Захват металла валками

Непрерывное втягивание металла валками, его деформация обеспечивается наличием контактного трения между полосой и валками. Геометрическую область деформирования при прокатке (Рисунок 17) принято называть очагом деформации. Дугу называют дугой захвата, а отвечающий ей угол − углом захвата.

Тело, деформируемое прокаткой, независимо от размеров его поперечного сечения и формы называется полосой.

Рисунок 17 - Схема прокатки в цилиндрических валках.

Весь процесс прокатки полосы, с момента захвата и до момента выхода полосы из валков, из-за различных условий деформирования делится на 3 периода:

1. Захват полосы валками – заполнение очага деформации до момента образования некоторого переднего конца за пределами линии центров валков.

2. Установившейся период – характеризующийся постоянством условий деформации при наличии заднего конца.

3. Заключительный – период ухода металла из очага деформации.

В дальнейшем считаем, что оба валка цилиндрические, одного диаметра, вращаются с одной скоростью, имеют одинаковые условия трения, упругая деформация их не учитывается.

Увеличение обжатия зависит от увеличения угла захвата. Из рисунка 12 видно, что:

. (27)

Тогда , если ,то D.

Кроме угла захвата на увеличение обжатия оказывает влияние диаметр валков: чем больше диаметр - тем больше обжатие при равных условиях трения.

Практикой установлено максимальные углы захвата и коэффициенты трения при прокатке различных металлов (таблица 1):

При прокатке стали можно пользоваться формулами по определению коэффициента трения:

− для стальных валков,

− для чугунных,

где t – температура проката.

Таблица 1 - Коэффициенты трения и углы захвата

При соприкосновении полосы с вращающимися валками полоса оказывает радиальное давление на валки. В результате образуется сила трения T, которая стремится подать полосу в область деформирования, Рисунок 18. Чтобы определить захватывающую способность валков, необходимо сопоставить действие сил Tи R. Захват полосы возможен, если проекция силы на направление движения больше, чем проекция силы R:

.

Разделим левую и правую часть неравенства на ,

Тогда .

Из условия Амонтона , тогда

Так как ,

где − угол трения.

Это означает, что для захвата металла валками необходимо, чтобы угол захвата был меньшем, чем угол трения, то есть .

Равенство углов и отвечает крайним условиям. При захват металла невозможен.

Рисунок 18 - Схема силового взаимодействия полосы и валков в первый период.

По мере заполнения очага деформации, появления переднего конца полосы и перехода к установившемуся процессу, положение равнодействующей смещается ближе к плоскости выхода (Рисунок 19). Если принять, что контактные напряжения по дуге захвата равномерные, то реакция полного усиления металла на валки будет делить область деформирования пополам:

. (28)

Так же, как и в момент захвата, прокатка может выполняться, если:

, , то

, (29)

Рисунок 19 - Схема силового взаимодействия полосы и валков в установившийся период

По данным ряда исследований установлено, что коэффициент контактного трения при установившемся процессе на меньше, чем при захвате:

. (30)

Однако, сравнивая предельные условия при установившемся процессе и в момент захвата, можно отметить, что установившейся процесс имеет большие резервы по трению:

, (31)

где .

Поэтому определяющим для прокатки, по условиям трения, является условия захвата, т.е. .

Для повышения обжатий с целью использования резервных сил трения, присущих установившемуся процессу прокатки, можно использовать принудительную задачу заготовки в валки (прикладывая какую - то силу к заднему концу полосы) или использовать специальную технологию поджатия заготовки прокатным валком.