Теоретическое исследование кинематических параметров при круговой прокатке тонких дисков Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

2002 р.

Вип. № 12

УДК 621.771.223

Капланова Е.В.*

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ КРУГОВОЙ ПРОКАТКЕ ТОНКИХ ДИСКОВ

В статье рассматривается изменение кинематических параметров, в частности опережения и отставания, при круговой прокатке тонких дисков в конических валках. Получены теоретические зависимости вышеуказанных параметров, что позволяет оценить распределение зон опережения и отставания в очаге деформации.

Основные обозначения.

Huh - толщина диска до и после пропуска соответственно; Нм - толщина диска по внутреннему диаметру;

hx - толщина диска после пропуска в любом сечении по его ширине;

h6 - толщина диска по наружному диаметру;

В - ширина прокатываемого диска;

Вх - ширина диска в любом его сечении;

dMu dg- внутренний и наружный диаметр диска;

d - диаметр диска в любом его сечении по ширине;

Da« и 1)гу, - внутренний и наружный диаметр заготовки перед прокаткой; (р - угол клиновидности прокатываемого диска;

DM и De - катающий диаметр валков по внутреннему и наружному диаметру диска; D - катающий диаметр валков в любом сечении по ширине диска; (рк - угол конусности рабочих валков;

а- угол контакта диска с валками в любом сечении по его ширине и бочке валков; у -нейтральный угол в любом сечении по ширине диска и бочке валков.

Кинематику процесса прокатки в деформационной зоне характеризуют опережение и отставание или рассогласование скорости раската и окружной скорости валков. Особый интерес представляет опережение для решения таких задач теории прокатки, как определение скорости прокатки и продолжительности пропуска, коэффициента контактного трения, давления металла на валки и др.

В теории продольной прокатки существуют формулы для определения опережения и отставания при прокатке тонких полос, когда уширением можно пренебречь [1]:

На основании представленных выше зависимостей можно вывести формулы для определения опережения и отставания в процессе круговой прокатки дисков в конических валках. Процесс круговой прокатки происходит в валках переменного диаметра и деформируется диск клиновидного сечения для сохранения плоскостности готового изделия (рис.1).

Для любого сечения по ширине диска катающий радиус и текущая толщина будут равны:

О)

Ah-Ry2 _R(a2 -у2) h + Ry2 h + Ry2

(2)

D _DM+ 2Bx sin q>k

2

2

ПГТУ, ст. науч. сотр

до прокатки; б - поперечный разрез очага деформации; в - вид очага деформации из точки пересечения осей диска и валков.

Ьх=км+2Вхьш<р. (4)

Опережение и отставание для процесса круговой прокатки тонких дисков в любом сечении по ширине диска с учетом формул (3) и (4) определяются так:

5 =(Рм+^х^П) Г2 ; (5)

(км+2Вхьт(р) 2 « (Рм+2Вхяп<рк)-(а2-у2)

£> +2В ' 1 '

2-(км+2Вх зт + ^-^-^-у2)

Угол контакта диска с валками в любом сечении по его ширине также переменный и равен:

2АИ пл

а = -. (7)

\Ям+2Вхьт(рк

а . а

Нейтральный угол у определяем по формуле Экелунда-Павлова [2] у = — (1--) , ко-

2 2/

торая для круговой прокатки будет иметь вид:

2ДА

'£>.. +2Я эт.

Г =■

0-

2А/г

£>.. + 2В„ вт (

(8)

2 ^ 2/ После некоторых математических преобразований с учетом формул (7) и (8) опережение и отставание для процесса круговой прокатки в любом сечении по ширине диска определяются так:

4АИ-

\ у/Шфм+Щ-йнщ) • 1---

V --

2АИ

Л

/

(9)

(

А/г - 4 ДА •

1 ^2М1{рм+2Вх*шд>к) 2/

Ъм + 2ВХ з1п (р + 4А/? •

1 рМ/(Рм+2Вх5т(рк) 2/

(10)

Приняв теоретически, что на лабораторном стане ДИСККАПЧер кафедры прокатного производства ПГТУ прокатывается алюминиевый диск с толщиной по малому его диаметру Ьм=2,2 мм, клиновидностью ср = 0,5° при постоянном коэффициенте трения Г = 0,08 можно рассчитать, как будут изменяться опережение и отставание. Этот расчет для прокатки тонких дисков с абсолютным обжатием АЬ=0,2 мм представлен в таблице.

Таблица - Опережение и отставание при круговой прокатке тонких алюминиевых дисков в любом сечении по длине валков

Вх К а У Их Зоп вот у/а

1 2 3 4 5 6 7 8

0.000 7.850 0.160 0.000 2.200 0.000 0.091 0.001

10.000 10.939 0.135 0.010 2.374 0.001 0.084 0.077

20.000 14.027 0.119 0.015 2.549 0.001 0.077 0.127

30.000 17.116 0.108 0.018 2.723 0.002 0.071 0.162

40.000 20.205 0.099 0.019 2.898 0.002 0.066 0.189

50.000 23.293 0.093 0.019 3.072 0.003 0.062 0.210

60.000 26.382 0.087 0.020 3.247 0.003 0.058 0.228

70.000 29.471 0.082 0.020 3.421 0.003 0.055 0.243

80.000 32.559 0.078 0.020 3.596 0.004 0.052 0.255

90.000 35.648 0.075 0.020 3.770 0.004 0.049 0.266

100.000 38.737 0.072 0.020 3.944 0.004 0.047 0.275

110.000 41.825 0.069 0.020 4.119 0.004 0.044 0.284

120.000 44.914 0.067 0.019 4.293 0.004 0.042 0.291

130.000 48.003 0.065 0.019 4.468 0.004 0.041 0.298

140.000 51.091 0.063 0.019 4.642 0.004 0.039 0.304

150.000 54.180 0.061 0.019 4.817 0.004 0.037 0.310

160.000 57.268 0.059 0.019 4.991 0.004 0.036 0.315

170.000 60.357 0.058 0.018 5.166 0.004 0.035 0.320

Графически а о.™

0,09

(I 0,08

ш

(в

S 0,06

н

о

* 0,05

CA

£ 0,04

х

а>

| 0,03

¡2.

щ

о 0,02 0,01 0,00 0,35

б

0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05

0.0В it---------1

а 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Текущая ширина диска по длине бочки валка Вк, мм

Рис. 2 - Изменение опережения Son (1), отставания Som (2) (а) и отношения нейтрального угла у к углу контакта а (б) в зависимости от текущего поперечного сечения очага деформации при круговой прокатке дисков.

Как видно из рис. 2, с увеличением ширины диска по длине бочки конических валков наблюдается уменьшение отставания и рост опережения. Относительное увеличение зоны опережения подтверждается соответствующим изменением зависимости показателя протяженности зон очага деформации у/а от текущей ширины диска Вх.

Выводы

Получены аналитические зависимости определения опережения, отставания и показателя протяженности зон очага деформации при круговой прокатке тонких дисков.

Проанализированы зависимости изменения вышеназванных параметров от катающего диаметра рабочих валков при постоянном значении абсолютного обжатия и коэффициента трения. Полученные формулы могут быть использованы для расчета кинематических параметров при переменном коэффициенте трения по ширине диска.

Перечень ссылок

1. Старченко Д.И. Кинематика продольной прокатки. - К.: НМК ВО, 1992. - 276 с.

2. Грудев А.П. Теория прокатки. - М.: Металлургия, 1988. - 240 с.

Капланова Елена Васильевна. Старший научный еотрудник кафедры обработки металлов давлением, окончила Мариупольский металлургический институт в 1986 году. Основное научное направление - совершенствование теории и технологии круговой и тонколистовой прокатки.

Статья поступила 15.11.2001