книги из ГПНТБ / Чижиков, Ю. М. Редуцирование и прокатка металла непрерывной разливки

Г л а в а 5

ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ УСЛОВИЯ ПРОЦЕССА РЕДУЦИРОВАНИЯ

УСИЛИЯ и ДАВЛЕНИЯ

Редуцирование является новым процессом и в обыч­ ной прокатной практике не применяется, поэтому пока очень мало данных о его силовых параметрах. Полно­ стью отсутствуют закономерности, устанавливающие связь силовых показателей процесса с другими его пара­ метрами, в частности с таким важным параметром, как отношение размеров прокатываемых сечений. Некоторые данные получены при моделировании в масштабе 1 : 1 0 применительно к условиям редуцирования полос (сля­ бов) толщиной 180 мм и различной ширины. Редуциро­ вание проводили в валках с рабочим диаметром ПО мм. Прокатывали образцы из углеродистой стали Ст. 3 при 1150° С в калибрах с выпуском 3°30' при отношении ха­ рактеристических размеров 2йр/5д= 1,664-2,78. Отноше­ ние высоты Я полосы к ее ширине В составляло 9; 8 ; 7; 6 ; 5; 4; 3 и 2 при 5 = const. Часть образцов нагревали с зачеканенными в них термопарами, подключенными к шлейфам осциллографа. Усилия прокатки (Р, тс) оп­ ределяли при помощи месдоз с фольговыми датчиками, их показания записывались на осциллограф. Давление р определяли по обычной зависимости

(5.1)

Зависимость Р = ф(и) для значений и до 0,2 получи­ лась (рис. 55) такой, какая обычно получается для усло­ вий Н —const. Эта функция представляет собой семейст­ во выпуклых кривых, качественно одинаковых, различа­ ющихся при различных значениях Н/В = const только количественно. Закон изменения абсолютного обжатия в зависимости от и при Я — const известен:

где а= Н = const.

Это дает возможность определить закон изменения

100

где k = B -\f ar — постоянная величина для каждого Я =

— а, поскольку В я г были при исследовании приняты постоянными.

Зависимость давления прокатки от обжатия

судя по кривым рис. 56 и согласно методу автора [31], по которому при известном ходе кривых функций <р (и)

Ряс. 55. Зависимость давлений р прокатки и усилий Р от относительного обжатия и при редуцировании полос с различным отношением И/В (сталь Ст.З, 2—1150° С, m=0,06, S=const = 18 мм)

и ф(м) определяется качественный ход кривой третьей функции, должна иметь экстремум в виде минимума.

Как показал анализ, функция p = f(u) действительно имеет минимум, но при обжатиях, превышающих иссле­ дованный интервал его значений. Характер функции (5.4) для обжатий до ц= 0,2, по опытным данным, можно видеть по кривым рис. 55. Они получились качественно

101

одинаковыми при всех значениях Н/В= const, различаясь только количественно. Так как при редуцировании дефор­ мации подвергаются полосы с большими значениями Н/В, обжатия за проход практически не могут превы­ шать иж 0,2 и то при малых значениях Н. Это очевидно, так как уже при Я = 1 0 0 0 мм абсолютное обжатие со­ ставляет 0 ,2 - 1 0 0 0 = 2 0 0 мм, что значительно превышает практически применяемые значения. Для интервала об­ жатий примерно от 0,03 до 0,2 полученные зависимости удовлетворительно описываются уравнением

где От — предел текучести.

Для теории и особенно для современной практики большое значение имеют зависимости Р = <р(Н/В) и р —

р ,т / м м г Р'Тс

Рис. 57. Зависимость усилий Р и давлений р прокатки от отношения сторон сечения Н(В при редуцировании полос в калибре с т=0,06 при различных обжатиях за проход (сталь Ст.З, /=1150° С)

= f(H/B) при значениях Н/В, превышающих 1,5. Усилие прокатки Р, как это видно из рис. 57, с увеличением от­ ношения Н/В (примерно более 1,5) повышается по слабо вогнутым кривым, которые в первом приближении мож-

102

до 7,6 кгс/мм2, что вполне вероятно. Для принятых усло­ вий (сталь Ст. 3, 7=1150° С; Д=180 мм и др.) при отно­

сравнительно небольшими [32]. Совместное влияние кри­ териев и и Н/В в первом приближении учитывается сле­ дующим уравнением

С2 = Сi = 2,2. Выведенные уравнения действительны до значений Н/В, при которых происходит полная потеря устойчивости.

КРУТЯЩИЕ МОМЕНТЫ

По крутящим моментам при редуцировании данных пока очень мало. Можно считать, что полностью отсут­ ствуют зависимости крутящих моментов от основных по­ казателей процесса редуцирования. Учитывая отсутствие промышленных объектов, исследование некоторых зако­ номерностей по крутящим моментам провели методом моделирования. В процессе исследования получили за-

104

висимости крутящих моментов от относительного обжа­ тия за проход и, что особенно интересно, их зависимость

0,7.

0,6

X 0,5

0J

J0,6

0,2

0,1

Рис. 58. Моменты прокатки при редуцировании в первом проходе с различными относительными обжатиями полос и разным отношением HjB:

а — алюминий, /=20° С; б — сталь Ст.З, /=1150°С

при комнатной температуре и углеродистой стали Ст.З при 1150° С. Отношение размеров поперечных сечений со­ ставляло от 1 : 3 до 1 : 9. По принятым размерам образцы соответствовали в натуре полосам типа слябов сечением от 180X540 до 180X1600 мм. Крутящие моменты замеря­ ли по показаниям торсиометров, установленных на каж­ дом шпинделе. Эти показания записывались на осцилло­ граф одновременно с показаниями месдоз. По получен­ ным данным, в соответствии с методикой, описанной в работе [10], определили моменты прокатки Ма. На рис. 58 представлены зависимости момента прокатки от относительного обжатия за проход и отношения разме­ ров сечения полос. В соответствии с законом силового подобия момент прокатки в натуре связан с моментом прокатки при моделировании следующей зависимостью:

равен 10. Следовательно, чтобы определить момент про­ катки в натуре, необходимо умножить (Мп) м на п3 = 1 0 3. Зависимость момента прокатки от относительного об­ жатия при первом проходе получилась качественно оди­ наковой для стали и алюминия. Он увеличивается с ро­ стом относительного обжатия. В первом приближении

105

зависимость Mn= f (u ) может быть принята линейной. Полученные кривые моментов прокатки для алюми­ ния и стали различаются только количественно. Соот­ ветствующие значения для алюминия оказались более

Рис. 59. Зависимость моментов прокатки от отношения HjB при редуцировании с различными обжатиями в первом проходе:

а — алюминий, t=20° С; б — сталь Ст.З, ^=1150° С

высокими, чем для стали Ст. 3. Так, при относительном

0,14• 103= 140 тс-м, а для алюминия 0,33-103=330 тс-м,

т. е. в 2,3 раза больше. Объясняется это тем, что сопро­ тивление деформации алюминия при комнатной темпе­ ратуре было значительно выше сопротивления дефор­ мации углеродистой стали при 1150° С.

Моменты прокатки получились высокими, поэтому они обращают на себя внимание. Следует учесть, что усилия прокатки, как это было показано выше, в этих же условиях получаются сравнительно небольшими. Безусловный интерес представляют кривые зависимости моментов прокатки от отношения размеров редуцируе­ мых сечений Н/В (рис. 59). Как видно, с ростом отноше­ ния HjB моменты прокатки заметно увеличиваются. Полученная закономерность Ma=f(H/B) остается неиз­ менной для стали и алюминия, что указывает на ее не­ зависимость от состава редуцируемого металла. Вместе с тем, как и в предыдущем случае, количественные зна­ чения моментов прокатки для алюминия получились более высокими, чем для углеродистой стали, что, оче-

106

видно, объясняется теми же причинами, на которые указывалось выше. Так как редуцированию будут под­ вергаться слябы в горячем состоянии, причем наибольшая температура их будет в начале процесса, когда отноше­ ние HJB в каждом данном случае тоже наибольшее, практическое значение имеют данные, полученные для стали Ст. 3. Судя по этим данным, при таком большом

вания, отличающихся от тех, применительно к которым осуществлено моделирование, необходимо воспользо­ ваться методом коэффициентов несоответствия, деталь­ но изложенным в работе [10]. Так, если редуцирование

условий момент прокатки, равный 290-1,165=338 тс-м. Если, кроме того, в валках диаметром 1500 мм подвер­ гался редуцированию сляб сечением 300X2100 мм при Н/В= 7, но с обжатием п= 0,1, то момент прокатки для

по диаметру валков, ширине и высоте, подсчитанные по

КОЭФФИЦИЕНТ ПЛЕЧА РАВНОДЕЙСТВУЮЩЕЙ

Располагая данными по моментам прокатки и соот­ ветствующим им усилиям прокатки по известной зави­ симости

(5.14)

2 Р V Ш

определяли коэффициент плеча равнодействующей для исследованных случаев редуцирования. По полученным данным построили кривые, показанные на рис. 60. Зако­ номерности ф = Ы «) и yp = f2(H/B), как видно, получи-

107

лись существенно различными. В то время как коэффи­ циент плеча равнодействующей с увеличением и умень­ шается, с ростом отношения Н/В он значительно увеличивается. Обращают на себя внимание весьма вы-

Рис. 60. Коэффициент плеча равнодействующей при реду­ цировании в зависимости от отношения Н/В и относи­ тельного обжатия за проход (алюминий, t= 20° С, D =

= 110 мм)

Рис. 61. Схема к определе­ нию коэффициента плеча

равнодействующей ф

сокие значения коэффициента ф. При самых малых зна­ чениях и и одновременно больших значениях Н/В коэффи­ циент ф превышает даже единицу, приближаясь к 1 ,1 .

108

Для отношений Н/В в пределах 5—8 коэффициент ф при обжатии 0,1 составляет около 0,7. Полученные значения для ф необычные и требуют объяснения. Как известно [33], равнодействующая усилий прокатки Pq направле­ на параллельно линии, соединяющей центры обоих вал­ ков, т. е. вертикально, как это показано на рис. 61, что имеет место только при простом процессе прокатки. В этом случае плечо равнодействующей силы Ро, рав­ ное а0, и коэффициент плеча равнодействующей будут на­ ходиться в следующей связи

Фо = т 2- < 1 ,

‘д

так как а0 при этом всегда будет меньше /д, что очевидно из построения. Чтобы имело место равенство

равнодействующая Р\ должна проходить под некоторым углом к вертикали, являясь касательной к кругу радиу­ сом, равным ct\= /д. При дальнейшем увеличении накло­ на равнодействующей, например при а2 =1,5/д, равнодей­ ствующая займет положение Р2. В пределе равнодейст­ вующая может достигнуть положения касательной Р3, когда значение а3 будет равно радиусу валка. В этом случае

Зависимость (5.16) показывает, что ф может быть больше единицы и что его предельное значение равно

V г Ikh. Из построения (см. рис. 61) явствует, что увели­ чение наклона равнодействующей от положения Ро к Р2 и т. д. сопровождается увеличением касательных сил трения от Т0 до Т2. Из этого следует и обратная зависи­ мость: если при прочих равных условиях процесс прокат­ ки сопровождается увеличением сил трения, втягиваю­ щих металл в валки, то неизбежно и возрастание плеча равнодействующей усилий прокатки и в результате уве­ личение крутящих моментов.

Тот факт, что при редуцировании, как было установ­ лено в процессе исследования, коэффициент плеча рав­ нодействующей значительно больше обычного и даже

109