Тема 3.2. Основы теории обработки металлов давлением.

2. Условия захвата полосы валками Лекция 2 Условие захвата металла валками

План лекции

1. Условие захвата металла валками при неустановившемся периоде прокатки

2. Принудительный захват

3. Условие захвата металла валками при установившемся периоде про- катки

2.1 Условие захвата металла валками при неустановившемся периоде прокатки При прокатке различают три периода: неустановившийся, установившийся и выброс .

Периоды прокатки: а – захват; б - установившейся процесс; в - выброс

В период захвата происходит заполнение зазора между валками металлом. По мере продвижения переднего торца полосы через валковую щель изменяются коэффициенты деформации, площадь контактной поверхности, давление на валки и другие параметры. Процесс прокатки неустойчив. Только после того, как передний конец полосы выйдет из валков на некоторое расстояние ln – процесс прокатки стабилизируется. Также неустановившейся характер имеет процесс выброса полосы из валков . Как только длина заднего конца полосы сократится до некоторого размера lз, начинают изменяться основные параметры прокатки. Поэтому основной период прокатки установившейся. В этот период все параметры прокатки во времени не изменяются.

При установившемся процессе прокатки через любое поперечное сечение очага деформации в единицу времени проходит одинаковое количество металла.

Рис. а/-начальный период прокатки б/-установившейся период прокатки

Это условие в теории прокатки называется условием постоянства секундных объемов и математически записывается так: Fϕ υϕ = const, где Fϕ – площадь поперечного сечения полосы под произвольным уг- лом ϕ. Рассмотрим неустановившийся период прокатки .

В качестве заготовки выберем полосу. При соприкосновении полосы с вращающимися валками между ними возникает взаимодействие. Валки дей- ствуют на полосу силой N, стремясь оттолкнуть металл и силой Т, стремящейся втолкнуть металл в зазор между валками. В свою очередь полоса давит на валки силой Р, и тормозит их вращение силой Т0. Для определения захватывающей способности валков сопоставляют действие сил N и Т в направлении прокатки, т.е. рассматривают горизонтальные проекции сил: Рассмотрим три случая: 17 1. < 1 x x N T – захват отсутствует; . = 1 x x N T – валки буксуют; (3.4) 3. > 1 x x N T – металла захватывается валками, т.е. идет прокатка. Выберем третий случай, рассмотрим его, подставив в и получим: 1 sincos > ⋅ α ⋅ α N T Преобразуем в > tgα N T . Так как Т = µ ⋅ N (по закону Амонтона-Кулона), где μ – коэффициент трения, то получим: > α µ ⋅ tg N N или после сокращения µ > tgα Так как при малых углах tgα ≈ α, то в итоге запись преобразуется в µ > α. Это выражение и будет считаться условием захвата металла валками. Геометрически это означает, что равнодействующая R сил N и T отклонена вправо к плоскости выхода . И, наконец, условие захвата можно записать через угол трения β (это угол, образованный равнодействующей R и вертикалью. Тогда получим, что захват металла валками начнется, если: β > α. Таким образом, чтобы произошел захват полосы валками, угол захвата должен быть меньше угла трения. В дальнейшем будет показано, что величина коэффициента трения зависит от многих факторов: состояния поверхности и материала валков, скорости прокатки, температуры металла и др. Все эти факторы в совокупности и предопределяют максимальные углы захвата, достигаемые на практике. Практические значения максимальных углов захвата прокатных станов разного назначения приведены в Таблица 1 Максимальные углы захвата

Таблица 1 Максимальные углы захвата

Принудительный захват.

Теперь рассмотрим случай, когда заталкивающая сила Q велика и способна осуществить значительное вдавливание металла в валки. Такой захват называется принудительным или искусственным. При наличии достаточной заталкивающей силы захват может произойти при условии αз > βз, (3.8) где αз и βз – соответственно, углы захвата и трения при захвате. Сила Q, как и силы трения Т, направлена по ходу прокатки. Однако роли этих сил в осуществлении захвата сильно различаются. Остановимся на этом подробнее. Составим уравнение равновесия продольных сил, действующих на полосу, с учетом силы Q

2Nx = 2Tx + Q.

Подставляя в это уравнение значение сил Nx и Tx, после несложных преобразований находим з – fзз(tgcosQ = 2N и ( ( )) ç ç ç 2cos tg f Q N α α − Выражение позволяет утверждать, что всякое увеличение заталкивающей силы Q вызывает ответный рост отталкивающих сил N. Таким образом, сила Q сама по себе не может создать перевеса втягивающих сил над отталкивающими. Сила Q способствует осуществлению захвата косвенно. Под действием ее сминаются передние кромки полосы, в результате чего точка приложения сил N и T смещается в глубь зева валков . Происходит поворот сил, , определяющий наклонблагоприятный в отношении захвата. Когда угол сил N и Т, уменьшится до величины угла трения, возникает истинный захват полосы валками. Кроме того, в результате действия заталкивающей силы выбирается часть пружины рабочей клети стана, т. е. валки несколько раздвигаются, что также способствует осуществлению захвата. Заметим, что по условию статического равновесия сил заталкивающая сила вообще может существовать (иметь положительное значение) только в том случае, когда угол захвата больше угла трения: αз > βз. Это видно из фор- з = fз и становитсямулы (3.10), левая часть которой обращается в нуль при tg зотрицательной при tg < зfз. Последнее означает, что в случае tg < fз валки даже способны преодолеть некоторое тормозящее усилие, приложенное к полосе. Основной вопрос теории принудительного захвата можно сформулировать так: какую величину должна иметь заталкивающая сила, чтобы произошел захват при заданной разности углов αз и βз? Вывод формулы представлен в трудах А.П. Чекмарева и др. и результат представляет собой следующее. ( p b R) Q ⋅ β α = β + ñð max ç cos , где произведение b ⋅ R – площадь контактной площадки смятия; pcр – среднее контактное давление на площадке смятия..

Рис 5 Принудительный захват

Из этой формулы следует, что в случае принудительного захвата предельная величина угла αз зависит не только от коэффициента (угла) трения, но и от величины заталкивающей силы, контактного давления а следовательно, и от механических свойств металла), ширины полосы и радиуса валков. Все эти факторы оказывают влияние на степень смятия кромок полосы под действием заталкивающей силы.

3.3 Условие захвата металла валками при установившемся периоде прокатки При установившейся стадии считаем, что нормальное контактное напряжение по длине области деформирования распределено равномерно, тогда результирующая сила действия валков на металл будет проходить через середину дуги захвата . В этом случае, если повторить рассуждения для случая неустановившегося периода прокатки, условием захвата будет: β > α/2. Обычно, чем больше α, тем производительнее процесс прокатки. Улучшают захват металла валками следующие факторы: - повышение коэффициента трения (насечки на валках, металле, песок и т.д.); 21 - уменьшение скорости вращения валков; - увеличение температуры (до определенных пределов); - использование заходного клина; - применение вталкивающей силы. Ухудшает захват – использование смазки. Рис. 3.4. Схема установившегося периода прокатки

Таким образом, сравнивая выражения 3.7 и 3.13, можно заключить, что угол захвата в установившемся периоде прокатки, по сравнению с неустановившимся периодом, возрастает в два раза. Это будет справедливым только, если постоянен коэффициент трения. Однако, как показывают исследования, в установившемся периоде прокатки коэффициент трения уменьшается и поэтому в действительности углы захвата для двух периодов различаются не в два раза, а меньше. Но при этом соблюдается соотношение αуст > αнеуст, (3.14) где αуст и αнеуст, соответственно, углы захвата для установившегося и неустановившегося периодов прокатки сохраняется.

Вопросы для контроля

1. Назовите периоды прокатки.

2. Нарисуйте схему действия сил при неустановившемся периоде прокатки.

3. Выведите условие захвата металла валками при неустановившемся периоде прокатки.

4. Как изменится условие захвата металла валками при переходе от неу- становившегося периода прокатки к установившемуся?

5. Что такое угол трения?

6. В каких пределах изменяются углы захвата при прокатке на станах разных типов?

7. Какие факторы способствуют улучшению захвата металла валками при прокатке?

8. Что такое принудительный захват?

9. Сформулируйте условие принудительного захвата при прокатке.

10. Какие факторы ухудшают захват металла валками при прокатке?

11. Сформулируйте постоянства секундных объемов для прокатки