Способ определения нормального контактного напряжения при прокатке

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 21 В 37/08

ГОСУДАРСТВЕ +ЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4689591/27 (22) 12.05.89 (46) 30.10.92. Бюл. М 40 (71) Завод-ВТУЗ при Карагандинском металлургическом комбинате (72) А. Н,Хвалов (56) Чекмарев А.П., Ольдзиевский C,Ë. Методы исследования процессов прокатки. M.:

Металлургия, 1969, с.238-265.

Изобретение относится к процессу продольной прокатки, преимущественно к холодной прока гке, когда фактор формы очага деформации больше единицы и определены границы очага деформации в процессе захвата металла валками.

Известен способ определения нормального контактного напряжения с помощью радиальной точечной месдозы. В этом способе используются металлические. валки, но они не являются цельными, так как месдоза установлена в специальном сегментном вкладыше, который крепится к валку, Усилие металла на месдозу передается штифтом, торец которого выходит на поверхность валка.

Способ имеет следующие недостатки: при меньшей (в сравнении с валком) жесткости системы штифт — упругий элемент возникает большая погрешность в измерениях; измерительная вставка ослабляет тело валка и уменьшает ere жесткость; торец штифта и границы вставки оставляют отпечатки на

БЛ 1771841 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМАЛЬНОГО КОНТАКТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ

ПРОКАТКЕ (57) Использование: прокатное производство. Сущность изобретения: измерение и дифференцирование усилия прокатки по площади контакта металла с валками, дифференцирование усилия прокатки в процессе захвата металла валками, 4 ил. поверхности металла; усложняется обслуживание стана.

Известен способ определения нормального контакта напряжения при прокатке на цельных валках. Но в этом случае применяются валки, изготовленные из оптически активного неметаллического материала (например, на основе эпоксидной смолы Э—

40). При просвечивании параллельным пучком света таких валков во время прокатки выявляются линии действия нормальных напряжений (изоклин), действующих в валке. Способ основан на возможности определения нормальных контактных напряжений, действующих в очаге деформации, по напряжениям, действующим в теле валка. Недостатком рассматриваемого способа является низкий уровень напряжений, с которым можно деформировать материал в валках из оптически активного вещества и в связи с этим возможность прокатывать материал невысокой прочности (например, пластилин, свинец).

1771841

Наиболее близким по способу определения нормального контактного напряжения к изобретению является способ разрезного инструмента или торсиометра.

В этом способе, как и в способе точечных месдоэ, используются нецельные металлические валки, имеющию измерительную вставку. Эта вставка опирается на три месдоэы, расположенные внутри валка. Одна из этих месдоз воспринимает радиальную составляющую усилия прокатки при прохождении вставки через очаг деформации.

Поскольку при этом площадь контакта вставки с металлом непрерывно увеличивается, кзк и усилие, воспринимаемое вставкой, то путем дифференцирования усилия прокатки по площади вставки находят усредненное по ширине нормальное контактное напряжение по формуле: р - dP/dF, где

Р— усилие, воспрйнимаемое вставкой; F— площадь. контакта вставки с металлом.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие измерительной вставки в валке, которая ослабляет валок, оставляется отпечатки на поверхности металла и усложняет обслуживание стана.

Основным недостатком всех рассмотренных способов определения нормального контактного напряжения является то, что в них используются валки, которые нельзя применять в промышленных условиях. Поэтому эпюры нормальных контактных напряжений, определенные этими способами, относятся только к лабораторным условиям.

Но эпюры напряжений, полученные на лабораторных станах, далеко не всегда соответствуют эпюрам реального процесса прокатки на промышленных станках, т.к. в лабораторных условиях трудно учесть износ валков, колебание механических свойств материалов, нестабильность коэффициента трения и т.д. Для точного же управления процессом прокатки необходимо знать реальную эпюру нормальных контактных напряжениях, поскольку она является одним из основных компонентов модели очага деформации.

Цель изобретения — повышение точности в определении нормального контактного напряжения при прокатке.

Это достигается тем, что в известном способе определения нормальных контактных напряжений, включающем измерение усилия прокатки, вычисление площади контакта металла с валками и нормального контактного напряжения, усилие прокатки и площадь контакта определяется в процессе захвата металла валками. При этом усилие прокатки регистрируется месдозами, установленными под нажимными винтами, а площадь контакта определяется по координате переднего торца перемещающегося в зеве валков металла.

В случае жесткой клети, когда изменением расстояния между валками в процессе захвата металла валками можно пренебречь, нормальное контактное напряжение определяется по формуле

Р dP/Вбх (1)

Если же упругие деформации клети су10 щественны, необходимо учитывать изменеwe площади контакта, связанные не только с перемещением переднего торца в зеве валков, но и подъемом валков. 8 этом случае напряжение нормальное определяется по формуле:

dP + оРьба (2)

84х В -dedx где Р— усилие прокатки, регистрируемое месдоэами под нажимными винтами, Х— координата переднего торца;  — ширина металла (в данном случае имеется в виду прокатки широких полос, когда уширением можно пренебречь); а — функция, характеризующая изменение площади контакта нз входе при подъеме валков..

В соответствии с формулой (1) для определения нормального контактного напряжеР и проводить дифференцирование кривой усилия прокатки по площадки контакта.

В упругой клети первое слагаемое в формуле(2) определяется также, как и в формуле (1). Последовательность определения второго слагаемого в формуле (2) следующая.

Экспериментально определяется изменение расстояния между осями валков в процессе захвата металла валками 3®

При извес ной толщине металла на sxoде (Но), радиусе валков (й) и исходном зазоре между валками (Зо) находят функцию:

- н:и- ю - Ill и ее производную, т.е. йн I ° ив.

Принимая, что нормальное контактное напряжение на входе Р8 равно сопротивлению металла пластической деформации на входе 2Ко ив еирвженив Рв* = B J Рв» da находим: - PB - 2 . Данные о значе,dPsx 8 de ниях величины 214 содержатся в литературе, например (1).

50 ния в жесткой клети необходимо в процессе

З0 захватз металла взлкзми фиксировать координату переднего торца Х, усилие прокатки

1771841

20

30

50

Таким образом, второе слагаемое в формуле (2) равно:

",;," ф- . ы.а l - (а

Итак, для определения нормального контактного напряжения с учетом подъема валков в процессе захвата надо определять три величины: Х вЂ” координату переднего орца; P(X) —; S(X) — изменение расстояния между осями валков. Величины S(X) измерялась с помощью плас гины, на которую были наклеены тензодатчики.

Пример 1 (жесткая клеть). На стане дуо с диаметром валков О - 200 м прокатывали алюминий толщиной Но - 5,25 мм, шириной В - 40 мм с обжатием е- 24 . Для увеличения жесткости клети перед прокаткой между подушками валков помещали стальные пластины и нажимными винтами прижимали их друг к другу. Как следует иэ формулы (1), для определения нормального контактного напряжения надо фиксировать усилие прокатки P и координату переднего торца Х. усилие прокатки измеряли месдозами, установленными под нажимными винтами, а координату переднего торца — c помощью резистора типа СП вЂ” 3, движок которого через штангу перемещался передним торцом металла.

Эксперимент ставил своей задачей не только осуществление дифференцирования усилия прокатки по площади контакта, но и доказательство того, что получаемое при этом напряжение P представляет собой усредненное по ширине нормальное контактное напряжение. С этой целью были использованы валки с радиальной точечной месдоэой, которая непосредственно измеряла нормальное контактное напряжение, Ее показания сравнивались с величиной Р, определенной по формуле (1). В соответствии с данными работ (3, 4) под нормальным контактным напряжением в переходном периоде понимается напряжение на переднем конце перемещающегося в зеве валков металла. Поэтому в экспериментах образцы задавались в валки так, чтобы точечная месдоза входила в контакт с металлом в районе, максимально приближенным к переднему торцу заготовки.

При задаче металла в валки надо было

sblnolIHMTb еще одно условие — задавать образец так, чтобы точечная медоза измеряла усредненное по ширине нормальное контактное напряжение, т.к. по формуле (1) определяется именно усредненное по ширине напряжение. В связи с этим были проведены предварительные эксперименты по определению закона распределения нормальных контактных напряжений по ширине полосы, В результате для каждого режима обжатий было найдено продольное сечение, в котором нормальное контактное напряжение равнялось усредненному по ширине значению. При задачи металла в валки точечную месдозу совмещали с этим сечением.

Результаты экспериментов приведены на фиг.1 и 2.

Нормальное контактное напряжение, измеренное точечной месдозой, соответственно, в переходном (фиг,1) и установившемся (фиг.2) режимах, где 1 — усилие прокатки; 2 — перемещение переднего торца; 3 — отметчик времени; 4 — отметчик пути валков; 5 — напряжение, полученное в результате дифференцирования усилия прокатки по площади контакта.

Процесс прокатки осуществляется по схеме фиг.1, так как начало изменения сигналов от точечной месдозы 6 и месдоэы под нажимными винтами 7 совпадает.

Характер изменения сигналов отметчика пути валков 4 и отметчика времени 3 говорит о том, что скорость валков и бумаги как в переходном (фиг.1), так установившемся режимах (фиг.2) были одинаковые. Постоянство скорости валков в укаэанных режимах объясняется тем, что моменты прокатки были небольшие, в то время как стан имел значительные вращающие массы; ротор асинхронного двигателя (N = 19 кВт), коробку скоростей, редуктора. шестеренную клеть.

Прокатка осуществлялась в жесткой клети, поскольку длины оснований эпюр напряжений в переходном 6 и установившихся режимах 7, мало отличаются друг от друга.

Кривые нормальных контактных напряжений в переходном 6 и установившемся 7 режимах идентичны, а значения напряжения в соответственных сечениях эпюр практически равны, Степень заполнения металлом зева валков не оказывает существенного влияния на нормальное контактное напряжение Ри,,поэтому величина Р является функцией только координаты переднего торца Х, т.е. P =p(X).

Это доказывает справедливость формулы (1) и возможность определения нормального контактного напряжения путем дифференцирования усилия прокатки по площади контакта.

Если будет известно нормальное KOHтактное напряжение в переходном режиме, тотем самым будет определено напряжение и в установившемся режиме.

1771841

Площади, ограниченные кривыми нормальных напряжений е переходном 6 и установившемся режимах 7, равны, Это также доказывает, что напряжение на переднем конце перемещающегося в зеве валков металла при прокатке в жесткой клети соответствует нормальному контактному напряжению в установившемся режиме, поскольку длины оснований эпюр равны, а кривые напряжений идентичны.

Координаты точки перегиба на кривой усилия прокатки и максимального значения нормального контактного напряжения совпадают. Это служит подтверждением справедливости:формулы (1), так кэк в точке перегиба производна dP/dx достигает макСИМЭЛЬНОГО ЗНЭЧЕНИЯ.

В результате дифференцирования кривой усилия прокатки по площади контакта получено напряжение (фиг.1, кривая 8), которое по своей величине соответствует контактному напряжению, измеренному радиальной точечной месдозой в переходном периоде (кривая 6).

Пример 2 (упругая клеть). Эксперименты проводились нэ том же стане. Прокатывали сталь ст.3 толщиной Но - 3,7 мм, шириной Bо 4О мм.с обжатием Б= 24,3 ) при начальном зазоре между валками So2,3 мм. Жесткость клети не увеличивалась.

Типичная осциллограмма, полученная при прокатке в упругой клети, приведенная на фиг,3 и 4, где цифры 1-7 обозначают те же самые величины. что и на фиг.1 и 2; 8— подьем валков в процессе захвата металла валками, т.е. функция d = f(x) в формуле (2), Данные фиг.З и 4 позволяют сделать выводы, во многом аналогичные выводам для примера 1 (жесткая клеть).

Площади, ограниченные кривыми нормальных напряжений в переходном (8) и установившемся (7) режимах, равны, Координата точки перегиба на кривой усилия прокатки и максимального нормального напряжения совпадают. Кривые нормальных напряжений в переходном 6 и установившемся 7 режимах идентичны и подобны, т.е. соблюдается равенство;

Pl/Рср.п. = Pty/Рс.р.у, (3) где Pln, Piy — текущие значения напряжения в переходном и установившемся режимах в соответственных сечениях:

Рср.п, Рср.у- средние значения напряжений в переходном и установившемся режимах.

Была проверена степень соблюдения равенства (3). Для этого эп юру в переходном режиме (кривая б) вертикальными сечениями делили на равное число частей. Для каждого сечения определяли Pin и отношение

Pin/Pep.а. Далее находим соответственное сечение у эпюры в установившемся режиме по формуле:

Xty -. (Ly/Ln) Х п, где Ln, Ly — длины оснований зпюр в переходном и установившемся режимах;

Xin, Х у — координаты соответственных сечений у названных эпюр.

8 сечении Х у определяли Piy и соотношение Pty/Pcp.y. Результаты расчетов показали, что максимальное отклонение от подобия составило 4,5, среднее же — 3,37, Следовательно, равенство (3) соблюдается с достаточно высокой тОчнОстью.

Напряжение, измеренное точечной месдоэой в переходном периоде (6) соответствует .напряжению„полученному путем. дифференцирования усилия прокатки по площади контакта (фиг.3, кривая 5).

Порядок определения нормального контактного напряжения при прокатке в упруroA клети следующий: по формуле (2) определяется нормальное контактное напряжение в переходном периоде.

По формуле (3) определяется нормальное контактное напряжение в установившемся периоде.

Использование изобретения позволит более точно определять законы изменения нормального контактного напряжения непосредственно на промышленных станах, что повысить точность математической модели очага деформации и в конечном счете повысить точность регулирования толщины полосы.

Формула изобретения

Способ определения нормального контактного напряжения при прокатке на цельных металлических валках, включающий измерение усилия прокатки, вычисление площади контакта металла с валками и нормального контактного напряжения, о тл и ча ю шийся тем, что, с целью повышения точности, усилие прокатки и площадь контакта определяют в процессе захвата металла Валками.

1771841

1771841

Составитель А,Хвалов

Техред М,Моргентал Корректор A.Козориз

Редактор

Эакаэ 3798 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101