книги из ГПНТБ / Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке
..pdfболее толстого образца с уменьшенным в три раза относительным обжатием (рис. 4, б) эти величины соответственно составляют 0,34
(4,7 %), 5,79 (80,5%) и 1,07 мм (14,8%), а у Х Д Н = 5,8 мм. Оче
видно, величина Y R &Н достаточно точно отражает протяженность зоны пластической деформации металла и несколько меньше дей ствительной протяженности зоны пластической деформации при хо лодной прокатке тонких полос со значительными обжатиями.
Усилие прокатки распределяется по первой, второй и третьей зонам следующим образом: 4,2; 79,5 и 16,3% для образца 112 и 1,5; 90,4 и 8,1% для образца 232. Полученные данные еще раз подтвер ждают необходимость учета упругой деформации валков и упругой отдачи полосы при расчете энергосиловых параметров процесса холодной прокатки тонких полос.
Натяжение переднего и заднего концов прокатываемой полосы оказывает, как известно, значительное влияние на величину и харак тер распределения контактных напряжений по длине дуги контакта металла с валком.
Прокатку полос с передним ст2 и задним натяжением проводили с различными обжатиями и различными отношениями усилия противоизгиба рабочих валков РиЗГ к усилию прокатки Р (табл. 3). Неко торые эпюры контактных напряжений, возникающие при прокатке полос из алюминия AIM и стали 08кп с натяжением и принудитель ным изгибом валков, показаны на рис. 5. Полученные данные соот ветствуют результатам других исследований [8, 10, 44].
Противоизгиб рабочих валков оказывает влияние на распределе ние контактных напряжений по ширине прокатываемых полос и не отражается на распределении напряжений по дуге контакта (см. рис. 5, а, б). Максимумы эпюр нормальных контактных напряжений наблюдаются при одних и тех же значениях xllA = 0,65, а нейтраль ные углы — при значениях х11л = 0,70ч-0,75.
Сопоставим эпюры контактных напряжений, возникающих при горячей и холодной прокатке карточек, вырезанных из горячеката ного подката (сталь 08кп, Нг = 3,5 мм, Вг = 240 мм, длина карточки
350 мм).
Прокатывали по три карточки: одну карточку— в холодном со стоянии и две — в горячем. Настройку стана не изменяли, но обжа тия образцов, прокатанных в холодном состоянии, были примерно на
5—8% меньше обжатий образцов, прокатанных |
при 700—730° С, |
что объясняется изменением упругой деформации |
клети вследствие |
различия усилий прокатки. |
|
Из рис. 6 видно, что с ростом обжатий максимум эпюры р посте пенно перемещается к выходу из очага деформации.
Так, при обжатии равном 10%, на эпюрах нормального давления при горячей и холодной прокатке наблюдаются два локальных мак симума: один — на входе, другой — на выходе из очага деформации, причем максимум с наибольшим давлением р находится со стороны
входа в очаг деформации. При холодной прокатке, когда е |
= |
15%, |
на эпюре имеются два максимума с равными значениями |
р. |
При |
20
р, г, кгс/ым
\т\/р
Рис. 5. |
Эпюры |
контактных напряжений и распределения / = ^Х/РХ при прокатке образцов 55 (а), 57 (б), 60 (в) с натяжением (обозначе |
ния — |
см. рис. |
1) . |
to
со
га
я
Ч
ю
га
Н
Параметры прокатки полос с натяжением
s
ГР
Е
Е
см
Е
*03
о. О
<J ю
а. ао ььо
ю
с. о. и и ьь о! ю
а.1 cs. НЫ|<?
tj| а
1 е* * tojtf'
bjtT
с. ет „
о.S Q*
и
ь
сС
&
о.
У
СО
Е Номеробразца
|
—Tf t4^ О ^ |
| |
| | |
|
|
CDЮСОСОOO<N |
|||
|
of of о”of со00 |
|
|
|
|
(MOOtDC0 4f |
О Ю Ю |
||
|
rfiootooooo |
<n |
сч ю |
|
|
of of cfof со oo |
<o erf<xf |
||
|
ОСОООСОСОЮ |
ОЭ03^cq |
||
|
of of of of соof |
Ю ЮCD |
||
|
- - ^ О О Ю |
I I I |
|
|
|
|
1 1 1 |
||
|
03 _ Lft _ CN |
Ю |
^ |
|
|
0 0 0 0 3 0 0 — |
o_о — |
||
|
(NCMOOOCO |
CNCO0 |
|
|
^ |
|
cq |
||
_T«-f |
—Гo' —” |
|||
_ |
|
^ |
|
|
°o |
|
|
|
|
03 o m t - - o o o S> o o |
. |
|||
II |
rawoiracooo |
JfJ |
|
|
^rtO O O O O O |
|[ o' cf o' |
5
^
4
s
■s
^
я:
аз <d lo ac cn”ofofofofof
§
§
юююоз- S ——01 cn 5
о о о*-о”о”о"* О
03
СО
оо о о о o'
Ю 0 Ю О ЮО
оо”о о о”—
OlON'tOOl со со —'о ^ of
СОСОСОСО03 С4
сою——030
ofof С> О Ю со ——04 03 ——
СОCDСО03 О Г-
со00 03^00 03^ СО сосо”со со со СО
Ю^ СОt4» 00 ©
ю Ю ЮЮЮCD
iq соcs ю”uо o ’
^ t"- —w
оo'о"
^
04
оo 'о
00о со
03 со со о o' cf
СО04 о со”соof Ь Ю 0
ю CD03
сою t>”
———
22с4-2
^
—СОСО
———
горячей прокатке происходит сглаживание эпюры р. При обжатии, равном 20% , абсо лютные максимумы эпюр сме щаются к выходу металла из валков.
Напряжения контактного трения, как и нормальные давления р, при горячей про катке меньше, чем при хо лодной. Однако с увеличе нием обжатия при холодной и при горячей прокатке они практически не меняются. Показатель напряжения тре ния по нормальному давле нию Д.р уменьшается с рос том обжатий (рис. 7).
Рассмотрим распределе ние усредненного по ширине полосы показателя напряже ния контактного трения хх\рх по дуге контакта металла с валком при холодной про катке без натяжения образ цов 220, 221, 168 (ом. рис. 2)
и 111 (рис. |
8); /Д/Я ср |
соот |
ветственно |
равно 1,5; |
2,0; |
5,5 и 7,0. |
|
дан |
Экспериментальные |
ные показывают, что распре деление показателя тх1рх за висит от /д/Яср (рис. 9). В диапазоне /Д/Я ср = 1,5-ь8,5 максимальные значения хх/рх для всех образцов, прока танных без натяжения, на
блюдаются |
в сечениях входа |
|
металла в валки |
и выхода |
|
из валков |
и достигают вели |
|
чины 0,16—0,20. |
|
|
Анализ |
эксперименталь |
|
ных данных о |
распределе |
нии коэффициента трения по дуге контакта показывает, что на большей части зоны отставания fcpX изменяется
по гиперболе fx = пах (см.
22
рис. 9). В зоне затрудненной деформации /3 fx изменяется почти ли нейно, что соответствует решению В. М. Абрамова.
Скольжение, характерное для закона Амонтона (/ = const), на блюдается лишь на небольших участках со стороны входа и выхода.
Рис. G. Эпюры нормальных и продольных касательных напряжений при холодной прокатке (сплошные линии)' и горячей (штриховые) с различ ными обжатиями
Наиболее значительное влияние IJHср на изменение показателя
xJPx |
проявляется |
в зоне |
отставания. |
При прокатке полос, когда |
||||||
/Д/Я ср = |
.1,5 |
(см. рис. |
|
9, кривая /), получены минимальные значе |
||||||
ния |
хх/рх ^ 0 ,1 |
на |
|
большей |
|
|
||||
части зоны отставания. |
|
При уве |
|
|
||||||
личении |
/Д/Я ср |
до |
2,0 (рис. 9, |
|
|
|||||
кривая 2) получено |
максималь |
|
|
|||||||
ное |
значение |
показателя |
на |
|
|
|||||
пряжения контактного |
трения |
|
|
|||||||
x jp x «*0 ,1 4 |
на |
большей |
части |
|
|
|||||
зоны |
отставания. |
Дальнейшее |
|
|
||||||
увеличение |
/Д/Я ср |
приводит |
|
|
||||||
к более интенсивному |
уменьше |
|
|
|||||||
нию среднего по зоне отставания |
|
|
||||||||
показателя Хх/рх. Характер изме |
|
|
||||||||
нения показателя |
тх1рх приве |
|
|
|||||||
ден |
на |
рис. |
9. |
|
|
|
|
|
Рис. 7. |
Влияние обжатия на показатель тре |
Влияние (ц/#Ср |
на |
распре |
ния при |
холодной (/) н горячей (2) прокатке |
||||||
деление |
показателя хх/рхъ зоне |
|
|
|||||||
опережения |
менее |
значительно. Для всего диапазона (д/Яср отмечен |
||||||||
приблизительно |
одинаковый характер уменьшения показателя тх!рх |
в направлении от сечения выхода металла из валков к нейтральному сечению. Однако в связи с перемещением нейтрального сечения ко входу металла в очаг деформации при увеличении/Д/Я ср средняя по
23
зоне опережения величина тх/рх несколько возрастает, что, однако, не компенсирует более значительных изменений лт,Jpx в зоне отста вания. Указанная особенность изменения показателя тх/рх в зоне опережения при прокатке стальных полос связана с влиянием на его распределение упругого сжатия рабочих валков и упругого вос становления прокатываемой полосы, так как протяженность упругого
участка за линией центров валков со ставляет до 2/ 3 длины зоны опережения и даже более.
Неравномерное по длине дуги кон такта металла с валком распределение тх/рх получено и при прокатке полосиз алюминия AIM (см. рис. 1). Также как
0.20,Ь 0,6 0,8 2,0
*/1д
Рис. 8. |
Распределение контактных |
Рис. 9. |
Распределение |
усредненного |
по |
|||||||
напряжений и показателя напряже |
ширине |
полос |
показателя |
напряжения |
||||||||
ния |
контактного трения |
) т 1/р по |
контактного трения при |
прокатке |
сталь |
|||||||
дуге контакта при прокатке образ |
ных образцов 220 (/), |
221 |
(2), |
168 |
(3) |
и |
||||||
ца |
111. |
Л. ц. |
в. — линия |
центров |
III (4) и обобщенный закон распределения |
|||||||
валков. |
Ц. |
т. — центр |
тяжести |
коэффициента |
трения |
по дуге |
контакта |
эпюры. См. обозначения к рис. 1 |
металла с валком (5) |
|
|
и при прокатке стальных полос, |
величина среднего по ширине |
по- |
|
лосы отношения тх/рх зависит от /Д/Я ср. |
|
||
При /Д/Яср |
2,5 получено |
максимальное значение показателя |
|
%JPx — 0,13; с уменьшением и увеличением 1д/ # ср от значения |
2,5 |
показатель сил контактного трения уменьшается. Однако интенсив ность изменения показателя тJpx по длине дуги контакта металла с валком значительно меньше. Это связано с меньшей протяжен ностью упругих участков дуги контакта при прокатке алюминиевых полос, чем при прокатке стальных.
В результате усреднения показателя напряжения контактного трения /ср = тср/рср по всему очагу деформации (по ширине полосы
и по длине дуги контакта) получена |
зависимость |
тср/рср |
от /д/# ср |
для случаев прокатки алюминиевых |
и стальных |
полос |
(рис. 10), |
24
соответствующая аналогичным зависимостям, полученным в ряде работ, например [8, 63—74]. Усредненный показатель напряжения контактного трения интенсивно растет до некоторого максимального значения (0,13 при /Д/Яср 2,5 для алюминия и 0,115 при /Д/Я ср «=» <=» 3,0 для стали 08кп), затем величина его плавно уменьшается.
Уменьшение отношения тср/рср при у я ср > 2,5, по данным [8], вызвано значительным ростом скольжения металла относительно поверхности валков. Так как напряжения трения не могут быть
больше предельных значений |
(t ^ t s), то с увеличением [Д/Я ср |
|
тср |
растет медленнее, чем рср, |
в результате чего показатель сил тре |
ния |
тср/рср уменьшается. |
|
1д/Нср
Рис. 10. Зависимость среднего показателя напря жения контактного трения /Ср от фактора формы
очага деформации /д///с при прокатке образцов: / —из алюминия AIM; 2 — из сталеП СтЗ и 08кп
Рис. II. Качественная зависи мость показателя внешнего трения / по нормальному дав
лению (/) и коэффициента на
пряженного состояния л- (2)
аср
от фактора формы очага деформации /д/Я ср
Известно [2], что коэффициент напряженного состояния па
уменьшается при увеличении /Д/Я ср до 1,2—2,0 и возрастает при даль нейшем увеличении фактора формы очага деформации. Это еще раз подчеркивает справедливость соотношения, связывающего зависи мость среднего показателя внешнего трения по нормальному давле нию /Ср. коэффициента напряженного состояния па и показателя
внешнего трения |
по пределу текучести на |
сдвиг |
фсР: |
fcp = |
|
= 0,5i[>Cp//Z(rc. [10]. |
Так, согласно этому выражению |
при |
изменении |
||
/гСТср в зависимости от /Д/Я ср (при минимуме п„с |
для |
/Д/Я ср = |
1,5-=- |
н-2,5) /ср достигает максимума в том же диапазоне изменения /Д/Я ср (рис. 11). Далее с увеличением /Д/Я ср /ср уменьшается.
При холодной прокатке тонких алюминиевых и стальных полос скорость деформации, вычисленная по формуле Экелунда (пренебре гая уширением)
„ _ |
2чв / д H/R |
ср “ |
Нг + Н, |
возрастает примерно в 10 раз при изменении /Д/Яср от 0,6 до 5,7. Для случая прокатки образцов 220, 221, 201 и 168 (см. рис. 2)
скорость деформации возрастает в 2,2 раза. Поскольку с ростом ско
25
рости деформации сопротивление деформированию К = 0,57птп„ х Хп0атувеличивается, а коэффициент трения уменьшается, то отно
шение тср/рС с ростом /Д/Я ср |
уменьшается. В работе [73] показано, |
|||
что если подобрать условия |
прокатки так, чтобы при |
увеличении |
||
/Д/Яср не изменялась скорость деформирования, |
то показатель сил |
|||
контактного трения тср/рср |
(при /Д/Я ср > 3) |
не |
будет |
зависеть от |
фактора формы очага деформации. |
|
|
|
|
Полученные значения тср/рср для случаев |
прокатки |
без смазки |
хорошо согласуются с результатами, представленными в работах [63—67 ] и др. и отличаются от данных работы [8 ]. Подобное расхо ждение объясняется тем, что в работе [8] при расчете величины тср были учтены не только продольные составляющие сил контактного трения, но и поперечные составляющие. Последние вследствие зна чительного уширения узких полос имели величину, вполне сравни мую с величиной продольных составляющих.
В наших экспериментах при прокатке широких полос уширение практически отсутствовало и было лишь у боковых кромок на участке шириной (1,5ч-2,0)/д. Об отсутствии уширения на основной части полосы свидетельствуют показания точечных месдоз. Так, например, при прокатке образца 113 зафиксированы следующие значения по
перечной составляющей напряжения |
контактного трения: на сере |
||
дине полосы |
Тпоп. з = |
0,12 кгс/мм2 и в сечении, отстоящем на 100 мм |
|
от середины, |
Тпоп. 2 |
= 0,26 кгс/мм2. |
мм, когда замер напряжений |
При прокатке полос шириной 400 |
производили на кромке, значения тРоп. 4 были значительно больше. Основные закономерности распределения контактных напряжений по ширине прокатываемых полос рассмотрены в гл. II, разделе 1.
Необходимо отметить, что соотношение между константами тре' ния в продольном и поперечном направлениях для широкого диапа" зона значений /д/ # ср, согласно данным работы [65], можно принять постоянным, равным отношению поперечного размера очага дефор мации к его длине, т. е. t'o/xq = Bi/lA.
При прокатке образца 113 В -Jlд == 240/6 = 40, а алюминиевого образца работы [8] сечением 36x36 мм, е = 14% BJL = 36/22,2 = = 1,62.
Отсюда следует, что при прокатке образца 113 поперечная состав ляющая на краю образца будет в 25 раз меньше, чем при прокатке образца сечением 36x36 мм, и учет этой составляющей практически не изменит полученных в настоящей работе значений тср и тср/рср.
Влияние натяжения на показатель напряжений контактного тре ния видно из рис. 5 .и 8.
Анализ приведенных Данных показывает, что при прокатке с пе редним натяжением и с одновременно приложенными передним и зад ним натяжениями среднее по очагу деформации напряжение трения тср уменьшается. Однако отношение тср/рср для случаев прокатки с передним натяжением остается таким же, как и для случаев про катки без натяжения. При прокатке полос с передним и задним натя жением показатель напряжения контактного трения заметно выше,
2fi
чем при прокатке полос без натяжения (см. табл. 3, рис. 5, д, ё). Эти данные соответствуют результатам, полученным в ра боте [8].
3. РАДИАЛЬНАЯ УПРУГАЯ ДЕФОРМАЦИЯ ВАЛКОВ-
В процессе прокатки на стане кварто 500 (205/360x500 мм) ..была получена полная картина радиальной деформации рабочего валка в направлении прокатки и вдоль оси валка в зонах силовых контак тов и вне их.
Рабочий валок подвергается сжатию с двух сторон: прокатывае мой полосой с одной стороны и опорным валком — с другой и имеет
две ярко выраженные зоны ради |
|
|
|
|
||||||||||
ального сжатия (рис. 12). Однако |
|
|
|
|
||||||||||
радиальная |
деформация |
распро |
|
|
|
|
||||||||
страняется |
по всему объему, об |
|
|
|
|
|||||||||
разуя зоны внеконтактной дефор |
|
|
|
|
||||||||||
мации. |
В |
|
контакте |
|
рабочего |
и |
|
|
|
|
||||
опорного |
|
валков |
центральный |
|
|
|
|
|||||||
угол, в пределах которого валок |
|
|
|
|
||||||||||
испытывает |
деформацию |
сжатия, |
|
|
|
|
||||||||
составляет |
около |
60° |
(30° •— до |
|
|
|
|
|||||||
линии центров, |
|
3 0 °— после). |
В |
|
|
|
|
|||||||
контакте |
с |
полосой |
радиальная |
|
|
|
|
|||||||
деформация |
сжатия |
|
распростра |
|
|
|
|
|||||||
няется |
в |
пределах |
центрального |
|
|
|
|
|||||||
угла, |
составляющего также около |
|
|
|
|
|||||||||
60°, причем форма эпюры нормаль |
|
|
|
|
||||||||||
ного давления |
и |
местоположение |
|
|
|
|
||||||||
ее максимума определяют соотно |
|
|
|
|
||||||||||
шение центральных углов до и |
|
|
|
|
||||||||||
после |
линии |
центров |
валков. |
Рис. 12. |
Картина |
радиальной деформации |
||||||||
Между этими двумя |
зонами |
ради |
сечения |
рабочего |
валка, |
находящегося в |
||||||||
ального |
сжатия |
рабочий |
валок |
контакте с полосой и |
опорным валком |
|||||||||
(прокатываемый |
металл—алюминий, И ~ |
|||||||||||||
испытывает |
деформацию растяже |
= 1,95 |
мм, В = |
380 мм, е = 26%, Р == |
||||||||||
ния, которая, однако, |
мала и со |
|
67,1 тс) |
|
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
ставляет не более 0,5 мкм. |
|
|
|
|
|
|
В поперечном сечении рабочего валка, находящемся под воздей ствием только опорного валка (в сечении за кромкой полосы), возникают также две зоны радиальной деформации сжатия. В кон такте с опорным валком радиальная деформация сжатия находится в пределах центрального угла, составляющего около 100°. Вторая зона радиальной деформации сжатия находится на условном продол жении зоны контакта рабочего валка с полосой. Максимальное зна чение радиальной деформации сжатия здесь составляет не более 0,5 мкм, и протяженность этой зоны по центральному углу состав ляет около 180° (90° — до линии центров и 90 — после). Зона ра диальной деформации растяжения в этом случае имеет небольшую протяженность, а величина радиальной деформации составляет примерно 0,1 мкм.
27
Радиальная деформация сжатия по дуге контакта с прокатывае мой полосой распределяется неравномерно, причем характер ее
распределения зависит от распределения давления. |
Рассмотрим это |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
на |
примере |
прокатки алюминиевых |
||||||||
|
|
|
|
|
образцов. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
При прокатке тонких полос (Нг= |
|||||||||
|
|
|
|
|
= 2 мм) эпюры давления имеют ярко |
||||||||||
|
|
|
|
|
выраженный максимум. В соответ |
||||||||||
|
|
|
|
|
ствии с этим |
и кривая |
радиальной |
||||||||
|
|
|
|
|
деформации имеет ярко выражен |
||||||||||
|
|
|
|
|
ный максимум, соответствующий мак |
||||||||||
|
|
|
|
|
симуму эпюры давления (рис. |
13, а). |
|||||||||
|
|
|
|
|
По мере увеличения исходной тол |
||||||||||
|
|
|
|
|
щины |
полос |
(Нг = |
4 мм) максимум |
|||||||
|
|
|
|
|
эпюры |
давления |
становится |
менее |
|||||||
|
|
|
|
|
четко выраженным. Форма кривой |
||||||||||
|
|
|
|
|
радиальной деформации приближает |
||||||||||
|
|
|
|
|
ся к кругообразной (рис. |
13, |
б). |
||||||||
|
|
|
|
|
При прокатке толстых полос (Нг= |
||||||||||
|
|
|
|
|
= 8 мм) |
максимум |
эпюры давления |
||||||||
|
|
|
|
|
выражен слабо, и форма |
эпюр |
при |
||||||||
|
|
|
|
|
ближается к прямоугольной. Кривая |
||||||||||
|
|
|
|
|
радиальной |
деформации |
становится |
||||||||
|
|
|
|
|
более плоской, однако на кривой |
||||||||||
|
|
|
|
|
также имеется максимум (рис. |
13, б). |
|||||||||
|
|
|
|
|
Приведенные результаты подтвер |
||||||||||
|
|
|
|
|
ждают известный факт: с увеличе |
||||||||||
|
|
|
|
|
нием толщины полосы при постоян |
||||||||||
|
|
|
|
|
ном усилии |
прокатки среднее давле |
|||||||||
|
|
|
|
|
ние уменьшается. Так,с увеличением |
||||||||||
|
|
Центральныйугол, град\ |
толщины |
полосы примерно |
в четыре |
||||||||||
|
|
раза среднее давление уменьшилось |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
Рис. |
13. |
Кривые |
нормального |
давле |
в два раза, а максимальная |
величина |
|||||||||
ния |
(/), |
действительной длины дуги |
радиального сжатия валков вдоль ду |
||||||||||||
контакта |
(2) и радиальной деформа |
||||||||||||||
ции |
(3), |
зафиксированные при про |
ги контакта — в 2,5 раза (см. рис. 13). |
||||||||||||
|
катке полос шириной 100 |
мм: |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
Неравномерное распределение ра |
||||||||||
Рису |
|
|
|
диальной |
деформации |
вдоль |
дуги |
||||||||
Н, мм |
Ah, % |
Р, тс |
контакта |
приводит |
к |
отклонению |
|||||||||
нок |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
формы дуги контакта |
от окружности. |
|||||||||
а |
|
1,87 |
40,2 |
25,3 |
На участке контакта валка |
с метал |
|||||||||
б |
|
3,87 |
38,2 |
26,0 |
лом |
наблюдается |
местный |
прогиб |
|||||||
в |
|
7,77 |
24,2 |
22,6 |
контактной поверхности (рис. 14), |
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
такта |
от окружности |
при |
однако отклонения |
формы дуги кон |
|||||||||||
прокатке' |
алюминия |
|
невелики. |
Эти |
результаты в качественном, отношении согласуются с исследова ниями Е. Орована и авторов, которые проводили опыты на затормо женных полосах [42], а также с расчетными данными, полученными на ЭВМ с использованием математической модели процесса про катки [48].
28
Рис. 14. Радиальная деформация рабочего валка в контакте с полосой при прокатке алюми ниевых образцов толщиной 2 (а), 4 (б) н 8 мм (а) с различными обжатиями. Сплошными на клонными линиями соединены точки кривых, соответствующие сечениям входа металла в валки и выхода его из них, а штриховой линией — положению максимума эпюр нормальных кон тактных напряжений и радиальной деформации на дуге контакта металла с валком
29