книги из ГПНТБ / Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке

П р о д о л ж е н и е т а б л . 16

в процессе прокатки становится меньше, а распределение обжатии по ширине полосы более равномерным. Так, при давлении на на­ жимных винтах около 120 тс неравномерность в распределении обжа­ тий припрокатке узкой полосы (B/L = 0,48) в 1,4 раза больше, чем при прокатке широкой полосы (BIL = 0,80).

Распределение давления по ширине полос (рис. 34) соответствует характеру распределения обжатий (см. рис. 33) и зависит от ширины прокатываемой полосы и ' усилия прокатки. С повышением усилия прокатки наблюдается рост; ршх на

довательно, с ростом усилия прокатки неравномерность распределения давления уведичиваетсй, причем более интенсивно при прокатке узких полос. *

i Разность значений давления на кромках и на середине полос при {■ фокатке образца 209 составила 8 кгс/мм2, а образца 111 —40 кгс/мм2. Для данных образцов одинаковой начальной толщины, прокатанных Цри| почти одинаковых усилиях на нажимных винтах, (88,7 и 88,4), абсолютные обжатия на сфедине полосы были равны 0,090 (209) и 0,479 мм (111), а на расстоянии 20 мм от кромок 0,099 и 0,194;мм

Деформации согласно кривой упрочнения (см. рис.! 120, б) на ceipe- Д,ине полосы и у кромки составил: i

62

Разница в упрочнении материала полос в различных продольных сечениях вследствие неравномерного распределения обжатий незна­ чительна, и неравномерность распределения нормального давления не может объясняться только ее существованием.

Полученные в настоящей работе и ряде других [42, 58, 68] дан­ ные свидетельствуют о том, что радиальная деформация рабочего валка в зоне контакта с прокатываемой полосой распределяется по ее ширине неравномерно. При прокатке полос без противоизгиба рабочих балков в исследованном диапазоне отношений BIL мини­ мальные значения сплющивания отмечены на середине длины бочки, при этом по направлению к кромкам полосы сплющивание рабочего валка увеличивается. Обжатие и нормальное давление по ширине полосы распределяются аналогично.

Как видно из рис. 34, сплющивание рабочего валка, так же как

ираспределение нормального давления, зависит от ширины полосы

иусилия прокатки. С уменьшением ширины полосы неравномерность распределения упругого сжатия рабочего валка в контакте с поло­

с таким же давлением на нажимных винтах радиальная деформация

ления на нажимных винтах неравномерность распределения упру­ гого сжатия рабочего валка возрастает при прокатке и широких, и узких полос (см. рис. 34), причем в последнем случае более интен­ сивно.

Полученные в результате эксперимента зависимости прогиба

чения радиальной деформации рабочего валка в контакте с прокаты­ ваемой полосой в нескольких сечениях по длине бочки (рис. 35) поз­ волили построить активные образующие рабочих валков (зеркаль­ ное отображение поперечного профиля полосы) и сравнить их с поперечными профилями полос и распределением обжатий по их ширине. Активные образующие рабочего валка стана 205/360x500 строили суммированием величин прогиба опорного валка, сбли­ жения осей рабочего и опорного валков и радиальной деформации сжатия рабочего валка в контакте с прокатываемой полосой в рас­ сматриваемых сечениях.

Активная образующая рабочего валка при прокатке образца 170 (B/L = 0,76) показана на рис. 36. Прогиб оси опорного валка отно­ сительно края бочки на середине ее длины составил 36,3 мкм, а на расстоянии 170 мм от середины 20,0 мкм. Сближение осей рабочего

63

и опорного валков (см. рис. 26) было одинаковым на всем протяже­ нии длины бочки и составило 44,0 мкм. Радиальная деформация ра­ бочего валка в контакте с полосой на ее середине равнялась 21,4 мкм, на расстоянии 170 мм от нее 31,2 мкм. Суммируя упругие деформации валков по сечениям, соответствующим середине и краю полосы, по­ лучили величины 101,7 и 95,2 мкм. Таким образом, деформация

валков по середине длины бочки превысила деформацию по краю по­ лосы на 6,5 мкм.

Стрела выпуклости поперечного профиля полосы после прокатки (см. рис. 36) составила 14 мкм:

Если предположить, что упругие деформации нижней пары вал­ ков стана 205/360 X 500, для которой радиальную деформацию не измеряли, равны деформации верхней пары валков, то суммарная неравномерность зазора между валками (2 X 6,5 мкм = 13 мкм) будет соответствовать стреле выпуклости поперечного профиля про­ катанной полосы, которая составляет 14 мкм.

Активная образующая рабочего валка, построенная для случая прокатки более узкой полосы (образец 112, BIL — 0,48), показана

64

Т а б л и ц а 17

на рис. 37, а составляющие упругой деформации валков по ширине полосы приведены в табл. 17.

Из приведенных данных следует, что неравномерность расстоя­ ния между рабочими валками по ширине полосы (240 мм) от прогиба опорных валков и сближения осей рабочих и опорных валков состав­

ляет (75,3—57,3)-2 = 36 мкм.

Исходный профиль образца 112 показан на рис. 38, а. Подкат имел некоторую незначительную вогнутость, составляющую ^—2,5 мкм на сторону:

— 1,159 = +0,005 мм.

При прокатке полосы с. таким исходным поперечным профилем в зазоре, высота которого на середине ширины полосы превышала на 36 мкм высоту на расстоянии 120 мм от середины, следует ожидать, что обжатия будут неравномерными по ширине полосы. Измерение поперечного профиля прокатанной полосы и вычисление обжатий (рис. 39 и табл. 16) показало, что обжатие на середине полосы со­ ставляет 26,3%, на расстоянии 100 мм от середины 27,7%, а стрела выпуклости поперечного профиля прокатанной полосы равна по 6 мкм на сторону:

дН2= -,8- 6^ — - — 0,854 = — 12 мкм.

Полученное значение выпуклости поперечного профиля значи­ тельно меньше, чем зазор между рабочими валками, который на середине длины бочки на 26,6 мкм больше, чем на расстоянии 100 мм от середины (табл. 17). Однако с учетом радиального сжатия рабочего валка в контакте с полосой, составляющего 32,7 мкм на середине длины бочки и 41,0 мкм на расстоянии 100 мм от середины (см. рис. 39), неравномерность зазора между рабочими валками умень­ шается до 5 мкм на сторону (см. рис. 37, табл. 17), что соответствует результатам измерения выпуклости поперечного профиля прокатан­ ной полосы (по 6 мкм на сторону).

Таким образом (см. рис. 36, 37), при прокатке широких и узких полос упругое сжатие рабочих валков в контакте с полосой в опре­ деленной степени уменьшает неравномерность просвета между ра­ бочими валками, вызванную взаимодействием прогиба опорного валка и сближения осей рабочего и опорного валков, и способствует получению полос более точного профиля.

В результате измерения площадей, ограничивающих каждую из составляющих активных образующих рабочих валков, было уста­ новлено, что при прокатке образца 112 (BIL = 0,48) доля прогиба опорного валка в общей деформации валкового узла составляет 28% , доля сближения осей рабочего и опорного валков 47%, доля упру­ гого сжатия рабочего валка в контакте с полосой 25% , а при про­ катке более широкой полосы (образец 170, BIL = 0,76) они соответ­ ственно равны 27,2; 49,8 и 23% . Эти данные показывают, что вели­ чина каждой из составляющих активной образующей практически не зависит от ширины прокатываемой полосы.

Эпюры контактных напряжений при прокатке образца 112, по­ строенные по показаниям штифтовых месдоз, показаны на рис. 40. Обе эпюры имеют ярко выраженные максимумы, смещенные в сто­ рону выхода металла из валков и наблюдаемые при одном и том же значении хНа ^ 0,65. Распределение нормального давления по ши­ рине полосы неравномерно: минимальное значение приходится на ее середину (кривая 3) и максимальное — на сечение, отстоящее от середины на расстоянии 100 мм (кривая 2). По найденным значе­ ниям среднего давления и длинам дуг контакта металла с валком (/д3 = 8,05 мм, /д2 = 9,07 мм) была построена эпюра распределения погонного давления qnпо ширине прокатываемой полосы (см. рис. 39).

66

что большее давление, возникающее на краю полосы, вызывает большую радиальную деформацию сжатия рабочего валка в этом сечении, чем в сечении, соответствующем середине полосы.

Анализ формул, выведенных А. И. Целиковым для расчета рас­

жении к полосе переднего (или заднего)

натяжения давление в сечении выхода металла из валков (или входа в очаг деформации) уменьшается пропорционально натя­ жению. Для определения внутренних продольных напряжений-, воз­ никающих в полосе в результате действия внешних ее частей, стре­ мящихся выровнять вытяжки различных сечений, в настоящей ра­ боте применили аналогичный подход. На линии центров валков, где пластическая деформация практически отсутствует, откладывали ординату, равную сопротивлению деформации в конце процесса про­ катки (см. рис. 40). Расстояние от нее до той или иной эпюры нор­ мального давления представляет собой в соответствующем масштабе величину продольного напряжения в сечении выхода металла из валков.

Определение величины действующих в полосе внутренних про­ дольных напряжений на входе в очаг деформации представляет опрё-

деленную трудность, так как не известно, при каком значении абс­ циссы Л'//д откладывать ординату 1,15crTl, соответствующую началу пластической деформации. Поскольку при прокатке образца 112 максимумы двух эпюр нормального давления не смещены один от­ носительно другого, можно полагать, что в каждом продольном се­ чении действуют равные полные натяжения. Однако практически определить величины внутренних продольных напряжений на входе

установлено, что в сечении выхода металла из валков на середине полосы действует растягивающее напряжение Дет, равное -j-б кге/мм2, а на расстоянии 100 мм от середины — сжимающее напряжение, равное —7 кге/мм2. В сечении входа металла в валки эти напряже­ ния составляют соответственно + 8 кге/мм2 и —9 кге/мм.2. Таким образом, средняя часть полосы в процессе прокатки подвергается действию растягивающих напряжений, а ее края — подпирающих напряжений. Поэтому неравномерность распределения нормального давления по ширине полосы, вызванная уширением на кромках полосы и увеличенным обжатием краев полосы по сравнению с ее серединой, значительно возрастает (см. рис. 39, 4).

Анализ экспериментальных данных показал, что продольные на­ пряжения трения, так же как и нормальное давление, по ширине по­ лосы распределяются неравномерно. Для всех полос, прокатанных без применения противоизгиба рабочих валков, отмечены меньшие значения напряжений контактного трения на середине полосы и их рост по направлению от середины к краям полосы. Указанная неравномерность распределения сил контактного трения по ширине полосы наблюдается при прокатке образцов из алюминия AIM, ста­ лей СтЗ и 08кп различной исходной толщины и ширины. Таким обра­ зом, ординаты эпюр распределения напряжений контактного тре­ ния и нормального давления по ширине прокатываемой полосы на ее середине минимальны. Однако отношение продольной составляющей напряжения контактного трения к нормальному давлению для се­ чения, проходящего по середине полосы (где величины т и р мини­ мальны), всегда больше, чем для сечений, находящихся вблизи кро­ мок полосы.

Рассмотрим распределение касательных напряжений по ширине полосы при прокатке образца 112 (см. рис. 40). Усредненное по длине дуги контакта металла с валком значение продольной составляющей напряжения контактного трения для сечения, проходящего по сере­ дине полосы, тср3 равно 5,1 кге/мм2, а для сечения, отстоящего от середины на расстоянии 100 мм, тср2 равно 5,8 кге/мм2. Средние нор­ мальные давления по этим продольным сечениям соответственно равны рср3 = 46,5 кге/мм2 и рср2 = 58,3 кге/мм2.

Показатель напряжения контактного трения ) тср |/рср на сере­ дине полосы составил 0,11 и на расстоянии 100 мм от середины 0,10. Следовательно, при прокатке без противоизгиба валков эпюра рас-

68

пределения показателя напряжения контактного трения по ширине полосы имеет максимум на середине полосы, тогда как эпюры рас­ пределения нормальных и касательных напряжений имеют на сере: дине полосы минимум.

Установлено [92], что для стали 08кп и алюминия с ростом нор­ мального давления напряжение трения увеличивается при одновре­ менном уменьшении коэффициента трения. На основании анализа многочисленных экспериментальных данных в работе [93] показано, что эта закономерность наблюдается при холодной и горячей обра­ ботке металлов давлением с применением смазки и без нее. Проведен­ ные нами исследования подтверждают существование такой законо­ мерности не только при прокатке различных полос, но и на одной

итой же полосе вследствие неравномерности распределения обжатий по ширине полосы, вызванной упругими деформациями валков.

Таким образом, авторами установлена обобщенная качественная

иколичественная зависимость между распределением нормального давления, напряжения трения, исходным профилем полосы и про­ филем валков. Характер распределения нормального давления и на­ пряжения трения по ширине полосы определяется неравномерностью обжатий и распределением внутренних продольных напряжений, возникающих в процессе прокатки.

4.ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ ПОДКАТА

НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЖАТИЙ И НОРМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ПО ШИРИНЕ ПОЛОСЫ

При прокатке полос с исходной поперечной разнотолщинностью давление распределяется по ширине полосы неравномерно. Наличие вогнутости способствует увеличению, а выпуклости — уменьшению неравномерности распределения обжатий и давления. Если стрела исходной выпуклости превышает некоторое определенное для дан­ ных параметров валков и полосы значение, эпюра распределения давления по ширине изменяет свой характер и из вогнутой, с мини­ мумом на середине, становится выпуклой. Аналогичным образом изменяется распределение обжатий по ширине прокатываемой по­ лосы. Анализ зависимости распределения вытяжек от профиля под­ ката позволяет выяснить, каким образом поперечная разнотолщинность влияет на устойчивость процесса холодной прокатки, а следо­ вательно, и на стойкость валков и производительность станов.

Рассмотрим результаты, полученные при прокатке образцов раз­

или по 14 мкм на сторону. Образец 102 до прокатки был вогнутым (рис. 34, а, Г); стрела вогнутости 8Нг = 3 мкм. Стрела прогиба ра­ бочего валка на середине длины бочки относительно сечений, отстоя­ щих от середины на 100 мм, при прокатке обоих образцов составила

69