Лабораторная работа - Течение металла при прокатке полосы - файл n1.doc

Лабораторная работа - Течение металла при прокатке полосы
скачать (12831.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc12832kb.15.10.2012 23:50скачать

n1.doc

Лабораторная работа

ТЕЧЕНИЕ МЕТАЛЛА ПРИ ПРОКАТКЕ ПОЛОСЫ
Цель работы — ознакомление с устройством и работой лабораторных станов продольной прокатки, а также с правилами безопасной работы на них и методами их настройки; ознакомление с методикой экспериментального определения коэффициента трения и среднего контактного напряжения при продольной прокатке полосы.

Теоретическая часть

Среднее контактное нормальное напряжение

(1)

где l — длина очага деформации, мм; — нормальное напряжение в точке.

Контактное напряжение определяется сопротивлением деформации () и коэффициентом напряженного состояния ()

(2)

где — коэффициент, учитывающий влияние среднего нормального напряжения (при двухмерной деформации = 1,15).

(3)

где - коэффициент, учитывающий влияние внешнего трения;

— коэффициент, учитывающий внешние зоны;

— коэффициент, учитывающий натяжение полосы при прокатке.

При отсутствии натяжения коэффициент напряженного состояния определяется внешним трением и внешними зонами.

Для учета влияния этих факторов при прокатке широких полос () различают четыре вида прокатки, отличающиеся между собой, главным образом, разным отношением длины дуги захвата к средней высоте сечения прокатываемой полосы .
Вид прокатки I II III IV

Отношение 5 2-.5 0,5-.2 0,5

Рассмотрим особенности этих видов прокатки.

Отношение . По длине дуги захвата имеются З участка, из которых два крайних - зоны скольжения (), а средний - зона прилипания ().

Отношение = 2…5. В основном имеются зоны скольжения.

Отношение = 0,5…2 .Зона прилипания распространяется по всей дуге захвата.

Отношение < 0,5.Деформация сжатия не проникает через все сечения прокатываемого металла. Зона прилипания распространяется по всей дуге захвата.

Анализом контактных касательнах напряжений установлено, что при отношении < 1 они незначительны и поэтому оказывают очень малое влияние на нормальное напряжение. Но в этом случае начинают оказывать решающее влияние внешние зоны, которые вызывают существенное повышение нормального напряжения.

Экспериментальные исследования при прокатке, когда 0,5, показывают, что усилия в этом случае больше, чем в случае прокатки при = 1… 2 .

На рис.1 приведено изменение коэффициента при прокатке специальных образцов в зависимости от .
hср

Рис 1. Зависимость коэффициента от отношения .
При =1 коэффициент =1 , следовательно, при =1 влияние внешних зон практически отсутствует, решающим оказывается влияние внешнего трения. С ростом отношения увеличиваются нормальные напряжения (рис.2), минимальное значение которого наблюдается при. =1. При увеличении длины контактной поверхности l при неизменной высоте h или уменьшении h при неизменной l возрастает подпирающее воздействие сил трения в зоне опережения, что вызывает рост нормальных напряжений.



Рис. 2. Зависимость контактного давления от отношения для сплава ХН78Т
Коэффициент, учитывающий влияние внешнего трения при горячей прокатке в зависимости от отношения можно определять по формулам (4):

(4)

Как видно из формул (4), при уменьшении hср коэффициент увеличивается. При малах значениях h мы приближаемся к деформации тонких пластин, при этом резко возрастает подпирающее действие сил трения по контактным поверхностям, резко возрастет отношение поверхностей контакта к объему деформируемого металла. На рис.3 приведена качественная зависимость изменения среднего контактного напряжения в очаге деформации при различном отношении .

Минимальная величина контактного напряжения получена при отношении =1.



Рис. 3. Качественная зависимость контактного напряжения от отношения при продольной прокатке.
Силы трения, возникающие между прокатываемым металлом и валками, оказывают большое влияние на процесс прокатки. Они определяют допустимый угол захвата и, следовательно, возможное обжатие, радиальное усилие на рабочие валки и деформацию металла - опережение и уширение.

В процессах обработки давлением, в которых прилипание отсутствует (например, при холодной прокатке тонких полос и ленты со смазкой), можно принять, что контактные силы трения пропорциональны нормальным напряжениям, то есть в этих процессах справедлив закон Кулона:

(5)

где - касательное напряжение, Мпа; — нормальное напряжение, МПа; f — коэффициент трения.

Контактные силы трения вызывают объемное напряженно — деформированное состояние металла в зоне деформации с течением его по осям Х, У, Z. При производстве же тонких широких полос деформация в направлении ширины полосы (У) отсутствует, мы имеем так называемое плоско-деформированное напряженное состояние.

Уравнение пластичности в этом случае имеет вид:

(6)

где - максимальное главное напряжение; - напряжение по оси прокатки; — сопротивление деформации; — коэффициент Лодэ.

Увеличение коэффициента трения приводит к росту нормального напряжения (увеличение сопротивления по преодолению сил трения в зоне опережения). Из формулы (1.6) следует, что при постоянной величине сопротивления деформации увеличивается и нормальное напряжение .

Коэффициент трения f между прокатываемым металлом и валками при установившемся движении определяют косвенным способом по опережению или непосредственно измерением касательных сил на контактной поверхности. Первый из этих способов является менее точным, так как он имеет два существенных недостатка:

— точный закон распределения контактных касательных сил трения по дуге захвата неизвестен, и поэтому существующие формулы для определения коэффициента трения по опережению приближенны.

— при холодной прокатке на длину зоны опережения сильное влияние оказывает упругое сжатие валков, которое не является постоянным.

Несмотря на отмеченные недостатки, в практических расчетах метод определения коэффициента трения по опережению себя оправдал и поэтому применяется в данной работе.

Величину относительного опережения можно представить как

(7)

где - критический угол нейтрального сечения; — высота полосы на выходе из валков, мм; R — радиус валка, мм.

Из формулы (7) следует:

(8)

Из условия равновесия сил в очаге деформации (рис.5) при продольной прокатке следует:

(9)

где — угол трения, — угол захвата.

Угол захвата определяют по величине абсолютного обжатия полосы:

(10)

где — абсолютное обжатие, D — диаметр рабочего валка, мм.

Подставляя значение критического угла из формулы (8), угла захвата из формулы (10) вычисляем значение коэффициента трения.



Рис.4. Схема действия сил в очаге деформации.
Относительное опережение определяется экспериментальным методом по отпечаткам керна на полосе (рис.5) для этого на поверхности одного из валков вмонтируют керн. После прокатки на полосе остаются отпечатки. Расстояние Lh между отпечатками на полосе, измеренное при помощи линейки, характеризует путь, пройденный металлом за один оборот валка. Путь, пройденный самим керном, равен . Величина относительного опережения в этом случае равна

(11)

Для расчета среднего удельного усилия прокатки необходимо знать величину контактной поверхности, которую определяют с учетом упругого сплющивания:

(12)

где — среднее удельное усилие прокатки; — начальная ширина полосы; — конечная ширина полосы после прокатки.



Рис.5. К определению опережения при продольной прокатке
Значение среднего удельного усилия прокатки равно

(13)

Оборудование и инструмент

Лабораторная работа проводится на одном из реверсивных лабораторных станов ДУО-160, снабженного тензометрической аппаратурой (рис.6).



Рис.6. Лабораторный стан ДУО-160: 1 — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — шестеренная клеть; 4 — рабочая клеть; 5 — фундамент
Стан приводится во вращение двигателем постоянного тока и предназначен для проведения исследований и лабораторных работ. Число оборотов двигателя и, следовательно, скорость прокатки на стане регулируется в широких пределах.
Для измерения образцов используются микрометр (для толщины) и штангенциркуль (для ширины), при составлении технической характеристики станов — линейка.

Свинцовые образцы 6Ч50Ч100мм.

Алюминиевые или латунные образцы 1Ч40Ч600 мм.

Измерительный инструмент — штангенциркуль.

Мел, касторовое масло, ацетон.

Указания по технике безопасности

К работе на стане допускаются только студенты, прошедшие инструктаж у заведующего лабораторией. Запрещается самостоятельная работа студентов на стане. При задаче образцов в валки использовать специальное приспособление. При проведении эксперимента студенты должны находиться на расстоянии не менее 1м от стана.

Порядок выполнения работы

Подгруппа получает по 4 образца из алюминия или латуни и с помощью штангенциркуля производят обмер высоты и ширины полос в З местах по длине образцов. Результаты измерений заносятся в табл.2.

Производят прокатку полос в валках с запрессованным керном за один проход до толщины h= 0,75 мм. Прокатку производят в следующей последовательности.

Первый образец прокатывается в сухих валках. Далее валки покрывают мелом и катают второй образец. Удаляют мел и наносят машинное масло на поверхность валка. Прокатывают третий образец. Смывают машинное масло ацетоном и наносят на поверхность касторовое масло. Прокатывают четвертый образец. Перед прокаткой второго, третьего и четвертого образцов вносится коррекция на настройку верхнего валка: его поднимают на небольшую величину, чтобы сохранить постоянное обжатие.

Если этого не производить, то различное усилие прокатки вызывает различную упругую деформацию системы рабочая клеть – валок, и зазор между рабочими валками не сохраняется постоянным.

При прокатке производят осциллографирование усилий на рабочие валки по двум месдозам, установленным под нажимные винты.

После прокатки измеряют высоту и ширину образцов в 3 точках по длине, а также расстояние между отпечатками кернов на полосах. Измерения производят штангенциркулем и данные заносятся в табл.1.

Измерить толщину и высоту в трех сечениях по длине двух свинцовых образцов. Вычислить среднюю величину, данные занести в табл.1.

Включить тензометрическую аппаратуру, подготовиться к записи усилий прокатки на осциллограммы.

Прокатать первый образец в сухих валках за 5 проходов с постоянным обжатием за один проход, равным 1 мм. После каждого прохода измерять ширину и высоту прокатываемых образцов. Данные занести в таблицу 1. При прокатке производить тензометрирование радиальных усилий прокатки.

Прокатать второй образец в валках с нанесенной на их поверхность смазкой — машинным маслом. Опыт производить аналогично.
Обработка результатов эксперимента

Результаты исследования представить в виде таблиц 1, 2, 3, 4.

Первым этапом работы является составление технической характеристики лабораторных станов. При этом в журнале необходимо нарисоватъ схему рабочей линии стана и составить таблицу по следующей форме:

Стан

Тип.

Реверсивность.

Назначение.

Максимальная ширина проката.

Число клетей.

Окружная скорость рабочих валков, м/с.

Габариты.

Привод

Электродвигатель.

Род тока.

Тип.

Напряжение, В.

Сила тока, А.

Мощность, кВт.

Число оборотов, об/мин.

Регулировка оборотов .

Пусковое устройство.

Редуктор.

Тип.

Передаточное число.

Число ступеней.

Тип шестеренной клети.

Тип муфты.

Конструкция шпинделей.

Рабочая клеть

Рабочие валки.

Материал.

Твердость.

Чистота обработки бочки.

Диаметр бочки, мм.

Длина бочки, мм.

Подшипники.

Станина.

Тип.

Материал.

Ширина окна, мм .

Высота окна, мм.

Конструкция нажимного устройства

Цена деления указателя раствора валков

Конструкция уравновешивающего устройства

Таблица 1


В табл.1 указываются номер опыта и условия его проведения, средние значения ширины и высоты сечения. образцов, рассчитываемые как среднеарифметические из 3 размеров.

Расшифровываются осциллограммы по тарировочным графикам или с помощью условных коэффициентов определяются усилия на каждую из месдоз. Данные заносятся в табл.1.

По формуле (8) рассчитываем величину относительного опережения, а по формулам (9), (10) величину угла критического сечения, угол трения, а также коэффициент трения дла всех четырех прокатанных образцов. Данные заносятся в табл.2.

Определяем по формуле (13) среднее контактное давление Рср, подставляем 0,8 Рср в формулу (12) и рассчитываем контактную поверхность Fкон. Далее определяем среднее контактное давление по формуле (13). Данные значений контактной поверхности и среднего контактного давления Рср заносим в табл.2.

По расчетным данным табл. построим график зависимости среднего контактного давления Рср от коэффициента трения , т.е. зависимость .

Таблица 2



График строится на миллиметровой бумаге.

Таблица 3



Расшифровать осциллограммы с помощью тарировочных графиков. -Данные занести в табл.3. Рассчитать абсолютное обжатие за каждый проход и среднюю ширину образцов.


Таблица 4


Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Краткое описание теоретической части работы.

2. Цель и методику проведения работы.

3. Полученные графические зависимости.

4. Результаты обсуждения экспериментальных данных.

5. Выводы по работе.

Литература

1. Смирнов В.С. Теория прокатки. — М.: Металлургия, 1967. С. 223 —236.

2. Целиков А. И. Гришков А.И.. Теория прокатки. — М.: Металлургия, 1970, 171 — 2I4 с.
Контрольные вопросы

1. Каков характер течения металла при прокатке.

2. Какова методика проведения данной работы?

3. Что такое среднее контактное нормальное напряжение?

4 Что такое сопротивление деформации?

5. Какие факторы определяют среднее контактное нормальное напряжение?

6. При каком отношении контактное напряжение определяется внешними зонами?

7. Какие виды распределения касательных напряжений Вы знаете, чем они определяются?

8. Как влияет отношение на контактные напряжения?

9. Как влияет толщина стенки прокатываемой полосы на среднее контактное напряжение?

10. Как экспериментально определить среднее контактное напряжение?

11. Как влияет внешнее трение на среднее контактное напряжение?

12. Что такое длина очага деформации и как ее определять при прокатке?

13. Показатели и коэффициент уширения при прокатке.

14. Влияние геометрии очага деформации на коэффициент уширения.

15. Чем вызвано уменьшение продольных сжимающих напряжений при увеличении обжатия?

16. Будет ли влиять структура материала на коэффициент уширения при прокатке?

17. Как экспериментально определить среднее контактное напряжение?

18. Как влияет внешнее трения на среднее контактное напряжение?

19. Какую роль выполняет трение при продольной прокатке?

20. Что такое относительное опережение при продольной прокатке?

21. Как определить положение критического сечения?





Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации