Kontrola profilu i płaskości taśmy

× 105 (2.17)

2.6.3 Kontrola profilu i płaskości taśmy

Jak przedstawiono w poprzednim podrozdziale, utrata płaskości taśmy w wyniku walcowania jest bezpośrednio związana z wielkością i rozkładem wzdłużnych naprężeń, a podstawowym warunkiem do jej uniknięcia jest zapewnienie jednakowego wydłużenia na szerokości walcowanego pasma. Parametrem, który pozwala określić w jaki sposób odkształcać pasmo na jego szerokości, aby uzyskana taśma była płaska, jest względna zmiana profilu:

∆𝐶_𝑟 = 𝐶_𝑟0− 𝐶_𝑟1 (2.18)

gdzie: 𝐶_𝑟0, 𝐶_𝑟1 – względny profil pasma przed i po odkształceniu.

Badania przeprowadzone przez Shoheta i Townsenda wykazały, że w walcowanej taśmie nie wystąpi falistość, jeżeli względna zmiana profilu pasma w danym przepuście, przy danym stosunku szerokości do grubości wyjściowej, będzie utrzymana zgodnie z zależnością [47, 48]: −80 (^ℎ1 𝑏⁾ 1,86 < ∆𝐶_𝑟< 40 (^ℎ1 𝑏⁾ 1,86 (2.19)

Graficzną interpretację kryterium Shoheta i Townsenda przedstawiono na Rys. 2.14. Zgodnie z kryterium, aby uzyskać wyjściową taśmę płaską, konieczne jest utrzymanie względnej zmiany profilu pasma, w trakcie procesu walcowania, w obszarze pomiędzy krzywymi granicznymi. W przypadku, gdy względna zmiana profilu, przy danym stosunku szerokości do grubości wyjściowej, przekroczy graniczną wartość określoną czerwoną krzywą, wystąpi falistość brzegowa. Natomiast, gdy względna zmiana profilu przekroczy graniczną wartość opisaną niebieską krzywą, na taśmie pojawi się falistość środkowa. Z przedstawionego wykresu na Rys. 2.14 wynika również, że zależność pomiędzy względną zmianą profilu a płaskością taśmy jest tym silniejsza, im większy jest stosunek pomiędzy szerokością a grubością taśmy. Wynika stąd również, że warunkiem uzyskania taśmy

31

o wysokiej płaskości jest zapewnienie stałego gniotu względnego wzdłuż szerokości walcowanego pasma szczególnie w ostatnich przepustach, gdzie dopuszczalny zakres zmian profilu względnego jest niewielki.

Rys. 2.14. Graficzna interpretacja kryterium Shoheta i Townsenda [48].

W praktycznym zastosowaniu równanie (2.19) wykorzystywane jest do określenia dopuszczalnych zmian profilu względnego pasma w danym przepuście. Uzyskanie odpowiedniego profilu taśmy w danym przepuście jest możliwe poprzez regulację profilu szczeliny walcowniczej, dokonywanej w trakcie procesu walcowania.

W celu spełnienia wymagań jakościowych, dotyczących tolerancji wymiarowych i kształtu gotowej blachy, na przestrzeni ostatnich dekad opracowano i udoskonalono szereg systemów umożliwiających bezpośrednią kontrolę profilu i płaskości taśmy [49, 50]:

 Continuously Variable Crown (CVC),  Pair Cross (PC),

 High Crown (HC),  Universal Crown (UC),

 Universal Profile Control (UPC),  Nip-Forces Control (NIPCO),

 Variable Crown and Inflatable Crown (VC, IC),  Tapered Piston (TP).

Ogólna koncepcja wyżej wymienionych systemów jest oparta na wykorzystaniu najczęściej jednego z trzech sposobów oddziaływania na pasmo [7]:

32

 wzdłużnym przesuwaniu odpowiednio profilowanych walców roboczych lub oporowych pośrednich, jest to najczęściej połączone z przeginaniem walców roboczych,

 skośnym ustawieniu pary walców w płaszczyźnie poziomej: roboczych, oporowych lub obu par jednocześnie,

 hydraulicznym roztłaczaniu walców płaszczowych.

W walcowniach taśm na gorąco wykorzystywane są systemy PC, HC, UC i UPC, natomiast systemy NIPCO, VC, IC oraz TP są stosowane głównie w procesach walcowania taśm na zimno. Poniżej zostanie zaprezentowany system CVC, który jest stosowany zarówno w procesie walcowania taśm na gorąco, jak i na zimno.

Główna idea działania systemu CVC polega na zmianie profilu szczeliny walcowniczej poprzez osiowe przesuwanie odpowiednio wyprofilowanych walców roboczych, które szlifowane są na kształt litery „S”. Promień walców 𝑟_𝑎(𝑥) pracujących w systemie CVC opisany jest równaniem trzeciego stopnia, a jego współczynniki 𝑎_𝑤0− 𝑎_𝑤3 dobierane są podczas procesu projektowania walców w taki sposób, aby osiągnąć założone pole regulacji profilu szczeliny walcowniczej [51, 52]:

𝑟_𝑎(𝑥) = 𝑎_𝑤0+ 𝑎_𝑤1𝑥 + 𝑎_𝑤2𝑥2+ 𝑎_𝑤3𝑥2 (2.20)

gdzie: 𝑟_𝑎 – promień walca, 𝑥 – współrzędna w kierunku osi walca, 𝑎_𝑤0− 𝑎_𝑤3 – współczynniki.

W systemie CVC, w zależności od kierunku przesuwania walców otrzymuje się neutralny, wypukły lub wklęsły profil szczeliny walcowniczej [53]. Wzajemne ułożenie walców oraz przykłady regulacji profilu szczeliny walcowniczej pokazano na Rys. 2.15.

Rys. 2.15. Regulacja profilu szczeliny walcowniczej w systemie CVC: a) profil neutralny, b) profil wypukły, c) profil wklęsły [53].

System regulacji profilu i płaskości CVC współpracuje z systemem przeginania walców, który służy do zmiany parabolicznego konturu szczeliny walcowniczej. Działanie

33

tego systemu polega na przyłożeniu dodatkowych obciążeń do czopów walca, powodujących zmianę ugięcia beczki walców [54]. Dodatnie oddziaływanie sił przeginania walców powoduje zwiększenie wypukłego profilu beczki walców oraz wklęsłego profilu szczeliny walcowniczej (Rys. 2.16). Stwarza to dodatkowe możliwości w sterowaniu profilem i płaskością taśmy. System przeginania walców działa w trybie on-line. Oznacza to, że jego ustawienia mogą być szybko zmieniane w trakcie obciążenia, celem uzyskania odpowiedniego profilu mieszczącego się w założonych tolerancjach wymiarowych oraz optymalnej płaskości.

Rys. 2.16. Schemat systemu przeginania walców [54].

W praktycznym zastosowaniu, działanie systemów CVC i przeginania walców polega na wstępnym ustawieniu ich parametrów na podstawie danych dotyczących schematu walcowania w postaci grubości i szerokości taśmy w poszczególnych klatkach, prognozowanych sił walcowania, a także żądanego profilu taśmy. Do komputera sterującego przesyłana jest także charakterystyka profilu termicznego, mechanicznego oraz zużycia walców. W trakcie walcowania realizowana jest korekta profilu szczeliny walcowniczej w poszczególnych klatkach walcowniczych, która dokonywana jest na podstawie różnicy pomiędzy siłą zmierzoną a obliczoną. System kontroli profilu i płaskości jest sprzężony z systemem kontroli grubości pasma, co zapewnia, że zmiany siły przeginania lub pozycji walców CVC nie doprowadzą do przekroczenia tolerancji grubości taśmy.

Podsumowując podane wyżej informacje, można wnioskować, że systemy kontroli profilu i płaskości taśmy skutecznie zapobiegają pojawieniu się falistości na etapie walcowania. Natomiast, następne etapy technologii, związane z chłodzeniem pasma powodują nierównomierny rozkład temperatury i mogą skutkować powstawaniem cieplnych naprężeń własnych i związanej z nimi falistości. Problem modelowania cieplnych naprężeń

34

własnych jest dodatkowo skomplikowany przez możliwość zajścia przemian fazowych podczas chłodzenia.

2.7 Modelowanie naprężeń własnych podczas chłodzenia po walcowaniu