
Причины и предотвращение усадочной деформации стальной катушки
2025-08-22 11:30Причины и предотвращение усадочной деформации стальной катушки
Не изменяя внутреннего диаметра, совместимая катушка расширения и сжатия, комбинированный подход, включающий съемную внутреннюю опору в печи + теплоизоляцию концевой секции / контроль температуры выравнивания тепла + зонирование шероховатости поверхности (тонкое напыление покрытия h-БН в средней секции), позволяет стабильно снижать постоянную усадку средней секции примерно на 50–70 %, при этом значительно улучшая сохранение круглости.
1. Предыстория и проблема
Типичный случай: стальная катушка длиной 2350 мм удерживает концентрически намотанный алюминиевый рулон (шириной 1600 мм, массой проката около 15 т). После циклов нагрева/отжига внешний диаметр в средней части обычно становится меньше, чем на концах, и ухудшается округлость, что сокращает срок службы и влияет на качество.
2. Почему середина сжимается сильнее? (Ключевые механизмы)
· Более горячая и длинная середина: концы быстро рассеивают тепло, в то время как средняя часть дольше остается при высокой температуре, размягчая материал и делая его склонным к разрушению под действием сжатия.
·Несоответствие теплового расширения + трение → радиальное давление: алюминий расширяется больше, чем сталь; ограниченное скольжение вдавливает катушку внутрь, достигая пика вблизи середины пролета.
· Конструктивно более мягкий: свободный участок в середине пролета имеет наименьшую жесткость, подвергаясь ранней овализации и переходу от упругой деформации к необратимой усадке.
3. Быстрая самопроверка
·Твердость в средней части ниже, чем на концах.
·В условиях нагрева без нагрузки (без змеевика) усадка незначительна или существенно снижена.
·В атмосфере N₂ ситуация более серьезная (тонкая оксидная пленка, высокое трение, ограниченное скольжение).
·Внешний диаметр средней части уменьшается от цикла к циклу; концы меняются мало.
4. Общая стратегия (без изменения внутреннего диаметра)
Повышение жесткости | Контроль разницы температур | Уменьшить давление экструзии |
Съемная внутренняя опора, устанавливаемая в печи, улучшает устойчивость средней части к овализации | Торцевые изоляционные перегородки + равномерный нагрев/охлаждение секций, предотвращают длительный изолированный нагрев средней секции | Низкое трение в средней части, высокое на концах, использование микроскольжения для поглощения разницы теплового расширения. |
5. Практические возможности и параметры
5.1 Съемная внутренняя опора печи(Только для использования в печи, удалить после извлечения из печи.)
·Длина покрытия: покрытие ≥1600 мм + 50–100 мм на сторону (всего 1700–1800 мм).
· Натяжение и контактное давление: Радиальное расширение 0,2 – 0,5 мм; заданное контактное давление 5–10 МПа; биение ≤0,05 мм.
· Материал/Поверхность: Корпус из легированной стали: износостойкая поверхность + высокотемпературные твердые смазочные материалы (h-БН/МоС₂). Без катушек.
·Процесс использования: вставить/расширить перед нагревом → выдерживать при нагревании/замачивании/охлаждении → сбросить давление <150 °C и удалить.
· Ожидаемое снижение: ~40–70% (Повышенная стабильность с наложением контроля температуры/зонирования).
5.2 Концевая изоляция + равномерный контроль температуры (обязательно).
·Цели: аксиальная ΔT (сечение катушки - концевая часть) ≤30–40 °C; по толщине ΔT ≤40–60 °C.
·Метод испытания: Процедура: использовать керамические волокнистые плиты толщиной 25–50 мм с металлическими отражающими слоями на концевых участках; осуществлять нагрев/охлаждение со скоростью 2–4 ℃/мин; проводить период нагрева в течение 10–20 минут до достижения целевой температуры.
·Контроль: термопары конца/середины/конца; откорректировать, если ΔT превышает пределы.
· Ожидаемый диапазон снижения: примерно 15–30%.
5.3 Зонирование поверхности + тонкий слой h‑БН в середине пролета(Уменьшите пиковое значение давления выдавливания в средней части.)
·Средняя часть (ширина: 1200–1600 мм): Ра 12–15 мкм, Рпк≈2 мкм; тонкое покрытие h-БН толщиной 5–15 мкм (высокая чистота, термостойкость ссшшш900 ℃).
·Два конца (по 200–300 мм каждый): Ра 20–25 мкм, Рпк 3–4 мкм, обеспечивающие сцепление и предотвращающие общее проскальзывание.
· Борьба со скольжением: отдайте приоритет расширению высокой зоны Рпк или небольшому увеличению Ра на концах; поддерживайте низкое трение в середине
· Ожидаемое снижение: ~15–25% (более выражено в атмосфере N₂).
5.4 Дополнительное усовершенствование: внутренние/внешние роликоопоры/седла печи
·Два термостойких роликоопоры/седла могут быть установлены в зоне, не содержащей катушки, за пределами края катушки для распределения нагрузки, что снижает изгибающий момент в середине пролета и овализацию.
· Ожидаемое снижение ~10–20%.
5.5 Долгосрочная модернизация: (внутренний диаметр не изменился)
·Увеличение толщины стенки с 30 до 35 мм повышает стабильность и снижает скорость ползучести при высоких температурах; сочетать с 5.1–5.3.
·Необходимо оценить влияние увеличения веса и времени нагрева на продолжительность цикла и потребление энергии.
5.6 Фаза на машине: Оптимизация давления натяжения для растяжимых/сжимаемых катушек
· При условии обеспечения адекватных возможностей передачи крутящего момента, используйте минимально необходимое давление (коэффициент запаса прочности 1,3–1,5) для снижения внутреннего напряжения отверстия.
·Предложить калибровку крутящего момента-давления-проскальзывания для создания кривых производительности на месте.
6. План быстрого внедрения
Фаза | В течение 2 недель | 1–2 месяца | Долгосрочный |
Действия | Концевая изоляция + замачивание; поверхностное зонирование + h-БН; базовый уровень ΔT/ОД | Разработать и откалибровать съемную внутрипечную опору; при необходимости добавить внешние ролики | Оценить увеличение внешнего диаметра до 35–40 мм; формализовать стандартную операционную процедуру и приемку |
Цели | Уменьшение усадки в средней части ≥50%. | Цикл шлифования/замены увеличен в 1,5–2,5 раза. |
7. Основные моменты СОП
7.1 Съемная внутренняя опора печи
·Осмотр → Вставьте и выровняйте → Расширьте до заданного положения (≈6–8 МПа) → Удерживайте во время нагрева/выдержки/охлаждения → Сбросьте давление ниже 150 °C после охлаждения → Извлеките и осмотрите.
·Проверка каждые 100–200 ч; биение ≤0,05 мм.
7.2 Концевая изоляция и пропитка
Перегородки (керамическая волокнистая плита 25–50 мм + металлическая отражающая поверхность) надежно закреплены; нагрев/охлаждение 2–4 °C/мин; выдержка 10–20 мин; сигнализация ΔT для коррекции.
7.3 Зонирование поверхности&h‑БН
Середина: Ра 12–15 мкм, Рпк≈2 мкм + тонкое напыление h-БН, низкотемпературное отверждение; Концы: Ра 20–25 мкм, Рпк 3–4 мкм
8. Приемка и мониторинг
Аксиальное направление ΔT | ≤30–40 °С | Конечные/средние/конечные термопары, полная регистрация процесса |
направление толщины ΔT | ≤40–60 °С | Двухповерхностные или эквивалентные зонды |
Скорость усадки наружного диаметра в середине пролета | ≤0,05 мм/100 ч или на 100 циклов | Повторите трехточечные измерения внешнего диаметра |
Округлость(комнатная температура) | ≤0,2 мм | Измеритель круглости / КИМ / калибры |
Скольжение и поверхность | Никаких следов скольжения; неповрежденное покрытие h-БН в средней части | Визуальный + точечный контроль шероховатости поверхности (Рпк) |
Поддерживать
Электронная почта: Гуанвэй@gwspool.ком
Компания: ГВ Точность Технология Ко., ООО.
Каталог