CC BY
29
УДК 621.771; 669-122.2
ВЛИЯНИЕ СМАЗОК НА ДЕФОРМАЦИОННЫЕ, СИЛОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И РАЗМЕРЫ МЕДНЫХ И ЛАТУННЫХ ЛИСТОВ ПРИ ПРОКАТКЕ
Р.Л. Шаталов, А.С. Лукаш, К.В. Чан
Проведено экспериментальное исследование по определению влияния условий контактного трения (смазок) при прокатке на деформационные, силовые показатели и размеры из меди М3 и лату-ней Л63, Л59-1. Получены данные по эффективности применения различных смазок при прокатке медных и латунных листов. Установлено, что применение смазок позволяет уменьшить силу прокатки до 24%, увеличить степень деформации на 2,0... 2,5% и уменьшает толщину металла на выходе из стана примерно на 3%.по сравнению с деформацией в сухих валках.
Ключевые слова: холодная прокатка, лист, медь, латунь, деформация, сила прокатки, смазка, коэффициент трения, толщина.
Одним из тонких управляющих воздействий, определяющих процесс деформации при прокатке полос листов, является внешнее трение между валками и деформируемым металлом или сплавом. Наличие трения и величина сил трения определяют захватывающую способность валков, в том числе и при тонколистовой прокатке, и при установившемся процессе влияют на степень деформации по толщине и ширине металла. Силы внешнего трения, требуя дополнительной работы на их преодоление, вызывают повышение сопротивления и энергии деформации [1]. Следовательно, изменение коэффициента и сил трения, в частности за счет смазки валков, позволяет влиять на силу прокатки.
Многочисленными исследованиями [2-4 и др.] установлено, что смазка, уменьшая коэффициент трения, понижает давление на контактной поверхности, снижает упругие деформации рабочего инструмента, за счет чего возрастает величина обжатия и повышается эффективность процесса. Распределение давления по дуге контакта и его изменение при использовании различных смазок валков, а следовательно, и силы прокатки, зависят от толщины прокатываемой полосы, свойств смазки, влияющих на коэффициент контактного трения, обжатия, диаметра валков и механических свойств полос (предела текучести и сопротивления металла деформации), зависящих от химического состава и технологий производства заготовок на предыдущих стадиях обработки на заводе. Поэтому исследование влияния условий контактного трения, при применении различных смазок, на силу прокатки и размеры тонких листов полос из меди М3. Свинцовистой латуни ЛС59-1 и латуни Л63 является актуальной задачей.
Целью исследования является установление количественных закономерностей влияния различных смазок на деформационные и силовые показатели холодной прокатки и размеров тонких листов из меди и латуней известного химического состава из промышленных партий, а также оценка точности расчета этих параметров на разработанной компьютеризированной имитационной модели.
Эксперимент проводили на лабораторном двухвалковом прокатном стане 150х235, оснащенном микропроцессорной системой контроля силы проката в лаборатории кафедры. «Обработка материалов давлением и аддитивные технологии» Московского политехнического университета. Химический состав определялся в лаборатории Кольчугинского завода ОЦМ методом рентгеновской флуоресцентной спектрометрии. В результате были уточнены химические составы марок металлов и сплавов опытных образцов: медь М3 - 99,5%Cu; свинцовистая латунь ЛС59 - 58,4%Cu, 1,6%Pb, 38,3%Zn; латунь Л63 -62,6%Cu, 34,5%Zn, соответствующие ГОСТ 859-2001 и ГОСТ 15527-2004. После настройки стана на зазор между валками S0 = 1,15 мм прокатали, со скоростью 0,27 м/с, 15 образцов листов длиной около 150 мм из меди М3 и 15 листов из латуни ЛС59-1. При этом, по 5 листов прокатали в сухих валках, по 5 листов прокатали со смазкой валков эмульсией 6% (СПЗ) и по 5 полос - со смазкой валков керосином (КО-25). После настройки стана на зазор между валками S0 = 1,55 мм прокатали 15 полос из латуни Л63, 5 полос в сухих валках, тщательно протертых ацетоном, 5 полос со смазкой эмульсией 6% (СПЗ), а затем 5 полос со смазкой валков керосином (КО-25).
До и после прокатки измерили толщину полос по длине в пяти точках точечным контактным ручным микрометром с часовой головкой с точностью ±0,001 мм и ширину полос штангенциркулем с точностью ±0,1 мм. В процессе прокатки полос автоматически измеряли силу прокатки по длине полосы с точностью ±0,1 КН, с использованием установленной на стане микропроцессорной системы контроля сил прокатки [5]. Данная система контроля позволяет измерять силу прокатки под левым и правым нажимными винтами, вычислять суммарное значение с заданной частотой по длине листа, определять максимальное значение, отображать информацию на цифровых приборах и передавать данные через USB порт на персональный компьютер для дальнейшей обработки данных или печати результатов измерений и расчетов на принтере.
Основные, усредненные и оцененные в достоверности методами математической статистики [7], результаты этого и предыдущего [8 ]исследования представлены в таблице, в которой обозначено: Ио, Ь1, Иор - толщины полос до и после прокатки и средняя толщина по очагу деформации; Ъо,Ъ1 - ширина полос до и после прокатки; ДИ, £ - абсолютное и относительное обжатие металла; 1д - длина дуги захвата; 1д/Ъср - фактор формы очага деформации; Рср - измеренное значение силы прокатки по длине полосы в установившейся период; Ррасч - расчетное значение силы прокатки; Др - погрешность между экспериментальной и рассчитанной силой прокатки. Коэффициенты контактного трения ^ определяли по уравнению А.П. Грудева и таблицам из работ [1-4].
Влияние различных смазок на деформационные, силовые показатели прокатки и размеры медных и латунных листов на двухвалковом стане 150х235
Металл, сплав Смазка, £тр Ь, мм Ы, мм Ъ0, мм Ъ1, мм % 1д/Иср Рср, кН Ррасч, кН ДР, %
ЛС59-1 Сухая, 0,104 1,90 1,363 20,0 20,5 28,263 3,960 65,24 59,09 9,43
ЛС59-1 Эмульсия, 0,077 1,90 1,359 20,5 21,0 28,474 3,866 64,37 57,72 10,33
ЛС59-1 Керосин, 0,067 1,90 1,347 20,2 20,8 29,105 4,016 63,66 57,23 10,10
М3 Сухая, 0,104 1,90 1,260 20,1 20,6 33,684 4,380 55,38 48,26 12,86
М3 Эмульсия, 0,077 1,90 1,240 20,0 20,5 34,737 4,465 50,67 45,21 10,78
М3 Керосин, 0,067 1,90 1,223 19,0 20,0 35,632 4,541 43,89 40,68 7,31
Л63 Сухая, 0,104 2,60 2,023 20,0 21,0 22,192 2,877 53,50 52,14 2,54
Л63 Эмульсия, 0,077 2,60 1,967 20,1 21,2 24,346 3,039 54,35 52,02 4,29
Л63 Керосин, 0,067 2,6 1,963 20,1 21,2 24,500 3,046 52,03 51,11 1,77
Результаты эксперимента подтвердили положительное влияние применения смазок валков на деформационные и силовые показатели прокатки и позволили установить количественные влияние условий контактного трения на эти показатели при прокатке образцов из промышленных партий МНГ. Причем с учетом величины фактора очага деформации 1д/Ъср > 4 листов на стане 150x235 моделировала деформационные условия прокатки лент на двухвалковом стане 350x450 Кольчугинского завода по обработке цветных металлов.
На лабораторном стане 150x235 при прокатке листов из меди М3 среднее значение силы прокатки при деформации в сухих валках составило 55,38 кН, а при смазке валков эмульсией - 50,67 кН, керосином - 43,89 кН. Для латуни ЛС59-1 среднее значение силы прокатки при деформации в сухих валках составило 65,24 кН, при смазке валков эмульсией - 64,37 кН, при смазке валков керосином - 63,66 кН. На рис. 1 показаны графики влияния различных условий контактного трения на силу прокатки при деформации опытных листов. Применение смазок позволило уменьшить силу прокатки на 3...24%. Причем наиболее эффективно (14.21%) применение смазок при прокатке медных листов, что необходимо учитывать при разработке технологических режимов прокатки листов и лент на заводах по обработке цветных металлов.
40,00 -I— —I— --
0,060 0,070 0,080 0,090 0,100 0.110
Рис. 1. Влияние коэффициента контактного трения соответствующих различным смазкам на силу прокатки на стане 150х235 при деформации листов из меди М3 и латуней ЛС59-1 и Л63
Условия контактного трения влияют и на деформационные показатели прокатки. На рис. 2 показано влияние коэффициента трения на изменение величины относительного обжатия при прокатке опытных листов в фиксированных исходных зазорах ненагруженных валков. Улучшенные условия контактного трения позволяют увеличить обжатие металла и уменьшить толщину листа на выходе из стана без изменения зазора между валками. Так, при прокатке листов из латуни Л63 в сухих валках (^ = 0,104) £ = 22,2%, ^ = 2,02 мм, а при смазке валков керосином (^ = 0,067) относительное обжатие увеличилось
до £ = 24,5%, а толщина уменьшилась до Ш = 1,96 мм. Следовательно (см. таблицу и рис. 2), применение смазок при прокатке медных и латунных (Л63) полос увеличивает величину относительного обжатия на 2...2,5% и уменьшает толщину полос на выходе из стана примерно на 3%, что необходимо учитывать при настройке стана на прокатку листов и лент заданной толщины.
Рис. 2. Влияние коэффициента контактного трения соответствующих различным смазкам на обжатие на стане 150х235 при деформации листов из меди М3 и латуней ЛС59-1 и Л63
Результаты опытных прокаток позволили оценить адекватность уравнений для расчета сопротивления металла (медь М3, латунь Л63) деформации, опубликованных в работе [9] и используемых в базе данных компьютеризированной системы расчета и проектирования процесса при холодной прокатке полос [10]. Результаты расчета усилий прокатки приведенные в таблице показали, что их погрешность не превышает 13%, что указывает на адекватность используемых уравнений и компьютеризированной системы расчета. Следовательно, разработанную компьютеризированную систему можно применять для исследования и проектирования режимов прокатки листов и лент из меди и латуни Л63.
Выводы:
1. Подтверждено положительное влияние уменьшения коэффициента контактного трения соответствующего опытным смазкам на силу прокатки на стане 150х235 при деформации (1д/Ъср > 3) листов из заготовок-лент промышленных партий меди М3 и латуни Л63 конкретного химического состава. Наиболее эффективно применение смазок при прокатке медных листов, позволяющее уменьшить силу прокатки на 20. 21% по сравнению с деформацией в сухих валках.
2. Экспериментально определено, что применение смазок при прокатке медных и латунных (Л63) листов увеличивает степень деформации на 2,0.2,5% и уменьшает толщину металла на выходе из стана примерно на 3%. Поэтому изменение условий контактного трения необходимо учитывать при настройке стана на прокатку листов и лент заданной толщины.
Список литературы
1. Зайков М.А., Полухин В.П., Зайков А.М., Смирнов Л.Н. Процесс прокатки. М.: МИСИС, 2004. 640 с.
2. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982. 312 с.
3. Белосевич В.К. Трение, смазка, теплообмен при холодной прокатке листовой стали. М.: Металлургия, 1982. 256 с.
4. Зиновьев А.В., Колпашников А.И., Полухин П.И. и др. Технология обработки давлением цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1992. 512 с.
5. Шаталов Р.Л., Лукаш А.С., Тимин Ю.Ф. Создание и исследование микропроцессорной системы контроля усилий прокатки на двухвалковом листовом стане // Металлург. 2015, №10. С. 70-73.
6. Железнов Ю.Д., Коцарь С. Л., Абиев А.Г. Статистические исследования точности тонколистовой прокатки. М.: Металлургия, 1974. 240 с.
7. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика для инженеров и научных работников. М.: Физматлит, 2012. 816 с.
8. Влияние условий контактного терния на деформационные и силовые показатели при прокатке тонких полос из меди и латуни. Шаталов Р. Л. Крутина Е.В., Лукаш А.С., Белкина О. А., Бражников С. А. // Производство проката, 2015. №5. С. 3-6.
9. Шаталов Р.Л., Лукаш А.С., Зисельман В.Л. Определение механических свойств медных и латунных полос по показателям твердости при холодной прокатке. // Цветные металлы, 2014. №5. С. 61-65.
10. Шаталов Р.Л., Лукаш А.С., Луговской В.М. Компьютерное моделирование и проектирование процесса непрерывной прокатки полос. // Сборник докладов междун. науч.-техн. конф. «Инновационные технологии обработки металлов давлением». М.: МИСИС, 2011. С. 232-236.
Шаталов Роман Львович, д-р техн. наук, профессор, mmomd@mail. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Лукаш Алексей Сергеевич, канд. техн. наук, зав. отделом, aslukash@gmail. com, Россия, Москва, Государственный музей А.С. Пушкина,
Чан Ву Куанг, аспирант, tranquans1584@smail.com, Россия, Москва, Московский политехнический университет
EFFECTS OF LUBRICANTS ON DEFORMATION, POWER INDICATORS AND DIMENSIONS OF COPPER
AND BRASS ROLLS WHEN ROLLING
R.L. Shatalov, A.S. Lukash, K.V. Chan
An experimental study was conducted to determine the conditions of contact thrust (lubrication) when rolling on deformation, power indicators and dimensions of copper M3 and brass L63, L59-1. Received data on the effectiveness of the use of various lubricants for rolling copper and brass sheets. It has been established that the use of lubricants allows to reduce the degree of rolling up to 24%, increase the degree of deformation by 2.02.5% and reduce the thickness of the metal by about 3%.
Key words: cold rolling, sheet, copper, brass, deformation, rolling force, lubricant, friction coefficient, thickness.
Shatalov Roman Lvovich, doctor of technical sciences, professor, mmomd@mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Lukash Alexey Sergeevich, candidate of technical sciences, head. Department, aslukash@gmail. com, Russia, Moscow, A.S. State Museum Pushkin,
Chan Vu Quang, postgraduate, tranquangl584@gmail. com, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic
University
УДК 621.7
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ВЫСАДКИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ В ПЛАНЕ ДЕТАЛЕЙ
Д.А. Глазунов, Ю.К. Филлипов, Ю.Г. Калпин
В работе представлен экспериментальное исследование течения металла методом координатной сетки, с целью изучения кинематики течения металла с деталями с прямоугольной головкой в плане.
Ключевые слова: метод координатной сетки, деформация прямоугольной в плане головки, распределение скоростей в течении металла, высадка стержневых деталей с прямоугольной в плане головкой.
Наиболее важным для оценки допустимых возможностей формоизменения и качества получаемых изделий является изучение деформированного состояния обрабатываемого материала. Устанавливаемое распределение деформаций в меридиональных сечениях полуфабриката позволяет прогнозировать механические характеристики материала, что важно для формирования показателей качества готовых деталей. Кроме того, известное распределение деформаций позволяет устанавливать наиболее опасные зоны с большим локальным деформированием и по ним оценивать допустимые геометрические характеристики формообразования конструктивных элементов деталей. Для решения этой задачи хорошо зарекомендовал себя метод координатной сетки.
