presiunea superioara si inferioara

In timpul laminarii trebuie sa se asigure iesirea rectilinie a semifabricatelor dintre cilindrii. Aceasta se poate realiza prin utilizarea unor cilindrii cu diametre determinate in functie de pozitia liniei neutre. La turatii egale ale celor doi cilindrii se observa incovoierea semifabricatului spre cilindrul cu diamtrul mai mic. Pentru a elimina necesitatea ghidajului superior, diametrul cilindrului superior se adopta cu ceva mai mare decat rezulta din calcul, in urma suprapunerii liniei neutre cu linia mijlocie a calibrelor. Aceasta obliga laminatul la iesire sa preseze pe ghidajul inferior care il dirijeaza in directie orizontala.

Diferenta dintre diametrele de lucru ale cilindrilor, se numeste in mod conventional presiune. Daca diametrul corespunzator cilindrului superior este mai mare, presiunea se spune ca este superioara, iar cand diametrul cilindrului inferior este mai mare, presiunea este inferioara.

a b

Fig. 18. Presiunea superioara (a) si inferioara (b) la laminare

Liniile de deschidere a calibrelor

Reprezinta liniile ce unesc calibrul cu saltul si constituie o continuarea a conturului calibrului.

La fiecare deschidere a calibrului exista doua linii paralele de deschidere dintre care una se gaseste pe un cilindru, iar cealalta pe alt cilindru.

Distanta e dintre cele doua linii de deschidere poate avea in timpul laminarii valori cuprinse intre valoarea saltului s, in cazul calibrelor complet deschise si valoarea s sin ε, in cazul calibrelor inchise.

Racordariile si dimensiunile principale ale calibrelor

Prin calibrare se stabilesc anumite raze de racordare. In cazul calibrelor degrosiere si pregatitoare scopul acestor raze este de a prevenii formarea muchiilor ascutite care se racesc repede in timpul laminarii cauzand fisuri si suprapuneri de material.

In cazul calibrelor finisoare, valoarea acestor raze este impusa prin standardul de produs.

Fig.19. Dimensiunile principale ale calibrelor deschise si inchise: a - calibru degrosisor si pregatitor; b - calibru finisor;c - dimensiuni caracteristice.

Elementele principale ale calibrelor sunt indicate in figura (fig. 19 c):

-latimea minima, b_k;

-latimea maxima (in dreptul cordoanelor), B_k;

-adancimea canalului inelar (semicalibrului), i;

-inclinarea fetelor laterale, ψ;

-saltul dintre cordoane, s.

Cordoanele calibrelor

Portiunile de forma inelara lasate din tablia cilindrilor cu scopul de a separa calibrele intre ele poarta denumirea de cordoane. Dupa pozitia lor pe cilindrii cordoanele pot fi marginale si intermediare.

Latimea cordoanelor marginale se adopta in functie de rezistenta necesara cordonului si de distanta de la marginea calibrului la stalpul cadrului cajei. Se tine seama si de grosimea ghidajelor laterale.

Inaltimea acestor cordoane se adopta astfel incat deschiderea dintre cilindrii sa fie cat mai aproape de linia medie  cilindrilor. Latimea cordoanelor intermediare se adopta in functie de calitatea cilindrilor.

In cazul calibrelor inchise, deschiderile calibrelor este necesar sa alterneze de la o grupa de calibre la alta, in sus si in jos. Un cordon intermediar,dintre doua grupe de calibre, se compune din doua parti: o parte care este alaturata unei grupe, iar cealalta parte fiind alaturata la grupa a doua de calibre.

Sistemele calibrelor de lungire

Laminarea lingourilor in semifabricate precum si laminarea semifabricatelor la primele treceri in scopul reducerii sectiunii transversale si cresterea lungimii se realizeaza in calibre de lungire. In acest caz in functie de dimensiunile initiale si finale ale semifabricatelor, precum si de o serie de conditii practice se utilizeaza diferite sisteme de calibre:

a). Sistemul de calibre cutie dreptunghi patrat

Se utilizeaza mai ales la laminarea profilului patrat cu latura minima de 100 mm, la bluminguri, laminoare degrosiere trio, laminoare de semifabricate si la primele caje ale laminoarelor de profil. Aceste calibre prezinta o serie de avantaje substantiale:

calibru cutie poate fi utilizat pentru una sau mai multe treceri;

calibru cutie se executa cu o adancime relativ mica;

destunderizarea buna a laminatelor;

deformare uniforma pe latimea sectiunii laminatului; etc.

Dezavantajele acestui sistem sunt:

imposibilitatea obtinerii unor patrate cu laturi egale sau a unor prize dreptunghiulare cu fetele laterale plane;

prelucrarea simultana nu numai doua fete laterale ale semifabricatului,pe fetele neprelucrate pot sa apara defecte de laminare;

b). Sistemul de calibre romb- romb

Se recomanda la laminarea otelurilor de calitate si a otelurilor aliate datorita reducerii mai mici de sectiune. Avantaje:

posibilitatea obtinerii unui numar mare de patrate priza cu diferenta mica intre laturi;

posibilitatea amplasarii conjugate a calibrelor la cajele trio;

reglarea simpla a calibrelor rombice permite trecerea usoara la laminarea unui alt profil sau unui alt material, etc.

Dezavantaje:

productivitate redusa din cauza coeficientilor mici de lungire ce se pot aplica;

instabilitatea semifabricatului in ghidaje si in calibre;

destunderizarea dificila a fetelor laminatelor.

c). Sistemul de calibre romb- patrat

Se utilizeaza la trecerea de la calibrele cutie la laminoarele de semifabricate, la cajele degrosiere ale laminoarelor care produc in cea mai mare parte profile patrate si plate, la laminarea profilelor mici si mijlocii.

Principalele avantaje ale sistemelor sunt:

deformarea relativ uniforma ce nu provoaca tensiuni interne;

posibilitatea obtinerii unor patrate exacte;

posibilitatea obtinerii unor patrate priza cu o diferenta de laturi de pana la 5 mm si mai putin,etc.

Ca dezavantaje se pot mentiona:

racirea accentuata a muchiilor semifabricatelor;

adancime mare a calibrelor in special a celor patrate;

prinderea dificila a semifabricatului intre cilindrii.

d). Sistemul de calibre oval- patrat

Acest  sistem are o larga utilizare in cajele degrosiere si pregatitoare ale laminatelor de profile mijlocii, mici si sarma.

Acest sistem se caracterizeaza prin reducerea rapida a sectiunii semifabricatului.

Sistemul are urmatoarele avantaje:

posibilitatea aplicarii unor coeficienti de lungire mari;

innoirea muchiilor semifabricatului la fiecare trecere prin calibrele ovale;

stabilitatea mare a semifabricatului in calibrele ovale;

adancimea mica a calibrelor ovale;

Dezavantaje:

deformare uniforma a semifabricatelor in calibrele ovale;

producerea de incretituri pe fetele laterale ale semifabricatelor in calibrele ovale;

uzura mai mic accentuata a calibrelor ovale decat a celor patrate.

e). Sistemul de calibre hexagon- patrat

Acest sistem se utilizeaza in aceleasi scopuri ca si sistemul oval- patrat inlocuindu- l pe acesta la laminarea sarmei. Lungirile cese pot aplica sunt mai mari decat la sistemele anterioare.

Avantajele pe care le prezinta sunt:

reducerea uniforma pe latimea calibrului;

presiunea mai mica pe calibru;

stabilitatea mare a semifabricatului si reglarea usoara a cilindrilor.

f). Sistemul de calibre oval- rotund

Se utilizeaza la laminarea otelurilor cu propietati de plasticitate scazute deoarece realizeaza o trecere lina de la o forma la alta de calibru. Prin aceasta se asigura o racire uniforma a semifabricatelor pe sectiune preintampinand aparitia tensiuniloe suplimentare.

Principalele avanteje ale sistemului:

trecere lina de la o forma la alta de calibru;

permite obtinerea produsului finit intr- unul din calibrele rotunde;

Ca neajunsuri care- I limiteaza utilizarea sunt:

admite lungiri mici in comparatie cu sistemele anterioare;

aparitia usoara a unui defect de laminare numit bavura, la cele mai mici cresteri ale coeficientului de lungire de la calibrul oval la cel rotund.

g). Sistemul de calibre oval- oval

Se utilizeaza la laminarea otelurilor cu plasticitate redusa in scopul prevenirii crapaturilor si defectelor de suprafata, cat si in cazul trenurilor finisoare de la laminoarele continue de sarma. Acest sistem de calibre asigura o trecere foarte lina de la o forma la alta a calibrelor.

Ca dezavantaje se pot mentiona:

permite reduceri mici pe sectiune;

uzura rapida a calibrelor datorita diferentei de viteza pe inaltimea calibrului.

4. Calibrarea cilindrilor laminoarelor bluming si slebing

Obtinerea lingourilor prin laminare este o tehnologie folosita alaturi de turnarea continua. Calibrarea cilindrilor laminoarelor trebuie conceputa pe baza caracterisicilor instalatiei de laminare care influenteaza regimul de reduceri: diametrul cilindrului,lungimea tabliei cilindrului, turatia cilindrilor, dimesiunile linoului si a blumului, respectiv a slebului, tolerantele de executie care potfi realizate, distanta de la caja de laminare la foarfeca de debitare, etc.

Marimea reducerii realizate pe trecere trebuie sa fie cat mai ridicata, dar trebuie respectate umatoarele conditii:

- linia de laminare sa fie folosita in mod optim,in privinta capaitatii de productie si in ce priveste consumul de energie;

- sa se respecte limitele de siguranta privind ruperea cilindrilor sau a subansamblelor cejei de laminare;

- uzura cilindrului si a celorlalte elemente costructive ale cajei sa fie cat mai mica;

- sa fie evitat pericolul fisurarii materialului pe fetele laterale ale laminatului la latire libera.

Cu cat reducerile sunt mai mari, numarul de treceri se micsoreaza, iar productia specifica creste.

A.     Determinarea reducerii maxime pe baza unghiului de prindere

Determinarea reducerii maxime pe baza unghiului de prindere se face cu ajutorul relatiei Δh = D_lmin (1 - cosα_max) (19)

Unde: D_lmin este diametrul minim al cilindrului de lucru;

D_min = (0,85 0,9) D_n;

D_n - diametrul nominal al cilindrului de lucru;

α_max - unghiul maxim de prindere.

La bluminguri unghiul de prindere maxim poate ajunge pana la 34^o pentru cilindrii crestati, pentru cilindrii netezi, valoarea acestui unghi poate ajunge pana la 22.23^o.

B.     Determinarea reducerii maxime avand in vedere propietatile fizico- mecanice ale materialului

Din cercetarile efectuate pana acum se poate spune ca singurul criteriu pentru determinarea reducerii maxime din acest punct de vedere este acela al plasticitatii. La primele treceri, lingourile au strutura rezultata la solidificare cu granulatie grosolana, poseda plasticitate scazuta, motiv pentru care reducerile trebuie sa fie mai mici. Dupa primele 4.6 treceri granulatia rezultata din turnare se finiseaza si se pot aplica reduceri mari. Cu conditia ca puterea motorului si ceilalti factori sa permita aplicarea unor astfel de reduceri.

C.     Determinarea reducerii maxime in functie de puterea motorului

Reducerea maxima admisa din punct de vedere al puterii motorului de actionare se determina cu relatiile urmatoare:

Δh = ( - kR )(20)

k = 2µ

unde:  k - coeficientul care tine seama de consumul de putere prin frecare in lagare; k = 1,051,1 pentru lagare cu rulmenti; k = 1,1 1,2 pentru lagare cu frecare cu alunecare;

R - raza de lucru a cilindrilor in dreptul calibrului pentru care se determina reducerea;

M_lam - momentul de laminare;

p - presiunea metalului pe cilindrii;

b_m - latimea medie a sectiunii lingoului sau semifabricatului;

d - diametrul fusurilor cilndrilor;

µ - coeficientul de frecare din lagarele cilindrilor;

D - diametrul nominal al cilindrilor.

Momentul de laminare se determina cu relatia:

M_lam = M_mot - (M_f + M_g) - M_din  (21)

In care: M_mot estemomentul maxim al motorului.

Momentul necesar pentru accelerarea sau decelerarea partilor in miscare ale laminorului si ale rotorului motorului, se calculeaza cu relatia:

M_a = (22)

In care: GD² este momentul de giratie al partilor in miscare de rotatie ale liniei de laminare, inclusiv a rotorului motorului;

ε_a - acceleratia partilor in miscare de rotatie a liniei de laminare, in rad/s²

Pentru determinarea componentei M_f si M_g, se utilizeaza relatiile:

M_f = (k - 1)M_lam + F_d µ d

M_g = (23)

In care: G_n - este masa piesei date;

K - coeficientul ce tine cont de modul in care are loc transmisia dela motor la caja de laminare (k = 1,02.1,15);

µ_n - coeficientul de frecare in lagar;

d_n - diametrul fusurilor;

i_n - raportul de transmisie dintre motor si piesa data;.

D.    Determinarea reducerii maxime de rezistenta a cilindrilor

Daca se cunoaste forta admisa F_a, corespunzatoare rezistentei admisibile a cilindrilor σ_a, se poate determina reducerea maxima, in dreptul fiecarui calibru.

Reducerea maxima se obtine di relatia fortei da laminare:

F_a = ρ_m b_m(24)

In care: R - raza de lucru a cilindrilor in dreptul calibrului respectiv;

F_a - forta admisibila din punct de vedere a rezistentei cilindrilor;

ρ_m - presiunea medie in dreptul calibrului respectiv;

b_m - latimea medie a semifabricatului care se lamineaza.

Forta admisibila F_a se calculeaza din expresia momentului incovoietor la distanta x:

M_i = F_a (25)

In care: x - distanta de la axa surubului de presiune pana la axa calibrului respectiv pentru care se caluleaza momentul incovoietor;

L - distanta intre axele surubului de presiune.

Momentul incovoietor admisibil se poate determina cu expresia:

M_i = σ_a W (26)

In care: σ_a - rezistenta admisibila la incovoiere a cilindrilor de laminare;

W - modulul de rezistenta a cilindrilor in dreptul calibrului respectiv.

Si astfel se obtine:

F_a = σ_a W sau F_a 0,1D_min³ σ_a (27)

S- a admis ca: W = 0,1D

Iar reducerea maxima va fi:

Δh_max = ()²

E.     Repartizarea reducerilor pe treceri

Din analiza tehnologiei la anumite bluminguri rezulta ca in functie de factorii care actioneaza in timpul laminarii se pot stabilii mai multe variante de repartizare a reducerilor.

Astfel, un regim rational de reduceri pe treceri trebuie sa oglindeasca influenta unuia sau a altui factor care limiteaza valoarea reducerii la laminarea lingourilor. Daca consideram cazul in care unul din factori limiteaza valoarea reducerii pe intregul parcurs al laminarii, valoarea reducerii este limitata de conditiile de prindere a lingoului intre cilindrii netinand seama de modificarea diametrului cilindrilor si a coeficientului de frecare; se poate considera ca reducerilor la toate trecerile trebuie sa fie egale sau putin mai mari le trecerile dinspre sfarsitul laminarii lingoului. Valoarea reducerii maxime si medii pentru aceasta varianta sunt aproximativ egale:

Δh_max Δh_m.

O alta repartizare a reducerilor pe treceri seobtine atunci cand valoarea reducerii este limitata pe tot parcursul laminarii de puterea motorului. In acest caz pe masura micsorarii latimii semifabricatului se poate marii reducerea absoluta. Deci reducerea maxima se poate aplica la ultimele trceri.

Repartizarea reducerilor pe treceri se face si in functie de plasticitatea materialelor. Astfel, daca valoarea reducerii este limitata de plasticitate, la primele treceri valoarea reducerii esteminima datorita structurii de turnare a lingourilor. Dupa modificarea acestei structuri mai fine care se preteaza bine la deformare, reducerea se mareste la valoarea maxima. Iar in final se micsoreaza din nou in scopul finisarii sectiunii laminatului si datorita valorii mai scazute a temperaturii de laminare.

Fig.20. Regimuri de reduceri la bluming cu n-numarul trecerii.

Avand in vedere momentul si modul in care actioneaza iferiti factori se stabileste schema delaminare corespunzatoare. Astfel, de multeori la primele treceri se considera ca reducerea este limitata de plasticitate sau de puterea motorului, iar la celelalte treceri factorul limitator il constituie conditiile de prindere.

F.     Determinarea latirii

In timpul primelor treceri latirea este redusa ca urmare a inlaturarii microretasurilor si sulfurilor din lingou. La celelalte treceri, latirea creste progresiv cu cresterea reducerii relative.

Pentru determinarea latirii in acest caz se utilizeaza formula lui Siebel:

Δb = c (28)

In care: c - este un coeficient a carui valoare este cuprinsa intre0,8.0,2 in functie de raportul dintre inaltimea semifabricatului ce se introduce in calibru si diametrul cilindrilor in dreptul calibrului respectiv

R - raza de lucru a cilindrilor;

Δh - reducerea absoluta;

h₀ - inaltimea semifabricatului inainte de trecere.

G.    Amplasarea si dimensionarea calibrelor

In ce priveste amplasarea calibrelor pe tablia cilindrilor, se practica doua variante:

amplasarea consecutiva: in care calibrul I este amplasat la marginea tablieie spre caja de angrenare. Lao astfel de amplasare, lingoul se lamineaza si se trensmite lingoului urmator in aceeasi directie fara, fara deplasari trensversale in sens contrar. Aceasta asigura un ritm rdicat delaminare. Dezavantajul acestei amplasari consta in faptul ca presiunea rezultata timpul laminarii nu se distribuie uniform pe fusurile cilindrilor, producanduzura neuniforma a cuzinetilor lagarelor. De asemenea, in cazul lagarelor detip deschis, oxidul provenit de la laminarea in calibrul I patrundein lagar producand uzura prematura a cuzinetilor;

amplasarea simetrica in care calibrul I este dispus in partea mijlocie a tabliei cilindrilor. La o astfel de amplasare a calibrelor exista anumite avantaje la laminarea sleburilor cand trebuie alternata laminarea in calibrul I cu calibrele II si III. Totodata, la amplasarea simetrica a calibrelor, cuzinetii lagarelor au o uzura mai uniforma. Totusi la laminarea blumurilor pe asemeneacilindrii, se pierde din productia specifica a laminorului din cauza cresterii pauzelor pentru deplasarea semilaminatului de la un calibru la altul. De aceea, dispunerea simetrica a calibrelor este rationala cand in programul de fabricatie a blumingului predomina sleburile.

Calculul de dimensionare a calibrelor se face in functie de schema de laminare optima, intocmita pe baza indicatiilor din literatura de spacialitate si conditiile locale. La o serie de calibre fundul se executa convex pentru a preintampina suprapunerea calibrului urmator, deoarece, suprafata concava la laminarea dupa rasturnare, devine plana sau convexa.