СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ
METHOD OF EVALUATING FRICTION FACTOR AT ROLLING

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.
1
Известно использование метода торможения полосы в валках для определения коэффициента трения при прокатке (1, с.23). Метод базируется на экспериментальном определении горизонтальной силы T, 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:
1
- сложность экспериментальной установки, связанная с использованием специального клещевого устройства и устройств (месдоз) для экспериментального определения сил T и P;
- низкая достоверность вследствие того, что не учитывается неравномерность распределения элементарных давлений по дуге контакта.
y
у
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, с учетом которой вычисляют угол контакта α валка с заготовкой
,
у
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/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.
0
1
1
2
1
2
Поставленная задача достигается тем, что при использовании способа определения коэффициента трения, заключающемся в прокатке одного клинового образца до буксования, и измерении толщин h и h с последующим вычислением коэффициента трения, согласно изобретению, прокатывают до буксования два клиновых образца с различной клиновидностью φ и φ, измерениями устанавливают максимальные достигнутые обжатия Δh и Δh коэффициент трения вычисляют по формуле
3
1
2
3
При этом углы клиновидности выбирают из условия [α]>φ>φ, где [α] - справочное значение угла контакта в момент естественного захвата переднего конца клиновой заготовки для исследуемых условий прокатки. [1, с.32].
z
3
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 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 α.
1
2
0
1
0
1
1
2
1
2
3
Таким образом, для построения графика Δh=f(φ) производится прокатка двух клиновых образцов до буксования с различными углами клиновидности φ и φ. Затем измеряют толщину недоката (h) в точках, показанных на фиг.2, и толщину прокатанного участка (h), определяют максимально достигнутые обжатия Δh=h-h и по двум точкам, полученным при пересечении отложенных на оси Y обжатий Δh и Δh, а на оси X углов φ и φ, строится линейная зависимость Δh=f(φ) (фиг.1). Из подобия треугольников AВС и ADE рассчитывается предельный угол захвата α
;
откуда  и тогда коэффициент
3
3
трения f=tg(α)≈α
1
2
1
2
з
2
1
з
3
з
з
з
з
з
2
1
1
з
2
з
1
2
2
2
Способ осуществляется следующим образом: берут два клиновых образца с известной клиновидностью φ и φ, где φ и φ - углы между плоскостью симметрии и наклонной гранью образцов. Углы клиновидности образцов выбирают из условия [α]>φ>φ, где [α] - справочное значение угла контакта в момент естественного захвата переднего конца заготовки. Для исследуемых условий α=15-34 градуса [1, с.32]. Для обеспечения надежного захвата образца валками начальное обжатие Δh должно отвечать условию Δh≤[α]·R, где R - радиус валков. Можно принимать Δh=0,8[α]·R. Значительное уменьшение начального обжатия может приводить к полной прокатке образца. Для большей точности расчетов разность φ-φ должна быть максимально возможной. Учитывая, что с уменьшением φ длина образцов будет увеличиваться, можно принимать φ=(0,3…0,4)[α]. Тогда φ=(0,8…0,9)[α]. Образцы прокатывают до буксования валков. Последующими измерениями зоны деформации образцов определяют достигнутые предельные обжатия Δh и Δh и коэффициент трения f рассчитывают по формуле
.
3
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 α=15 град.)
1
2
1
2
Δh=9,5 мм; Δh=3,7 мм; φ=4,6°; φ=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.