Влияние смазывания валков на силовые, деформационные показатели прокатки и протяженность нестационарных участков полос

Язык труда и переводы:
УДК:
621.771.01
Дата публикации:
11 мая 2022, 19:07
Категория:
Прокатно-волочильное производства
Авторы
Комаров Юрий Юрьевич
Российский университет транспорта
Шаталов Роман Львович
Московский политехнический университет
Аннотация:
Рассмотрено влияние смазывания валков на силовые, деформационные показатели прокатки и протяженность нестационарных участков полос. Представлены количественные закономерности влияния смазки валков на показатели прокатки тонких полос из меди М3 и латуни Л63 известного химического состава из промышленных партий. Показана оценка точности расчета силовых и деформационных параметров листовой прокатки. Рассмотрены возможности применения лабораторной установки, созданной на базе прокатного стана 150x235 с микроконтроллерной системой измерения сил прокатки и разработанной компьютеризированной имитационной модели для исследования влияния контактного трения на показатели прокатки.
Ключевые слова:
смазывание валков, полосы, сила прокатки, деформационные показатели прокатки, прокатный стан 150х235, микроконтроллерная система измерения силы
Основной текст труда

Одним из важнейших управляемых параметров, определяющих процесс деформации при прокатке полос, является внешнее трение между валками и деформируемым металлом или сплавом. Наличие трения и величина сил трения определяют захватывающую способность валков, в том числе и при тонколистовой прокатке, и при установившемся процессе влияют на степень деформации по толщине и уширение металла при прокатке. Силы внешнего трения, требуя дополнительной работы на их преодоление, вызывают повышение сопротивления и энергии деформации [1]. Следовательно, изменение коэффициента и сил трения, в частности за счет смазки валков, позволяет влиять на усилия прокатки.

Многочисленными исследованиями [2–4 и др.] установлено, что смазка, уменьшая коэффициент трения, понижает давление на контактной поверхности, снижает упругие деформации рабочего инструмента, за счет чего возрастает величина обжатия и повышается эффективность процесса,  а также уменьшает износ валков.

Трение оказывает существенное влияние на показатели процесса прокатки, поэтому определение корректных коэффициентов контактного трения для каждой пары металл-смазка является актуальной задачей, изученной во многих работах [5, 6], существует множество методик оценки энергосиловых параметров при  прокатке полос. Классической методикой считается методика Целикова А.И., но появляются и новые методики — этот  факт свидетельствует о неудовлетворенности практиков прокатного производства существующими методиками, о поиске новых подходов к оценке параметров прокатки.

На лабораторной установке, созданной на базе прокатного стана 150×235 с микроконтроллерной системой измерения сил прокатки был проведен ряд экспериментов по определению влияния условий контактного трения (смазок) на деформационные и силовые показатели прокатки полос из меди М3 и латуни Л63. Целью исследования является установление количественных закономерностей влияния различных смазок на деформационные и силовые показатели прокатки тонких полос из меди и латуней известного химического состава из промышленных партий, а также оценка точности расчета этих параметров на разработанной компьютеризированной имитационной модели.

Эксперимент проводили на лабораторном двухвалковом стане 150×235, оснащенном микропроцессорной системой контроля усилий проката.

Результаты эксперимента подтвердили положительное влияние применения смазок валков на деформационные и силовые показатели прокатки и позволили установить количественные  влияние условий контактного трения на эти показатели при прокатке образцов из промышленных партий полос.

Прокатку 10 опытных полос длиной около L0 = 204 мм, толщиной 1,9 мм, шириной около 20 мм проводили вначале в сухих валках, тщательно обработанных ацетоном (5 полос), затем прокатали 5 полос со смазкой валков керосином, не изменяя настройку стана (зазор между валками S0 = 1,14 мм). Величину зазора между валками определяли путем прокатки по краям бочки валков свидетелей (узких, шириной 5 мм и толщиной 2 мм, полос из свинца).

Усредненные и оцененные в достоверности методами математической статистики [7] показатели прокатки позволили оценить работу системы контроля и точность измерения усилий прокатки, а также установить некоторые количественные закономерности влияния условий контактного трения на деформационные и силовые показатели процесса прокатки медных полос. Микропроцессорная система усилий прокатки обеспечивает с точностью ±0,1 кН как измерение усилий по длине полосы, так и выделение в автоматическом расчете его максимальной величины необходимого для оценки допустимого значения [8]. Точность системы контроля позволяет исследовать влияние возмущающих и управляющих воздействий, как на установившийся процесс прокатки, так и на нестационарные процессы в периоды захвата и выхода полосы из валков.

При прокатке медных полос в сухих валках в период установившегося процесса, усилие при прокатке переднего конца принимало значение 45,7 кН, а заднего 47,1 кН, при среднем значении 60,4 кН и максимальной величине 64,7 кН. Применение смазки (керосин) при холодной прокатке медных полос позволили уменьшить усилия прокатки на переднем конце на 1,7 кН, на заднем конце полосы на 5,2 кН, а среднее значение Pср уменьшилось на 6,5 кН, максимальное на 6,7 кН, т. е. снизилось на 10,4 %, что подтверждает положительное влияние смазки на силовые показатели процесса.

Условия контактного трения влияют и на деформационные показатели прокатки. Коэффициент контактного трения прямо пропорционально влияет на изменение величины относительного обжатия при прокатке опытных полос в фиксированных исходных зазорах ненагруженных валков. Улучшенные с помощью смазок условия контактного трения позволяют увеличить обжатие металла и уменьшить толщину полосы на выходе из стана без изменения зазора между валками [9].

Усилия прокатки при применении в качестве смазки валков керосина меньше чем при сухом трении на всех участках длины прокатываемой полосы в среднем на 10 %, причем при нестационарных условиях процесса сила  P более чем в два раза меньше, что необходимо учитывать при управлении показателями качества плоского проката.

В настоящее время существует множество методик оценки энергосиловых параметров. Большая часть этих методик базируется на формулах А.И. Целикова [4, 5], что объясняется тем, что на практике эти формулы показали хороший результат по оценке усилия прокатки и тем, что они учитывают влияние всех наиболее значимых основных параметров процесса прокатки, одним из которых является сопротивление деформации металла.

 

Выводы

  1. Экспериментально при прокатке медных полос на двухвалковом стане  150×235 установлено количественно положительное влияние смазки (керосин) валков на усилие прокатки. Применение смазки позволяет при прокатке полос в длинном очаге деформации (l / hср>4) снижать усилия прокатки в среднем на 5–10 % при установившемся процессе и более чем в 2 раза в периоды захвата и выхода полосы из валков и изменяет протяженность концевых участков полосы прокатываемых в не стационарных условиях, что необходимо учитывать при настройке стана на производство качественных полос.
  2. Экспериментально определено, что применение смазок при прокатке медных полос увеличивает степень деформации на 2,0–2,5 % и уменьшает толщину металла на выходе из стана примерно на 3 %. Поэтому изменение условий контактного трения необходимо учитывать при настройке стана на прокатку полос заданной толщины.
Литература
  1. Зайков М.А., Полухин В.П., Зайков А.М., Смирнов Л.Н. Процесс прокатки. Москва, МИСиС, 2004, 640 с.
  2. Шаталов Р.Л. Повышение качества полос из цветных металлов и сплавов. Цветные металлы, 2001, № 5, с. 65–70.
  3. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Лебедев Н.Н. Напряжения и деформации в процессах обработки металлов давлением. Москва, Академкнига, 2004, 240 с.
  4. Целиков А.И. Основы теории прокатки. Москва, Металлургия, 1965, 248 с.
  5. Целиков А.И., Никитин Г. С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. Москва, Металлургия, 1980, 318 с.
  6. Шаталов Р.Л. Теория процессов прокатки и волочения. Москва, Изд-во ВЗПИ, 1993, 250 с.
  7. Железнов Ю.Д., Коцарь С.Л., Абиев А.Г. Статистические исследования точности тонколистовой прокатки. Москва, Металлургия, 1974, 240 с.
  8. Шаталов Р.Л., Лукаш А.С., Тимин Ю.Ф. Создание и исследование микропроцессорной системы контроля усилий прокатки на двухвалковом листовом стане. Металлург, 2015, № 10, с. 70–73.
  9. Шаталов Р.Л., Куликов М.А., Щербань Г.А. Распределение толщины, ширины и силы прокатки по длине листов на прокатном стане. Труды XII Международного Конгресса прокатчиков. Москва, Грин Принт, 2019, т. 1, с. 59–64.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.