книги из ГПНТБ / Клименко П.Л. Производство сортового проката [учеб. пособие для рабочих]

фициентов, учитывающих скорость прокатки и химичес­

кий состав стали.

Практика производства проката различных видов позволила установить значения коэффициентов трения и максимальных углов захвата; при прокатке блюмов и заготовок на валках с насечкой или наваркой коэффи­ циент трения составляет 0,45—0,52, а максимальный угол захвата 24—32°; при прокатке сортовых профилей коэффициент трения равен 0,36—047, а максимальный угол захвата 20—25°.

6. СКОРОСТНЫЕ УСЛОВИЯ ПРОКАТКИ

По мере продвижения полосы через очаг деформа­ ции площадь поперечного сечения ее вследствие обжа­ тия уменьшается, т. е. Fn> F l> F 2...>Fh. Так как объем металла при деформации остается постоянным, то через каждое поперечное сечение очага деформации в единицу времени должно проходить одинаковое количество металла т. е. должно соблюдаться равенство секундных объемов Fu-ua= F r v] = F2-v2— ...Fh■

Площади поперечного сечения полосы по мере про­ движения ее от плоскости входа к плоскости выхода уменьшаются. Поэтому, чтобы сохранилось равенство секундных объемов, скорости частиц в соответствую­ щих сечениях должны постепенно возрастать: Уц<Ші< <Ш2...<Vh. Эксперименты показывают, что при прокат­ ке скорость выходящего из валков конца полосы больше окружной скорости валков.

Это явление в теории іпрокатки называется о п е р е ­ же ние м.

Математически опережение выражается так:

( 1 8 )

V

где Vh — скорость полосы на выходе из валков; V — окружная скорость валков.

vk — v = Shv , v ll = v { l + S h).

Если известна величина опережения, то легко опре­ делить скорость полосы в плоскости выхода. Допустим, что ѵ^=2 м/с, а 5^=5% , тогда

vh = 2 (1 -)- 0,05) = 2,1 м/с.

30

Зная скорость выхода полосы из валков, легко опре­

т. е. скорость выхода полосы из валков больше скорости входа ее в валки во столько раз, во сколько раз умень­ шается поперечное сечение за проход (на величину ко­ эффициента вытяжки). При коэффициенте вытяжки рі= 1,5 получим

Н|і 1.5

скорости валков. Это сечение 'называется критическим, или нейтральным и его положение определяется углом у (рис. 17). Критическое, или нейтральное сечение раз­

Силы трения, возникающие на поверхности сопри­ косновения металла с валками, относительно нейтраль­ ного сечения, направлены во взаимно противоположные стороны.

31

Рис. 17. Схема действующих сил н изменение скоростей вал­ ков и полосы 'В очаге деформации

В нейтральном сечении скорость металла и горизон­ тальная составляющая окружной скорости валков рав­ ны

ом= vy = v cos у.

Исходя из условия постоянства секундных объемов, согласно которому через каждое поперечное сечение очага деформации в единицу времени проходит одина­ ковое количество металла, можно записать:

Если пренебречь уширением, получим vhh = vy Ну или vhh = v cos у Н ,

где Ну — высота полосы в нейтральном сечении. Отсюда следует

Подставляя щ/и в уравнение опережения (18), получим

32

Так как абсолютное обжатие Ну — /г в нейтральном сечении равно:

Ну — h = D (1 — cos у), то Ну — D (1 — cos y) + h.

Подставляя в уравнение для Sh вместо Ну его значе­ ние, получим следующую формулу

Эта формула позволяет определить величину опере­ жения, если известны h, D и у; ее используют также для вычисления угла у опытным путем, если измерены значения опережения и h. После некоторых преобразо­ ваний получается упрощенная формула

(21)

Величину критического угла у можно вычислить из условия равновесия горизонтальных сил, действующих на полосу при прокатке. Для этого выделим силы, кото­ рые действуют в очаге деформации (см. рис. 17). Силы Ni и N2, а также сила Т2 направлены против хода про­ катки, т. е. они являются отталкивающими. Только сила Г] является втягивающей, так как она направлена по ходу прокатки. Очевидно, сила Т\ уравновешивает ос­ тальные силы; если этого ке будет, то процесс прокатки прекратится и начнется буксование.

Если спроектировать все силы на ось х, то получим следующие уравнения:

Принимаем, что синусы углов равны углам, а их ко­ синусы равны единице (в связи с тем, что углы неве­ лики). Тогда

Представим силу N как произведение среднего удель­ ного давления рср, действующего на поверхности кон­ такта металла с валками, на площадь этой поверхности:

Если допустить, что среднее удельное давление в зонах опережения и отставания одинаково и ширина полосы на протяжении очага деформации постоянна, то в уравне­ нии равновесия можно сократить pcpbR. Тогда уравне­ ние примет вид:

Проведя сокращения и упрощения, можно получить формулу И. М. Павлова, которая устанавливает связь между углом захвата, нейтральным углом и углом тре­ ния:

34

предварительно определить уширение, поскольку значе­ ние его, как правило, заранее не задается. Особенно точно следует учитывать величину уширения при про­ катке в калибрах, так как от этого зависит качество по­ лучаемого профиля.

На величину уширения при прокатке влияет очень много факторов: величина обжатия, распределение об­ жатий по пропускам и дробность деформации, диаметр валков, ширина полосы, коэффициент трения, наличие переднего и заднего натяжения, неравномерность дефор­ мации и др. При анализе влияния отдельных факторов необходимо исходить из закона наименьшего сопротив­ ления: все те факторы, которые увеличивают сопротив­ ление течению металла в продольном направлении и уменьшают поперечные напряжения, способствуют рос­ ту уширения.

Рассмотрим влияние некоторых факторов прокатки на величину поперечной деформации.

Одним из основных параметров, определяющих вели­ чину уширения, является обжатие при прокатке. -С повы­ шением обжатия уширение также повышается. Объяс­ няется это тем, что при росте обжатий смещенный объ­ ем металла увеличивается как в продольном, так и в поперечном направлении. Кроме того, при увеличении обжатия увеличивается длина очага деформации и соп­ ротивление продольному перемещению. Обжатие входит составной частью во все формулы по определению уширения.

Уширение зависит также от дробности деформации. Суммарное уширение при прокатке в несколько пропус­ ков при одинаковой общей высотной деформации мень­ ше, чем при прокатке в один пропуск, так как в первом случае очаг деформации имеет небольшую длину и почти весь металл идет на вытяжку.

Увеличение диаметра валков способствует росту про­ тяженности очага деформации, так к а к /= ) / R ДА, иуве­ личению сил трения в продольном направлении. Оче­ видно, что напряжение о3 в продольном направлении будет расти, смещение металла в поперечном направле­ нии будет соответственно увеличиваться. Таким обра­ зом, с увеличением диаметра валков увеличивается уширение.

Ширина полосы определяет поперечные размеры очага деформации и, следовательно, изменение вели-

чины подпирающих сил трения в поперечном направле­ нии. С увеличением ширины полосы уширение умень­ шается, так как поперечные подпирающие силы трения возрастают. Чем больше ширина полосы, тем меньше относительное уширение. При прокатке листов ушире­ ние ничтожно мало.

При повышении коэффициента трения возрастают как продольные, так и поперечные напряжения. Однако первые растут более интенсивно. Поэтому с увеличением коэффициента трения уширение также увеличивается.

Через коэффициент трения оказывают влияние на уширение дополнительные факторы: температура, хими­ ческий состав металла, скорость прокатки.

Переднее и заднее натяжение при прокатке на непре­ рывных станах уменьшает поперечную деформацию.

Уширение при прокатке в калибрах может сущест­ венно отличаться от уширения при прокатке на гладких валках. Например, величина уширения при прокатке в ящичном калибре значительно меньше, чем при про­ катке на гладких валках. Боковое перемещение металла ограничивают стенки калибра, т. е. уширение в данном случае является ограниченным. В большинстве случаев при прокатке в калибрах уширение меньше, чем при прокатке на гладкой бочке.

Правильный расчет ширины полосы после прокатки, т. е. величины уширения, имеет большое значение для разработки рациональных режимов обжатий сортовой стали и определяет точность прокатываемого профиля. Если уширение больше расчетного, металл перепол­ няет калибры, затекает в зазор между валками и возни­ кают дефекты прокатки; если уширение меньше расчет­ ного, калибр не заполняется, форма и размеры прока­ танного профиля искажаются. Однако определение ве­ личины уширения с учетом всех факторов, влияющих на него, является сложной задачей. Поэтому большинство формул для подсчета уширения содержат только основ­ ные факторы, а действие остальных учитывается опыт­ ными коэффициентами.

Широкое распространение для расчета уширения по­

36

рабочей клети, а также для определения крутящего мо­

лить измерением при помощи приборов или по следую­ щей формуле;

При обжатии в валках металл оказывает внутрен­ нее сопротивление деформации: давление, которое воз­ никает между металлом и валком, должно преодолеть это внутреннее сопротивление металла и заставить ме­ талл изменить свою форму. Давление в области контак­ та металла с валками, отнесенное к единице площади поверхности этого контакта (обычно на 1 мм2), назы­ вается средним удельным давлением.

Удельные давления в очаге деформации распределя­ ются неравномерно и для изучения характера измене­ ния их разработаны различные приборы (месдозы), по­ зволяющие получить кривые распределения удельных давлений по длине очага деформации. Кроме того, су­ ществуют теоретические методы, позволяющие по­ строить эпюры изменения удельных давлений при по­ мощи расчетов. Средняя величина удельного давления может быть получена из этих эпюр.

Среднее удельное давление в общем случае можно определить по формуле:

чей прокатке можно пользоваться формулой Экелунда:

г) — вязкость прокатываемого металла, кгс-с/мм2; и — скорость деформации, 1/с.

Для определения kQи ц в условиях горячей прокат­ ки Экелундом предложены эмпирические формулы:

.. Ао = 9,81 (14 — 0,01/) (1,4 + С + Мп + 0,ЗСг), (33)

39