CC BY
120------------------------------------- Сортопрокатное производство
А.М. Кривенцов
ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ им. академика А.И. Целикова»
РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НА ЕГО ОСНОВЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПРИ ГОРЯЧЕЙ, ТЁПЛОЙ И ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Предложен метод определения коэффициента трения, основанный на использовании отношения температур прокатки t и плавления tm, который позволил разработать единую методику расчёта коэффициента трения при прокатке черных и цветных металлов в функции температуры, скорости прокатки, смазки, материала валков и полосы, а также состояния их поверхностей.
Ключевые слова: коэффициент трения, чёрные и цветные металлы, температура и скорость прокатки, смазка, материал валков и полосы.
Силы трения, возникающие между прокатываемым металлом и валками, оказывают большое влияние на процесс прокатки. Без них невозможно его осуществление, силы трения определяют допустимый угол захвата, а, следовательно, возможное обжатие и кроме того, влияют на энергосиловые параметры, уширение и опережение.
С этих точек зрения особенно важна правильная оценка коэффициента трения, который находят в настоящее время расчетным и экспериментальным методами. Первый способ разработан для горячей и холодной прокатки черных металлов, коэффициент трения для цветных металлов находится по экспериментальным данным.
Целью рассматриваемой работы является разработка единой основы для расчёта коэффициента трения при горячей, теплой и холодной прокатке черных и цветных металлов, при этом вначале будут рассмотрено определение коэф-
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 6
40
Сортопрокатное производство
фициента трения при захвате лз, а затем в установившемся процессе прокатки /л.
При определении коэффициента трения при горячей прокатке стали за основу берётся температурная зависимость, а затем учитываются другие параметры. Так, С. Экелунд [1] на основании эксперимента с малоуглеродистой сталью (0,15% C) установил, что
Из = к;(1,05 - 0,00051). (1)
Для чугунных валков с закаленной поверхностью K" = 0,8, для стальных валков К'1 = 1.
Бахтинов Б.П. и Штернов М.М. [2] расширили применение формулы (1), введя в нее поправочные коэффициенты, учитывающие влияние скорости прокатки к 2 и химического состава прокатываемого металла К 3, т.е.
Из = К1К2К3'(1,05 - 0,0005г). (2)
Молотковым Л.Ф. [3], Голубевым Т.М. и Зайцевым М.А. [4], Гелеи Ш. [5], Грудевым А.П. [6] предложены зависимости, в основе которых также лежат зависимости в функции температуры.
В работе [7] предложен критерий, представляющий собой отношение температуры прокатки t к температуре плавления tnj этого же металла, который позволил разработать более совершенную методику расчета коэффициента трения. Используя найденное отношение зависимость коэффициента трения при захвате от температуры можно аппроксимировать двумя уравнениями. Для области tltnj > 0,5
Из =1,05 - 0,73 фт (3)
при отношении tltnjl < 0,5
Из = 105 фт + 0,18. (4)
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 6
41
------------------------------------------ Сортопрокатное производство
Уравнения (3) и (4) получены на основании экспериментальных данных, проведенных в работах [1, 3, 4, 6, 8, 9].
Влияние других факторов, которые оказывают существенное влияние на коэффициент трения, можно учитывать введением параметров по аналогии с уравнением (1), а именно:
Мз = К,КсКвп (1.05 - ОДЗгДпл) ; (5)
Мз = К, КсКт (1,05 фт + 0,18), (6)
где Kv, Кс, Квп - параметры, учитывающие соответственно влияние скорости прокатки, смазки, материала валков и полосы, а также состояние их поверхностей.
При прокатке эти коэффициенты находят из экспериментальных данных. Зависимость величины Kv (рис. 1) построена на основании опытных данных работ [2, 4, 10, 11, 12, 13, 14]. Как видно из рис. 1, значения Kv для одной и той же скорости при горячей и холодной прокатке различаются незначительно, поэтому экстраполированием величину коэффициента трения можно найти для промежуточных температур, например, для теплой прокатки.
Рис. 1. Влияние скорости прокатки на коэффициент трения при горячей и холодной прокатке
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 6
42
----------------------------------------- Сортопрокатное производство
Смазка, широко используемая при холодной прокатке, может оказывать значительное влияние на коэффициент трения, зависящий от ее вида, материала валков и полосы (табл. 1 и 2), но как показывают экспериментальные данные [7, 15, 16, 17], влиянием последних двух факторов в практических расчетах можно пренебречь, приняв среднее значение Кс (табл. 1, 2 и 3). Коэффициент Кс представляет собой отношение коэффициентов трения со смазкой и без нее.
Таблица 1
Значение коэффициента Кс для различных
смазок и металлов при холодной прокатке
Смазка Значение Кс
среднее при прокатке
стали Cu Л63 Al
Без смазки 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Керосин 0,78 0,82 0,72 0,72 0,88
Графит 68/615 с маслом 0,67 0,85 0,66 0,59 0,60
Оливковое масло 0,63 0,67 0,62 0,61 —
Касторовое масло 0,55 0,53 0,49 — 0,62
Ланолин 0,40 0,48 — 0,46 0,27
Пальмовое масло 0,77 — 0,82 — 0,72
Вода 0,73 — 0,81 0,65 —
Таблица 2
Влияние машинного масла на коэффициент трения при холодной прокатке
различных металлов по данным Демина Е.П. [16]
Металл Среднее значение Кс
без смазки при смазке машинным маслом
Сталь Ст.3 0,101 0,058 0,57
Медь 0,089 0,054 0,61
Дюралюминий Д16 0,068 0,053 0,78
Цирконий (99,6%) 0,179 0,139 0,78
Нихром 0,100 0,083 0,83 0,755
Титан (99,3%) 0,119 0,096 0,81
Молибден 0,103 0,087 0,84
Тантал 0,110 0,088 0,79
Ниобий 0,159 0,123 0,77
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 6
43
Сортопрокатное производство
Таблица 3
Значение параметра Кс для различных смазок
при холодной прокатке по данным Грудева А.П. и др. [6]
Смазка Кс
индустиральное 20 0,88
цилиндровое 11 0,68
цилиндровое 24 (вискозин) 0,55
прокатное 28 (брайтсток) 0,55
Масло цилиндровое 52 (вапор) 0,49
хлопковое 0,67
подсолнечное гидрогенизированное (ПКС) 0,60
Касторовое техническое 0,42
Хлопковое полимеризованное с вязкостью: малой 0,47
средней высокой 0,40 0,35
Эмульсия полимеризованного высоковязкого хлопкового масла, %:
1 0,62
5 0,46
10 0,39
5% эмульсия на основе Эмульсола Э-1 0,71
В промышленных условиях горячей прокатки смазка получила меньшее распространение и используется, главным образом, при производстве алюминия и его сплавов, где температуры обработки являются низкими в сравнении со сталью. При более высоких температурах использование смазки находится в стадии промышленного эксперимента, чаще при производстве тонких полос и профилей [18-25]. Наиболее полные исследования в этой области проведены в работе [6]. Значения Кс, полученные на основании этих экспериментов, приведены в табл. 4.
По данным работы [18] при напылении графитового порошка на сталь при температурах прокатки 800^1200oC коэффициент трения с 0,3^0,5 снижается до 0,1^0,2, т.е. Кс = 0,2. Использовать остальные упомянутые выше работы из-за недостатка необходимых данных не представляется возможным.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 6
44
Сортопрокатное производство
Значение параметра Кс по данным работ [18-25]
Таблица 4
Смазка Кс
Вода 0,86
Индустриальное масло 20 0,55
Нигрол 0,53
Мазут 0,53
Касторовое масло 0,46
Полимеризованное хлопковое масло 0,45
Коэффициент Квп, учитывающий влияние материала валков и полосы, а также состояние их поверхности для горячей и холодной прокатки цветных металлов можно принять равным 0,80^0,85, для черных металлов Квп = 0,95^1,0. Меньшие значения соответствуют новым, большие - изношенным валкам.
Выше рассматривалось определение коэффициента трения при захвате, при установившемся процессе он ниже [9, 26, 27]. Для практических расчетов можно принять, что
Л = ом. (7)
Расчетные и опытные значения л для горячей и теплой прокатки черных и цветных металлов приведены в табл. 5, а для холодной - в табл. 6.
Таблица 5
Опытные [8, 9, 13] и расчетные значения коэффициентов трения при горячей и теплой прокатке черных и цветных металлов по формулам (5), (6) и (7)
Прокатываемый материал t tпл Скорость прокатки Лз Л
°C опыт. расч. опыт. расч.
Сталь (0,15%C) 800 1400 1 м/с 0,67 0,65 -
1000 0,57 0,55 -
Сталь (0,5-0,8%C) 900 0,33 0,36
700 - - 0,38 0,42
400 - - 0,28 0,29
600 0,32 0,38
Медь 700 1083 0,42 0,51
800 м 0,40 0,45
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 6
45
Сортопрокатное производство Окончание табл. 5
Прокатываемый материал t tm Скорость прокатки Мз М
°C опыт. расч. опыт. расч.
Латунь 750 905 0,43 0,4
850 0,33 0,34
350 659 0,46 0,58
450 0,42 0,48
Латунь Л68 800 920 0,38 0,36
Латунь Л62 800 905 0,45 0,36
Мельхиор НМ18 950 1160 0,4 0,4
Никель 1100 1450 0,4 0,44
Сталь Ст.3 975 1400 5,9 0,22 0,2
920 4,7 0,27 0,25
Медь 400 1083 1 м/с 0,29 0,28
500 1083 0,35 0,34
Латунь 750 910 0,24 0,34
800 0,16 0,21
Таблица 6
Опытные [11, 14, 15] и расчетные значения коэффициента трения при холодной
прокатке черных и цветных металлов по формулам (6) и (7)
Материал Смазка Квп Kv
опыт. расч.
без смазки 1,0 0,085 0,108
Сталь низкоуглеродистая графит68/615 0,07
керосин 0,08 0,084
без смазки 0,85 0,093 0,092
Медь керосин 0,85 0,067 0,072
графит68/615 0,85 0,061 0,061
пальмовое масло 0,85 0,076 0,071
без смазки 0,85 1,0 0,093 0,092
Латунь Л63 оливковое масло 0,85 0,057 0,058
ланолин 0,85 0,043 0,037
керосин 0,85 0,067 0,072
без смазки 0,85 0,092 0,11
Алюминий пальмовое масло 0,85 0,066 0,083
касторовое масло 0,85 0,057 0,059
ланолин 0,85 0,025 0,043
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 6
46
Сортопрокатное производство Окончание табл. 6
Материал Смазка Квп
опыт. расч.
Алюминий керосин 0,85 0,081 0,084
Свинец без смазки 0,85 0,160 0,180
Свинец без смазки 0,85 0,7 0,108 0,112
0,85 0,5 0,09 0,08
0,85 0,33 0,07 0,05
Сталь пальмовое масло 1,0 1,0 0,10 0,084
1,0 0,65 0,07 0,055
1,0 0,52 0,03 0,026
1,0 0,32 0,027 0,026
1,0 0,32 0,028 0,026
Из анализа результатов расчёта следует, что разработанная методика обеспечивает достаточную для практических расчётов точность.
Библиографический список
1. Ekelund S., Rolling Pressure and power consumption in rolling of Steel, 1933, №8 ^ 18.
2. Бахтинов Б.П., Штернов М.М. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургиздат, 1953. 783 с.
3. Молотков Л.Ф. Коэффициент трения при прокатке высокоуглеродистых сталей // Теория и практика металлургии: сб. науч. тр. 1940. №3. С. 20-22.
4. Голубев Т.М., Зайков М.А. Опережение и коэффициент трения при горячей прокатке // Сб. науч. тр. Сибир. металлург. ин-та. 1954. Вып. 1. С. 69-100.
5. Гелеи Ш. Расчет усилий и энергии при пластической деформации. М.: Металлургиздат, 1957. 419 с.
6. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982. 312 с.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 6
47
------------------------------------------- Сортопрокатное производство
7. Кривенцов А.М. Коэффициент трения при горячей, холодной и теплой прокатке цветных и черных металлов // Конструкция, расчет и исследование прокатных станов: сб. науч. тр. М.: ВНИИМетМаш, 1987. С. 75-81.
8. Павлов И.М. Теория прокатки. М.: Металлургиздат, 1950. 611 с.
9. Пресняков А.А. Соотношение углов захвата при вводе металла в валки и при установившемся процессе прокатки // Сталь. 1952. №7. С. 611-613.
10. Stone M. D. Rolling of Thin Strip. Part 2 // Iron and Steel Eng. 1953. V.30. №.2. S. 61-74.
11. Чекмарев А.П., Нефедьев А.А., Николаев В.А. Теория продольной прокатки. Харьков: Изд. Харьковского государственного университета им. Горького А.М., 1965. 212 с.
12. Павлов И.М., Куприн М.И. Исследование трения при горячей прокатке стали // Технологические процессы обработки стали и сплавов: сб. науч. тр. №30. ГОНТИ, 1955. С. 154-192.
13. Чекмарев А.П., Николаев В.А. Исследование коэффициента трения при горячей прокатке // Извести ВУЗов. Черная металлургия. 1958. № 2.
14. Стоун М. Методика определения силовых параметров при прокатке тонких листов // Экспресс-информация. 1957. Вып. 12.
15. Whitton P.W., Ford H. Proseeding Inst. Mechanical Eng. 169(5), 1955. Р.123-140.
16. Демин Е.П. Некоторые вопросы расчета удельного давления металла на валки при холодной прокатке тугоплавких металлов // Труды НИИ Министерства радиотехнической промышленности СССР. 1957. №7 (43). С. 102-130.
17. Рокотян Е.С., Рокотян С.Е. Энергосиловые параметры обжимных и листовых станов. М.: Металлургия, 1968. 271 с.
18. Чертавский А.К., Белосевич В.К. Трение и технологическая смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1968. 362 с.
19. Горенштейн М.М. Трение и технологические смазки при прокатке. Киев: Техника, 1972. 190 с.
20. Pawelski O., Grane G., Lohr D. Schmieztechiek Tribol. 1970. №17. №.3.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 6
48
------------------------------------------ Сортопрокатное производство
21. А.с. 268854 СССР. Смазочно-охлаждающая жидкость для горячей обработки металлов / С.Я. Вайрер, С.Ф. Фролов (СССР) // Б.И. 1970. №14.
22. Globus R. Alfred // Iron and Steel End. 1970. V.47. №8.
23. Пат. 3526596 США / H.Kress, H.Bernard, B.Alezander, E.Donald. РЖМ. 1971. №5.
24. Кайнарский И.С. Динас. Теоретические основы, технология, свойст-ваи служба. М.: Металлургиздат, 1961. 470 с.
25. Голиков И.Н., Губин Г.В., Карклит А.К. Перспективы развития технологии черной металлургии. М.: Металлургия, 1973. 567 с.
26. Грудев А.П. Коэффициент трения на двух стадиях процесса прокатки // Обработка металлов давлением: сб.науч. тр. Вып. IV. М.: Металлургиздат, 1956. С. 32-41.
27. Павлов И.М., Фишгольд Р. Исследование условий захвата и установившегося процесса // Обработка стали и сплавов: сб. науч. тр. ГОНТИ, 1957. №36. С. 277-311.
28. Кривенцов А.М. Научные основы, методы расчётов и совершенствование процессов прокатки в двух- и многовалковых калибрах. Дис. ... д-ра техн. наук. М., 1993. 462 с.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 6
49
