книги из ГПНТБ / Вакуумные прокатные станы

чем обеспечивается гарантированный зазор, как в процессе та­ рировки, так и при измерении.

Тензодатчики наклеивают на шлифованную поверхность упру­ гого элемента по обе стороны его и на одинаковом расстоянии от кромки элемента и друг от друга. Места наклейки датчиков сопротивления и схемы их соединения представлены на рис. 154. В основу соединения датчиков сопротивления в электрический мост заложен принцип электрической компенсации взаимного влияния нормальных и касательных сил, воспринимающихся упругим элементом.

Измерительная схема включает в себя следующие основные элементы: датчик — упругий элемент; первый преобразователь — тензодатчик; второй преобразователь — электрический мост; усилитель ЖЗАНЧ-7м; указатель — осциллограф типа Н-700

сгальванометром М001 чувствительностью 50—60 мм/ма-м.

Силоизмерительный валок тарируется в собранном виде. С этой целью головка упругого элемента изготовлялась на 2 мм длиннее, в результате чего при сборке она выступала над поверх­ ностью валка на 2 мм. Тарировка велась с одновременным нагружением нормальной и касательной силами. Нормальная нагрузка прикладывалась к упругому элементу через призмы, а касательная сила — с помощью тарировочного устройства. Для проверки эффективности электрической компенсации и оценки возможной погрешности тарировку проводили с искусственно созданной не­ равномерностью нагружения нормальной и касательной силами. Результаты тарировки показали, что нагружение упругого эле­ мента нормальной нагрузкой до 800 кГ вызвало погрешность в изме­ рении касательных сил порядка 7%. С целью уменьшения ука­ занной погрешности при расшифровке осциллограмм были построе­

210

Первой попыткой изучения трения при прокатке в вакууме прямым методом являются работы Ф. Е. Долженкова и др. [23], которые использовали силоизмерительный валок конструкции Д. И. Пирязева. Методика измерения удельной силы трения наклонными точечными месдозами не давала стабильных резуль­ татов и требовала дополнительной доработки. Поэтому в работе приводятся результаты, полученные с помощью торсиометри-

рактер распределения контактных напряжений при высокотемпе­ ратурной прокатке с помощью прямых методов измерения были изложены в работах [29, 30, 39].

Контактные напряжения при прокатке изучали на титане — металле с низкой упругостью диссоциации окислов, для кото­ рого не создаются безокислительные условия нагрева в вакууме. Одновременно исследовали молибден — металл со сравнительно высокой упругостью диссоциации окислов, для которого эти условия достигаются.

Для обобщения материалов использовали результаты опытов со сталью СтЗ, которая по своим термодинамическим условиям нагрева приближается к молибдену.

Образцы подвергали чистовой строжке, а затем шлифовке. Прокатка образцов размерами 6x40x180 мм проводилась на вакуумном прокатном стане МИСиС-210 с постоянным обжатием

20%. Фактор формы очага деформации -—- составлял 2,7 — 3.

Образцы прокатывались в вакууме 1; Ю - 1 ; 10"3 и 10~5 мм рт. ст. и на воздухе в следующих температурных интервалах: титан 800—1000° С; молибден 1100°—1300° С; сталь 900—1100° С. Ско­ рость прокатки 0,1 місек, время нагрева 10 мин.

Исследования проводили с одновременной записью пара­ метров на двух силоизмерительных валках. Дополнительный контроль осуществляли по данным измерений полного давления металла на валки и крутящего момента.

На рис. 155 показана одна из типовых осциллограмм, полу­ ченных при прокатке титана, молибдена и стали. На осцилло­ грамме записаны следующие параметры нижнего и верхнего вал­ ков: крутящие моменты, полные давления металла на валки, эпюры нормальных и касательных напряжений, отметки верти­ кальной оси валков и времени (отметки с частотой 200 га). Благо­ даря четкой записи эпюры касательных напряжений можно с до­ статочной точностью измерить фактическую длину очага деформа­

сечения, область затрудненной деформации (расстояние 13 между максимумом касательных напряжений в зонах отставания и опе­ режения), положение максимума нормальных напряжений отно-

к

сительно сечения входа Эпюры контактных напряжений, полученные при прокатке

титана, молибдена и стали в вакууме различной глубины и на воздухе при постоянной температуре, представлены на рис. 156. Для всех исследуемых металлов эпюры нормальных напряжений в высоком вакууме и на воздухе несколько острее, чем в низком вакууме.

Существенное влияние на форму эпюры нормальных напряже­ ний при горячей прокатке оказывает температура. На рис. 157 показаны совмещенные эпюры нормальных напряжений, получен­

212

При высокотемпературной прокатке молибдена влияние темпе­ ратуры на характер эпюры проявляется в изменении формы вер­ шины эпюры нормальных напряжений (рис. 157, б). Так, при 1100° С вершина эпюры нормальных напряжений является остро­

цеидальной с максимумом; при 900° С эпюра близка к куполо­ образной. Влияние температуры на форму эпюры нормальных

213

напряжений связано с соотношением скоростей процессов упрочне­ ния и разупрочнения при горячей прокатке. Этим объясняется менее сильное влияние температуры на форму эпюр нормальных напряжений при прокатке молибдена, так как температурный

56

Рис. 158. Зависимость положения максимума нормальных напря­

мость положения максимума нормальных напряжений от среды относительно сечения входа при прокатке титана (/ — длина дуги захвата; Іг — расстояние от сечения входа до максимума).

214

максимум смещается в сторону выхода уже в вакууме 1 мм рт. ст., а не в вакууме 10"2 мм рт. ст., как это наблюдается при прокатке титана. Положение максимума нормальных напряжений зави­ сит также и от температуры. Чем ниже температура, тем ближе к середине дуги смещается максимум. Следует отметить, что при прокатке титана и молибдена максимум нормальных напряжений находится в зоне отставания, а при прокатке стали максимум совпадает с положением нейтрального сечения.

Остаточное давление

Рис. 159. Зависимость положения нейтрального сечения и протяженности об­ ласти затрудненной деформации от среды при прокатке титана:

а также положение нейтрального сечения. Для титана при пере­ ходе от воздуха к низкому вакууму положение нейтрального сечения смещалось в сторону хода металла в валки (рис. 159, а). Дальнейшее повышение глубины вакуума приводит к некоторому смещению нейтрального сечения в сторону выхода.

При прокатке титана при температуре 1000° С положение нейтрального сечения по отношению к выходу металла из валков характеризуется следующими величинами: на воздухе 0,18/, где / — длина дуги захвата; в вакууме Ю - 2 мм рт. ст. 0,3/; в ва­ кууме 5• 10 _ 5 мм рт. ст. 0,20/. С уменьшением температуры нейтральное сечение смещалось к середине дуги захвата и при 800° С в вакууме Ю - 1 мм рт. ст. находилось на расстоянии 0,48/ от выхода металла из очага деформации. Значительную часть дуги захвата при прокатке титана занимала область затрудненной деформации (рис. 159, б).

При температуре 1000° С протяженность области затруднен­ ной деформации изменялась от 0,78/ на воздухе до 0,82/ в вакууме 5- 10~5 мм рт. ст., имея минимум 0,74/ в вакууме Ю - 1 мм рт. ст.

215

С уменьшением температуры длина области затрудненной де­ формации уменьшилась и при 800° С в вакууме Ю - 1 мм рт. ст. составляла 0,52/, а в вакууме 5-10~5 мм рт. ст. —0,64/.

Аналогичный характер зависимостей получен и для молибдена (рис. 160). Данные исследования показывают, что чем больше глубина вакуума и чем выше температура, тем большую про­ тяженность имеет область затрудненной деформации. Так, при прокатке молибдена при температуре 1300° С протяженность ее на воздухе составляла 0,56/ длины очага деформации, а в ва­ кууме Ю - 3 мм рт. ст. она возрастает до 0,7/. При температуре 1100° С в той же среде длина области затрудненной деформации уменьшалась до 0,61/.

(рис. 161) подобны рассмотренным зависимостям. С пониже­ нием остаточных давлений с 760 до 10~г мм рт. ст. про­ тяженность области затрудненной деформации уменьшилась, нейтральное сечение при этом смещалось в сторону входа. При дальнейшем повышении вакуума протяженность области затруд­ ненной деформации увеличивалась, а нейтральное сечение в за­ висимости от температуры либо не изменяло своего положения (для 1100°С), либо смещалось в сторону выхода (для 900—1000°С). На положение нейтрального сечения и протяженность области затрудненной деформации для всех металлов оказывала заметное влияние температура.

В. Г. Гроссвальд и Н. И. Сведе-Швец [14] при прокатке алюми­ ния и стали. Сужение области скольжения и развитие зоны при-

216

Таким образом, исследованиями установлено, что характер распределения контактных напряжений по длине очага деформа-

1 lull

Рис. 161. Зависимость протяженности области затрудненной

ции зависит не только от фактора формы очага деформации „

ср

но и от физического фактора, характеризующего состояние по­ верхности обрабатываемого металла.

Важными характеристиками процесса прокатки являются усредненные по длине очага деформации удельные давления и

«, Рср, «ГА

силы трения, которые используют в практических расчетах тех­

217

остаточных давлений в камере с 760 до 10~3 мм рт. ст. вызвало уменьшение усилий при всех исследуемых температурах. При

чем в вакууме. Этот факт подтверждает ранее установленную закономерность И. М. Павловым и др. в поведении титана при переходе от прокатки на воздухе к прокатке в вакууме.

Характер изменения удельных сил трения в зависимости от среды при прокатке титана аналогичен рассмотренной зависи­

вых для исследуемого температурного интервала имеет анало­ гичный характер.

При прокатке молибдена и стали — металлов с высокой упру­ гостью диссоциации окислов — зависимость удельных давлений и удельных сил трения от среды носит несколько иной характер (рис. 163 и 164). С уменьшением парциального давления кисло­ рода рост удельных давлений и сил трения происходил после

218

трения от среды при 1200 и 1300° С подобен характеру зависимости удельных давлений; при температуре 1100° С с переходом от воз­ духа к высокому вакууму удельная сила трения непрерывно

1100° С и обжатии 15% удельное давление при прокатке на воздухе

с помощью силоизмерительного валка. Так, для титана удельные давления, записанные силоизмерительным валком, максимально

219