книги из ГПНТБ / Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке

КОНТАКТНОЕ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

МЕТАЛЛА И ИНСТРУМЕНТА

ПРИ ПРОКАТКЕ

МОСКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1974

УДК 621.771.07 : 23/237

П. И. ПОЛУХИН, В. А. НИКОЛАЕВ, В. П. ПОЛУХИН, А. В. ЗИНОВЬЕВ, Е. Н. КОСАРИМОВ

х и н В. П., З и н о в ь е в А. В., К о с а р и м о в Е. Н., М., «Металлургия», 1974. 200 с.

Исследованы закономерности распределения нормальных и касательных напряжении в зависимости от технологических параметров прокатки и механизм контактного взаимодействия металла и инструмента. Рассмотрено совместное влияние на ка­ чество листов контактного упругого сжатия валков, тепловыде­ ления в очаге деформации, износа валков и явления передачи микрорельефа с поверхности валков на полосу. Изучен контакт­ ный теплообмен и дан анализ тепловых явлений в очаге дефор­ мации при тонколистовой прокатке. Показано изменение кон­ тактной поверхности валка при холодной прокатке вследствие износа валков и схватывания в очаге деформации. Описана ме­ тодика комплексного экспериментального исследования очага деформации.

Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников металлургической и машиностроительной промыш­ ленности, а также может быть полезна студентам вузов, специа­ лизирующимся по обработке металлов давлением. Ил. 137. Табл. 32. Список лит. 125 назв.

ЧИТ,.»< ОРО ЗАДА

© Издательство «Металлургия», 1974.

I.Расчет составляющих контактного теплообмена в очаге деформации при

П Р Е Д И С Л О В И Е

XXIV съезд КПСС поставил перед металлургами страны основ­ ную задачу коренным образом улучшить качество металлопродук­ ции путем внедрения прогрессивных способов производства металла и расширения сортамента проката с тем, чтобы существенно повысить эффективность применения металла в народном хозяйстве. Преду­ смотрены более полное использование машин и агрегатов и дальней­ шая интенсификация производственных процессов.

Качество готовой продукции и интенсивность процесса прокатки в значительной мере определяются условиями контактного взаимодей­ ствия металла и рабочего инструмента при прокатке. Исследование контактного взаимодействия представляет большой интерес и для решения многих теоретических задач процесса прокатки.

Комплексное исследование процессов, происходящих в очаге деформации, и прежде всего анализ распределения контактных напря­ жений и деформаций по ширине очага, установление закономерно­ стей формирования поперечного профиля полос — все это необходимо для разработки и обоснования режимов прокатки листов и полос высокого качества.

Обеспечение высокого качества поверхности проката и повыше­ ние износостойкости прокатных валков связано с детальным изуче­ нием механизма износа, явлений схватывания на поверхности кон­ такта полоса—валок и передачи микрорельефа с поверхности валков на полосу.

Важной задачей является дальнейшее увеличение скорости хо­ лодной прокатки тонких полос на непрерывных станах кварто и многовалковых станах, повышение эффективности охлаждения по­ лосы и валков. Для этой цели необходим детальный анализ контакт­ ного теплообмена и тепловых явлений в очаге деформации при про­ катке листов и полос, производство которых в настоящее время

6

состояния ВАЛКОВ

1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ И РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА

Благодаря работам [1—34] по измерению контактных напряжений с помощью однокомпонентных месдоз с радиальными и наклонными штифтами и универсальных трехкомпонентных месдоз получен большой объем информации о характере взаимодействия инструмента и пластически деформируемого металла.

Исследования, в которых отношение /Д/Я ср изменялось в широком

ходится у входа в очаг деформации, что обусловленовлиянием заднего конца полосы, которое заключается в образовании упругого клина на входе в очаг деформации [33]. Предельные значения /Д/Я ср, при которых еще наблюдается максимум на входе в очаг деформации, поданным различных авторов, следующие: 0,8—0,9 [17]; 0,96 [34]; 1,0 [21]; 1,0— 1,2 [8]. Вышеизложенное свидетельствует о подобии процессов прокатки, осуществленных в различных условиях [35].

При прокатке полос с /Д/Я ср = 1,0—=—1,5 нормальное давление распределено по дуге контакта либо равномерно, либо эпюры имеют две относительно небольшие вершины, одна из которых находится у входа металла в валки, другая — между сечением выхода и сере­

дальнейшем увеличении фактора формы очага деформации (/Д/Я ср> >> 1,7) неравномерность распределения давления по дуге контакта увеличивается [36].

Фактор формы очага деформации /Д/Я ср отражает влияние на­ пряженно-деформированного состояния металла и кинематических условий процесса прокатки на характер эпюр распределения давле­ ния, но не учитывает механических свойств металла и состояния кон­ тактной поверхности.

Исследования влияния внешнего трения на распределение давле­ ния по дуге контакта [37—39] показали, что, несмотря на сущест­ венное различие в условиях внешнего трения, максимальные и сред-

7

Hue значения давления (или неравномерность его распределения

фициента трения характер распределения контактных напряжений практически не изменяется, но при этом их абсолютные величины и отношение pmaJPcPуменьшаются.

Изменение механических свойств металла зависит от степени и скорости деформации. Степень деформации учитывается фактором формы очага деформации /Д/Я ср. Влияние скорости деформации на контактные напряжения рассмотрено в работах [40, 41]. Показано, что характер эпюр не зависит от скорости прокатки, а абсолютные величины контактных напряжений возрастают с увеличением ско­ рости деформации. В. работе [40]-отмечается повышение величины среднего давления на 40% при изменении скорости прокатки от0,05

до 0,5 м/с.

Результаты экспериментального исследования влияния натяжения на распределение контактных напряжений рассмотрены в работах [8, 10, 42—45]. Опыты показали, что с ростом заднего натяжения давление уменьшается, а сила трения возрастает при прокатке полос умеренной толщины на шероховатых валках при среднеарифмети­ ческом значении высоты микронеровностей Ra = 0,48 мкм и умень­ шается при прокатке тонких полос на полированных валках {Ra = = 0,28 мкм). Показатель трения /ср = тср/рср с ростом заднего на­ тяжения возрастает [10, 42, 43], очевидно, вследствие понижения нормального давления.

При постоянном заднем натяжении с ростом переднего натяже­ ния давление и напряжение трения уменьшаются, а /ср практически не изменяется [8].

Для измерения радиальных деформаций валков успешно исполь­ зуют струнный метод [42]. Одновременное измерение радиального перемещения поверхностей валков и контактных напряжений по ширине очага деформации способствовало наиболее полному анализу характера контактного взаимодействия полосы и рабочего валка, а также опорного валка с рабочим.

Измерение радиальных перемещений этим методом дает возмож­ ность контролировать точность показаний штифтовых месдоз. и кор­ ректировать их жесткость.

В работе [32] предложена методика измерения перемещений и давления с помощью штифтовых месдоз.

Благодаря применению этой методики удалось установить влия­ ние величины давления прокатки и ширины площадки контакта на характер распределения давления.

Для измерения протяженности дуги контакта может быть приме­ нен электроконтактный метод [5, 10]. Этот метод нашел применение в исследованиях контактных напряжений при прокатке на полу­ промышленном четырехвалковом стане.

8

Зависимость вида эпюр напряжения трения от отношения /Д/Я ср, предложенная А. И. Целиковым, учитывает связь сил внешнего тре­ ния с кинематическими условиями на контактных поверхностях. Преимущества такого подхода к определению сил внешнего трения при прокатке по сравнению с известными условиями Кармана, Зибеля и Надаи бесспорны. В соответствии с теорией А. И. Целикова

При уменьшении /Д/Я ср наблюдается неравномерное распределе­ ние давления, причем давление и силы трения достигают максимума в одном сечении. Подобное явление авторы [1^8] объясняют искрив­ лением плоскости нейтрального сечения.

Решение задачи о напряжениях при контакте двух тел, ограни­ ченных плавными поверхностями, было найдено в общем виде немец­ ким физиком Герцем и уточнено Н. М. Беляевым [46].

две наиболее общие и достаточно хорошо согласующиеся с опытами контактные теории прочности Геста—Мора и Барзинского— Ягна— Баландина.

Решение задачи о напряженном состоянии валков с учетом нормаль­ ной и касательной нагрузок очень сложно. Упругое проскальзыва­ ние между вращающимися телами рассматривается только в некото­ рых работах: Фромма, Лоренца, Н. И. Глаголева и А. Ю. Ишлинского. Так, Фромм, рассматривая условия качения двух дисков, при­ нял, что на площадке контакта имеются три участка с разными условиями относительного движения: на входном и выходном участ­ ках происходит скольжение, а на промежуточном — относительного движения нет.

Н. И. Глаголев1 доказал невозможность существования схемы кон­ такта с одним участком скольжения и одним участком сцепления. Он показал, что при установившемся упругом качении дисков нор­ мальное давление и длина площадки контакта определяются так же, как в задаче о статическом сжатии дисков без учета сил трения. Ка­ сательное напряжение пропорционально нормальному давлению только на участках скольжения.

М. М. Савериным [47] установлено, что при малых кас тельных напряжениях прочность материала определяется глубинными, а при больших— поверхностными напряжениями. Для хрупких материа­ лов типа валковой стали наиболее опасными являются касательные напряжения.

Н. Ф. Головановым задача решена с учетом искажения в распре­ делении давления вследствие потери энергии при качении, связан­ ной со смещением результатирующей реакции.

1 Г л а г о л е в Н. И. — ПММ, 1945, т. IX, вып. 4, с. 318—325 с ил.

9