RU2284233C2

RU2284233C2 - Rolling method

Info

Publication number: RU2284233C2
Application number: RU2004138222/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Борисович Юрьев (RU); Алексей Борисович Юрьев; Николай Николаевич Федоров (RU); Николай Николаевич Федоров; Иван Семенович Кузнецов (RU); Иван Семенович Кузнецов; Александр Николаевич Федоров (RU); Александр Николаевич Федоров; Олег Юрьевич Ефимов (RU); Олег Юрьевич Ефимов; Игорь Всеволодович Копылов (RU); Игорь Всеволодович Копылов; Николай Александрович Федоров (RU); Николай Александрович Федоров; Артем Леонидович Дик (RU); Артем Леонидович Дик
Original assignee: Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат"
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-09-27
Also published as: RU2004138222A

Abstract

FIELD: plastic working of metals, possibly processes for asymmetrical die rolling with use of eccentric rolls.

SUBSTANCE: method comprises steps of plastic deforming of metal by means of rolling surfaces of eccentric rolls performing simultaneous rotation. According to invention metal is deformed in mode of cyclically changing rolling radius of cross sections of eccentric rolls along their rotation axes while keeping constant gap value between generatrices of rolls in plane of rolled piece outlet. Eccentricity value e of rolls is set depending upon mean value of rolling diameter d of rolls in range: e = (0.002 - 0.040)d. Invention provides lowered resistance of metal against plastic deforming due to creation of cyclically changing deformations caused by plastic shear of layers simultaneously along three mutually normal planes of worked metal.

EFFECT: enhanced efficiency of method, improved quality of microstructure of ready rolled pieces.

12 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при осуществлении процессов прокатки металлов с периодическим изменением режима пластической деформации, который достигается периодическим изменением величины катающих радиусов в поперечных сечениях эксцентричных валков вдоль их осей вращения. Противофазное взаимодействие эксцентриситетов катающих поверхностей валков при их синхронном вращении в процессе прокатки позволяет сохранять постоянство величины зазора между эксцентричными валками. Независимо от периода изменения формы сечения раската в зазоре между валками центр тяжести поперечного сечения, выдаваемого из валков раската, сохраняет свое постоянное место расположения и не отклоняется от оси прокатки.The invention relates to the field of metal forming and can be used in the implementation of metal rolling processes with a periodic change in the plastic deformation mode, which is achieved by a periodic change in the rolling radii in the cross sections of the eccentric rolls along their rotation axes. The antiphase interaction of the eccentricities of the rolling surfaces of the rolls during their synchronous rotation during the rolling process allows us to maintain a constant gap between the eccentric rolls. Regardless of the period of change in the shape of the section of the roll in the gap between the rollers, the center of gravity of the cross section, issued from the rolls of the roll, maintains its constant location and does not deviate from the axis of rolling.

Известен способ прокатки полос, при котором пластическая деформация металла осуществляется в профилированных валках с продольным изгибом выдаваемой из валков полосы. В этом известном способе прокатки интенсификация процесса пластической деформации обеспечивается за счет постоянной величины деформаций сдвига между верхними и нижними слоями раската, которые в свою очередь являются прямым следствием постоянной величины рассогласования окружных скоростей валков между крайними и центральными волокнами по ширине полосы (SU №1574294, В 21 В 1/22, 30.06.90).A known method of rolling strips, in which plastic deformation of the metal is carried out in profiled rolls with a longitudinal bend issued from the rolls of the strip. In this known rolling method, the intensification of the process of plastic deformation is ensured by a constant value of shear deformations between the upper and lower layers of the roll, which in turn is a direct result of a constant value of the mismatch of the peripheral speeds of the rolls between the extreme and central fibers along the strip width (SU No. 1574294, B 21 B 1/22, 06/30/90).

Основным недостатком этого процесса прокатки являются ограничения по уровню предельно допустимой интенсификации пластических деформаций, при которых должно выполняться условие Сен-Венана о неразрывности материала. Условие сохранения неразрывности материала существенно ограничивает величину монотонных деформаций сдвига в металлах. Известный способ прокатки является монотонным с установившимся постоянством характера в процессе пластической деформации. Никаких возможностей по периодическому изменению направления и величины деформации сдвига в отмеченном способе прокатки не предусмотрено. Это обстоятельство устанавливает существенные ограничения на допустимый верхний уровень интенсификации процесса обработки металлов давлением. Для монотонных процессов характерны явления наклепа металла. Это снижает ресурс пластичности и потенциальные возможности в увеличении интенсивности пластической деформации. Обеспечить применение знакопеременных деформаций сдвига способствующих проявлению эффекта Баушингера, которые могли бы существенно ослабить отмеченные ограничения, в известном способе прокатки полос технологически не представляется возможным.The main disadvantage of this rolling process is the restrictions on the level of maximum allowable intensification of plastic deformations, under which the Saint-Venant condition on the continuity of the material must be fulfilled. The condition for maintaining the continuity of the material significantly limits the magnitude of the monotonic shear deformations in metals. The known method of rolling is monotonous with an established constancy of character in the process of plastic deformation. No possibilities for periodically changing the direction and magnitude of the shear strain in the noted rolling method are provided. This circumstance sets significant restrictions on the permissible upper level of intensification of the process of metal forming. Monotonous processes are characterized by metal hardening phenomena. This reduces the resource of plasticity and the potential for increasing the intensity of plastic deformation. To ensure the use of alternating shear deformations contributing to the manifestation of the Bausinger effect, which could significantly weaken the noted limitations, it is not technologically possible in the known method of rolling strips.

Наиболее близким к заявляемому способу прокатки по достигаемому результату является способ прокатки, который осуществляется в синхронно вращающихся валках с постоянным эксцентриситетом цилиндрических бочек относительно осей вращения (SU №1629117, В 21 В 1/22, 23.02.91). В известном способе прокатки повышение производительности с интенсификацией процесса пластической деформации достигается за счет периодических деформаций сдвига между верхними и нижними слоями раската, которые периодически изменяют на противоположное свое направление вдоль оси прокатки. Периодически изменяющиеся по величине и направлению деформации сдвига между верхними и нижними слоями раската являются следствием синхронного изменения катающих радиусов и соответственно окружных скоростей эксцентричных валков в очаге деформации.The closest to the claimed rolling method according to the achieved result is the rolling method, which is carried out in synchronously rotating rolls with a constant eccentricity of cylindrical barrels relative to the axis of rotation (SU No. 1629117, 21 V 1/22, 02/23/91). In the known rolling method, an increase in productivity with intensification of the plastic deformation process is achieved due to periodic shear deformations between the upper and lower layers of the roll, which periodically change their direction along the rolling axis. Periodically varying in magnitude and direction of shear deformation between the upper and lower layers of the roll are the result of synchronous changes in the rolling radii and, accordingly, the peripheral speeds of the eccentric rolls in the deformation zone.

К недостаткам этого способа, прежде всего, следует отнести ограничение по реализации периодических деформаций сдвига в только одной вертикальной плоскости очага деформации вдоль оси прокатки. Эти сдвиговые деформации могут иметь место лишь между верхними и нижними слоями по высоте раската вдоль оси прокатки. Объемные деформации периодического сдвига в трехмерном измерении в отмеченном способе обеспечить невозможно. Катающий радиус каждого из эксцентричных валков имеет постоянную величину вдоль осей. Это обстоятельство полностью исключает возможность осуществления объемных деформаций пластического сдвига слоев в двух других оставшихся плоскостях по объему металла очага деформации. Поэтому в известном способе потенциальный ресурс пластичности металла для интенсификации процесса периодической прокатки используется на не достаточном уровне. Вторым недостатком отмеченного способа является лишний расход энергии привода эксцентричных валков на периодическое вертикальное перемещение смещенной массы цилиндрических бочек валков то вверх, то вниз относительно осей вращения с аналогичным периодическим перемещением по вертикали центра массы сечения раската относительно оси прокатки.The disadvantages of this method, first of all, include the restriction on the implementation of periodic shear deformations in only one vertical plane of the deformation zone along the rolling axis. These shear deformations can occur only between the upper and lower layers along the height of the roll along the rolling axis. Volumetric deformations of the periodic shear in the three-dimensional dimension in the noted method cannot be ensured. The rolling radius of each of the eccentric rolls has a constant value along the axes. This circumstance completely excludes the possibility of realizing volumetric deformations of the plastic shear of the layers in the two other remaining planes along the volume of the metal of the deformation zone. Therefore, in the known method, the potential resource of plasticity of the metal to intensify the process of periodic rolling is used at an insufficient level. The second disadvantage of this method is the excess energy consumption of the drive of the eccentric rolls for the periodic vertical movement of the displaced mass of the cylindrical roll barrels up and down relative to the axis of rotation with a similar periodic vertical movement of the center of mass of the section of the roll relative to the rolling axis.

Задачей изобретения является уменьшение сопротивления металла пластической деформации при периодической прокатке в эксцентричных валках с соответствующим увеличением производительности процесса и улучшением качества микроструктуры готового проката.The objective of the invention is to reduce the resistance of the metal to plastic deformation during periodic rolling in eccentric rolls with a corresponding increase in process performance and improve the quality of the microstructure of the finished product.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе прокатки, включающем пластическую деформацию металла катающими поверхностями эксцентричных валков при синхронном вращении валков, согласно изобретению деформацию металла осуществляют в режиме периодического изменения катающего радиуса поперечных сечений валков вдоль их осей вращения с сохранением постоянства величины зазора между образующими валков в плоскости выхода раската, а величину эксцентриситета валков е при этом устанавливают по среднему значению катающего диаметра валков d в диапазонеThe problem is achieved in that in the proposed rolling method, including plastic deformation of the metal by the rolling surfaces of the eccentric rolls with synchronous rotation of the rolls, according to the invention, the metal deformation is carried out in a periodic variation of the rolling radius of the cross sections of the rolls along their rotation axes while maintaining a constant gap between the forming rolls in the exit plane of the roll, and the value of the eccentricity of the rolls e in this case is set according to the average value of the rolling Diameter of the rolls in the range d

е=(0,002-0,040)d.e = (0.002-0.040) d.

На фиг.1 изображена кинематическая схема в период взаимодействия эксцентричных валков с периодически изменяющимся катающим радиусом сечений вдоль осей вращения валков, когда катающий радиус в левом сечении верхнего валка имеет максимальное значение, а в правом минимальное. При этом катающий радиус левого сечения нижнего валка минимален, а правого сечения максимален.Figure 1 shows the kinematic diagram during the interaction of eccentric rolls with a periodically changing rolling radius of the sections along the axis of rotation of the rolls, when the rolling radius in the left section of the upper roll has a maximum value and a minimum value in the right one. In this case, the rolling radius of the left section of the lower roll is minimal, and the right section is maximum.

На фиг.2 изображена кинематическая схема после разворота эксцентричных валков на 180 градусов, когда катающие радиусы меняют свои позиции, в левом сечении верхнего валка катающий радиус принимает минимальное значение, а в правом соответственно максимальное. При этом катающий радиус левого сечения нижнего валка, наоборот, имеет максимальную величину, а в правом минимальную.Figure 2 shows the kinematic diagram after turning the eccentric rolls 180 degrees, when the rolling radii change their positions, in the left section of the upper roll, the rolling radius takes a minimum value, and in the right, respectively, the maximum. In this case, the rolling radius of the left section of the lower roll, on the contrary, has a maximum value, and in the right minimum.

На фиг.3 изображено левое поперечное сечение эксцентричных валков и раската в продольной вертикальной плоскости.Figure 3 shows the left cross section of the eccentric rolls and roll in a longitudinal vertical plane.

На фиг.4 изображена проекция раската с эксцентричным валком сверху на горизонтальную плоскость.Figure 4 shows the projection of the roll with an eccentric roll from above on a horizontal plane.

На фиг.5 изображен вид раската в изометрии после прокатки эксцентричными валками с иллюстрацией периодического изменения деформаций сдвига в трех измерениях элементарного кубического объема.Figure 5 shows a perspective view of the roll after rolling by eccentric rolls with an illustration of the periodic change of shear deformations in three dimensions of an elementary cubic volume.

На фиг.6 изображена технологическая схема осуществления способа прокатки в валках с периодически меняющимся катающим радиусом эксцентричных валков вдоль синусоидально изогнутых осей.Figure 6 shows a flow chart of a method of rolling in rolls with periodically changing rolling radius of eccentric rolls along sinusoidally curved axes.

На фиг.7 изображена технологическая схема осуществления способа прокатки в валках с периодически меняющимся катающим радиусом эксцентричных валков при ступенчатом коленообразном изменении формы образующих вдоль их осей.Figure 7 shows a flow chart of a method of rolling in rolls with a periodically changing rolling radius of eccentric rolls with a stepwise knee-shaped change in the shape of the generators along their axes.

На фиг.8 изображена технологическая схема к способу прокатки в калибрах эксцентричных валков с периодически меняющимся катающим радиусом по прямолинейным наклонным линиям образующих валков вдоль их осей.On Fig depicts a flow diagram to a method of rolling in calibers of eccentric rolls with periodically changing rolling radius along the straight inclined lines of the forming rolls along their axes.

На фиг.9 изображена технологическая схема к способу прокатки в калибрах эксцентричных валков с периодически меняющимся катающим радиусом вдоль их осей по образующим симметрично ломаных линий.Figure 9 shows a flow chart for a method for rolling in calibers of eccentric rolls with periodically changing rolling radius along their axes along the lines of symmetrically broken lines.

На фиг.10 изображена технологическая схема к способу прокатки в калибрах эксцентричных валков с периодически меняющимся катающим радиусом при синусоидальной форме криволинейных образующих валков вдоль их осей.Figure 10 shows a flow diagram of a method for rolling in calibers of eccentric rolls with periodically varying rolling radius with a sinusoidal shape of curved generatrix rolls along their axes.

На фиг.11 изображена технологическая схема к способу прокатки в калибрах эксцентричных валков с периодически меняющимся катающим радиусом коленообразной формы ступеней по образующим валков вдоль их осей.11 shows a flow chart for a method for rolling in calibers of eccentric rolls with a periodically changing rolling radius of the knee-shaped steps along the generatrices of the rolls along their axes.

На фиг.12 изображена технологическая схема для способа прокатки в эксцентричных валках с формой бочек типа коленчатого вала.On Fig shows a flow chart for a method of rolling in eccentric rolls with the shape of barrels such as a crankshaft.

Способ прокатки осуществляется путем периодического изменения катающих радиусов в поперечных сечениях эксцентричных валков вдоль их осей вращения. Максимальная величина катающего радиуса в произвольном вертикальном сечении бочки верхнего эксцентричного валка определяемая суммой половины диаметра и эксцентриситета, а также величина минимального катающего радиуса, определяемая разностью половины диаметра и эксцентриситета за период времени в половину оборота эксцентричных валков, меняются своими позициями наоборот. Одновременно в параллельном втором сечении бочки верхнего валка происходит обратный процесс, когда минимальная величина катающего радиуса поперечного сечения верхнего и минимальная нижнего валка за период времени в половину оборота изменяют свои экстремальные значения на противоположные по величине. В итоге такого взаимодействия катающие поверхности эксцентричных валков обеспечивают в очаге генерацию периодически изменяющихся деформаций пластического сдвига слоев одновременно по всем трем взаимно перпендикулярным плоскостям объема металла обрабатываемого давлением. Периодичность объемных деформаций пластического сдвига одновременно сразу в трех взаимно перпендикулярных плоскостях процесса прокатки достигается периодическим изменением катающих радиусов вдоль осей вращения эксцентричных валков. При этом величина зазора между катающими поверхностями эксцентричных валков в плоскости выхода раската на протяжении одного пропуска раската сохраняется постоянной.The rolling method is carried out by periodically changing the rolling radii in cross sections of eccentric rolls along their rotation axes. The maximum value of the rolling radius in an arbitrary vertical section of the barrel of the upper eccentric roll determined by the sum of half the diameter and eccentricity, as well as the value of the minimum rolling radius determined by the difference of half the diameter and eccentricity over a period of time in half a turn of the eccentric rolls, change their positions on the contrary. Simultaneously, in the parallel second section of the barrel of the upper roll, the reverse process occurs when the minimum rolling radius of the cross section of the upper roll and the minimum lower roll change their extreme values to the opposite in magnitude over a half-turn period of time. As a result of this interaction, the rolling surfaces of the eccentric rolls provide generation of periodically varying plastic shear deformations of the layers along all three mutually perpendicular planes of the pressure-treated metal volume in the focus. The frequency of volumetric plastic shear strains simultaneously simultaneously in three mutually perpendicular planes of the rolling process is achieved by periodically changing the rolling radii along the axis of rotation of the eccentric rolls. In this case, the gap between the rolling surfaces of the eccentric rolls in the roll exit plane during one pass of the roll remains constant.

Технологический этап процесса прокатки с изменением на противоположные величины всех катающих радиусов при развороте эксцентричных валков вокруг их осей вращения на полоборота отображен на фиг.1. и фиг.2. При этом синхронно изменению катающих радиусов происходит периодическое изменение величины рассогласования окружных скоростей на контактных поверхностях эксцентричных валков с деформируемым металлом, что в конечном итоге формирует аналогичные по характеру периодические деформации сдвига. Аналогичный процесс периодического изменения минимального катающего радиуса левой части бочки и максимального катающего радиуса правой части бочки происходит на нижнем эксцентричном валке, но в противофазе верхнему валку. При этом достигается периодическое изменение величины рассогласования окружных скоростей - ΔV эксцентричных валков в сечении выхода раската из очага деформации. На каждом этапе полуоборота эксцентричных валков происходит противофазное изменение окружных скоростей и рассогласования между ними. На верхнем валке максимальная окружная скорость V₁₁ левой части бочки и минимальная окружная скорость правой части бочки V₁₂ меняются взаимно местами на этапе полуоборота эксцентричных валков. При этом на бочке нижнего валка в противофазе происходит периодическое изменение минимальной окружной скорости нижнего валка левой части бочки V₂₁ на максимальную скорость, а максимальная окружная скорость правой части бочки V₂₂, наоборот, меняется на минимальную величину, Противофазно изменяющееся по величине рассогласование окружных скоростей ΔV в процессе периодической прокатки по высоте раската h фиг.3 и по ширине раската b фиг.4 вызывает при обработке металла давлением периодически изменяющуюся объемную деформацию сдвига S_XY, S_yz, S_zx одновременно в трех взаимно перпендикулярных плоскостях фиг.5. В процессе пластической деформации металла при обработке давлением в эксцентричных валках происходит периодическое искривление плоскостей поперечных сечений раската. Аналогичному периодическому искривлению подвергаются также боковые вертикальные плоскости поверхности и плоскости контактных поверхностей раската с верхним и нижним эксцентричными валками. Отмеченные процессы в тех же трех плоскостях сопровождаются адекватной величиной относительных деформаций углов сдвига - γ_XY, γ_YZ, γ_ZX. В соответствии с существующими положениями теории пластичности наличие периодически изменяющейся объемной деформации сдвига в трех взаимно перпендикулярных плоскостях позволяет существенно увеличить интенсивность пластической деформацииThe technological stage of the rolling process with the opposite values of all rolling radii when turning the eccentric rolls around their axes of rotation half a turn is shown in figure 1. and figure 2. In this case, a synchronous change in the rolling radii causes a periodic change in the value of the mismatch of the peripheral velocities on the contact surfaces of the eccentric rolls with the deformable metal, which ultimately forms periodic shear deformations of a similar nature. A similar process of periodically changing the minimum rolling radius of the left side of the barrel and the maximum rolling radius of the right side of the barrel occurs on the lower eccentric roll, but in antiphase to the upper roll. In this case, a periodic change in the value of the mismatch of the peripheral velocities ΔV of the eccentric rolls in the section of the output of the roll from the deformation zone is achieved. At each stage of the half-turn of eccentric rolls, an out-of-phase change in peripheral speeds and a mismatch between them occur. On the upper roll, the maximum peripheral speed V _{11 of the} left side of the barrel and the minimum peripheral speed of the right side of the barrel V ₁₂ are interchanged at the half-turn stage of the eccentric rolls. At the same time, in antiphase on the lower roll barrel, the minimum peripheral speed of the lower roll of the left side of the barrel V ₂₁ changes periodically to the maximum speed, and the maximum peripheral speed of the right side of the barrel V ₂₂ , on the contrary, changes to the minimum value, the mismatch of the peripheral speeds ΔV during periodic rolling along the height of the roll h of FIG. 3 and along the width of the roll b of FIG. 4 causes periodically changing volumetric shear deformation S _XY , S _yz , S _zx simultaneously in three mutually perpendicular planes of figure 5. In the process of plastic deformation of a metal during pressure treatment in eccentric rolls, periodic curvature of the planes of the transverse sections of the roll occurs. The lateral vertical planes of the surface and the planes of the contact surfaces of the roll with upper and lower eccentric rolls are also subjected to a similar periodic curvature. The marked processes in the same three planes are accompanied by an adequate value of the relative deformations of the shear angles — γ _XY , γ _YZ , γ _ZX . In accordance with the existing provisions of the theory of plasticity, the presence of periodically changing volumetric shear deformation in three mutually perpendicular planes can significantly increase the intensity of plastic deformation

В свою очередь трехмерное действие объемных деформаций сдвига в зоне очага обработки металла давлением вызывает соответствующие периодические касательные напряжения по всем трем плоскостях заданных измерения - τ_XY, τ_YZ, τ_ZX. Образованное при этом трехмерное поле периодически изменяющихся касательных напряжений способствует значительному увеличению интенсивности напряжений в зоне очага деформации металлаIn turn, the three-dimensional action of volumetric shear deformations in the zone of the focus of metal processing by pressure causes the corresponding periodic tangential stresses along all three planes of the given measurements - τ _XY , τ _YZ , τ _ZX . The three-dimensional field of periodically varying tangential stresses formed in this process contributes to a significant increase in the stress intensity in the zone of the metal deformation zone

Рост интенсивности напряжений σ_j в зоне очага деформации от генерации периодических деформаций сдвига в трехмерном объеме металла обеспечивает достижение состояния предела текучести металла при более низком уровне внешнего давления на металл со стороны контактных поверхностей валков. В итоге периодический процесс прокатки в эксцентричных валках с периодическим изменением катающего радиуса вдоль оси валков осуществляется при существенно меньших энергетических затратах. Режим периодического изменения катающих радиусов эксцентричных валков способствует более интенсивному пластическому течению металла в очаге деформации вдоль оси прокатки, что повышает проработку металла раската по всей высоте и соответственно улучшает качество структуры готового проката. Одновременно снижается сопротивление металла процессу пластической деформации, что позволяет повысить производительность и снизить расход электроэнергии. Продольный изгиб контактных поверхностей раската с валками даже при незначительной амплитуде периодического прогиба U существенно повышает эффективность удаления окалины, облегчает условия захвата заготовки валками и снижает пробуксовку раската в валках.An increase in the stress intensity σ _j in the zone of the deformation zone from the generation of periodic shear deformations in the three-dimensional volume of the metal ensures that the yield strength of the metal is reached at a lower level of external pressure on the metal from the contact surfaces of the rolls. As a result, the periodic rolling process in eccentric rolls with a periodic change in the rolling radius along the axis of the rolls is carried out at significantly lower energy costs. The regime of periodic changes in the rolling radii of the eccentric rolls contributes to a more intense plastic flow of metal in the deformation zone along the rolling axis, which increases the development of rolled metal over the entire height and, accordingly, improves the quality of the finished steel structure. At the same time, the resistance of the metal to the process of plastic deformation is reduced, which allows to increase productivity and reduce energy consumption. Longitudinal bending of the contact surfaces of the roll with the rolls, even with a small amplitude of periodic deflection U, significantly increases the efficiency of descaling, facilitates the capture of the workpiece by the rolls and reduces the slip of the roll in the rolls.

Промышленная реализация способа периодической прокатки в эксцентричных валках может быть осуществлена как на рабочих валках с гладкой бочкой фиг.1-7, так и в прямоугольных ящичных калибрах валков фиг.8-11. При этом образующая линия от катающих поверхностей эксцентричных валков может иметь наклонную, ломаную, синусоидальную и коленообразно изогнутую форму. При любой форме образующих линий эксцентричные валки должны обеспечивать равенство контактных площадей валков с металлом по максимальному катающему радиусу и минимальному. Оптимальным числом колен у эксцентричных валков при минимальной величине необходимого эксцентриситета является три. Изготовление таких эксцентричных валков фиг.7, фиг.11 и фиг.12 не требует больших финансовых затрат, поскольку производится при плановой переточке катающих поверхностей. При этом эффективность снижения энергетических затрат на обеспечение периодического процесса способа прокатки в эксцентричных валках обеспечивается не за счет большой абсолютной величины эксцентриситета, а за счет большого числа колен перегиба образующей по контактным поверхностям с металлом, что увеличивает величину пластических деформаций сдвига в объеме обрабатываемого давлением металла. Абсолютные величины деформаций сдвига вдоль оси прокатки при синхронном вращении эксцентричных валков обеспечиваются разницей длин дуг контакта в вертикальной плоскости S_ZX фиг.3, A₁₁K₁₁-A₂₁B₂₁ верхнего и нижнего валков и в горизонтальной плоскости S_ХУ фиг.4. разницей длин дуг левой и правой части раската по ширине A₁₁K₁₁-A₁₂B₁₂. Отмеченная разница в длине дуг контакта верхнего и нижнего валков с металлом в очаге деформации при синхронном повороте эксцентричных. валков обеспечивается периодической разницей катающих радиусов R_K1, R_K2. При синхронном вращении эксцентричных валков вокруг осей их О₁₁, O₂₁ смещенные на величину эксцентриситета е центры катающих сечений фиг.3 совершают противофазные круговые движения. При этом катающие радиусы в поперечных сечениях эксцентричных валков периодически изменяют свои значения в противофазном направлении, с максимального катающего радиуса R_MAX на минимальную величину R_MIN и соответственно наоборот. Мгновенное значение максимального катающего радиуса устанавливается суммой половины диаметра валка в катающем сечении с величиной эксцентриситета, а минимальное мгновенное значение катающего радиуса разностью этих же параметров. Периодическое изменение величины катающих радиусов в процессе периодической прокатки металла эксцентричными валками вызывает периодическое рассогласование окружных скоростей на контактных поверхностях с металлом. Амплитудные значения относительных деформаций углов сдвига в трехмерном объеме пластически деформируемого металла γ_XY, γ_YZ, γ_ZX определяются величиной соответствующих им значений абсолютных деформаций взаимного сдвига между слоями по ширине, высоте и длине раската, выдаваемого из эксцентричных валков. Относительные деформации углов сдвига в одной плоскости являются равными параметрами в тензоре деформаций γ_ZX=γ_XZ. Поэтому исходя из фиг.5 относительная деформация сдвига в вертикальной плоскости ZOX определяется соотношением горизонтального смещения верхних слоев раската относительно нижних к высоте раската h, а не к его длине.The industrial implementation of the method of periodic rolling in eccentric rolls can be carried out both on work rolls with a smooth barrel of FIGS. 1-7, and in rectangular box-shaped calibers of the rolls of FIGS. 8-11. In this case, the generatrix line from the rolling surfaces of the eccentric rolls can have an inclined, broken, sinusoidal and knee-shaped curved shape. With any shape of the generating lines, the eccentric rolls should ensure equality of the contact areas of the rolls with the metal along the maximum rolling radius and the minimum. The optimal number of elbows for eccentric rolls with a minimum amount of required eccentricity is three. The manufacture of such eccentric rolls of FIG. 7, FIG. 11 and FIG. 12 does not require large financial expenditures, since it is carried out with planned regrinding of rolling surfaces. At the same time, the efficiency of reducing energy costs for providing a periodic process of the rolling method in eccentric rolls is ensured not due to the large absolute value of the eccentricity, but due to the large number of bending knees forming along the contact surfaces with the metal, which increases the amount of plastic shear deformations in the volume of the metal processed by pressure. The absolute values of shear deformations along the rolling axis during synchronous rotation of the eccentric rolls are provided by the difference in the lengths of the contact arcs in the vertical plane S _{ZX of} FIG. 3, A ₁₁ K ₁₁ -A ₂₁ B _{21 of the} upper and lower rolls and in the horizontal plane S _{XU of} FIG. 4. the difference in the lengths of the arcs of the left and right parts of the roll in width A ₁₁ K ₁₁ -A ₁₂ B ₁₂ . The marked difference in the length of the contact arcs of the upper and lower rolls with the metal in the deformation zone during the synchronous rotation of the eccentric. rolls is provided by the periodic difference of the rolling radii R _K1 , R _K2 . With the synchronous rotation of the eccentric rolls around their O ₁₁ , O ₂₁ axes, the centers of the rolling sections displaced by the eccentricity e of FIG. 3 perform antiphase circular motions. In this case, the rolling radii in the cross sections of the eccentric rolls periodically change their values in the antiphase direction, from the maximum rolling radius R _MAX to the minimum value R _MIN and, accordingly, vice versa. The instantaneous value of the maximum rolling radius is set by the sum of half the diameter of the roll in the rolling section with the eccentricity, and the minimum instantaneous value of the rolling radius is the difference of the same parameters. A periodic change in the value of the rolling radii during the periodic rolling of metal by eccentric rolls causes a periodic mismatch of the peripheral speeds on the contact surfaces with the metal. The amplitude values of the relative deformations of the shear angles in the three-dimensional volume of the plastically deformable metal γ _XY , γ _YZ , and γ _{ZX are} determined by the magnitude of the corresponding values of the absolute mutual shear deformations between the layers along the width, height and length of the roll projected from the eccentric rolls. Relative strains of shear angles in one plane are equal parameters in the strain tensor γ _ZX = γ _XZ . Therefore, based on Fig. 5, the relative shear strain in the vertical plane of the ZOX is determined by the ratio of the horizontal displacement of the upper layers of the roll relative to the lower to the height of the roll h, and not to its length.

В соответствии с кинематической схемой поперечного сечения мгновенного очага деформации фиг.3 в период максимального рассогласования окружных скоростей между величиной угла сдвига γ_XZ и углом поворота верхнего валка В₁₁О₁₁К₁₁ устанавливается пропорциональная взаимосвязь в форме соотношения высоты раската h к величине максимального катающего радиуса верхнего эксцентричного валка R_К1(max). Такая взаимосвязь закономерна, поскольку оба угла являются центральными, опирающимися на дугу одинаковой величины. Мгновенную длину дуги В₁₁К₁₁ на верхнем эксцентричном валке фиг.3 в условиях отсутствия пробуксовок между контактной поверхностью валка и раскатом при незначительной величине опережения металла можно принять равной по величине абсолютной деформации сдвига верхних слоев раската относительно нижних вдоль оси прокатки В₁₁К=G₁G₂=S_XZ. При относительном равенстве длин дуг захвата металла А₁₁В₁₁=A₂₁B₂₁ в эксцентричных валках одинакового диаметра d₁=d₂ мгновенный катающий радиус верхнего валка - R_MAX имеет величину больше катающего радиуса нижнего валка - R_MIN ровно на два абсолютных значения эксцентриситета е. Синхронное вращение эксцентричных валков обеспечивает равенство углов поворота φ₁=φ₂. При этом центральный угол нижнего эксцентричного валка φ₂=A₂₁O₂₁B₂₁=α₂ получает мгновенное значение большей величины, чем аналогичный центральный угол верхнего эксцентричного валка φ₁=A₁₁O₁₁B₁₁. За счет этой разницы обеспечивается сдвигающая величина угла поворота верхнего эксцентричного валка В₁₁О₁₁К₁₁=α₂-α₁ и соответственно генерируется периодический импульс абсолютной сдвиговой деформации S_XZ вдоль оси прокатки между верхними нижними слоями раската, а также правыми и левыми. Соотношение абсолютной величины эксцентриситета валков е к диаметру катающего сечения валка d, определяемое диапазоном 0,002-0,040, позволяет получить соотношение между абсолютной деформацией сдвига S_XZ вдоль оси прокатки и высотой раската h, при котором обеспечивается величина относительной деформации угла сдвига между слоями раската γ_XZ в диапазоне 1°-20°. Это обусловлено отношением противолежащих катетов угла γ_XZ треугольника G₁U₁G₂ в распределении деформаций по высоте раската h, поскольку соотношение катета G₁₁G₂=S_XZ к катету G₁U₁=h является тангенсом угла γ_XZ. Поэтому необходимым и достаточным условием обеспечения процесса периодической прокатки изложенного способа является соответствие величины эксцентриситета валков установленному диапазону соотношения от среднего катающего диаметра валков: е=(0,002-0,040)d.In accordance with the kinematic cross-sectional diagram of the instantaneous deformation zone of FIG. 3, during the maximum mismatch of the peripheral speeds between the magnitude of the shear angle γ _XZ and the angle of rotation of the upper roll B ₁₁ O ₁₁ K ₁₁ , a proportional relationship is established in the form of the ratio of the height of the roll h to the maximum rolling radius top eccentric roll R _{K1 (max} ). This relationship is natural, since both angles are central, based on an arc of the same magnitude. The instantaneous arc length B ₁₁ K ₁₁ on the upper eccentric roll of FIG. 3 in the absence of slippage between the contact surface of the roll and the roll with a slight advance of metal can be taken equal to the absolute shear strain of the upper layers of the roll relative to the lower along the axis of rolling B ₁₁ K = G ₁ G ₂ = S _XZ . With relative equality of the lengths of the metal capture arcs A ₁₁ B ₁₁ = A ₂₁ B ₂₁ in eccentric rolls of the same diameter d ₁ = d _{2 the} instantaneous rolling radius of the upper roll - R _MAX has a value greater than the rolling radius of the lower roll - R _MIN exactly two absolute values of the eccentricity e. The synchronous rotation of the eccentric rolls ensures equality of rotation angles φ ₁ = φ ₂ . In this case, the central angle of the lower eccentric roll φ ₂ = A ₂₁ O ₂₁ B ₂₁ = α ₂ receives an instantaneous value of a larger value than the similar central angle of the upper eccentric roll φ ₁ = A ₁₁ O ₁₁ B ₁₁ . Due to this difference, a shift value of the angle of rotation of the upper eccentric roll B ₁₁ O ₁₁ K ₁₁ = α ₂ -α _{1 is} provided and, accordingly, a periodic impulse of absolute shear deformation S _{XZ is} generated along the rolling axis between the upper lower layers of the roll, as well as left and right. The ratio of the absolute value of the eccentricity of the rolls e to the diameter of the rolling section of the roll d, determined by the range 0.002-0.040, allows us to obtain the ratio between the absolute shear strain S _XZ along the rolling axis and the height of the roll h, at which the relative strain of the shear angle between the layers of the roll γ _XZ in range 1 ° -20 °. This is due to the ratio of opposite legs of the angle γ _{XZ of the} triangle G ₁ U ₁ G ₂ in the distribution of deformations along the height of the roll h, since the ratio of the leg G ₁₁ G ₂ = S _XZ to the leg G ₁ U ₁ = h is the tangent of the angle γ _XZ . Therefore, a necessary and sufficient condition for ensuring the process of periodic rolling of the above method is the correspondence of the eccentricity of the rolls to the established range of the ratio of the average rolling diameter of the rolls: e = (0.002-0.040) d.

При угловых деформациях сдвига между слоями раската более одного градуса начинается интенсификация процесса пластической деформации. Объемный характер периодических деформаций сдвига между слоями раската в трех взаимно перпендикулярных плоскостях позволяет практически повысить их воздействие на металл почти в три раза по сравнению с прототипом. Выравнивание средних значений окружных скоростей на контакте металла с верхним и нижним валками обеспечивает соответствующее выравнивание контактного давления металла на каждый из эксцентричных валков. В итоге интенсификация процесса прокатки обеспечивается объемными деформациями сдвига при относительно небольших величинах их амплитуд и с уменьшением в пять шесть раз энергетических затрат на генерацию периодических деформаций сдвига контактными поверхностями в сравнении с прототипом.With angular shear deformations between the layers of roll more than one degree, the intensification of the process of plastic deformation begins. The volumetric nature of the periodic shear deformations between the layers of roll in three mutually perpendicular planes can almost increase their effect on the metal almost three times in comparison with the prototype. The alignment of the average values of the peripheral speeds at the contact of the metal with the upper and lower rolls provides a corresponding alignment of the contact pressure of the metal on each of the eccentric rolls. As a result, the intensification of the rolling process is provided by volumetric shear deformations at relatively small magnitudes of their amplitudes and with a five to six times reduction in energy costs for generating periodic shear deformations by contact surfaces in comparison with the prototype.

Claims

The rolling method, including plastic deformation of the metal by the rolling surfaces of the eccentric rolls during synchronous rotation of the rolls, characterized in that the metal is deformed in the mode of periodically changing the rolling radius of the cross sections of the rolls along their rotation axes while maintaining a constant gap between the forming rolls in the roll exit plane, and the amount of eccentricity e of the rolls is then set according to the average value of the rolling diameter d of the rolls in the range: e = (0.002-0.040) d.