4. Основные расчетные параметры процесса прокатки

Коэффициенты деформации металла при прокатке

Пластическая деформация металла при продольной прокатке осущест­вляется при прохождении металла через зону деформации валков, вра­щающихся в противоположных направлениях (рис. 1.22).

Для упрощения прокатываемый металл будем в дальнейшем назы­вать полосой независимо от того, какова форма его поперечного сече­

ния. Ввиду того, что толщина полосы и участок А В зоны деформации обычно значительно меньше ширины полосы, при обжатии полосы по толщине металл течет главным образом в направлении ее длины (а не ширины), т. е. в направлении наименьшего сопротивления, и поэтому в большинстве случаев прокатки уширение сравнению с ее удлинением.

полосы незначительно по

(1.43)

Степень деформации металла при прокатке характеризуется двумя основными коэффициента­ми:

относительным обжатием е, т. е. отношением абсолютного обжатия A/z = /i₀ — hi к исходной толщине полосы h_Q:

г = ДЛ/Л₀ - (h₀ — hjlho = v₀

= ] —hJho\ (142)

вытяжкой X, т. е. отношением длины полосы после прокатки 1[ к ее исходной длине 1₀:

Вследствие того, что при про­катке сечение полосы уменьшает­ся главным образом за счет ее удлинения, вытяжка всегда боль­ше единицы (обычно Я=1,2ч-2,0 и более).

Если обозначить сечения по­лосы до прокатки через Fo—hobo, а после прокатки через F\=h\b\ и соответственно объемы металла через Vo и V\_y то можно составить следующие соотношения:

уравнение постоянства объема (так как можно счи­тать, что при пластической де­формации объем металла не из­меняется V'₀ = V,):

VJV, = (MoWMi W =

Я =

				1
Г
		К\\\ч		1

Рис. 1.22. Схема прокатки металла в валках

=(*0«/<ЛУ= 1; (1.44)

уравнения для определения вытяжки согласно формулам (1.43) и (1.44)

FJF_X = ljl₀ = Я. (1.45)

Таким образом, вытяжка равна отношению площадей поперечных сечений полосы до прокатки и после.

Если прокатку полосы выполняют за несколько пропусков, то вы­тяжки (общая и в каждом пропуске) равны

Fp F₀ F i F_z Fji—i ill \ \ⁿ \

'T~~ — — ~ Г^- •• • — ^Л1 2 ^Л3--- ^Nn — ^Лср — ^Л0.

F_n F1 F_z F_a F_n

за все проходы; п — число

(1.46)

где Я_Ср, Яо — средняя и общая вытяжки пропусков металла через валки.

Таким образом, средняя вытяжка

Ьс»= VPJFn°=V к

Величины средних вытяжек за пропуск для различных случаев про­катки известны из практических данных (например, при прокатке блюмов и заготовок Л= 1,2-4-1,3 итГД.), поэтому в тех случаях, когда требуется определить число пропусков, необходимых для прокатки полосы сечением F₀ в полосу сечением F_n, формулу (1.46) преобразу­ют следующим образом:

п = (In F₀ — In F_n)/ln X_cp = (lg F₀ — Ig F„)/lg Я_ср. (1.47)

Во многих практических случаях уширением металла при прокатке можно пренебречь, т. е. можно принять, что b_Q=b\ (прокатка широких тонких полос); тогда из уравнения (1.45) получим

X = 1_г/1₀ — h₀ bjh]_ Ь_г т h₀/h_ly (1-48)

т. е. вытяжка равна отношению толщины полосы до прокатки к ее тол­щине после прокатки.

Из уравнений (1.42) и (1.48) следует, что относительное обжатие е и вытяжка % связаны определенной зависимостью. Так как h\ = = ^0(1—р)> то получим (при отсутствии уширения)

X = 1/(1 —_е) (1.49)

и 8=1 — 1/Я. (1.50)

Таким образом, если известна величина обжатия, можно легко под­считать вытяжку, и наоборот.

При обжатии в 50 % (s = 0,50) вытяжка равна 2; при прокатке с большими обжатиями (так называемыми «сверхобжатиями») вытяжка резко увеличивается и, например, при е = 0,90 вытяжка Я = 10, т. е. длина полосы увеличится в десять раз.

Угол захвата металла валками

Пространство, ограниченное сверху и снизу дугами захвата валков ЛВ (см. рис. 1.22), боковыми гранями полосы и плоскостями входа и выхо­да металла, называется областью или зоной деформации металла.

Из треугольников ЛВС и АСО следует, что ВС —ВО — СО = =Н—R cos rx=Ji (1—cos а). Так как BC=(h_Q—h\) /2=АН/2, то полу­чим следующую формулу:

cos а — 1 — Ah/D, (1.51)

выражающую зависимость между углом захвата а, обжатием Дh и диаметром валков D.

При небольших углах захвата (а<10-И5°) можно принять, что sin а = а, т. е.

1. — cos а = 2sin² (а/2) » 2(а/2)² = а²/2.

Тогда формула (1.51) для определения угла захвата по заданному обжатию будет иметь более простой вид:

a^VWR. (1.52)

Из формулы (1.51) следует, что чем больше абсолютное обжатие при данном диаметре валков, тем меньше cos а, т. е. тем больше угол захвата а. Наоборот, одно и то же абсолютное обжатие Л/г можно по­лучить на валках меньшего диаметра с большим углом захвата или на валках большего диаметра, но с меньшим углом захвата (рис. 1.23).

Процесс прокатки обеспечивается трением, возникающим между поверхностями валков и металла, поэтому в данном процессе силы трения являются необходимыми.

Приведем два примера, определяющих значение и величину сил трения при прокатке: рассмотрим момент захвата металла валками и установившийся процесс прокатки.

Предположим, что полоса своей передней гранью соприкасается с образующими вращающихся валков в точках А и А' (рис. 1.24). В мо­мент захвата металла валками со стороны каждого валка на металл

действуют две силы: нормальная (радиальная) N и касательная (тан­генциальная) Т. При относительном движении двух тел возникающая сила трения равна нормальной силе, умноженной на коэффициент тре­ния по плоскости скольжения, т. е. T=N\i, откуда

TIN = [А. (1.53)

Предположим, что полоса тем или иным способом (например роль­гангом) подается к валкам и в углах полосы, соприкасающихся с вал­ками, образуются небольшие площадки смятия. Если не учитывать возникающих в момент захвата сил инерции, то для того, чтобы про­изошел захват металла валками (втягивание металла в зев валков),

Nslncc

Рнс. 1.23. Зависимость угла захвата, длины Рис. 1.24. Силы, действующие от валков на контакта и давления на валки от диаметра металл в момент захвата его валками валков при одном и том же обжатии

необходимо, чтобы горизонтальные проекции сил Т (втягивающие си­лы) были больше горизонтальных проекций сил N (выталкивающих сил), т. е. необходимо соблюдение условия 27cos а>2 Nsin а.

Таким образом, равнодействующая Р должна быть направлена от вертикали в сторону движения металла в зону деформации.

Подставляя значение силы трения по формуле (1.53) получим

N[i cos а > Nsin а, откуда p,>tga^a или

a < |х. (1.54)

Это выражение называется условием захвата металла валками при прокатке и формулируется так: для того, чтобы валки захватили металл, необходимо, чтобы коэффициент трения был больше тангенса угла захвата или угол захвата был меньше коэффи­циента трения.

В результате анализа условий захвата, определяемых формулой (1.54), можно сделать вывод, что если угол захвата будет настолько большим, что тангенс его превысит коэффициент трения между ме­таллом и валком, то валки не захватят металл (выталкивающие силы будут больше втягивающих) и прокатка его окажется невозможной.

В этом случае для обеспечения захвата нужно принять следующие меры:

1. уменьшить угол захвата: при прокатке на валках данного диа­метра это можно сделать только за счет уменьшения абсолютного об­жатия металла Дh [см. формулу (1.52)];

Блюмов и заготовок на валках с на­сечкой или наваркой	0,45—0,62	24—32
Сортовых профилей	0,36—0,47	20—25
Листов и полос	0,27—0,36	15—20

Горячая прокатка

14 8

На валках с чистой поверхностью	0,09—0,18	5—10
На валках с хорошей шлифовкой	0,05—0,08	3-5
бочки (10—12-й класс шероховатос­
ти поверхности)
То же, при смазке пальмовым, хлоп­	0,03—0,06	2—4
ковым или касторовым маслом или
их заменителями

Холодная прокатка листов и полосы со смазкой

1 1 130 33 1 1 350 13J 1 1 600 ~ 200