Исследование влияния точности прокатки заготовок на производство корпусов банок под напитки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.771.22/621.983.3.91

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОЧНОСТИ ПРОКАТКИ ЗАГОТОВОК НА ПРОИЗВОДСТВО КОРПУСОВ БАНОК ПОД НАПИТКИ

© 2011 Е.В. Арышенский1, А.М. Оводенко2, В.Г. Колобов2, Э.Д Беглов2

1 Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет) 2 ЗАО «Алкоа СМЗ», г. Самара

Поступила в редакцию 14.12.2011

В статье исследовано влияние продольной и поперечной разнотолшинности алюминиевого листа на разновысотность банок. Установлены геометрические параметры листа позволяющие произвести вытяжку банки без брака по разновысотности.

Ключевые слова: разнотолшинность, разновысотность, геометрические параметры

Изготовление корпусов банок под напитки из алюминиевого сплава 3104 включает последовательность операций штамповки, вытяжки с утонением и обрезки. Операции производятся на высокоскоростных автоматизированных поточных линиях - отсюда высокие требования к прокатанной заготовке. Часто эти требования являются предметом противоречий заказчика и изготовителя листовой заготовки [1]. Нами сделана попытка найти обоснованный подход к определению требований к точности заготовки.

Два основных требования к геометрической форме листовой заготовки под штамповку - это разнотолщинность и планшетность. Разнотолщин-ность при изготовлении корпусов банок под напитки проявляется как различие по высоте корпусов банок. После вытяжки с утонением корпуса банок обрезаются при этом величина обреза должна лежать в определенных пределах (например, от 4 до 6 мм). На диаграмме (рис. 1) показана зависимость величины обрезаемой части банки от толщины заготовки. Очевидно, что приемлемый рез будет получен в том случае, если вся разнотолщинность укладывается в пределы ± 3 мкм.

На рис. 2 показана диаграмма отклонения толщины на оси проката холоднокатаной полосы окончательного размера. Достигнутая точность регулирования составляет +- 2 мкм. Это отклонение лежит в пределах допуска, определенного для разновысотности банок.

Арышенский Евгений Владимирович, кандидат технических наук, ассистент кафедры обработка металлов давлением. E-mail: [email protected]

Оводенко Алексей Максимович директор прокатного производства. E-mail: [email protected] Колобов Владимир Генадьевич, руководитель группы прокатки. E-mail: [email protected] Беглов Эркин Джадатович, кандидат технических наук, ведущий инженер прокатного производства. E-mail: [email protected]

Точность достигается работой системы регулирования стана холодной прокатки. Регулирование толщины производится двумя подсистемами: регулятором толщины на основе поддержания материального потока и системой компенсации эксцентриситета опорных валков. Потоковая система регулирования полностью компенсирует возмущения вызванные отклонениями толщины и вариацией механических свойств горячекатаной заготовки. Эта система так же компенсирует изменение толщины из-за разогрева валков стана. Результат работы потоковой системы - полоса, толщина которой колеблется вокруг заданного значения. При анализе разнотолщинность часто подразделяют на продольную и поперечную.

Продольная разнотолщинность начинает проявляться на стадии горячей прокатки. На рис. 3 показано частотное распределение составляющих разнотолщинности полосе из сплава 3104 на выходе из стана горячей прокатки. Из графика видно, что на частоте 0,7 Ш наблюдается пик в 0,35 микрон. Этот пик вызван эксцентриситетом рабочего валка последней клети стана горячей прокатки. Рассмотрим, что происходит с этим отклонением при последующей холодной прокатке.

Как видно из графика (рис. 4) максимальные отклонения толщины составляют 1,75 микрон, что является приемлемым. Это отклонение вызывает биение опорного валка на второй клети стана холодной прокатки. В тоже время, как видно из графика, отклонение, вызванное горячей прокаткой, сглаживается. Анализ других полос и опрос показывает, что сглаживание во время холодной прокатки поперечных отклонений по толщине приобретенных в результате прокатки горячей прокаткой происходит практически на всех полосах. Однако необходимо отметить, что иногда амплитуда этих колебаний может достигать величины в 7 микрон, а диапазон частот 0.5 ... 6 Гц. Как

ы

о

мм

_—п м иным а акснм льный агпны и 1ч-

й ре з i¿

о

о

^ U

->

—ft-

Т -5-4-3-2-10 1 2 3 4 5

ь

Отклонение толщины от номинала мм

Рис. 1. Влияние разнотолщинности на высоту корпусов банок под напитки из сплава 3104

Достигнутая точность регулирования толщины

о 5 -|

т т А -

К о А

л л ■j 3

о Щ 1 -

н и о

е н -1 -

н ы i ■

и ■з -

е м м л - -S -1

til

. i

шшит

IU

| * !| |'|Ч I' \( i,rr"!f; V

I I

21100 ЗИЮ 4UUU SOOO BUUU 7DOO 8ИОО ЭООО

Длинна полосы мм

Рис. 2. Точность регулирования, достигнутая при прокатке 3104

Рис. 3. Анализ Фурье для полосы после горячей прокатки (ось абсцисс - частоты, ось ординат - амплитуды в м)

Рис. 4. Анализ Фурье для полосы после холодной прокатки (ось абсцисс - частоты, ось ординат - амплитуды в м)

уже отмечалось выше, такие пики появляются в результате отклонения от эксцентриситета рабочих и опорных валков. Эти отклонения объясняются не точностью сборки и шлифовки валков. Есть два способа борьбы с этим явлением. Во-пер-

вых, это повышенное внимание к подготовке поверхности и сборки валков а во вторых применение специальных систем компенсации эксцентриситета которые описаны ниже.

Система компенсации эксцентриситета от-

,0.0625-

и.аши-

0ЖТ5-

0Л325-0:0500-

0;0450-О.Ш'ч -

Рис. 5. Работа системы компенсации эксцентриситета

слеживает колебания межклетевого натяжения раскладывает сигнал в частотный спектр, выделяет частоты, соответствующие опорному валку клети, и выдает сигнал, составленный из гармоник колебаний, вызванных эксцентриситетом, на регулятор положения. При этом сигнал выдается в противофазе к исходному сигналу эксцентриситета, чем достигается его компенсация. На диаграммах, снятых при прокатке на стане, рис. 5, видно как сигнал эксцентриситета практически полностью повторяет положение валков.

Отклонения толщины от задания по центру полосы - продольная ранотолщинность - не единственная причина отклонений толщины. Два других фактора, которые надо учитывать -это отклонения от номинала из-за разброса химического состава в пределах допуска на сплав и поперечная разнотолщинность.

Рис. (6. а) показывает влияние химического состава. Из-за неизбежных вариаций химического состава слитков данного сплава проницаемость материала для рентгеновских лучей меняется. Если содержание "тяжелых" элементов высоко, то проницаемость уменьшается, рентгеновские лучи ослаблены более значительно, кажущаяся толщина больше фактической, регулятор толщины действует таким образом, что кажущаяся толщина совпадает с заданием, результат - более тонкая полоса. При отклонении в "легкую" сторону ситуация меняется на обратную (см. рис 6 б.). Розовая кривая на графике показывает величину отклонения в зависимости от суммарного содержания элементов с большим, чем у алюминия, атомным весом, диапазон отклонений около 1 мкм. На практике производится коррекция по химическому составу, синяя кривая показывает, что данное мероприятие снижает влияние химического состава, но

срад-иэ акгтнэ+тоггц«

при используемом методе остается смещение около 0.4 мкм, оно также видно на гистограмме распределения толщин.

Поперечная разнотолщинность, рис. 7, вносит отклонение до 2 мкм и может быть подразделена на симметричную часть и клиновидность.

Клиновидность связана, главным образом, с настройкой оборудования (параллельность валков) и отчасти с работой системы охлаждения. На рис. 7 показана кривая распределения натяжений на выходе стана холодной прокатки (кривая планшетности), измеренная стрессометри-ческим роликом и измеренные профили горячекатаной и холоднокатаной полосы. Профили горячекатаной заготовки и холоднокатаной полосы практически совпадают. Края холоднокатаной полосы обжаты немного сильней, что проявляется в виде менее натянутых краев полосы. Виден также краевой эффект, выраженный тем, что зоны на краю несколько сильней натянуты по сравнению с соседними, хотя натяжение во всех краевых зонах остается ниже среднего по ширине. Такой характер профиля и планшетно-сти создается оператором целенаправленно, для обеспечения устойчивости к обрывам полосы. Сказанное свидетельствует о том, что слишком большая разнотолщинность горячекатаной заготовки не может быть исправлена при холодной прокатке.

ВЫВОДЫ

Диапазон суммарных отклонений толщин полос из-за продольной и поперечной разнотол-щинности не должен превышать ± 3мкм.

Анализ составляющих отклонения толщины показывает, что для снижения продольной раз-нотолщинности необходимо совершенствование

Ощне ресгредгаиякхирть 1г|иувгеицш|11 го

ХШСОСТЕВу

146 148 15 152 151 156 158 16 162 -6 -5 4-3 5-1 0 1 2 3 4 5 6 1р1Эт''|ян€Пз1<'';г»в1шГЛт1РеН1нО- оитниепэтпдмз мм

а) б)

Рис. 6. Влияние отклонений химического состава на вариации толщин от полосы к полосе

600 800 1000 координата по ширине, мм Рис. 7. Поперечная разнотолщинность полос 3104 0.26 х 1450 мм

шлифовки и сборки опорных валков и более точный учет химического состава.

Для снижения клиновидности профиля необходимо улучшение настройки валков на параллельность, точность центрирования полосы на стане холодной и горячей прокатки. Эти мероприятия относятся к совершенствованию оборудования и информационного обеспечения процесса.

Симметричная составляющая поперечной разнотолщинности, достигающая 2 мкм и приносящая значительные трудности производителям банок, может снижена не только совершенствованием процесса деформации листа, но и

другими методами. Как было показано, определяющим является получение заданного горячекатаного профиля. Экстенсивные методы, связанные с уменьшением единичных обжатий для поддержания невысокого и постоянного процента поперечной разнотолщинности на всех этапах деформации, заготовки не дают решения при необходимости производства в больших объемах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Alluminum alloys for packaging. II Edited by J.G. Morris, S.K. Das and H.S.Goodrich. The minerals Metals & Vaterials society, 1996. Pp. 1-17.

RESEARCHING INFLUENTS TOLERANT ROLLING BLANK TO HOLD FORMING BEVERAGE CAN

© 2011 E.V. Aryshenskij1, A.M. Ovodenko2, V.G. Kolobov2, E.D. Beglov2

1 Samara State Aerospace University named after Academician S.P. Korolev (National Research University) 2Joint-Stock Company "Alcoa SMZ", Samara

In article is researching influence lengthwise and cross-section diferent thickness aluminum sheet on diferent height beverage banks. Also is finding geometrical parameters of sheet allowing witch to make beverage banks without diferent height defect.

Key words: diferent thickness, diferent height, geometrical parameters

Evgenie Aryshenskij, Candidate of Technics, Assistant Lecturer at the Metal Working Department. E-mail: [email protected]

Aleksey Ovodenko, Director of Rolling Division.

E-mail: [email protected]

Vladimir Kolobov, Supervisor-Rolling Grup.

E-mail:[email protected]

Erkin Beglov, Candidate of Technics, Leading Engineer.

E-mail: [email protected]