Laboratoře určené k optimalizačním simulacím válcování plechů a pásů jsou vybaveny zejména válcovací tratí Tandem, válcovacími stolicemi K350 a Q110, ohřívacími a žíhacími pecemi i termovizní technikou.
Válcovací trať Tandem
je vybavena dvěma reverzními stolicemi typu duo a je určená přednostně k modelovému tváření plochých vývalků za tepla. Její předností je možnost tvářet poměrně velkými (sdruženými) úběry a značnými tvářecími rychlostmi (řádově i přes 100 s-1). Spolu s ohřívacími pecemi na obou koncích tratě napodobuje mj. dvoustolicovou trať typu Steckel pro válcování pásu za tepla.
Schéma laboratorní válcovny Tandem
Parametry tratě Tandem:
- celková délka tratě včetně válečkových dopravníků 4,6 m
- vzdálenost os válců obou stolic 630 mm
- jmenovité průměry pracovních válců cca 158 mm,
- délka těla válců 150 mm,
- stavění horních válců dvěma elektromotory (inkrementálních snímače měří nastavení s přesností 0,01 mm),
- každá stolice poháněna samostatně stejnosměrným motorem (17 kW),
- rychlost otáčení válců plynule regulovatelná v rozsahu 1 až cca 900 ot/min,
- reverzace otáčení válců za plného chodu do 1 sekundy,
- výstupní rychlost provalku ve výjimečných případech až 7,5 m/s.
Trať je ovládána z řídicího pultu nebo (častěji) pracuje automaticky za pomoci průmyslového počítače se 3 měřicími kartami a speciálního software vyvinutého pod grafickým programovacím prostředím LabVIEW. Řízení typu off-line zajišťuje stavění válců, jejich otáčení zadanou rychlostí v požadovaném směru, činnost válečkových dopravníků a případný opakovaný ostřik provalku vodou. Program registruje krouticí momenty na všech čtyřech vřetenech, síly působící na všechny čtyři stavěcí šrouby (smykové snímače 250 kN), polohu horních válců, rychlost jejich otáčení před úběrem i v jeho průběhu a povrchovou teplotu provalku, měřenou teplotními skenery (300 až 1400 °C) a přenosnými pyrometry. Počítačové zpracování naměřených dat umožňuje výpočty středních.
Všechny tři úseky válečkového dopravníku jsou poháněny samostatnými motory. Lze proto válcovat na obou stolicích průběžně, případně pouze na jedné ze stolic vratným způsobem při využití jedné dopravníkové sekce jako by-passu (řízené válcování). Trať je vybavena jednoduchým kalicím zařízením, umožňující fixaci struktury za cca 0,4 s po posledním úběru. Ostřik provalku chladicí vodou se realizuje pomocí čtyř štěrbinových trysek s tlakově regulovatelným dávkováním média a s možností vertikálního polohování trysek nad i pod speciálně upraveným úsekem dopravníku (rychlost dopravníku regulovatelná v rozsahu 0,1 – 1,0 m/s, řízené ochlazování provalku rychlostí až 40 °C/s). Trať byla vybavena elektrickými profilovými nůžkami, díky nimž je možno velmi operativně dělit horké válcované polotovary o tloušťce až 10 mm.
Pro předehřev, mezioperační ohřev či tepelné zpracování vzorků slouží 6 laboratorních elektrických odporových pecí různých parametrů. Při simulaci přímého válcování se ve vakuové indukční peci přetavují a odlévají ocelové bramky tloušťky asi 20 mm (hmotnost do 1 kg) - po vyrovnání jejich teploty v další peci pak následuje tváření licí struktury, která neprošla fázovými transformacemi.
Válcovací stolice K350
Je tzv. modifikovaná válcovací stolice v geometrické podobnosti 1:15 ke kvartu 3,5 m ve společnosti VÍTKOVICE STEEL, a.s. Používá se především k vratnému tváření rozměrnějších plochých vývalků za tepla. Stolici lze operativně přestavět na konfiguraci duo, kdy se opěrné válce používají jako pracovní.
Válcovací stolice K350
Parametry:
- jmenovitý průměr pracovního válce 67 mm,
- jmenovitý průměr opěrného válce 140 mm,
- délka těla válců 350 mm,
- motorické stavění válců (lineární měření nastavení s přesností 0,01 mm),
- pohon pracovních válců stejnosměrným motorem (17 kW),
- maximální rychlost otáčení pracovních válců 140 ot/min.
Tenzometrickými čidly jsou měřeny a počítačově registrovány síly působící na oba stavěcí šrouby (160 kN), krouticí momenty na vřetenech, axiální síly na horním opěrném válci (25 kN) i horním pracovním válci (30 kN).
Válcovací stolice umožňuje zkoumat vliv mimoběžně uložených válců na tvar vývalku. Mimoběžnost hodnocená středovým úhlem v horizontální rovině může být nastavena na 0.5°, 1.0°, 1.5° a 2.5°.
Varianty vzájemné polohy válců:
- válce pracovní i opěrné s navzájem rovnoběžnými osami (základní postavení),
- opěrné válce s mimoběžnými osami, pracovní s osami rovnoběžnými,
- opěrné válce s rovnoběžnými osami, pracovní s osami mimoběžnými,
- horní skupina válců i spodní skupina válců s osami navzájem rovnoběžnými, skupiny oproti sobě v mimoběžnosti,
- všechny válce navzájem mimoběžné.
Úpravy systému stavění válců a elektrického zapojení daly předpoklad pro plně automatizované řízení této stolice analogicky, jako tomu je již v případě obou stolic válcovací tratě Tandem. V současnosti je tedy počítačově řízena výška válcovací mezery, rychlost a směr válcování i v případě víceúběrových režimů tváření. Řídicí program umožňuje efektivní válcování na hladkých válcích i v jednoduchých skříňových kalibrech.
Válcovací stolice Q110
Je typu kvarto, bezstojanová, předepjatá prostřednictvím 4 hydraulických matic. Byla projektována pro válcování za studena i velmi tenkých pásků z vysoce pevných materiálů. Stavění válců zatím ruční s měřením lineárním snímačem (přesnost 0,001 mm), po záběhové fázi se plánuje zařazení hydraulického stavění s on-line regulací výšky válcovací mezery během průchodu.
Parametry:
- jmenovitý průměr pracovního válce 62 mm,
- jmenovitý průměr opěrného válce 150 mm,
- délka těla válců 110 mm,
- pohon pracovních válců dvěma samostatnými střídavými motory s převodovkami NORD (instalovaný příkon 1,6 kW),
- konstantní válcovací rychlost cca 0,1 m/s.
Válcovací stolice Q110
Počítačový program registruje krouticí momenty na obou vřetenech, válcovací sílu pod tlakovým šroubem (smykový snímač 150 kN), výšku válcovací mezery a 8 dalších parametrů spojených s předepjetím stolice. Především při válcování za studena se využívá ucelená sada digitálních měřidel (určování tloušťky provalků).