книги из ГПНТБ / Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке

7,6 мкм. Очевидно, что вследствие несоответствия профиля зазора между рабочими валками поперечному сечению образцов 107 и 102 следует ожидать неравномерного распределения обжатий по их ши­ рине. Исследование поперечной разнотолщинности прокатанных по­ лос показало, что при прокатке образца 107 обжатие по середине полосы превысило обжатие по ее краям,но выпуклость сохранилась

(6Я 2 = 17,5 мкм, или 8,7 мкм на сторону). Поскольку, как уже было

показано ранее, в сечениях с обжатием выше среднего всегда дей­ ствуют сжимающие продольные напряжения, удельное давление на середине полосы было на 5,8 кге/мм2 больше, чем на расстоянии 100 мм от середины (см. табл. 18). Следствием такого распределения нормального давления является неравномерное распределение ра­ диальной деформации рабочего валка на участке контакта с полосой; максимум ее приходится на середину длины бочки. С учетом неравно­ мерного сжатия рабочего валка в контакте с полосой стрела прогиба рабочего валка на середине длины бочки (относительно сечений, отстоящих на 100 мм от нее) увеличивается и достигает 9,0 мкм (рис. 41, кривая /).

70

При прбкатке образца 102 максимумы обжатий нормального дав­ ления и радиальной деформации рабочего валка наблюдались на рас­ стоянии —20 мм от кромок полосы. По этой причине разность за-

Рис. 43. Распределение контактных напряжении и отношения | т \Jp

по длине очага деформации при прокатке образцов 42 (а) и 4 1 (б) (обозначения см. на рис. 1)

зоров между рабочими валками на ширине полосы не увеличилась, как при прокатке образца 107, а снизилась с 7,5 до 2,5 мкм (на пару валков) (рис. 41, кривые 1 и 2). Стрела выпуклости поперечного про­ филя образца 102 после прокат­

табл. 18, а профили полос до и после прокатки, распределение обжатий и погонного давления по ши­

рине полос, контактных напряжений по длине очага деформации — на рис. 42—44. Стрела выпуклости 6 Я Хобразца41 до прокатки была равна 15 мкм, или по 7,5 мкм на сторону, а стрела выпуклости об­ разца 4 2 — 16 мкм. После прокатки стрелы выпуклости S # 2 состав­ ляли 6 мкм (образец 41) и 2 мкм (образец 42), т. е. поперечная разно-

71

толщинность образца 42 после прокатки в три раза меньше, чем образца 41.

Полученные данные показывают, что если подкат вогнутый, то разнотолщннность после прокатки становится меньше, а если вы­ пуклый — больше стрелы прогиба рабочего валка на ширине полосы. В этом заключается особая роль уменьшения поперечной разнотолщинности полос вследствие упругого сжатия рабочих валков в кон­ такте с полосой, причем выпуклость не должна быть больше стрелы прогиба рабочего валка на ширине полосы.

5. 'ВЛИЯНИЕ ПРОТИВОИЗГИБА РАБОЧИХ ВАЛКОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ ПОЛОСЫ

ИРАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Вотечественной и зарубежной практике в последнее время при­ меняется эффективный способ получения полос с минимальной по­ перечной разнотолщинностью благодаря принудительному изгибу валков приложением между их шейками распирающих усилии [94—

102].

В работе [48] рассмотрено влияние противоизгиба валков на трансформацию эпюр межвалкового давления. Однако противоизгиб валков влияет также на изменение силовых и кинематических усло­ вий при контакте рабочих валков с прокатываемой полосой. Регули­ рование степени несоответствия профиля зазора между рабочими валками поперечному сечению полосы, осуществляемое с примене­ нием противоизгиба валков, позволяет выяснить некоторые законо­ мерности в распределении обжатий и контактных напряжений в очаге деформации.

Рассматривая упругое сжатие рабочего валка в зоне его контакта с опорным на участке, равном ширине полосы, при прокатке сталь­ ных заготовок с отношением B/L = 0,48, можно видеть, что при прокатке без противоизгиба (образец 102) максимум сближения осей валков приходится на середину длины бочки (рис. 45).

Приложение усилия противоизгиба приводит к выравниванию эпюры радиальной деформации рабочего валка (образец 105); при значительной величине усилия противоизгиба эпюра имеет минимум на середине длины бочки (образцы 106— 109). Изменение вида эпюры свидетельствует о том, что сближение осей рабочего и опорного валков стало максимальным на краю бочки валков и минимальным на их середине.

Известно, что прогиб рабочего валка стана кварто равен алге­ браической сумме прогиба опорного валка и сближения осей рабо­ чего и опорного валков. Поскольку прогиб опорного валка для рас­ сматриваемой серии образцов практически не изменяется, то измене­ ние характера эпюры сближения осей рабочего и опорного валков отражается на величине прогиба рабочего валка.

Сближение осей рабочего и опорного валков стана 205/360 х 500 при прокатке полос с принудительным изгибом рабочих, валков не измеряли. Поэтому зависимость стрелы прогиба рабочих валков от

72

усилия принудительного их изгиба для данного стана неизвестна. Однако в качестве критерия, характеризующего изменение прогиба рабочих валков, можно использовать распределение обжатий по ширине полос при условии идентичности их исходного поперечного сечения. Такой подход к оценке прогиба рабочих валков виден из анализа поперечных профилей полос до прокатки (рис. 46).

Для образца 102, прокатанного без противоизгнба валков, обжа­ тие на середине полосы составило 8,5%, а на расстоянии 20 мм от

гиба валков обжатие по краям полосы больше, чем по ее середине, и 6ЛЯ = +11 мкм. С ростом усилия противоизгнба рабочих валков обжатия по ширине полос становятся более равномерными, вели­ чина 6ДН уменьшается, и при прокатке образца 108 (Рнзг/Р = 0,54) 6АЯ 0. С дальнейшим увеличением усилия противоизгнба вели­ чина 6ДЯ становится отрицательной.

Распределение нормального давления по ширине полос проис­ ходит в соответствии с распределением обжатий. Наибольшая нерав­ номерность давления была получена при прокатке образца 102 (Р„зг/Р = 0). С увеличением усилий между шейками рабочих валков

73

значения максимального давления на середине полос возрастают, а в сечении, отстоящем от середины полосы на 100 мм, уменьшаются. При прокатке образца 108 (Рнзг/Р = 0,54) нормальное давление по ширине полосы распределено равномерно (см. рис. 45).

Распределение радиальной деформации рабочего валка при кон­ такте с прокатываемой полосой является функцией распределения нормального давления. Из рис. 45, в видно, что при прокатке без противоизгнба радиальная, деформация имеет минимум на середине полосы и максимум вблизи края (кривая /), равномерна по ширине полосы при прокатке с усилием противоизгнба 13,3 тс (кривая 5) и имеет максимум на середине полосы при прокатке с усилием противоизгиба, превышающим 15 тс на шейку валка (кривая 6).

Из сравнения данных о распределении обжатий, нормального дав­ ления и радиальной деформации рабочего валка по ширине полос, прокатываемых с различными усилиями противоизгнба рабочих вал­ ков, следует, что оптимальным для получения полос с минимальной в данных условиях поперечной разнотолщинностью является отно­ шение РнЗГ/Р = 0,42ч-0,б2. Равномерность эпюры межвалкового давления при прокатке образцов 102— 109 достигается при меньшем отношении усилия противоизгнба к давлению прокатки.

сделанные на основании данных прокатки полос из стали 08кп (об­ разцы 102— 109 (см. рис. 45 и 46).

На рнс. 47 приведена схема, иллюстрирующая трансформацию эпюры межвалкового давления и эпюр распределения давления по ширине полосы при изменении усилия противоизгнба.

Случай I — прокатка без противоизгнба, прогиб рабочего валка больше прогиба опорного (образец 102). «Упругий» зазор (зазор между рабочими валками во время прокатки без учета упругого сплющивания рабочих валков в контакте с полосой) имеет макси­ мальную высоту на середине длины бочки, полоса обжимается больше по краям, чем посередине.

Случай II — распирающее усилие ниже оптимального, прогиб рабочего валка равен прогибу опорного (образец 105). Эпюра меж­ валкового давления равномерна по длине бочки, а разнотолщин: ность полос меньше, чем в случае /.

Случай III — прогиб рабочих валков отсутствует, контактные напряжения по краям бочек рабочего и опорного валков больше, чем посередине, удельные давления распределены по ширине полосы равномерно.

Случай IV характерен противоположными по знаку прогибами рабочих и опорных валков, большими обжатиями на середине полос и резким ростом контактных напряжений на краях бочек рабочих и опорных валков.

Сделанные выше выводы полностью применимы к случаю про­ катки полос шириной 380 мм (BIL = 0,76). Из рассмотрения опытных

74

перераспределение обжатий и нормального давления по ширине полос (рис. 48).

Эпюры контактных напряжений, полученные при прокатке полос из стали 08кп шириной 380 мм с различными отношениями усилия противоизгиба валков к давлению прокатки РиЗГ/Р, приведены на рис. 49, а начальные и конечные поперечные сечения этих полос —

Рнс. 47. Схема трансформации эпюр межвалкового давления и эпюр рас­ пределения нормального давления по ширине полосы при изменении усилий противоизгиба рабочих валков

мум— на ее края. Когда значение Разг/Р = 0,24 (образец 154), распределение давления по ширине полосы становится практически равномерным, а при Р„зг/Р — 0,33 (образец 155) давление становится максимальным на середине полосы. Так, при прокатке образца 155 максимальное нормальное давление на середине полосы составляет 58,3 кгс/мм2 и на расстоянии 170 мм от середины 43,6 кгс/мм2.

Изменение характера распределения нормального давления по ширине полосы вызвано изменением характера распределения обжа­ тий и внутренних продольных напряжений в прокатываемой полосе. При прокатке без противоизгиба валков продольные напряжения на

—4,5 кгс/мм2. На расстоянии 100 мм от середины полосы внутрен­ ние продольные напряжения отсутствуют (см. рис. 48). Характер распределения и величины продольных напряжений на входе в очаг деформации и на выходе из него совпадают.

75

При прокатке образца 154 (Р1т/Р = 0,24) распределение обжа­ тий и нормального давления практически равномерно по ширине

прокатке образца 155 (РнЗГ1Р=0,33) — на краях полосы (рис. 54, 57). Аналогичным образом минимальное на ширине полосы значе­ ние т/р связано с действием сжимающих напряжений, влияющих на

увеличение нормального давления.

Действие внутренних продольных растягивающих напряжений, которые возникают в том или ином (в зависимости от условий про­ катки) продольном сечении, по-видимому, аналогично действию перед­ него и заднего натяжений в идеальном («плоская» деформация) слу­ чае прокатки. Задне'е натяжение, как показывают результаты много­ численных исследований различных авторов, оказывает более зна­ чительное влияние на величину удельного давления, отношение т/р

иположение критического сечения, чем переднее натяжение. Так,

вработе [8] установлено, что с ростом заднего натяжения (при по­ стоянном переднем) увеличивается продольная составляющая на­ пряжения трения и отношениет/р, а критическая точка при этом сме­ щается к плоскости выхода металла из валков.

76

Рис. 49. Распределение контактных напряжений и их отношений в очаге деформации при прокатке образцов 150, 154 и 155- (обозначения — см. рис. 1)

На одной и той же полосе, независимо от того, применяется при­ нудительный изгиб рабочих валков или нет, в сечениях, по которым действуют внутренние продольные растягивающие напряжения, кри­ тическая точка смещена к выходу металла из валков, а в сечениях, по которым действуют сжимающие напряжения, — ко входу в очаг деформации. При равенстве коэффициентов обжатия в любом про­ дольном сечении полосы, что достигается подбором соответствующей оптимальной величины отношения Рпзт1Р, нормальное давление распределяется по ширине полосы равномерно. В этом случае факти-

ческие значения длины дуги контакта металла с валком одинаковы во всех продольных сечениях полосы, поперечное критическое сече­ ние не искривлено, показатель напряжений контактного трения т!р постоянен по ширине полосы, а внутренние продольные напряжения от неравенства вытяжек отсутствуют.

Обобщение полученных результатов (см. табл. 16 и 19) позволило получить зависимости изменения поперечной разнотолщинности 6ДН от отношения усилия противоизгиба к давлению металла на валки Р!13г/Р при прокатке полос различной толщины и ширины из ста­ лей 08кп и СтЗ и алюминия AIM (рис. 51).

Сувеличением ширины полос отношение усилия противоизгиба

кдавлению прокатки, при котором поперечная разнотолщинность

минимальна, уменьшается и составляет:

Как видно из рис. 51, б, угол наклона прямых к оси абсцисс зависит от ширины прокатываемых полос и величины обжатия. С увеличением BIL угол наклона графиков 6ДН = f (Ризг/Р) к оси абсцисс увеличивается. Из сравнения результатов, полученных при прокатке полос шириной 240 и 380 мм из сталей 08 кп и СтЗ и полос той же ширины из алюминия AIM, становится очевидным, что опти­ мальные значения отношений Рязг/Р практически не зависят от ме­ ханических свойств деформируемого материала. Указанные вели-

78

чины отношений Рпзг/Р. в исследованном диапазоне не зависят также от толщины прокатываемых полос и их обжатия.

Величина отношений P,s3r/P в значительной степени зависит от поперечной разнотолщинности подката. При проведении экспери­ мента образцы с одинаковым исходным поперечным профилем груп­

и 157 со стрелой выпуклости 6Н 1 = 8 и 7 мкм. В результате про­ катки полос с такой величиной выпуклости при отношениях Ртг/Р = = 0,39 (образец 156) и 0,40 (образец 157) обжатия посередине полос значительно превысили обжатия по их краям (см. табл. 16). Измене­ ние поперечной разнотолщинности 6АН для образцов 156 и 157 со­ ставило 17 мкм и 18 мкм соответственно. Для сравнения укажем, что при прокатке образца 155 изменение поперечной разнотолщинности оказалось равным 6 мкм (Ртг/Р = 0,33).

В результате неравномерности распределения обжатий по ширине полос при прокатке этих образцов возникли значительные внутрен­ ние продольные напряжения, которые привели к короблению полос после прокатки и появлению «волны». Очевидно, что поперечную разнотолщинность при прокатке тонких полос можно регулировать

79