§ 40. Удельное давление металла на валки

Как при деформировании внутренней поверхности обода ко­лесной заготовки наклонными валками, так и при обжатии его наружной поверхности диско-цилиндрическими роликами имеет место деформирование ограниченного объема металла, замкну­того внутри основной его массы, не подвергающейся деформи­рованию. Вся эта недеформируемая масса оказывает значитель­ное сопротивление течению металла в зоне деформирования. Вследствие этого напряженное состояние металла в деформируемой зоне приближается, как указывалось выше, к состоянию всестороннего равномерного сжатия. В этом случае разности главных напряжений малы, и для достижения предельного со­стояния, определяемого уравнением пластичности

необходимо, чтобы значения главных напряжений по абсолют­ной величине были настолько велики, чтобы их разность, даже малая, могла удовлетворить условию предельного состояния.

Вследствие этого главное напряжение , а следовательно, и среднее удельное давление будут значительно превосходить со­противление пластическому деформированию при простом растя­жении.

Вопрос о влиянии замкнутого очага деформирования на ве­личину сопротивления пластическому деформированию для слу­чая прокатки не нашел еще теоретического разрешения. Имеют­ся лишь отдельные попытки решения задач, близких по своему характеру к задачам процесса деформирования при прокатке колесной или бандажной заготовки, а также некоторые экспери­ментальные данные для отдельных случаев пластического дефор­мирования металлов.

К числу первых следует отнести работы В. В. Соколовского, рассматривавшего давление пластической среды на жесткий штамп [12], решение А. Ю. Ишлинским [15] задачи о вдавлива­нии плоского и сферического штампов и некоторые другие ра­боты.

В этих работах показано, что удельное давление металла на поверхность штампа значительно превосходит предел текучести. Однако при теоретическом решении указанных задач имели ме­сто допущения, ограничивающие применение полученных выво­дов к прокатке, так как все задачи относились к телу беско­нечно большой высоты.

В этой связи особый интерес представляют работы экспери­ментального характера, в которых определялось влияние внеш­них зон на сопротивление деформации при различном характере деформирования.

А. И. Целиков и В. В. Смирнов подвергли сжатию по двум схемам прямоугольные образцы из свинца, стали, алюминия и меди. Оставляя ширину образцов одинаковой и изменяя при оди­наковой высоте образца длину поверхности его соприкосновения со сжимающими плитами, они сопоставляли удельное давление, замеренное при сжатии коротких образцов и при местном сжатии образцов значительно большей длины. Влияние внешних зон на величину среднего удельного давления оценивалось коэффици­ентом напряженного состояния :

где р' — среднее удельное давление при сжатии коротких образ­цов;

р —среднее удельное давление при сжатии длинных образ­цов;

—длина поверхности контакта;

— высота образца.

Рис. 130. Зависимость коэффициента напряженного состояния

от отношения

Результаты опытов показали, что коэффициент мало за­висит от масштабного фактора, материала и коэффициента де­формации. В интервале

зависимость коэффициента напряженного состояния па от от­ношения— была представлена на графике (рис. 130).

Анализируя данные графика, авторы приходят к выводу, что при прокатке без натяжения и с малыми обжатиями для отношения < 1 влияние внешнего трения незначительно и им можно пренебречь. В этом случае удельное давление может быть определено по формуле

и, следовательно, график рис. 130 дает представление о величи­не коэффициента напряженного состояния в контакте.

Для получения более точных результатов исследовали уси­лии при горячей раскатке колец подшипников качения из стали ШХ15 на кольцепрокатной машине (процесс, весьма сходный с прокаткой колес и, особенно, бандажей) при температуре на­чала раскатки 940° и конца раскатки 915°. Полученные опытные величины средних удельных давлений показаны на рис. 131.

Рис. 131. Зависимость р от от относительной деформации стали ШХ15 при температуре начала раскатки 940 и конца раскатки 915 (по Целикову и Смирнову) в сопоставлении с кривыми зависимости сопротивления деформации и температуры (по Юдовичу и Соколову)

Для сопоставления на рис. 131 справа приведены кривые со­противления деформации стали ШХ15 для обжатий 10% и выше (по Юдовичу и Соколову). Несмотря на то, что различие в ве­личинах обжатий затрудняет сопоставление, даже при качест­венном сравнении экстраполированием кривой в зону больших обжатий устанавливается несоответствие данных. После построения кривой , подсчитанной на основе опытных данных с учетом влияния внешних зон, экстраполирование ее в область больших обжатий позволило установить близкое соот­ветствие с данными Юдовича и Соколова.

К сожалению, в описанных опытах не учитывалось влияние длины недеформируемых концов и температуры заготовки.

А. Д. Кузьмин [16] приводит результаты специальных испы­таний, заключавшихся в прокатке дисковых заготовок в глад­ких палках с малыми обжатиями (0,01—0,14 мм). При этом ди­ски обжимались в радиальном направлении при их вращении.

Испытанию подвергались диски из углеродистой стали Ст. 2, стали ШX15 и алюминия. При прокатке были записаны на осциллографе величины подачи валков и усилия, действующие на валки. Температура заготовок измерялась в начале и в конце прокатки оптическим пирометром. Удельные давления приводи­лись посредством пересчета к одной температуре: для Ст. 2 — к 1000°; для ШХ15 —к 900°.

Данные, полученные при прокатке, сведены в табл. 24.

Таблица 24