книги из ГПНТБ / Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке

на торец штифта. Для получения истинных эпюр контактных на­ пряжений необходима обработка полученных осциллограмм.

Аппаратура, применяемая для усиления и регистрации сигналов от штифтовых месдоз, также может вносить искажения в характер записываемых импульсов. Для предотвращения искажений необ­ ходимо, чтобы максимальная частота записываемого импульса была в несколько раз меньше рабочего диапазона частот тензоусилителей (0— 1000 Гц) и гальванометров осциллографа (0— 180 для сил трения и 0—300 Гц для нормального давления). Максимальную частоту импульса рассчитывали по формуле [8]:

где vB— линейная скорость валков.

Для наиболеенеблагоприятных условий работы штифтовых мес­ доз в контакте рабочего и опорного валков fmali ^ 52. Гц. Запись сигналов от штифтовых месдоз происходила с минимальными дина­ мическими искажениями, которые, однако, отличались на различ­ ных участках. Они были больше на участках с резким изменением и меньше на участках с плавным изменением давления.

Параметры процесса прокатки, характеризующиеся продолжи­ тельным действием (усилие прокатки, моменты на шпинделях, уси­ лия принудительного изгиба валков, натяжения и др.), не имеют искажений, перечисленных выше. Их расшифровку производили простым измерением величины отклонения светового луча от нулевых отметок.

Известные методы обработки осциллограмм можно разделить на три группы:

1. Метод производной [4, 118]. Истинное напряжение опреде­ ляют с точностью до числового множителя как производную фиктив­ ного среднего контактного напряжения по длине зоны контакта. Здесь, а также во всех остальных методах обработки осциллограмм принимается, что контактные напряжения являются постоянными по ширине контакта штифта с металлом (в направлении, перпендику­ лярном перемещению штифта по зоне контакта). Недостаток этого метода состоит в том, что он применим только к штифтам прямоуголь­ ного сечения.

2. Метод усредненных сил [4, 118, 120]. Подсчитывают среднее

-контактное напряжение с учетом только той части торцовой поверх­ ности Штифта, которая вошла в зону контакта, и принимают, что полученное среднее контактное напряжение равно истинному в гео­ метрическом центре тяжести соответствующей части площада торцо­ вой поверхности штифта.

Этот метод является приближенным, так как при полном входе штифта в зону контакта полученная истинная эпюра ничем не отли­ чается от осциллограммы. Для начального и конечного участков истинной эпюры, где контакт штифта неполный, принятое допуще­ ние о равенстве среднего и истинного контактных напряжений в гео­ метрическом центре тяжести соответствующей части площади

181

торцовой поверхности штифта возможно только при равномерной

жения остаются неизменными. Тогда искомая эпюра является функ­ цией одной переменной, а осциллограмма выражается следующей формулой (рис. 131):

в

2

/осц — длина осциллограммы.1

1 В разработке методики принимали участие В. Г. Усачев и В. Т. Торшин.

182

Неоднозначность нижнего и верхнего пределов интегрирования обусловлена тем, что при входе в зону контакта и при выходе из нее торцовая поверхность штифта нагружена не по всей площади.

В' = min

x' + a ^ f -

q = yq.

Произведя замену переменных интегрирования

2 {t'-x ') ~ admT ’

получим

183

причем

Формулы для вычисления р:(х') и коэффициентов при них берут из справочного руководства х. После подстановки q' в уравнение (99) имеем

для m положений штифта, получим систему линейных уравнений относительно неизвестных параметров:

Фиа1 ~r cPiac 2 + • ■• 4 " cPiпап — Рь

ния искомых параметров, полученные при аппроксимации экспери­ ментальной осциллограммы.

1 Р у м ш и н с к и й Л . З . Математическая обработка результатов эксперимента. Справочное руководство- М.,. «Наука», 1971. 192 с. с ил.

184

На рис. 132 представлены реальные осциллограммы процесса прокатки стали 08кп, Я = 1,0 мм с обжатием 27 и 7% и полученные в результате обработки эпюры, описанные полиномом восьмой

Рис. 132. Результаты обработки осциллограмм нормальных (а), продольных (б) и попереч­ ных (в) контактных напряжений:

штриховые линии — эпюры; сплошные — записанные осциллограммы / — е — 27%, /д = = 5,86 мм; // *— е — 7%, /д = 2,71 мм

степени. Представленные результаты свидетельствуют о приемлемости предложенного метода обработки осциллограмм. Осциллограммыполученные в результате исследований, описанных в предыдущих главах, были подвергнуты обработке по изложенным выше методикам.

Поскольку в результате расчетов по предложенной программе получаются аналитические выражения эпюр, то представляется возможным вычислять следующие параметры процесса прокатки: среднее давление, среднее напряжение трения (продольное и по­ перечное), направление и величину вектора сил трения, соотно­ шение касательных и нормальных напряжений вдоль очага де­ формации, средний коэффициент трения, коэффициент плеча при­ ложения равнодействующей и крутящий момент.

3. СОПОСТАВЛЕНИЕ ЭПЮР КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ШТИФТОВЫМ И ПОЛЯРИЗАЦИОННО­ ОПТИЧЕСКИМ МЕТОДАМИ

При штифтовом методе осциллограф регистрирует не контактные напряжения, а силы (интегральные значения контактных напряже­ ний), действующие на торцовую поверхность штифта. При этом наи­ большие искажения вносятся штифтом в эпюры контактных напря­

185

смолы ЭД-6 между двумя пластинами из ОНС и затем обработан до указанных выше размеров. Толщина оптически-чувствительного слоя составляла 8 мм. Таким образом, были созданы одинаковые условия на контакте полосы с верхним и нижним валками.

Для измерения усилия прокатки и давления вдоль дуги контакта были использованы полупроводниковые кремниевые тензорезисторы сопротивлением 365 Ом, имеющие коэффициент тензочувствительности на два порядка выше, чем проволочные тензодатчики. Их применение позволяет отказаться от усиления сигнала с помощью тензометрических усилителей, в связи с чем значительно упро­ щается блок-схема измерительной цепи и повышается надежность получаемых результатов. Кремниевые тензорезисторы приклеивали на кольцевые чувствительные элементы месдоз клеем БФ-2. Подго­ товка поверхности упругого элемента под наклейку датчиков анало­ гична методике, описанной в работе [8]. Для предотвращения замы­ кания выводов тензорезисторов на корпус упругого элемента на последний наклеивали полоски конденсаторной бумаги так, чтобы расстояние между ними было в точности равно длине тензорезисто­ ров. После этого на чувствительный элемент наносили тонкий равно­ мерный слой спиртового раствора клея БФ-2, который полимеризовали при 120— 140° С в течение 2,5 ч.

По окончании полимеризации подслоя тензорезистор покрывали тонким слоем спиртового раствора клея БФ-2 со стороны, противо­ положной местам крепления отводов, и осторожно приклеивали на корпус чувствительного элемента, а отводы — к бумаге. Далее про­ изводили полимеризацию клея при 120— 140° С в течение 2,5 ч с плавным повышением и снижением температуры.

Необходимо отметить, что вследствие хрупкости материала дат­ чиков их приклейка к поверхности с малым радиусом кривизны ока­ залась невозможной. Поэтому датчики компенсационных плечей мо­ стовой схемы приклеивали на отдельную плоскую пластину, которую помещали в одинаковые с месдозами условия.

Для питания мостовых измерительных цепей использовали вьдсокостабилизированный выпрямитель типа ВС-26. Выходной сигнал поступал на гальванометры чувствительностью 1300 мм/(мА-м) осциллографа Н-010 (рис. 134).

Для регистрации длины дуги контакта электроконтактным спо­ собом в валок-диск с вклейкой из оптически-чувствительного мате­ риала были вполимеризованы две проволочки диаметром 0,3 мм, которые выходили на рабочую поверхность валка-диска. При входе этих проволочек в очаг деформации цепь замыкалась через прокаты­ ваемую полосу; по выходе из очага деформации цепь размыкалась. Протяженность длины дуги записывалась на той же осциллограмме, на которой регистрировались приведенные выше параметры. Соеди­ нительные провода от месдозы и электроконтактного датчика прохо-

187

ной эпюры давления в сторону уменьшения ее максимума может достигнуть более значительной величины.

том примерно на 6— 10% при 1л1йШТ= 4ч-6. В этом еще раз можно убедиться, если сопоставить усилие прокатки Р, зафиксированное месдозами под нажимными винтами, с расчетным усилием по среднему давлению pcF (табл. 30). Здесь F — площадь контактной поверхности.

Длина дуги контакта для всех образцов, измеренная штифтом, была сопоставлена с длинами дуг, полученными с помощью электроконтактного датчика, а также с длинами дуг, рассчитанными при расшифровке картин изохром и изоклин. Следует отметить некото­ рое расхождение длин дуг /д.шт и /д э к, особенно при прокатке образцов с 3% Sb, в сторону увеличения значений. /д э к по сравне­ нию с 1д шт. Это объясняется тем, что момент прохождения очага деформации штифтом и электроконтактным датчиком не совпадал по времени, а обжатие полосы под штифтом было несколько меньше, чем на остальных частях валка. Кроме того, на получаемые значе­ ния 1Я влияют некоторая несимметричность самого процесса прокатки и неравномерность толщины полосы по ее длине. Вследствие незначи­ тельности расхождения значений 1^ э к и /д шт и необходимости сравнивать средние давления на действительной дуге контакта за основу были приняты значения /д. шт.

190

Длины дуг контакта, полученные поляризационно-оптическим методом, или совпадают по величине с длинами дуг /д шт, или превы­ шают их; максимальное превышение в данном эксперименте соста­ вило 12,7%.

Полученные значения /д, шт сравнили с рассчитанными по форму­ лам, учитывающим упругую деформацию валков, упругое восстано­ вление прокатываемого металла и коэффициент формы эпюры удель­ ного давления 15]:

I — 'VR Ah -f- Сг (0Х -}- 02) Rcjni

лосы п для чистого свинца было равно 0,160, для образцов с 3% Sb 0,139.

Из табл. 29 видно, что отклонение экспериментальных и расчет­ ных значений длины дуги находится в пределах 5— 12% .

Протяженность длины дуги контакта'металла с валком, фикси­ руемая штифтом, отличается от фиксируемой электроконтактным датчиком не более чем на 8— 10% .

Для соблюдения условий моделирования необходимо в модельном и натурном процессах прокатки выдерживать соответствие ряда критериев их подобия.

При моделировании контактных напряжений в процессе холод­ ной прокатки в валках-дисках с вклейкой из оптически-активного

Для любого из этих материалов отношение от1/Ех значительно меньше, чем в случае моделирования. Для полного соблюдения равен­ ства этого и других критериев моделирования необходим металл (при прокатке на стане 205/360x500) с пределом текучести на входе в очаг деформации ат1 = 60 кгс/мм2, что практически выполнить в эксперименте на данном стане невозможно.

191