Патент на изобретение №2366525

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ

(57) Реферат:

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 ₁ и ₂ ( – угол между плоскостью симметрии и наклонной гранью образца), измерениями устанавливают максимально достигнутые обжатия h₁ и h₂ и, используя эти параметры, вычисляют коэффициент трения. Угол клиновидности образцов выбирают из условия [₃]>₁>₂, где [₃] – справочное значение угла контакта в момент захвата переднего конца заготовки для исследуемых условий прокатки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

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 пополам, коэффициент трения определяют по формуле

.

Угол рассчитывают по величине обжатия полосы h, 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 h_y, с учетом которой вычисляют угол контакта _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=_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 ₁ и ₂, измерениями устанавливают максимальные достигнутые обжатия h₁ и h₂ коэффициент трения вычисляют по формуле

При этом углы клиновидности выбирают из условия [₃]>₁>₂, где [₃] – 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 h. Причем с увеличением угла клиновидности величина h 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 h=f() показывает, что с увеличением угла клиновидности (на фиг.1, – 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 h=f() с осью (h=0) соответствует значению предельного естественного угла захвата ₃.

Таким образом, для построения графика h=f() производится прокатка двух клиновых образцов до буксования с различными углами клиновидности ₁ и ₂. Затем измеряют толщину недоката (h₀) в точках, показанных на фиг.2, и толщину прокатанного участка (h₁), определяют максимально достигнутые обжатия h=h₀-h₁ и по двум точкам, полученным при пересечении отложенных на оси Y обжатий h₁ и h₂, а на оси X углов ₁ и ₂, строится линейная зависимость h=f() (фиг.1). Из подобия треугольников AВС и ADE рассчитывается предельный угол захвата ₃

;

откуда и тогда коэффициент

трения f=tg(₃)₃

Способ осуществляется следующим образом: берут два клиновых образца с известной клиновидностью ₁ и ₂, где ₁ и ₂ – углы между плоскостью симметрии и наклонной гранью образцов. Углы клиновидности образцов выбирают из условия [_з]>₂>₁, где [_з] – справочное значение угла контакта в момент естественного захвата переднего конца заготовки. Для исследуемых условий ₃=15-34 градуса [1, с.32]. Для обеспечения надежного захвата образца валками начальное обжатие h_з должно отвечать условию h_з[_з]²·R, где R – радиус валков. Можно принимать h_з=0,8[_з]²·R. Значительное уменьшение начального обжатия может приводить к полной прокатке образца. Для большей точности расчетов разность ₂–₁ должна быть максимально возможной. Учитывая, что с уменьшением длина образцов будет увеличиваться, можно принимать ₁=(0,30,4)[_з]. Тогда ₂=(0,80,9)[_з]. Образцы прокатывают до буксования валков. Последующими измерениями зоны деформации образцов определяют достигнутые предельные обжатия h₁ и h₂ и коэффициент трения f рассчитывают по формуле

.

Для примера проанализируем результаты прокатки двух образцов в соответствии с экспериментальной зависимостью h=f() (фиг.1), полученной при прокатке свинцовых образцов на стане «дуо 120» (R=60 мм – радиус валков ₃=15 град.)

h₁=9,5 мм; h₂=3,7 мм; ₁=4,6°; ₂=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.

Формула изобретения

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 h₁ – максимальное обжатие первого клинового образца, мм;
₁ – угол клиновидности первого образца, град;
h₂ – максимальное обжатие второго клинового образца, мм;
₂ – угол клиновидности второго образца, град;

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углы клиновидности выбирают из условия [₃]>₂>₁,
где [₃] – справочное значение предельного естественного угла захвата переднего конца клиновой заготовки для условий прокатки, град.

РИСУНКИ