способ определения коэффициента трения при прокатке
Классы МПК: | B21B38/00 Способы или устройства для измерения, специально предназначенные для прокатных станов, например, определение положения, проверка проката G01L5/00 Способы или устройства для измерения сил, например удара, работы, механической мощности или вращающего момента, предназначенные для специальных целей |
Автор(ы): | Пилипенко Сергей Степанович (RU), Потапенков Александр Петрович (RU), Серебренников Юрий Георгиевич (RU), Марков Дмитрий Сергеевич (RU), Рогова Людмила Иннокентьевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Норильский индустриальный институт" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-01-21 публикация патента:
10.09.2009 |
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.
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.
Описание изобретения к патенту
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 hy, 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 h 0 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 hз должно отвечать условию hз [ з]2·R, где R - радиус валков. Можно принимать hз=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=(0,3 0,4)[ з]. Тогда 2=(0,8 0,9)[ 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.
Класс B21B38/00 Способы или устройства для измерения, специально предназначенные для прокатных станов, например, определение положения, проверка проката
Класс G01L5/00 Способы или устройства для измерения сил, например удара, работы, механической мощности или вращающего момента, предназначенные для специальных целей