Исследование минимально возможной концентрации водных эмульсий при холодной прокатке тонких полос Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

В1 СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2004р. Вип. №14

УДК 621.771.223

Капланов В.И.1, Лепорская Н.В.2, Шемякин A.B.3, Капланова Е.В.4

ИССЛЕДОВАНИЕ МИНИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДНЫХ ЭМУЛЬСИЙ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ ТОНКИХ ПОЛОС

При экспериментальной прокатке тонких полос исследована эффективность

низкоконцентрированных эмульсий технологических смазок ОМ, Хемулгол С и

Акваполес-М и установлена возможность уменьшения концентрации эмульсий до

2 - 2,5 % при холодной прокатке тонких полос низкоуглеродистой стали.

Комплексную оценку эффективности низкоконцентрированных эмульсий при холодной прокатке полос различных металлов произвели по оценке изменения основных ее параметров.

Эксперименты проводили на 4-х валковом стане 100/200x300 Мариупольского механико-металлургического техникума по отработанной ранее методике [1] при холодной прокатке полос низкоуглеродистой стали, алюминиевого сплава АМц, латуни Л62 и оцинкованной стали.

Целью работы является определение минимально возможной концентрации водной эмульсии при холодной прокатке.

Результаты исследования приведены ниже в виде рисунков, на которых иллюстрируются опытные данные и закономерности их изменения в зависимости от различных факторов и условий холодной прокатки.

На рис.1 представлены диаграммы изменения суммарного коэффициента вытяжки тонких полос из низкоуглеродистой стали 2кп, размером 1,89x22x50 мм, полученного в опытах за три пропуска образцов по установленному режиму деформации. В каждом пропуске прокатку осуществляли при постоянной установке валков, при этом каждый раз учитывали обжатие образцов по условию захвата.

В качестве технологических смазок использовали Хемулгол С фирмы Квакер (Голландия), Акваполес-М и ОМ, из которых приготавливали водные эмульсии 0,5; 1; 2,5; и 5 % -ной концентрации.

Для оценки качества каждой испытуемой эмульсии в качестве базовой смазочной среды использовали дистиллированную воду.

Как и следовало ожидать, минимальный суммарный коэффициент вытяжки 2,2 был получен при прокатке на дистиллированной воде. По суммарному коэффициенту вытяжки эмульсии смазки ОМ превосходят воду даже при минимальной концентрации эмульсии 0,5 %, так как коэффициент вытяжки в этом случае составляет 2,3, а дальше, с увеличением концентрации эмульсии от 1 до 5 %, суммарный коэффициент вытяжки возрастает соответственно от 2,45 до 2,52.

Зарубежная смазка Хемулгол С почти по всем исследованным составам эмульсий превосходит эмульсии смазки ОМ того же содержания.

Ниже приведены значения суммарного коэффициента вытяжки в зависимости от концентрации эмульсии

Смазка ОМ Концентрация эмульсии, % 0,5 1,0 2,5 5,0

Суммарный коэффициент вытяжки 2,30 2,45 2,47 2,52

Смазка Концентрация эмульсии, % 0,5 1,0 2,5 5,0

Хемулгол С Суммарный коэффициент вытяжки 2,42 2,49 2,58 2,59

1 ГТГТУ, д-р техн. наук, проф.

2 ГТГТУ, ст. науч. сотр.

3 ГТГТУ, канд. техн. наук, доц.

4 ГТГТУ, ст. препод.

Если сделать общую оценку по суммарному деформационному показателю, каковым является коэффициент вытяжки, то можно прийти к заключению о несколько большей эффективности эмульсий смазки Хемулгол С.

В принципе, этот анализ позволяет заменить смазку ОМ на Хемулгол С в производственных условиях на промышленных станах холодной прокатки тонколистовой стали.

С другой стороны, по результатам исследования, приведённым на рис.1, можно сравнить качество смазки Хемулгол С с одной из разработанных в Приазовском государственном техническом университете новой смазки Акваполес-М.

Номера технологических смазок

I, II, III, 1У - соответственно дистиллированная вода [ЩЩЩ и эмульсии ОМ, Хемулгол С и

Акваполес-М различной концентрации 0,5 , 1 % ^^ , 2,5 % I-1, 5 % ИЭ

Рис. 1 - Суммарный коэффициент вытяжки в зависимости от концентрации эмульсии при холодной прокатке тонких полос низкоуглеродистой стали 2 кп, размером 1,89x22x500 мм за три пропуска на 4-х валковом стане 100/200x300 .

Смазка Концентрация эмульсии, % 0,5 1,0 2,5 5,0

Хемулгол С Суммарный коэффициент вытяжки 2,42 2,49 2,58 2,54

Смазка Концентрация эмульсии, % 0,5 1,0 2,5 5,0

Акваполес-М Суммарный коэффициент вытяжки 2,39 2,74 2,95 2,96

Интересна закономерность изменения суммарного коэффициента вытяжки в зависимости от изменения концентрации эмульсии тем, что она отмечает пределы изменения и стабилизации смазочных свойств (рис. 2). Практически все три эмульсии, содержащие 0,5 % смазки, показали близкие опытные результаты. Коэффициент суммарной вытяжки для них составляет 2,3 - 2,4, а с повышением концентрации эмульсии разница между ними увеличивается, особенно для смазки Акваполес-М. По опытным данным можно установить минимальную концентрацию для всех смазок примерно в пределах 2 - 2,5 %.

В работе принимали участие В Н. Куркчи и Л.Н.Радушева

Представляет также интерес анализ характера влияния изменения условий трения в деформационной зоне на силу прокатки - интегральный и важнейший показатель в теории и практике прокатного производства.

Сила прокатки учитывает влияние всех основных факторов и, в том числе, силы контактного трения по дуге контакта рабочих валков с обрабатываемым металлом.

я и

Л и н Е

(О

К Я

•е •е

СП О

И «

я §

и

з.о

Р 4

2,0

3 ^^

/ / 1 1

и X \ сэ

У Л-

Концентрация эмульсии, %

1, 2, и 3 - соответственно эмульсии технологических смазок ОМ (х) Хемулгол С |2|* и Акваполес-М (■ ), дистиллированная вода (О)-

Рис. 2 - Суммарный коэффициент вытяжки в зависимости от концентрации эмульсии при холодной прокатке тонких полос низкоуглеродистой стали 2 кп, размером 1,89x22x500 мм за три пропуска на 4-х валковом стане 100/200x300.

В зависимости от суммарного относительного обжатия представлены графики изменения силы прокатки (рис. 3), где хорошо заметно влияние концентрации эмульсии на силу прокатки.

Чем выше содержание смазки ОМ в водной эмульсии, тем меньше сила прокатки (рис. 3,а) в диапазоне изменения суммарного относительного обжатия примерно от 20 и до 60 %. Так, например, сказанное можно подтвердить опытными данными для двух концентраций эмульсий, приведенных ниже.

Суммарное относительное обжатие, % Сила прокатки, кН 0,5 % эмульсия ОМ 20 80

5,0% эмульсия ОМ 23 72

Разница по концентрации отличается в 10 раз и преимущество последней состоит в том, что при большей деформации получена меньшая сила прокатки.

Такая же закономерность, которая в конкретных цифрах приведена ниже, наблюдается и при наибольшем одинаковом суммарном относительном обжатии:

Суммарное относительное обжатие, % Сила прокатки, кН 0,5 % эмульсия ОМ 60 93,5

5,0 % эмульсия ОМ 60 88,0

Сила прокатки в абсолютных цифрах соответственно при относительном обжатии 20 % в 60 % (с учетом наклепа) на 8- 5,5 кН меньше при прокатке с 5 % -ной эмульсией смазки ОМ .

Испытанные эмульсии голландской смазки Хемулгол С несколько резче снижают силу прокатки (рис. 3,6) в отличие от графиков из рис. 3,а. В опытах получена почти одинаковая сила прокатки при использовании 0,5 % -ной и 1 % -ной концентраций. Несколько большая разница

установлена при прокатке тонких наклёпанных полос в третьем пропуске, когда

достигается максимальное упрочнение и суммарное относительное обжатие составляет 50 %.

&

8 И

5 и

о

6

с

«

и

100-

30

ЙО

100

й С

а

и

ьд 10

Н

i .1

5-1

С

2

н' +

с

Г

■

/

/

/

зо 50 :о

го

70

Суммарное относительное обжатие в^ ,%

Эмульсии технологических смазок ОМ (а), Хемулгол С (б), Акваполес-М (в) различной концентрации: 1, 2, 3, 4 - соответственно 0,5 % (•) 1 %, (о) 2,5 % (+) и 5 % (х); 5 -дистиллированная вода (г)

Рис. 3 - Сила прокатки в зависимости от суммарного относительного обжатия при холодной прокатке тонких полос низкоуглеродистой стали 2 кп, размером 1,89x22x500 мм за три пропуска на 4-х валковом стане 100/200x300:

Сравнительно низкая сила прокатки зафиксирована при прокатке полос с 2,5 %-ной и 5 %-ной эмульсией смазки Хемулгол-С. Первая низкоконцентрированная опытная партия водных эмульсий (0,5 - 1 %) Хемулгола С обеспечивает силу прокатки 88 - 90 кН в первом пропуске при обжатии примерно 30 - 32 % и 80 - 85 кН в третьем пропуске при суммарном обжатии 60 %. Вторая пара эмульсий (2,5 - 5 %) этой же смазки вначале обеспечивает получение силы прокатки в 77-80 кН и около 70 кН, в третьем, последнем пропуске при относительном обжатии более 60 %. Пределы изменения относительного обжатия в опытах с эмульсиями смазки Хемулгол С изменяются от 30 % и до 60 %. Если их сравнить с графиками силы прокатки для этого же диапазона обжатий, полученные с эмульсиями смазки ОМ, то можно отметить довольно заметное преимущество смазки Хемулгол С.

Отличаются от ранее рассмотренных кривых и графики изменения силы прокатки, полученные с эмульсиями смазки Акваполес-М, в зависимости от относительного обжатия (рис. 3, в). На графиках также видна роль концентрации эмульсии, а именно, с её увеличением сила прокатки снижается. Эти графики, в отличие от других, имеют более выпуклый вид с максимумом примерно посредине. На такой характер закономерностей, кроме распределения обжатия и других факторов, в большей степени оказывает влияние технологическая смазка. Наименьшая сила прокатки получена при прокатке тончайших наклёпанных полос в последнем пропуске с различными эмульсиями.

Эмульсия Акваполес -М концентрация, %

Суммарное относительное обжатие, % Сила прокатки, кН

0,5 58 75

1,0 64 76

2,5 66 68

5,0 66 65

Характер изменения силы прокатки при использовании дистиллированной воды, отличается от других графиков. Вода обладает низкими смазочными свойствами, и была взята в опытах в качестве базового вещества, служащего для оценки испытываемых смазок (рис.3, г).

Рассчитанное по опытной силе прокатке среднее давление металла на валки с учётом их упругого сплющивания приведено на рис 4.

По этим данным оцениваются опытные водные эмульсии. Здесь хорошо видно влияние концентрации эмульсий на давление металла на валки в зависимости от суммарного относительного обжатия. Полученные опытные данные могут быть использованы для проверки параметров, рассчитанных по теоретическим формулам, имеющимся в технической литературе и принадлежащих различным авторам.

ей

Он

к «

ев Ю ее X ев Ч Ч ев Н К

си К

ж

V

ч м ев

КС

Суммарное относительное обжатие е^ .%

Эмульсии технологических смазок ОМ (а), Хемулгол С (б), Акваполес-М (в) различной концентрации: 1, 2, 3, 4 - соответственно 0,5 % (•) 1 %, (о) 2,5 % (+) и 5 % (х); 5 -дистиллированная вода (г)

Рис. 4 - Давление металла на валки в зависимости от суммарного относительного обжатия при холодной прокатке тонких полос низкоуглеродистой стали 2 кп, размером 1,89x22x500 мм за три пропуска на 4-х валковом стане 100/200x300.

На рис. 5 представлены диаграммы силы прокатки и давления металла на валки в зависимости от вида эмульсии и прокатываемого материала тонких полос.

При прокатке использовали упомянутые выше смазки, из которых готовили эмульсию постоянной концентрации 2,5 %. В качестве различных материалов в опытах применяли тонкие полосы с начальной толщиной 1-1,1 мм, шириной 20 мм и длиной 400 мм из алюминиевого сплава Амц, латуни Л62, оцинкованной стали 08 кп и низкоуглеродистой стали 1 кп.

Опытная сила прокатки и рассчитанное через неё давление металла на валки приведены на рис.5, из которого следует, что диаграммы зависят прежде всего от свойств металла (сопротивление деформации), но по ним же можно оценить и влияние смазки. Так, сила прокатки, полученная в опытах с одним и тем же металлом, различна из-за свойств эмульсии ( рис. 5).

Например, наименьшее значение силы прокатки и давления металла на валки получено с 2,5 %-ной эмульсией смазки Хемулгол С для соответствующего вида материала.

600 1100

Ю за 50 70 !□ 50 50 70

Номера материалов прокатываемой полосы

а, б, и в - 2,5 %-ные эмульсии технологических смазок ОМ, Хемулгол С и Акваполес-М; 1, 2, 3 и 4 - полосы соответственно алюминиевого сплава АМц, латуни Л62, оцинкованной стали 08 кп и низкоуглеродистой стали 1кп.

Рис. 5 - Сила прокатки и давления металла на валки при холодной прокатке тонких полос (1,0 -1,1)х20х400 мм на 4 - валковом стане 100/200x300 при постоянной установке нажимных винтов.

Прокатка оцинкованной стали 08 кп и полос из низкоуглеродистой стали 1 кп показала практически близкие значения силы прокатки и давления металла на валки для соответствующей технологической смазки.

Выводы

1. Выполненное экспериментальное исследование низкоконцентрированных водных эмульсий смазок ОМ, Хемулгол С (Голландия) и Акваполес-М (ПГТУ) при холодной прокатке различных металлов показало, что по коэффициенту вытяжки и давлению металла на валки возможно уменьшение концентрации эмульсии до 2 - 2,5 % на промышленных станах холодной прокатки.

2. Рекомендуется экспериментальная проверка результатов исследований эффективности низкоконцентрированных эмульсий в производственных условиях.

Перечень ссылок

1. Катаное В.1. Ефективнють нових тсхнолопчних мастил пщ час тонколистового холодного прокатування: Навч. посюннк / Н.1. Катаное - К.: МК ВО, 1992,- 99с.

Статья поступила 02.03.2004