Интенсификация процессов прокатки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОКАТКИ

Л.С. КОХАН, д-р техн. наук, проф. Ю.А. МОРОЗОВ, канд. техн. наук, доц.

Московский государственный вечерний металлургический институт, 111250, Москва, Лефортовский вал, дом 26, т. 8(495)361-14-80; akafest@,mail.т

Окончательный выбор режима прокатки связан с возможностью увеличения нагрузки при сохранении сплошности материала. Основным критерием, определяющим момент разрушения, является величина сдвиговой деформации, которая не должна превышать ресурс пластичности данного материала.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: прокатка, сдвиговая деформация, диаграмма пластичности.

Возможность увеличения нагрузки на материал или интенсификация режима прокатки связана с сохранением сплошности материала. Основным критерием, определяющим момент разрушения материала, является величина сдвиговой деформации, которая не должна превышать ресурс пластичности данного материала. Согласно методу Колмогорова В.Л., совокупность деформаций удлинения и обжатия определяют величину деформации сдвига [1]

(1)

Тогда по условию постоянства объема и пренебрегая уширением (1 + е1)(1 - е) = 1,0 тогда е1 = 1/(1 - е) -1 = е /(1 - е).

Степень использования запаса пластичности определяется предельной величиной деформации сдвига, обуславливающей разрушение материала [2]

¥ = // - И.

Оценочным критерием выбора /р является показатель жесткости напряженного состояния, равный отношению среднего контактного напряжения к интенсивности касательных напряжений тХ2 = .^[з от

к = ^

ж _

О, - 7

7ср - 1 - 7н

Гз = л • (2)

Интенсивность сдвиговой деформации при разрушении для некоторых марок сталей при холодной прокатке может быть определена по диаграмме пластичности, изображенной на рис. 1 [3].

Рассмотрим холодную прокатку полосы размерами 2,0*200 мм из стали 08кп мм в валках с катающим радиусом Я = 250 мм и обжатием 20%.

Соответствующий угол захвата (рис. 2)

а = д/ Н0е/Я = у/ 2,0 • 0,2/250 = 0,04 рад (2,292°).

Далее переходим к силовым расчетам с использованием однохордовой модели Целикова А.И. Использование технологической смазки при прокатке устанавливает коэффициент трения / = 0,08... 0,1, тогда параметр прокатки

д = 2//а = 2 • 0,09/0,04 = 4,5.

-2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0

Рис. 1. Зависимость величины сдвиговой деформации от показателя жесткости напряженного состояния (диаграмма пластичности)

Коэффициент упрочнения металла

1

Рис. 2. Расчетная схема к определению среднего давления

1

К = 1 + -е = 1 + -0,2 = 1,1. 2 2

Высота нейтрального сечения, характеризующая выравнивание линейной скорости полосы в очаге деформации относительно окружной скорости валков (при прокатке без натяжения)

И

д2 - К

Г

д - К

-К

г

/1,1+/,52-у5 -1,1

V (1 - 0,2)

4,5 -1,1

4,5

=11425.

Относительное давление в нейтральном сечении (рис. 3)

я

И

н д

(^с д - К)

л, лд V К у

+ к

— Г(1,с • 4,5 -1,1) 1,14254,5 +1,11= 1

4,5 7

,1]= 1,62.

При толщине полосы на выходе из очага деформации

к1 = Ис (1 - е) = 2,0 (1 - 0,2) = 1,6 мм

нейтральный угол

у = агс^

\ - К - К Л

2 R

arccos

2,с 1,6Л

1-

1,1425

2 • 250

1,408 °.

Горизонтальная проекция дуги захвата

1мм.

I = л|RhCs = д/ 2502,0• 0,2 = 10,0]

Координата длины в нейтральном сечении и протяженность зон опережения и отставания Хн = хоп = Л^ту=25(Ып1,408= 6,144мм; хот = I - хоп = 10,0 - 6,144 = 3,856 мм.

Координаты середины каждой зоны

Хо„ 6,144

3,072 мм,

2 2

х = Хн + ^ = 6,144 + 3856 = 8,072 мм. 2 н 2 2

Толщина полосы в середине зон опережения и отставания ^спр = \ + 2 Г Л Л2 - X!21 = 1,6 + 2 Г250 -^12502 - 3,0722 ) = 1,638

^тр = h1 + 2 Г Л Л2 - х22 | = 1,6 + 2 Г250 -д/ 2502 - 8,0722 ) = 1,861

мм;

мм.

Относительное давление в середине каждой зоны

аср =

^ оп

(£0 д - К) (£0 д + К)

^ 1 Л

А

hср V от у

V ^ у

+ К

К

4,5 1

4,5

(1,0 • 4,5 -1,1) (1,0 • 4,5 +1,1)

' 2,0

V 1,861 у

+1,1

^1,63^4,5

V 1,6 у

1,1

1,289

= 1,139

Принимая во внимание напряжение в нейтральном сечении, среднее давление по зонам отставания и опережения

£0 + 2 аостр + 1,0 + 2 • 1,289 +1,62

1,299

4 4

_ + 2аоспр + К£ 1,62 + 2 • 1,139 +1,1 • 1,0 __

ст = —---1 =-= 1,25 .

оп 4 4

Общее среднее относительное давление прокатки при у ¡а = 0,614

1

д

1

д

стср = стот I 1 - — I + стоп — = 2,299 (1 - 0,614) +1,25 • 0,614 = 1,269 . ^ а) а

Далее переходим к исследованию устойчивости процесса прокатки. Величина деформации сдвига (1)

Л = 2д/ е2 + е2 + е, е = 2^ 0,252 + 0,22 + 0,25 • 0,2 = 0,781, где продольная деформация удлинения

е 0,2 е, =-=-= 0,25 .

1 1 - е 1 - 0,2

Коэффициент жесткости напряженного состояния (2)

k ж = 1,269-1-1,62 =- 0,78.

ж s

Предельная степень сдвиговой деформации при разрушении может быть установлена по соответствующему графику на рис. 1 или по аппроксимацион-ной формуле для стали 08кп

Лр = 0,04kж - 0,24kж + 0,611 kж -1,05 kж + 2,36 =

р 7 ж 7 ж 7 ж 7 ж 7

= 0,04 (- 0,78)4 - 0,24 (- 0,78)3 + 0,61 (- 0,78)2 -1,05 (- 0,78) + 2,36 = 3,679.

Тогда степень использования ресурса пластичности

¥ = Л/Лр = 0,78/3,679 = 0,212.

Предельное значение ресурса пластичности по Колмогорову В.Л. составляет [[]< 0,25 [1], что допускает прокатку по выбранному режиму обжатия без разрушения. Аналогичные расчеты, сделанные для указанных условий прокатки, устанавливают предельную величину обжатия 23% при котором [ = 0,246. Вследствие этого, во избежание разрушения материала и появления трещин на прокате, оценка сплошности материала является целесообразной.

Л и т е р ат у р а

1. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. - М.: Металлургия, 1986. - 688 с.

2. Aldunin A. V. Optimizing Hot Strip Rolling in Terms of the Metal Structure and Plasticity // Steel in Translation, 2008, Vol. 38, No. 5, pp. 362-365.

3. Aldunin A. V. Rational Configuration of Finishing Group and Winding Unit for a Continuous Broad-Strip Mill // Steel in Translation, 2009, Vol. 39, No. 1, pp. 7-10.

R e f e r e n c e s

1. Kolmogorov V.L. Mechanika obrabotki metallov davleniem. - M.: Metallurgiya, 1986. - 688 p.

2. Aldunin A. V. Optimizing Hot Strip Rolling in Terms of the Metal Structure and Plasticity // Steel in Translation, 2008, Vol. 38, No. 5, pp. 362-365.

3. Aldunin A.V. Rational Configuration of Finishing Group and Winding Unit for a Continuous Broad-Strip Mill // Steel in Translation, 2009, Vol. 39, No. 1, pp. 7-10.

INTENSIFICATION OF PROCESSES OF ROLLING

L.S. Kohun, Yu.A. Morozov.

Moskovskiy gosudarstvenniy vecherniy metallurgicheskiy institut, Moscow

The final choice of a mode of rolling is connected with possibility of increase in loading at preservation of a discontinuity of a material. The main criterion defining the moment of destruction, the size of shift deformation which shouldn't exceed a resource of plasticity of this material is.

KEY WORDS: rolling, shift deformation, plasticity chart.