Теоретическое исследование давления и коэффициента опережения при круговой холодной прокатке тонких дисков Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.771.016 , ,

В.И.Капланов, Е.В.Капланова ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТА ОПЕРЕЖЕНИЯ ПРИ КРУГОВОЙ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ ТОНКИХ ДИСКОВ

Круговая прокатка как вид обработки металлов давлением по напряжённому состоянию металла в деформационной зоне наиболее близка к продольной листовой прокатке с той лишь разницей, что катающий радиус валков по ширине раската переменный (рис. 1). В том случае, когда фк => 0, и <1б стремятся к бесконечности и В.=сот1, способ круговой прокатки

превращается в обычную продольную прокатку листов и полос.

При круговой прокатке раскат представляет собой тело вращения вокруг своей оси, которое постепенно обжимается в конических валках,

Рис.1.Схема круговой прокатки: диск до прокатки (а) поперечный разрез, очага деформации при прокатке (б) и вид по стрелке (в).

Для сохранения устойчивой геометрической формы диска прокатка в конических валках выполняется с небольшим углом наклона, определяемого по формуле:

Ь8 - Ьм

Ф- апЛ£—----— » (I)

где Ьм и Ь8 -соответственно толщина диска по внутреннему и наружному ■диаметру;

= 4Нх(Хх -Шх(КМ + Вх$шрк) С2)

8> =\]Нх(Хх-№м + Вхтт?к)/Хх ' <3>

где ' Нх и Хх - толщина диска до пропуска и коэффициент обжатия'диска в любом сечении по ширине Вх

Фк - угол конусности рабочих валков;

Км - катающий малый радиус валков по внутреннему диаметру диска. Текущая толщина диска по длине очага деформации в любом сечении определится так !

Ьгх = ах 1 а х +Ьх- (4)

1 ¿х - текущая длина очага деформации в любом сечении по ширине диска;

Их,-толщина диска после Пропуска в любом сечении по ширине диска.

Ниже приводятся формулы выведенные авторами с учётом геометрических особенностей холодной прокатки дисков, учитывающие закономерности упрочнения и зависимость трения от упрочнения для прокатки в любом пропуске и с учётом предварительного наклёпа диска. Формулы давления металла на валки в зоне отставания

Р гот = 2к0 + [2Г V Х*(км +3х 8т хркУ Нх * (Хх -1) -1] * {2ко ЩЯфгх) + +П/(п + I)* (2НЪ)вН [(\n(Ho/hтxУf*, -Оп (Но/Нх»п+,П + + П(2НУ)п*1 (1п(Но /Ьгх) я . (5)

и в зоне опережения

- Р гоп = 2ко + [2{ +Вх Зшчж)/ Йх * (X х -1) +1]* {2ко1п(Нх/>1гх ) +

+П/(п + 1)*(2/%/3)п+| [(1п(Но/Кгх))п+1-(1п(Н0/Нх))п+']} + +П( 2/\/3 )п+| (1п(Но/Ьгх)п • с (6)

и среднего давления

Рх = 2кср /Сх -тфух/Их)* 1п 1х + ШХх(Ки +Вх8тФк)/Нх* (Хх+1) * ,

Е(Ьух/Ьх) (21п(Ь^/Ьх) - Ь Хх - 2) + X + 1]}

' ■.Ч.-^ -л ; (?)

Коэффициент кругового опережения по ширине диска описывается формулой копх = Ьух/Ьх - ^(Х х[ехр (л/Нх * (Я* -1) 1п Хх ПЫк хФм +Вх8т<рк) ] ' , (8)

где Ьух . текущий угол нейтрального сечени^ очага деформации по ширине диска; •

ко - сопротивление чистому сдвигу полосы до прокйтки; Г-коэффициенттрений; .

2кср - среднее сопротивление деформации диска, рассчитанное по

аналитической зависимости, приведенной в монографии [1] .

Выполнен теоретический анализ изменения распределения давления металла на валки в зоне деформации, изменения среднего давления и коэффициента опережения по ширине диска.

Контактная площадь диска с коническими рабочими валками представляет собой площадь близкую к трапеции, так как её основания представлены дугами по форме не намного отличающимися от прямых линий. В этом случае силу прокатки можно достаточно точно определить через средние параметры по формуле

Р = Рср ¡<1срВ , , . (9)

где Рср - среднее давление металла на валки, рассчитанное по формуле (7), в щюдольно-круговом сечении посредине ширины диска;

1(1 ср - дуга контакта (касания) диска с валками в продольно-круговом / сечении посредине ширины диска, которая определяется по формуле ¡<1ср = (1<1м +»<18) )/2. , где I ём = Яма м и =к§а5 • соответственно наименьшая и наибольшая дуга контакта диск& с коническими валками.

Результаты расчёта прокатки дисков из алюминиевог" ава АМЦ начальной толщиной 3 мм при коэффициенте обжатия 1 да \ коэффициенте трения { = 0,1 приведены на рис. 2. Объёмное изменение давления по длине

очага деформации и ширине прокатываемого диска иллюстрирует неравномерность его распределения постепенно увеличивающееся к внешнему (большему) диаметру диска. Пунктиром в объёмной диаграмме показана плоскость нейтрального (критического) сечения, разделяющего очаг на зону опережения и зону отставания. В условиях теоретического расчёта принят

малый катающий радиус валка Лм - 15 мм и наименьший диаметр диска ¿и = 160 мм и соответственно радиус г — 80 мм. Характер изменения по ширине диска и длине очага деформации обусловлен изменением дуги контакта (касания) при всех прочих одинаковых условиях 1фуговой прокатки и усиливающим влиянием подпирающих сил трения.

1,Г—"3®—— 2>яино дуги касания мы

Ршс2. Давление к деформационной зоне, рассчитанное по формулам (5) и (6) для условий круговой прокатки сплава АМЦ: Н = 3 мм; Я, = 1,2, = 0,1; . 11м = 15 мм; п. =$0 мм.

На рис. 3 приведены графики изменения давления металла на валки по длине дуги контакта (касания) при прокатке дисков с разными коэффициентами обжатия 1,2; 1,4 и 1,6. Эпюры давления по форме представляют слегка выпуклые графики, чем больше обжатие тем меньше зона опережения, при этом, как видно на рис. 3 максимум давления смещается к выходу диска из рабочих валков. На графиках давления хорошо заметно влияние упрочнения сплава АМц, при этом оно (давление) повышается от входа и до выхода их деформационной зоны в 1,8 - 2,3 раза.

выводы

1. Выполнено теоретическое исследование и установлены основные закономерности изменения давления металла на валки при круговой холодной прокатке тонких дисков.

2. Установлена неравномерность распределения давления и коэффициента опережения по ширине диска и чем она больше, тем больше неравномерность и в большей степени изменяются исследуемые параметры.

Перёчень ссылок

.1. Капланов В.И. Высокоскоростная холодная прокатка тонких полос. - К.: Вища школа, 1993. - 254с.

- *У' ■ ■

I' ■ < ' 59

■

{

(

Е •