книги из ГПНТБ / Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке

Прогиб опорного валка и сближение осей рабочего и' опорного валков измеряли в условиях статического нагружения валков на стане кварто 500 (205/360 X 500) и непосредственно при прокатке полос шириной 240 и 380 мм (Вп!Ьб = 0,48 и 0,76). Зависимость про­ гиба опорного валка относительно края бочки от давления прокатки выражается прямой линией (рис. 25), что согласуется с данными А. И. Целикова. В результате измерений, выполненных в статиче-

ских условиях, не обнаружилось зависимости прогиба валка от ширины полосы, а непосредственно при прокатке полос шириной 240 мм стрела прогиба опорного валка несколько больше, чем при прокатке полос шириной 380 мм.

Сближение осей рабочего и опорного валков в значительно боль­ шей степени, чем прогиб опорного валка, зависит от ширины про­ катываемой полосы. Эксперименты показали, что при прокатке полос шириной 380 мм сближение осей валков на середине и на расстоянии 200 мм от середины бочки почти одинаково и зависит от давления прокатки нелинейно (рис. 26, а). Можно ожидать, что при. прокатке полос указанной ширины (B/L = 0,76) межвалковое давление и кон­ тактные напряжения будут одинаковыми, в любом сечении по длине бочек валков.

Сближение осей рабочего и опорного валков при прокатке узких полос (BIL = 0,48) распределено неравномерно по длине их бочек. Максимальное сближение осей наблюдается на середине длины бочек и минимальное— на краю (рис. 26, б).

Прогиб опорного валка увеличивает неравномерность зазора между рабочими валками. При прокатке -узких (B/L < 0,76) и широ­

50

ких (5/L$> 0,76) полос неравномерность зазора увеличивается. При BIL = 0,76 рабочие и опорные валки имеют одинаковую стрелу про­ гиба, а сближение их осей по длине бочки равномерно.

Как показывают эксперименты, при прокатке узких полос (BIL = = 0,48) радиальная деформация максимальна на середине длины бочки, при прокатке широких (B/L — 0,88) — на -краях бочки рабо­ чего валка (табл. 12). Только при прокатке полос шириной 380 и 400 мм радиальная деформация рабочего валка в любом из четырех сечений по длине бочки одинакова и не зависит от толщины прокаты­ ваемой полосы и усилия прокатки.

Т а б л и ц а 12

Распределение радиальной деформации рабочего валка по длине бочки в контакте с опорным

П р и м е ч а н и е . !с — расстояние от сечения до середины бочки, мм.

Сведения о распределении контактных напряжений, действующих между рабочими и опорными валками, в литературе почти отсут­ ствуют. В настоящей работе рассмотрены результаты обработки боль­ шого числа осциллограмм, на которых зафиксировано распределе­ ние нормальных и касательных напряжений одновременно в четырех сечениях по длине бочки валков.

Известно, что эпюры давления, записанные на ленте осцилло­ графа, не отражают истинной картины распределения давления.

Это справедливо для контакта рабочего валка с полосой и тем более с опорным валком, так как отношение ширины площадки контакта, к диаметру'штифта месдозы составляет 1,0—2,5. Вершина эпюры нормального давления в контакте рабочего и опорного валков при записи показаний штифта на осциллографе «срезается» на значи­ тельную величину (10— 16%), в общем случае определяемую нерав­ номерностью распределения нормального давления pmaxlpcр и от­ ношением длины дуги контакта к диаметру штифта. Обработка экс­ периментальных результатов методами математической статистики

позволяет уточнить ошибку штифтового метода при измерении нор­ мального давления в контакте рабочего и опорного валков.

В табл. 13 представлены результаты замеров давления (без обра­ ботки) и ширины соответствующих площадок контакта в четырех сечениях вдоль бочки валков.

Были прокатаны образцы с отношением BlL, равным 0,76—0,80, поскольку в этом случае межвалковое давление распределено равно­ мерно (если усилие противоизгиба рабочих валков Р„зг = 0), что позволяет сравнивать значения максимального нормального давле­ ния, полученные экспериментально, с рассчитанными по формулам Герца.

Совпадение максимальных значений нормального давления (по­ лученных экспериментально и рассчитанных по формуле Герца) свидетельствует о том, что. площадки контакта также должны совпа­ дать. Однако ширина площадок, полученная экспериментальным путем, больше расчетной (см. табл. 13).

Результаты обработки большого числа осциллограмм нормаль­ ного давления в контакте рабочего и опорного валков представлены на рис. 27. При анализе этих данных можно выделить несколько основных моментов:

1. В широком диапазоне изменения величин ртах(Эксп) и ПЛ0‘ щадок контакта функция pmax = f (2b) является нелинейной.

Поэтому можно считать, что эксперименты находятся в противо­ речии с уравнением Герца, связывающим величину ртах со значе-

52

контакта изменяется распределение нормального давления, т. е. коэффициент сложности эпюры С0 отличен от 16; который приемлем лишь для эллиптического закона. „

2. При сравнении величин площадок контакта, рассчитанных по Герцу, с измеренными в ходе эксперимента можно сделать вывод, что для реальных величин 2b необходимо создавать большее давле­ ние. В связи с этим в зоне контакта валок — валок значительную роль играют касательные напряжения, формирующие ту или иную неравномерность распределения давления pmax/pcp; с развитием ка­ сательных напряжений эта неравномерность увеличивается.

3. С увеличением давления разница между расчетной и опытной величинами несколько сглаживается, и при больших давлениях и больших площадках контакта неравномерность в распределении дав­ ления уменьшается, поскольку, как известно, с ростом рср показа­ тель внешнего трения уменьшается. Следовательно, для малых пло­

Эпюры давления и напряжения трения в контакте рабочего валка с опорным для образца 192 (месдоза № 2) приведены на рис. 28. Эпюра давления построена по осциллограмме, обработанной мето­ дом, описанным в главе V при значении ртах = 120 кгс/мм2, для сравнения с эпюрой, рассчитанной по Герцу.

Этим же методом обработана и эпюра сил контактного трения, причем максимум эпюры напряжения трения изменяется на ту же величину, что и максимум эпюры нормального давления. Рассмотре­ ние эпюры напряжения трения убеждает в том, что поверхностные слои рабочего валка упруго смещаются относительно поверхностных слоев опорного валка в тангенциальном направлении. Только в точке перехода эпюры т через ноль их скорости совпадают, и смещение в тангенциальном направлении отсутствует. Здесь проявляется дей­ ствие поперечной упругой деформации слоев рабочего и опорного валков, зависящее от величины коэффициента Пуассона v обоих валков. Если коэффициенты v валков могут быть одинаковыми, то радиусы их кривизны всегда различны, и поэтому упругие смещения в радиальном и тангенциальном направлениях различны.

Нормальное давление р, действующее на штифт месдозы под не­ которым углом 0, вызовет появление составляющей т' (рис. 29), которую необходимо вычитать из величины найденного эксперимен­ тальным путем касательного напряжения т. Результаты расчета величины г' для двух образцов представлены в табл. 14. На основа-

54

жает максимальное влияние нормального давления на регистрируе­ мое осциллографом касательное напряжение.

Обработка эпюры и учет влияния нормального давления взаимно

исключают друг друга, и показания т можно снять непосредственно с осциллограммы без обработки.

Функцию распределения fx по пло­ щадке контакта такжеТможно опре­ делить по осциллограмме, деля ординаты тЛ. на рх в соответствую­ щих точках контакта.

г %

I

В результате измерения давления в четырех сечениях по длине бочки валков в контакте рабочего и опорного валков и последующего его пересчета с помощью графика, представленного на рис. 27, были получены значения погонного давления q„ в этих сечениях для слу­ чаев прокатки полос с различным отношением B/L без приложения дополнительных изгибающих усилий к шейкам рабочих валков. Полученные при этом значения параметров а0 и а2, представляющие собой погонное межвалковое давление по середине длины бочки валков и с краю [5], приведены в табл. 15.

Эпюры межвалкового давления полностью соответствуют харак­ теру фаспределения совместного сжатия рабочего и опорного валков

55

Т а б л и ц а 15

З н ач е н и я м е ж в а л к о в о го д а в л е н и я (эк с п е р и м е н т а л ь н ы е и р а с ч е т н ы е ) при п р о к а т к е б е з п р о т и в о и зги б а р а б о ч и х в а л к о в

56

по длине их бочки. При прокатке полос с ВЦ = 0,48 и 0,60 максимум эпюры qn приходится на середину длины бочки, сближение осей валков здесь также максимально, вследствие чего прогиб рабочего валка превышает прогиб опорного. При BIL = 0,76 межвалковое давление становится равномерным, а прогибы рабочего и опорного валков— одинаковыми; при ВЦ^> 0,76 прогиб рабочего валка ста­ новится меньше прогиба опорного. Результаты, полученные на стане кварто 205/360 X 500, соответствуют закономерностям, установлен­ ным при моделировании процесса прокатки [5].

3. ФОРМИРОВАНИЕ ПРОФИЛЯ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПОЛОСЫ

Для изучения закономерностей распределения контактных на­ пряжений и перемещений на стане кварто 500 были проведены экс­ перименты с целью определить условия формирования профиля в за­ висимости от технологических факторов процесса прокатки и управ-

. Рис. 30. Распределение среднего нормального рср и погонного дав­ лений qn по ширине образцов 221 (/), 220 (2), 168 (3) и 201 (4)

ляющего воздействия — противоизгиба рабочих валков (см. гл. V, раздел 1).

Экспериментальные данные, полученные в результате обработки большого числа осциллограмм, свидетельствуют о том, что нормаль­ ное давление при прокатке узких (BIL < 0,76) и широких (BIL > > 0,76) полос распределено по их ширине неравномерно. Эпюры рас­ пределения максимального, среднего и погонного давлений по ши­ рине очага деформации имеют два характерных максимума, находя­ щихся в непосредственной близости от кромок полосы. Нормальное давление уменьшается от краев полосы к ее середине, достигая ми­ нимальных значений на середине полосы (рис. 30).

Для исследования распределения контактных напряжений на кромках полосы прокатывали образцы шириной 400 мм с некоторым их смещением относительно середины длины бочки валков. При этом месдозой, отстоящей от середины длины бочки валков на рас­ стоянии 200 мм, фиксировали значения контактных напряжений на боковой кромке полосы и на расстоянии 5 и 10 мм от нее. Анализ рас­ пределения контактных напряжений по ширине полосы, прокатан­

57

ной без смещения относительно осевой линии стана, показывает, что эпюра распределения давления на кромке полосы (см. рис. 2, а, кривая 1) симметрична относительно середины дуги контакта ме­ талла с валком; напряжения трения в продольном направлении рас­ пределены по дуге контакта также симметрично. Среднее давление на кромке полосы составляет 22 кгс/мм2, что при данном обжатии значительно ниже среднего значения предела текучести стали СтЗ (36 кгс/мм2), а в сечении, отстоящем от кромки на 20 мм, — около 55 кгс/мм2. При этом среднее давление на середине полосы примерно равно 46,5 кгс/мм2, или в два раза выше, чем на кромке.

Для сечения, отстоящего от кромки на 10 мм (см. рис. 2, б), рас­ пределение нормального давления и напряжения контактного тре­ ния аналогично распределению напряжений на большей части ши­ рины полосы, а среднее давление лишь незначительно меньше, чем на середине полосы. Как уже было показано выше, в сечении, от­ стоящем на расстоянии 20 мм от кромки, нормальное давление дости­ гает максимального значения. Установлено, что для всех полос, прокатанных без противоизгиба рабочих валков, максимум давления отмечен именно на таком расстоянии от кромок.

Различный характер эпюр распределения давления и интенсив­ ное уменьшение давления на кромке прокатываемой полосы по сравне­ нию с сечениями, удаленными на 20 мм и более от кромок, объясняется неодинаковым напряженно-деформированным состоянием металла в этих сечениях. Это вызвано тем, что даже при прокатке тонкой широкой полосы (5//д> 60) без натяжения уширение происходит вследствие интенсивного поперечного течения металла у кромок полос.

О наличии уширения на кромках полосы свидетельствуют напря­ жения трения, фиксируемые универсальными штифтовыми месдозами в направлении образующей рабочего валка (поперечные напря­

Действие внешних зон полосы на уширение состоит в выравни­ вании вытяжки всех продольных сечений прокатываемой полосы [1, 2, 74, 88]. Вследствие этого на боковых частях полосы, где проис­ ходит уширение металла, появляются значительные растягивающие напряжения, в результате которых нормальное давление на кромках полосы падает. В прилегающих к ним зонах возникают продольные напряжения сжатия, уравновешивающие напряжения растяжения. Однако неравенство вытяжек различных продольных сечений по ширине полосы может быть вызвано не только уширением, но и не­

58

равенством обжатий вследствие неравномерного распределения упру­ гих деформаций рабочих валков по ширине прокатываемой полосы.

Установлено, что при прокатке без принудительного изгиба ра­ бочих валков полос произвольной ширины обжатия по ширине рас­ пределяются неравномерно: наибольшие — на кромках полосы, наи­ меньшие — на ее середине. Так, при прокатке образца 209 (BIL = = 0,80) обжатие на середине полосы составило 7,4%, а на расстоя­ нии 170 мм от середины 8,1%; при прокатке образца 204 обжатия составили соответственно 10,8 и 11,8% (рис. 31). Аналогично рас-

С увеличением давления на нажимных винтах йеравномерноСть рас­ пределения обжатий по ширине полос возрастаёт (табл. 16). Напри­ мер, при прокатке образца 102 давление состав,илр 56,4 тс, разница в обжатиях между краем и серединой 0,8%; при прокатке ббразца 111 — соответственно 88,4 тс и 1,3%.

Для оценки изменения поперечного профиля1полос за шроход рассматривали распределение обжатий на краях полос (20; мм от

, В результате анализа полученных данных установлено, что из­ менение поперечного профиля зависит от усилия прокатки и ширины прокатываемой полосы, т. е. отношения BIL\(рис. 33). Для всех исследованных полос величина 6АН при прокатке без противбизгиба валков остается положительной и возрастает d увеличением; давле­ ния на нажимных винтах. При одинаковых давлениях металла.- на валки с ростом отношения B/L изменение поперечного профиля 6ДЯ

.59