Способ оценки фрикционных свойств технологических смазок при прокатке и волочении Советский патент 1992 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к испытательной технике, а конкретно к косвенным способам оценки силы трения, и может быть использовано для качественной оценки антифрикционных свойств при двух различных условиях трения, создаваемых преимущественно применением различных смазок при прокатке.

Известен косвенный способ опережения, который состоит в том, что перед прокаткой на поверхность валков наносят метки, а после прокатки измеряют расстояния между отпечатками этих меток на полосе. По изменению расстояния между отпечатками на полосе, по сравнению с метками на валках, судят об опережении, а по нему с использованием математической модели о большем коэффициенте трения (силе

трения). Недостатком этого способа является то, что достоверность расчета коэффициента трения определяется точностью математической модели, которая выведена с достаточно грубыми допущениями. Существенным недостатком способа также является то, что диапазон изменения опережения при прокатке, ввиду нестабильности этой величины, часто превышает точность, с которой ее можно замерить (особенно при малом опережении, что часто бывает на практике). Это вызывает необходимость проведения очень большого числа опытов для получения достоверного результата, а при относительно близких условиях трения определить большую силу (коэффициент) трения практически невозможно.

чд

XI О О 00 hO

Известен косвенный способ давления, состоящий в том, что с использованием тензометрической аппаратуры определяют усилие при прокатке металла, а затем обратным пересчетом по математической модели ищут больший коэффициент трен ия (силу трения). Этот способ имеет те же недостатки, что и способ опережения, однако, об одном следует сказать особо. Во все формулы для пересчета коэффициента (силы) трения по давлению входит величина предела текучести, определение которой с достаточно большой точностью представляет собой самостоятельную сложную задачу. Недостатком этого способа является также то обстоятельство, что с изменением условий трения изменяется и давление на валки, а с изменением давления изменяется величина сил трения, что может нивелировать происходящее изменение условий на контакте и дать не только сколько-нибудь достоверный, но и ошибочный результат, особенно при сравнении относительно близких условий трения.

Наиболее близким из косвенных способов по технической сущности является способ вытяжки. Обработка металлов давлением, включающий перемещение полосы между валками, предварительное нанесение на определенном расстоянии рисок по длине полосы и последующее измерение расстояния между рисками после выхода из валков. При этом меньшая величина расстояния между рисками после выхода из валков свидетельствует о большей величине силы (коэффициента) трения для сравниваемых разных условий на контакте. Существенным недостатком этого способа является то, что в его основе лежит оценка изменения условий трения по изменению обжатия (и как следствие изменение вытяжки) при неизменной установке зазора между валками, хотя сами условия трения зависят от величины обжатия, что влияет на достоверность получаемых результатов. Конечный результат определения большей силы трения зависит от упругой деформации валкового узла. Если валковый узел достаточно жесткий, то при относительно неболь- шом изменении условий трения не прбисходит сколько-нибудь заметного изменения вытяжки и вопрос определения большей силы (коэффициента) трения остается нерешенным. С помощью известного способа практически невозможно оценить такие изменения условий трения, при которых ошибка опыта становится соизмеримой с величиной естественного разброса вытяжки в результате биения валков, анизотропии свойств металла и пр. Следовательно, с помощью этого способа нельзя достоверно сопоставить антифрикционную эффективность близких по составу и свойствам технологических смазок, небольших изменений в

шероховатости поверхности валков и полосы, таких слабо влияющих на условия трения факторов как химический состав валков и полосы. Способ требует большого расхода образцов для экспериментов затрат време0 ни и труда на их подготовку, обработку результатов.

Целью изобретения является повышение достоверности и производительности при сравнении фрикционных свойств раз5 личных смазок.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу оценки фрикционных свойств технологических смазок при прокатке и волочении, заключающемуся в том,

0 что приводят образец в контакт с парой валков в присутствии смазки вращают валки от привода и определяют параметр взаимодействия валков с образцом, с учетом которого судят о фрикционных свойствах

5 смазки, используют вторую пару валков, которую располагают последовательно с пер-, вой, а в контакт образца с этой парой помещают вторую исследуемую смазку, вращение валков сначала осуществляют для

0 одной пары при неприводной второй паре, затем без изменения ориентации образца относительно валков вращают от привода вторую пару валков при неприводной первой паре, а о фрикционных свойствах сма5 зок судят по наличию движения образца в направлении вращения приводной пары.

Для достоверного и быстрого анализа относительно небольших изменений антифрикционной эффективности при мини0 мальном количестве испытываемых образцов необходима однозначная качественная оценка того, в каком направлении изменяются условия трения на контакте (поиск большей силы трения).

5Предлагаемый способ дает такую однозначную оценку не путем сопоставления сил трения (коэффициентом трения), а за счет действия разности сил трения, возникающих на контакте каждой пары валков с об0 разцом, причем давление в каждой паре остается неизменным (благодаря чему коэффициент трения на контакте оказывается прямо пропорциональным силам трения). Действие разности сил трения на образец

5 обеспечивается тем, что в приводной паре, в которой находится один участок образца и созданы свои контактные условия (совокупностью шероховатости поверхности валков и полосы, наличием конкретной технологической смазки и другими факторами), сила

трения со стороны валков на образец направлена в сторону вращения валков, а в неприводной паре, в которой созданы иные контактные условия - в противоположную сторону. Результирующая сила, действующая на образец определяется как разность этих сил. Если полоса получит движение в сторону вращения валков приводной пары, значит сила трения в приводной паре выше, чем в неприводной. Очень часто необходимо определить большую силу трения для двух заранее неизвестных условий трения, например, оценить антифрикционную эффективность двух новых смазок. В этом случае при первом определении большей силы трения может быть, что образец не будет двигаться в направлении вращения приводных валков. Это обозначает, что либо силы трения на двух участках полосы равны, либо сила трения на участке полосы, находящемся в приводных валках, меньше, чем в неприводных. Для окончательного однозначного ответа необходимо провести второй опыт, в котором неприводная до этого пара валков становится приводной, а приводная - неприводной, положение образца при этом не меняется. По результатам двух опытов с использованием одного об- разца получается теоретически достоверный (точный) и практически быстрый ответ на вопрос - на каком участке полосы больше сила (коэффициент) трения. Если по результатам второго опыта получается, что образец движется в направлении вращения приводных валков, то значит на участке находящемся в этих валках сила трения больше. Если во втором опыте, как и в первом, движение образца отсутствует, то это значит, что силы трения на обоих участках образца равны. Важным условием осуществления предлагаемого способа является применение высокоэффективных и обязательно одинаковых подшипников обоих пар валков, с целью исключения влияния трения в подшипниках на результаты опытов. Из практики хорошо известно, что коэффициент трения в подшипниках качения на 1-2 порядка меньше, чем при прокатке и транспортировании между валками, т.е. выполнить указанное условие на практике просто, влияние трения в подшипниках на результат эксперимента можно практически исключить за счет увеличения диаметра трущейся части валков и уменьшения диаметра подшипниковых опор. Еще одним условием реализации предлагаемого способа является то, что усилие прижима валков к образцу должно быть таким, чтобы оно не вызвало пластической деформации, т к. последняя приводит к появлению раздела течения в очаге деформации, наличию противоположно направленных сил трения в зонах опережения и отставания в каждой из пар валков. Это нарушает главное условие 5 осуществления предлагаемого способа: определение большей силы трения по разности полных сил трения в двух парах валков, в каждой из которых они имеют одно направление. Указанное ограничение не по0 зволяет оценивать влияние обжатия на условия трения, все остальные изменения факторов трения (состояние поверхности, химсостав валков и полосы, состав смазки, диаметр валков, скорость их вращения) ка5 чественно одинаково изменяют условия трения как при прокатке и волочении, так и при транспортировке (прокатка без обжатия) образца через валки, особенно в условиях прокатки с жидкими технологическими

0 смазками, когда важнейшим фактором, определяющим антифрикционную эффективность данной смазки, является толщина слоя смазки на контакте между полосой и валками.

5Пример. Проводили оценку фрикционных свойств (определение большей силы трения) для двух эмульсолов. применяемых при холодной прокатке марок Т и Укри- нол 211М. Для этого взяли плоские образ0 цы шириной 40 мм, толщиной 0,5 мм из стали 08 ПС. Для оценки фрикционных свойств (большей силы трения) согласно прототипу по способу вытяжки использовали образцы длиной 300 мм, на которые до

5 прокатки наносили риски на расстоянии 100 мм друг от друга. Для прокатки использовали стан с диаметром валков 200 мм, скоростью прокатки 0,1 м/с, обжатие составляло 10%. На поверхность образцов до прокатки

0 по всей их длине тампоном наносили названные смазки. После прокатки штангенциркулем замерили расстояние между рисками. Путем деления расстояния между рисками после прокатки на расстояние до

5 прокатки определили коэффициент вытяжки. Всего для каждого варианта смазки было прокатано 20 образцов (итого 40 образцов на опыты). Всего на подготовку опытов, проведение прокатки и обработку результатов

0 потратили 2 ч. Усредненные результаты опытов показали, что коэффициенты вытяжки на этих двух смазках равны между собой и составляют 1.24. из чего можно сделать вывод только о том, что силы трения для

5 смазок отличаются не на много, но досто-. верно определить большую силу трения на одной из них невозможно.

Для оценки фрикционных свойств (большей силы трения), согласно предполагаемому изобретению, брали один образец

длиной 1000 мм. Наносили на него две сравниваемые смазки на двух крайних участках длиной по 300 мм каждый, расстояние меж- ду которыми (где смазка не наносилась) было 400 мм. Помещали образец в две пары валков, расположенных последовательно на расстоянии 500 мм (две прокатных клети с валками диаметром 200 мм), таким образом, чтобы участок с одной из смазок находился только в одной из пар валков. Скорость вращения валков 0,1 м/с. Привод был подведен к обеим парам валков, но с помощью съемной муфты можИо было одну из пар делать поочередно неприводной (холостой), имелась возможность менять на- правление вращения приводной пары валков. Сначала в приводную пару поместили участок образца, смазанный Укринолом 211М, а в неприводную, соответственно - Т. При включении привода движения об- разца в сторону вращения приводных валков не наблюдали (было проскальзывание валка по образцу). Отсюда сделали вывод, что либо силы трения равны, либо силы трения на Укриноле 211М меньше, чем на Т. Для окончательного достоверного ответа проделали второй опыт, сделав приводной ранее неприводную пару валков. .При этом теперь в приводной паре оказался участок образца, смазанный эмульсолом Т, а в не- приводной - Укринолом 211М. При включении привода наблюдали устойчивое движение образца в сторону вращения приводных валков, что достоверно определяет большую силу трения при применении эмульсола Т. На определение большей силы трения согласно предполагаемому изобретению с применением одного образца потратили 3 мин,

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет достоверно и быстро определить большую силу трения при испытании минимального количества образцов, что очень важно при испытаниях на дорогостоящих материалах, Использование способа позволит оперативно определять оптимальные условия трения при прокатке и быстро реагировать на их изменение.

Формула изобретения Способ оценки фрикционных свойств технологических смазок при прокатке и волочении, заключающийся в том, что приводят образец в контакте первой парой валков в присутствии смазки, вращают валки от привода и определяют параметр взаимодействия валков с образцом, с учетом которого судят о фрикционных свойствах смазки, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и производительности при сравнении фрикционных свойств различных смазок, используют вторую пару валков, которую располагают последовательно с первой, а в контакт образца с этой парой помещают вторую исследуемую смазку, вращение валков вначале осуществляют для одной пары при неприводной второй паре, затем без изменения ориентации образца относительно валков. вращают от привода вторую пару валков при неприводной первой паре, а о фрикционных свойствах смазок судят по наличию движения образца в направлении вращения приводной пары валков.

Изобретение может быть использовано для качественной оценки фрикционных свойств при двух различных условиях трения, создаваемых преимущественно применением различных смазок при прокатке. Целью изобретения является повышение достоверности и производительности при сравнении фрикционных свойств различных смазок. Используют один образец с двумя участками подлине с различными смазками, который перемещают в двух парах валков, одна из которых поочередно делается неприводной, а вторая - приводной. О свойствах смазок судят по наличию движения образца в направлении вращения приводной пары валков.