СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ Российский патент 2009 года по МПК B21B38/00 G01L5/00 

Изобретение относится к области испытаний на трение и износ, в частности к способам определения коэффициента трения между прокатываемой заготовкой и валками прокатного стана, и может быть использовано в лабораторных и производственных условиях при установлении технологических параметров прокатки на обжимных и толстолистовых станах.

Известно использование метода торможения полосы в валках для определения коэффициента трения при прокатке (1, с.23). Метод базируется на экспериментальном определении горизонтальной силы T₁, с которой полоса втягивается в очаг деформации, и силы нормального давления P металла на валки в процессе торможения полосы при помощи специального клещевого устройства. Принимая условие равномерного распределения давления металла на валки по дуге контакта, а это равносильно тому, что точка приложения силы P делит дугу контакта и угол захвата α пополам, коэффициент трения определяют по формуле

.

Угол α рассчитывают по величине обжатия полосы Δh, которую определяют путем измерений зоны деформации полосы

,

где R - радиус валков.

Недостатками метода являются:

- сложность экспериментальной установки, связанная с использованием специального клещевого устройства и устройств (месдоз) для экспериментального определения сил T₁ и P;

- низкая достоверность вследствие того, что не учитывается неравномерность распределения элементарных давлений по дуге контакта.

Наиболее близким к предлагаемому способу определения коэффициента трения при прокатке является метод предельного обжатия, достигаемого путем прокатки клинового образца при постоянном растворе валков [1, с.31]. Метод основывается на том, что по мере продвижения клиновидной заготовки угол контакта заготовки с валком увеличивается, достигая предельного значения, что вызывает буксование валков по заготовке. Последующими измерениями определяют достигнутую максимальную величину обжатия Δh_y, с учетом которой вычисляют угол контакта α_у валка с заготовкой

,

где R - радиус валка. Далее, принимая условие равномерного распределения элементарных давлений металла на валки по дуге контакта, а это соответствует тому, что точка приложения равнодействующей этих давлений (усилие прокатки Р) делит дугу контакта пополам, коэффициент трения f определяют как f=α_у/2.

Недостаток данного метода заключается в его низкой достоверности, вследствие того что в расчетах не учитывается зависящая от угла клиновидности образца неравномерность распределения давлений по дуге контакта и смещение с учетом этого точки приложения равнодействующей давлений металла на валки от середины дуги контакта валка с заготовкой.

Задачей изобретения является повышение достоверности определения коэффициента трения при прокатке с использованием метода предельного обжатия (прокатка клиновых образцов) за счет учета зависимости величины предельного обжатия от угла клиновидности образцов.

Поставленная задача достигается тем, что при использовании способа определения коэффициента трения, заключающемся в прокатке одного клинового образца до буксования, и измерении толщин h₀ и h₁ с последующим вычислением коэффициента трения, согласно изобретению, прокатывают до буксования два клиновых образца с различной клиновидностью φ₁ и φ₂, измерениями устанавливают максимальные достигнутые обжатия Δh₁ и Δh₂ коэффициент трения вычисляют по формуле

При этом углы клиновидности выбирают из условия [α₃]>φ₁>φ₂, где [α₃] - справочное значение угла контакта в момент естественного захвата переднего конца клиновой заготовки для исследуемых условий прокатки. [1, с.32].

В результате проведенных экспериментальных исследований [2] авторами установлено, что угол клиновидности образца при прочих равных условиях влияет на величину предельного обжатия Δh. Причем с увеличением угла клиновидности величина Δh линейно уменьшается. На фиг.1 представлена зависимость, полученная при прокатке свинцовых клиновидных образцов на лабораторном стане «дуо-120» при шероховатости валков примерно R_z 40. Полученная зависимость Δh=f(φ) показывает, что с увеличением угла клиновидности φ (на фиг.1, φ - угол между плоскостью симметрии и наклонной плоскостью образца) точка приложения равнодействующей смещается по дуге контакта в сторону входа полосы в валки. С другой стороны, это позволяет сделать вывод, что точка пересечения графика Δh=f(φ) с осью φ(Δh=0) соответствует значению предельного естественного угла захвата α₃.

Таким образом, для построения графика Δh=f(φ) производится прокатка двух клиновых образцов до буксования с различными углами клиновидности φ₁ и φ₂. Затем измеряют толщину недоката (h₀) в точках, показанных на фиг.2, и толщину прокатанного участка (h₁), определяют максимально достигнутые обжатия Δh=h₀-h₁ и по двум точкам, полученным при пересечении отложенных на оси Y обжатий Δh₁ и Δh₂, а на оси X углов φ₁ и φ₂, строится линейная зависимость Δh=f(φ) (фиг.1). Из подобия треугольников AВС и ADE рассчитывается предельный угол захвата α₃

;

откуда и тогда коэффициент

трения f=tg(α₃)≈α₃

Способ осуществляется следующим образом: берут два клиновых образца с известной клиновидностью φ₁ и φ₂, где φ₁ и φ₂ - углы между плоскостью симметрии и наклонной гранью образцов. Углы клиновидности образцов выбирают из условия [α_з]>φ₂>φ₁, где [α_з] - справочное значение угла контакта в момент естественного захвата переднего конца заготовки. Для исследуемых условий α₃=15-34 градуса [1, с.32]. Для обеспечения надежного захвата образца валками начальное обжатие Δh_з должно отвечать условию Δh_з≤[α_з]²·R, где R - радиус валков. Можно принимать Δh_з=0,8[α_з]²·R. Значительное уменьшение начального обжатия может приводить к полной прокатке образца. Для большей точности расчетов разность φ₂-φ₁ должна быть максимально возможной. Учитывая, что с уменьшением φ длина образцов будет увеличиваться, можно принимать φ₁=(0,3…0,4)[α_з]. Тогда φ₂=(0,8…0,9)[α_з]. Образцы прокатывают до буксования валков. Последующими измерениями зоны деформации образцов определяют достигнутые предельные обжатия Δh₁ и Δh₂ и коэффициент трения f рассчитывают по формуле

.

Для примера проанализируем результаты прокатки двух образцов в соответствии с экспериментальной зависимостью Δh=f(φ) (фиг.1), полученной при прокатке свинцовых образцов на стане «дуо 120» (R=60 мм - радиус валков α₃=15 град.)

Δh₁=9,5 мм; Δh₂=3,7 мм; φ₁=4,6°; φ₂=11,5°.

По способу, принятому за прототип, получаем два разных значения коэффициента трения f

По предлагаемому способу

Использование предлагаемого способа позволит существенно повысить достоверность определения коэффициента трения при прокатке, поскольку при этом способе учитывается зависимость предельной величины обжатия от угла клиновидности образцов, а значит и неравномерность распределения давлений по дуге контакта полосы и валка. Использование достоверных значений коэффициента трения позволит, в свою очередь, оптимизировать соответствующие режимы прокатки в направлении обеспечения устойчивости процессов при максимальной производительности.

Источники информации

1. Николаев В.А. Теория процессов прокатки. Учебное пособие для студентов ЗГИА / Запорожье: изд-во ЗГИА, 2004. - 184 с.

2. Разработка и исследование гидромеханических установочных устройств валков для «беззахватной прокатки»: отчет о НИР (заключит.) / НИИ; рук. Потапенков А.П.; исп. Чернобай В.М. - Норильск, 1998. - 51 с. - № Г.Р. 01990007716. - Инв. №02990004894.

Изобретение предназначено для повышения достоверности определения коэффициента трения при прокатке с использованием метода предельного обжатия. Коэффициент трения между прокатываемым металлом и валками прокатного стана определяют прокаткой клиновых образцов в лабораторных и производственных условиях при установлении технологических параметров горячей прокатки для обжимных и толстолистовых станов. Увеличение точности определения обеспечивается за счет того, что прокатывают до буксования два клиновых образца с различной клиновидностью φ₁ и φ₂ (φ - угол между плоскостью симметрии и наклонной гранью образца), измерениями устанавливают максимально достигнутые обжатия Δh₁ и Δh₂ и, используя эти параметры, вычисляют коэффициент трения. Угол клиновидности образцов выбирают из условия [α₃]>φ₁>φ₂, где [α₃] - справочное значение угла контакта в момент захвата переднего конца заготовки для исследуемых условий прокатки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения коэффициента трения при прокатке, включающий прокатку клиновых образцов заготовки до буксования валков, измерение параметров зоны деформации образцов и последующее вычисление коэффициента трения с использованием этих параметров, отличающийся тем, что прокатывают два клиновых образца с различными углами клиновидности, измерениями устанавливают максимально достигнутые обжатия и вычисляют коэффициент трения по формуле:
,
где Δh₁ - максимальное обжатие первого клинового образца, мм;
φ₁ - угол клиновидности первого образца, град;
Δh₂ - максимальное обжатие второго клинового образца, мм;
φ₂ - угол клиновидности второго образца, град;

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углы клиновидности выбирают из условия [α₃]>φ₂>φ₁,
где [α₃] - справочное значение предельного естественного угла захвата переднего конца клиновой заготовки для условий прокатки, град.