Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет коэффициента и показателя трения

Горячая прокатка полос. Коэффициент трения показывает интенсивность действия сил трения в очаге деформации, а его величина определяет значения опережения, энергосиловых параметров, износ валков, качество поверхности полосы. Точность определения кинематических и энергосиловых параметров во многом зависит от точности расчета коэффициента трения. Известны эмпирические формулы И.М. Павлова и H. H. Гета, М.А. Зайкова, А Динника, А.П. Грудева и др. для расчета коэффициента трения, полученные исследователями для конкретных условий прокатки на лабораторных станах. Это ограничивает или исключает их применение в промышленных условиях. А.П. Грудев предлагает использовать для расчета коэффициента трения зависимость, полученную на основании лабораторных исследований И.М. Павлова и H. H. Гета дополнительными поправочными коэффициентами [1,2]

(1)

где

- температура металла,°С; - поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно влияние состояния и материала валков, окружную скорость валков, материал прокатываемой полосы (содержание углерода). Коэффициентравен: чугунные отбеленные валки - 0,9; чугунные мягкие - 1,0; стальные - 1,1 - 1,2; стальные с насечкой - 1,3-1,6. Коэффициент может быть определен по выражению

коэффициент трение прокатка полоса

где -окружная скорость валков. Влияние содержания углерода в стали описывает выражением

,

где - содержание углерода в стали,%.

В работе А.А. Динника [3] предложено следуют выражение для расчета коэффициента трения

(2)

где -базовый коэффициент трения, метод определения которого в работе не сообщается.

Базовый коэффициент трения на основании обработки данных [3] равен

где - скорость скольжения металла в очаге деформации,

равна [4]

,

где Д h и h-абсолютное обжатие и толщина полосы после прокатки

Коэффициент для формулы (2) равен: новые стальные валки - 1,1; стальные с сеткой разгара - 1,1-1,2; новые чугунные сортовые 0,8-0,9; чугунные с сеткой разгара - 1,0-1,1; чугунные листовые - 0,7; стальные для лабораторных исследований - 0,7-0,9.

Коэффициент k_м равен: для низкоуглеродистой стали - 1,0; для высокоуглеродистых сталей - 0,9-1,0; для нержавеющей стали - 1,1-1,2.

Наиболее достоверные значения коэффициента трения могут быть получены в том случае, если основные составляющие основного расчетного выражения получены в промышленных условиях наиболее теоретически обоснованными методами, т.е. методом опережения и методом крутящего момента с плавным торможением полосы в валках. Этому условию отвечают экспериментальные зависимости п.2.6, используя которые получена обобщающая формула (В.А. Николаев) расчета коэффициента трения в установившемся процессе [5,6,7]

(3)

где - базовый коэффициент трения, полученный на основании

промышленных исследований; -поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно состояние поверхности валков, твердость валков, материал полосы, окружную скорость валков, тип технологической смазки, состояние окалины на

поверхности полосы, относительное обжатие.

Базовый коэффициент равен

где t - температура металла,°С.

Другие поправочные коэффициенты равны:

;

; при

- при

где HSD - твердость поверхности валков по Шору; - окружи скорость валков

Характеристика валков Коэффициент k_B

Новые стальные и чугунные отбеленные 0,75

валки

Чугунные и стальные валки после двух 1,0

часов работы

Изношенные чугунные валки 1,15-1,2

Стальные валки с насечкой (накаткой) 1,2-1,4

Материал полосы Коэффициент k_м

Ст.3, 08 кп (пс), ШХ-15-1,0

20, Х18Н9 - 0,95

Ст.45, ЭИ-94 - 0,90

30ХГСА, А12 - 0,85

У 10, А 20 - 0,80

1Х18Н9Т,45Г17ЮЗ, ЭИ-654 1,08

1Х17Н2, Х17 - 1,15

Тип технологической смазки Коэффициент к_см

Без смазки 1,15

Вода 1,0

Эмульсия минерального масла 0,9

Эмульсия из ПХМ

(полимеризованное хлопковое масло) 0,8

Состояние окалины Коэффициент k_ок

C воздушной вторичной окалиной 1,0

С печной окалиной 0,6-0,7

Относительное обжатие Коэффициент k_е

е> 30 - 1,1, е< 30 - 0,9

Рис.1. Изменение коэффициента трения в зависимости от температуры.

Параметры прокатки: v=3м/c, Дh=10мм, h=20мм; коэффициенты:

k_B =0,9; kт=k_м=k_е=k_CM=k_ок⁼1,0. Формулы: 1- (1); 2- (2); 3- (3)

Как следует из данных рис.1, имеет место существенное различие между коэффициентами трения, определенными по формулам (1) - (3). Наименьшие значения коэффициента трения получены по формуле (1), а наибольшие по формуле (2). Между этими зависимостями существует почти двухкратное различие. Принимая во внимание хорошее совпадение с опытными промышлиными данными, зависимость (3) следует считать более достовернойи [8] и рекомендовать к практическому использованию.

При захвате переднего конца полосы валками условия трения отличны то таковых в установившемся процессе. Во-первых при соприкосновении полосы с валками образуется небольшая площадка контакта, во-вторых, скольжение происходит при отсутствии печной окалины, в-третьих, отсутствует пластическая деформация металла, в четвертых, как правило, задача полосы происходит с некоторой силой от рольганга или предыдущей клети, в-пятых, при скольжении по полосе в ряде случаев происходит удаление слоя окалины и появление чистого металла, в-шестых, поверхность трения площадки полосы охлаждается от валков и воды. Все это обусловливает повышен коэффициента трения fз при захвате по сравнению с коэффициеи трения fв установившемся процессе. Для расчета коэффициент трения при захвате можно использовать формулу

где f - коэффициент трения по формуле (3) при и k_е =1,0

- коэффициент, учитывающий условия захвата и тип стана: Блюминг, слябинг, толстолистовой стан, черновые клети непрерывных широкополосных станов горячей прокатки (НШСГП) -

Непрерывные заготовочные станы, непрерывные группы НШПСГП

Холодная прокатка полос. В работе [1,9] приведены ряд формул для расчета коэффициента трения при холодной прокатке полос, о которых А.П. Грудев замечает, что они относятся к частным случаям экспериментов. На основании собственных исследований А П Грудев предлагает насколько формул для расчета коэффициента трения при прокатке соответственно в гладких (полированных шероховатых и грубошероховатых валках. Так, например, для прокатки в шероховатых валках R_z = 1,6-6,3 мкм (R_б, = 0,32-1,25 мкм предлагается следующая формула (холодная прокатка)

где ^_ коэффициент, учитывающий влияние типа технологической смазки; R_z - шероховатость поверхности валков; v - окружная скорость: валков; v₅₀ - кинематическая вязкость смазки при 50°С с Ст (м²/с-10^-2)

Указанная формула получена для расчета коэффициента трения при прокатке с чистыми маслами. Коэффициент для растительных масел равен для минеральных - , для эмульсий минерального масла можно принимать кинематическая вязкость v₅₀ при 50?C для масел равна:

трансформаторное - 9,0;

индустриальное-20 - 20;

минеральная эмульсия - 20;

цилиндровое-11 - 95;

прокатное-28 - 257.

На основании лабораторных исследований Д.И. Старченко и др. предлагает следующую формулу для расчета коэффициента трения

где - коэффициент трения при ползучей скорости прокатки; - окружная скорость валка; -коэффициенты: ; .

В результате экспериментальных исследований влияния различных факторов на условия трения. При этом во всех экспериментах коэффициент трения определяется методом опережения с учетом упругих деформаций валков и полосы, а сами упругие деформации также определены экспериментально (и в лабораторных и в промышленных условиях) [10]. Расчетная формула коэффициента трения представлена следующим образом (В.А. Николаев):

(4)

где - базовый коэффициент трения, определенный в промышленных условиях; - поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно величину относительного обжатия, шероховатость поверхности полосы и типа технологической смазки; - коэффициенты учитывающие влияние температуры полосы и различие в условиях деформации металла в промышленных и лабораторных исследованиях.

Коэффициент по данным [1, 11] равен

Тип смазки

Эмульсия минерального масла - 1,0

Хлопковое натуральное масло - 0,94

Подсолнечное гидрогенизированное масло (ПКС) 0,85

Пальмовое масло - 0,83

Хлопковое полимеризированное масло (ПХМ) - 0,56

Базовый коэффициент - определен в промышленных условиях учитывает влияние окружной скорости валков и шероховатости полосы:

При

При

Коэффициент влияния обжатия зависит от шероховатости валков. Поэтому:

,

где - относительное обжатие в долях; - шероховатости поверхности полосы; - коэффициент, учитывающий окружности скорость валков при .

В исследованиях [11,12,13,14] показано, что при прокатке с маловязкими смазками (индустриальное 12) характер зависимостей; коэффициента трения в области температур 20-250 С обусловлен величиной относительного обжатия. При прокатке с вязкими технологическими смазками (касторовое масло, масло вапор, ТЭМП-1) коэффициент трения существенно возрастает с увеличением температуры полосы. Аппроксимация опытных данных позвони получить уравнение вида (D=256мм, Н=1,08 и 2,5мм, сталь 08| R_а ? 0,8мкм):

,

где температура начала прокатки;

для эмульсий и маловязкого минерального масла (е ? 0.2):

; ; ;

дня высоковязкой смазки (е = 0,3): ; ; .

Расчет по приведенным выше формулам коэффициента трения для условий прокатки работы [9,15] (D = 256мм, v = 0,3м/с, R_a = 0,8 мкм t_н= 25 С, смазка из минерального масла И-20А) дает следующие результаты:

Формула:

Л.И. Грудева - 0,143

Д.И. Старченко - 0,098

Н.А. Николаева - 0,087

Опытные значения коэффициента трения при прокатке полос с обжатием е=0,3 равны [9,15]. Как следует из сопоставления меньшее отклонение от опытных данных получено при исследовании, формулы (4).

Отсутствие точного совпадения опытных и расчетных значений коэффициента трения, в частности по формуле (4), объясняется неадекватность условий деформации металла на лабораторных и промышленных станах при проведении исследований (различие диаметров валков, упрочнения полос, шероховатостью полос, чистоты смазки, температуры валков, отсутствием натяжения в лабораторных экспериментах) [9]. Влияние указанных различий при расчете коэффициента трения в лабораторных условиях предлагается учитывать поправочным коэффициентом k_л, который равен [9]

(5)

В ряде случаев для расчета среднего нормального напряжения, вместо коэффициента трения, используют показатель трения. Ранее показано, что между показателем и коэффициентом трения существует тесная связь. Поскольку в обычных условиях прокатки то имеем. Отношение вида может быть лишь при прокатке - с высоковязкими технологическими смазками при р_ср/р_ф<1, когда в очаге деформации возникают продольные растягивающие напряжения. Соотношение между и определяются лишь экспериментальным путем с использованием выражения.

В этом случае экспериментально определяется коэффициеи трения например, по опережению, с параллельным экспериментальным определением среднего нормального напряжения и напряжения течения металла.

Показатель трения изменяете практически по линейной зависимости, которая аппроксимируете выражением [10]

(6)

Размещено на Allbest.ru