Технічні науки / Металургія

Усенко Ю.І., Іванов В.І., Лукошнніков І.Є., Печеннікова В.М.

Моісейко Ю.В.

Національна металургійна академія України,

Запорізька державна інженерна академія

ПРО ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИЙ МЕТОД ОБРОБКИ ПОВЕРХНІ ВАЛКІВ СТАНІВ ХОЛОДНОЇ ПРОКАТКИ

Стан поверхні сталевої холоднокатаної штаби, значення та рівномірність шорсткості є найважливішими якісними показниками, які суттєво впливають на зовнішній вигляд штаби, а також міцність захисних покриттів.

Кращих властивостей за інших рівних умов набуває метал, мікрогеометрія поверхні якого характеризується наявністю хаотично розташованих, але рівномірно розподілених за її різними ділянками мікрозападинами та мікровиступами, що мають задану висоту. В свою чергу, мікрогеометрія поверхні сталевої штаби після холодної прокатки залежить від стану мікропрофілю робочої поверхні прокатних валків.

Нанесення на робочу поверхню валків мікрорельєфу із заданими параметрами шорсткості, як правило, здійснюють різними механічними методами.

В останній час набувають широкого поширення нові методи обробки поверхні металу, зокрема ультразвуковий та електророзрядний.

Електророзрядний метод обробки слід віднести до найбільш перспективних через наявність інженерного управління й екологічної чистоти, а також високу продуктивність процесу, відносну дешевизну обладнання та простоту його обслуговування.

Суть методу полягає у змінюванні шорсткості та властивостей поверхневого шару металу за допомогою імпульсних електричних розрядів, що протікають у робочій діелектричній рідині, яка заповнює простір між електродом-інструментом (анодом) та оброблюваною деталлю (катодом). Формування поверхневого шару металу, що обробляють, відбувається за впливом високої температури, яка розвиваються у зоні дії імпульсних електричних розрядів під час використання генератора електричних імпульсів, створюючих значну концентрацію енергії.

Авторами виконано комплекс експериментів, спрямованих на вивчення можливості використання електророзрядної обробки для нанесення мікрорельєфу із заданим рівнем шорсткості на робочу поверхню литих валків станів холодної прокатки сталевої штаби.

Експерименти проводили на стенді, що дозволяє успішно моделювати даний процес стосовно обробки робочих валків прокатних станів. Варіювали значення робочої напруги, яку підводили до електроду-інструменту (у діапазоні від 40 до 300  В), частоту проходження електричних розрядів (від 50 до 450 кГц), а також швидкість обертання виробів (від 30 до 300 хвил^-1).

Під дією серії високочастотних імпульсних розрядів на робочу поверхню валку наносили мікропоглиблення, які формою наближаються до кульових сегментів і, накладаючись один на одного, формують матовий високорозвинутий мікрорельєф, що характеризує шорсткість оброблюваної поверхні.

Під час електророзрядної обробки, разом з утворенням шорсткої робочої поверхні прокатних валків, відбувається значне зміцнення її тонкого поверхневого шару. Це сягається шляхом легування оброблюваного матеріалу, як продуктами випаровування електродів-інструментів, так і піролізу діелектричної рідини, а також високошвидкісного гарту мікроскопічних об'ємів металу, що розташовуються в зоні дії електричного розряду.

Результати проведених досліджень дозволили розробити та виготовити (за умов дослідного заводу НМетАУ) конструкцію універсального багатомісного верстата для електророзрядної обробки за імпульсним режимом робочої поверхні валків станів холодної прокатки штабового металу.

Верстат містить рухому станину, на якій змонтовано роликові опори для закріплення прокатних валків, ванну з робочою рідиною, двигун приводу обертання оброблюваних валків, генератор імпульсів постійного струму та систему електродних касет з вільно розміщуваними електродами-інструментами (мідними пластинами).

Велика щільність проходження розрядів (50…100 на см²) і рівномірність їх розміщення за всією площею контакту електродів-інструментів і робочої поверхні прокатних валків дозволяють формувати на ній рівномірний мікрорельєф із заданими параметрами шорсткості.

Формування імпульсів струму, що надходять до електродів-інструментів верстата й оброблюваної поверхні валків прокатних станів, здійснюють за допомогою генератора імпульсів, виготовленого за класичною RC-схемою. Під час зарядження накопичувального конденсатора від джерела постійного струму напругою 100…200 В, що здійснюють через резистор, який обмежує струм, спостерігається підвищення напруги на його обкладаннях, а також напруги проміжку між електродом-інструментом та оброблюваною поверхнею валку, підключеного паралельно до конденсатора. За напруги певної величини енергія, що запасена у накопичувальному конденсаторі, виділяється у вигляді короткого розряду великої потужності, що спричинює появу мікропоглиблень на оброблюваній поверхні. Під час розрядження конденсатора напруга проміжку між електродом-інструментом та оброблюваною поверхнею валку зменшується до величини, за якої розряд не може підтримуватися. Різко зростає опір міжелектродного проміжку, швидко знижується значення струму та його протікання припиняється. Відновлення діелектричних властивостей даного проміжку характеризується зарядкою накопичувального конденсатора. Такий процес повторюють із частотою, залежною від параметрів схеми, відстані між електродами та якості рідкого діелектрика.

Глибину мікрозападин і діаметр лунок, що одержують на верстатах, регулюють змінюванням енергії електричного розряду. Незалежно від твердості поверхні оброблюваного металу електророзрядна обробка дозволяє змінювати рівень її шорсткості у широкому діапазоні та забезпечити високий опір зношуванню поверхні робочих валків станів холодної прокатки.

Верстати даної серії є простими у виготовленні, компактними, економічними та працюють у автоматичному режимі за програмою від ЕОМ і не потребують втручання обслуговуючого персоналу.

Під час удосконалення конструкції верстатів даного типу здійснили заміну RC-генератора імпульсів електричного струму новим генератором, до зарядного та розрядного кіл якого введено управляючих тиристори, що дозволило повністю використовувати енергію накопичувальних конденсаторів і створювати електричні імпульси малої потужності з великою частотою проходження.