Исследование контактных напряжений при прокатке в режиме гидродинамического трения

Abstract

Результаты экспериментальных исследований, опубликованные в ряде отечественных и зарубежных источников, показывают, что процесс холодной прокатки с применением эффективных технологических смазок совершается устойчиво без частичных пробуксовок при однозонном скольжении металла в валках или даже при «отрицательном» опережении. С позиции современной теории такие условия прокатки трудно объяснить, так как она исходит из того, что предельные условия определяются равенством угла нейтрального сечения нулю. Поэтому целью настоящей работы является изучение закономерностей процесса прокатки при однозонном скольжении полосы в очаге деформации и в частности исследование распределения контактных напряжений при прокатке в режиме гидродинамического трения. Проведенные нами опыты показывают, что, опережение существенно зависит от толщины смазочной пленки в контакте полосы с валками и при значительной величине ее прокатка протекает в условиях однозонного скольжения. Поэтому в теоретическом исследовании исходили из гидродинамического закона трения в очаге деформации. Учитывая, что закон Баруса не отражает реальной картины изменения вязкости смазки от давления из-за возможности перехода ее в твердое фазовое состояние, пришлось несколько изменить принятую модель. При этом исходили из равенства полных сил гидродинамического трения и трения скольжения. Подставляя эту модель в дифференциальное уравнение Кармана и решая его при известных граничных условиях рассчитывали эпюры контактных напряжений для трех случаев прокатки: при наличии опережения, при нулевом его значении и при однозонном скольжении металла в валках. В первом случае эпюры контактных напряжений существенно от известных не отличались. При прокатке с нулевым опережением кривая распределения нормального давления расположена существенно ниже по сравнению с первым случаем, но ни в одном сечении давление не было ниже среднего сопротивления деформации метала, что свидетельствовало об отсутствии нормальных продольных растягивающих напряжений. При прокатке с «отрицательным» опережением вблизи выхода металла из валков возникают вышеуказанные напряжения. Проверка на продольную устойчивость показала, что во всех трех случаях процесс совершается устойчиво без частичных пробуксовок. Важно отметить, что прокатка при нулевом опережении является энергетически выгодным процессом.

The results of experimental studies published in a number of domestic and foreign sources show that the cold rolling process using effective process lubricants is stable without partial slippage during single-zone sliding of metal in the rolls or even with a “reverse” forward slip. From the point of view of modern theory, such rolling conditions are difficult to explain, so how does it proceed from the fact that the limiting conditions are determined by the equality of the angle of the neutral cross section to zero. Therefore, the aim of this work is to study the patterns of the rolling process during single-zone strip sliding in the deformation zone and, in particular, to study the distribution of contact stresses during rolling in the hydrodynamic friction mode. Our experiments show that, advancing essentially depends on the thickness of the lubricating film in contact with the strip and the rolls when a significant value of its rolling occurs in single-zone sliding. Therefore, in a theoretical study, we proceeded from the hydrodynamic law of friction in the deformation zone. Given that the Barus law does not reflect the real picture of changes in the viscosity of the lubricant from pressure due to the possibility of its transition to a solid phase state, it was necessary to slightly change the adopted model In this case, we proceeded from the equality of the total forces of hydrodynamic friction and sliding friction. Substituting this model into the Karman differential equation and solving it under known boundary conditions, contact stress diagrams were calculated for three rolling cases: in the presence of forward slip, at its zero value and with single-zone metal slip in the rolls. In the first case, the contact stress diagrams did not differ significantly from the known ones. When rolling with zero forward slip, the normal pressure distribution curve is significantly lower compared to the first case, but for one section the pressure was not lower than the average metal deformation resistance, which indicated the absence of normal longitudinal tensile stresses. When rolling with a "negative" of forward slip near the exit of the metal from the rolls, the above stresses occur. A check for longitudinal stability showed that in all three cases the process is performed stably without partial slippage. It is important to note that rolling at zero forward slip is an energetically profitable process.