ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ПРОКАТУВАННЯ

МЕТА РОБОТИ.Перевірка умови постійності об’єму на прикладі плоскої прокатки полоси великої ширини. Визначення залежності подовження і поширення від висоти заготовки та визна чення функції випередження в залежності від висоти полоси.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Сутність процесу прокатування полягає в тому, що заготовка обтискується між двома валками, що обертаються в різні сторони. При поздовжній прокатці заготовка втягується в зазор між валками (рис. 4.1), обтискується по висоті і збільшується по довжині і ширині, при цьому переріз заготовки приймає форму зазору (калібру) між валками.

Рис. 4.1.

Для прокатування заготовки валками необхідно, щоб між ними і заготовкою діяли сили тертя достатньої величини. Умова захвату металу валками має вигляд:

де		– кут захвату (рис. 4.1);
		– коефіцієнт контактного тертя між заготовкою і поверхнями валків.

Залежність між кутом захвату a, абсолютним обтиском h і діаметром валків D (рис. 4.1) має вид:

(1)

Згідно умови постійності об’єму, весь об’єм металу, що деформується при прокатуванні залишається постійним. Якщо заготовка представляє собою прямокутний паралелепіпед, то тоді

HBL=hbl (2)

де	H,B і L	– розміри заготовки до деформування;
	h, b і l	– розміри заготовки після деформування.

У випадку плоского деформованого стану, як це має місце при прокатці в проводках або при прокатці полоси великої ширини, один з розмірів, наприклад L, не міняється і формула (2) спрощується, тоді отримаємо:

HB=hb (3)

При дотриманні вищезгаданих умов плоскої деформації, постійність об’єму може бути перевірена при прокатуванні.

В загальному випадку, якщо полоса, що прокатується має невелике співвідношення ширини до висоти, тобто вузької полоси, то всі три розміри: довжина, ширина і висота змінюються.

Тоді залежності поширення і подовження . Як функції висоти, визначається експериментально. Мета прокатування – деформування метала в довжину, а отже поширення шкідливе, оскільки всі обставини, які збільшують деформацію в ширину, будуть одночасно зменшувати подовження при заданій висоті. Поширення також викликає на бокових кромках полоси, що прокатується значні напруження. В ряді випадків поширення використовується для кращого заповнення калібрів при прокатуванні фасонних профілів. На поширення впливають ряд факторів:

- зі збільшенням діаметру валків поширення зростає;

- зі збільшенням обтиску поширення зростає;

- зі збільшенням товщини полоси уширення зменшується;

- зі збільшенням ширини полоси, що прокатується поширення зменшується;

- при прокатуванні полоси з однаковою кінцевою товщиною і сумарним обтиском поширення тим менше, чим за велику кількість проходів вона прокатується;

- зростання коефіцієнту тертя тягне за собою інтенсивне поширення металу, що прокатується;

- інші фактори, як наприклад, хімічний склад, температура металу, швидкість прокатки, стан поверхні валків впливають на характер уширення через коефіцієнт контактного тертя.

Досвід показує, що у більшості випадків прокатки, полоса, яка виходить з валків, має трохи більшу швидкість, чим самі валки. Це явище називається випередженням. В середньому випередження складає біля 3 – 5% від величини окружної швидкості валків. Позначимо швидкість руху полоси, що виходить з валків через V_n (рис. 4.2) тоді колова швидкість набуде виду:

де	n	– кількість обертів валка в хвилину;
	S	– випередження.

В такому випадку випередження зазвичай виражають у відсотках наступним чином:

На практиці випередження зазвичай визначають вимірюванням різниці відстаней між відбитками двох кернів на металі, що прокатується L і на поверхні валків t_b (рис. 4.2).

Рис. 4.2.

Помноживши чисельник на знаменник відношення на час t отримаємо:

(4)

де	L	– відстань між двома відбитками двох кернів на прокатуваній заготовці;
	t_b	– відстань по дузі валка між кернами, які нанесені га поверхні валка.

Випередження є наслідком того, що до швидкості обертання валків додається швидкість пластичної течії металу від обтиску з висоти Н до висоти h. На випередження впливають наступні фактори:

- збільшення товщини полоси яка виходить з валків призводить до зменшення величини випередження;

- збільшення радіуса валків сприяє збільшенню випередження;

- зі збільшенням коефіцієнту тертя збільшується і випередження.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Робота складається з трьох частин і виконується на лабораторній шестерне вій кліті з ручним приводом валків.

На першому етапі перевіряється умова постійності об’єму при прокатуванні свинцевої заготовки великої ширини.

У другій частині при прокатці прутка квадратного або прямокутного перерізу різної ширини, досліджується поширення і подовження в залежності від його висоти. Насамкінець, заключний розділ роботи передбачає визначення випередження в залежності від висоти свинцевої полоси великої ширини.

ЧАСТИНА ПЕРША

Полосу великої ширини слід заміряти штангенциркулем з точністю до 0,1 мм по нанесеній на ній розмітці, занести дані замірів до графи 1 – 3 таблиці 1 і виконати розрахунки відповідно з пунктом 1 розрахункової частини. Після розрахунку величини сумарного обтиску, провести послідовну прокатку в 3-4 переходи в напрямку ширини з обтиском 0,5 мм за перехід до отримання розрахункової висоти.

Заміряти довжину і ширину, яка отримана після прокатування і співставити експериментальні дані з розрахунковими. Визначити відносну похибку експериментів d %. Згідно результатів першої частини роботи заповнити таблицю 1.

ЧАСТИНА ДРУГА

Заміряти штангенциркулем з точністю до 0,1 мм висоту і ширину прутка. По його довжині нанести риски на відстані 50…100 мм для підрахунку видовження. Результати вимірювань H₀, B₀ і L₀ записати в якості вихідних даних в таблицю 2.

Послідовно проводити прокатування полоси дотримуючи обтиск строго однаковим і рівним 0,5 мм. Після кожного проходу слід заміряти висоту h, ширину b і довжину l розмітки на заготовці. Слід прокатувати заготовку до висоти 0,5 мм, поки функція поширення не виявить тенденцію до помітного росту. Якщо функція подовження при цьому збільшується значно більшою інтенсивністю, то фіксування зміни довжини можна припинити за декілька переходів прокатування до кінця експерименту і досліджувати лише зміну ширини.

ЧАСТИНА ТРЕТЯ

Заміряти штангенциркулем з точністю до 0,1 мм діаметр валка і визначити довжину його кола. Знайти відстань між кернами t_b рахуючи, що вини розташовані на протилежних кінцях діаметра валка і зафіксувати його в таблиці 3. З’ясувати чи відповідає довжина третього зразка дузі кола між кернами валків. Починаючи з цього моменту, слід проводити контрольні прокатування з постійним обтиском яке дорівнює 0,5 мм, вимірюючи відстань між кернами на прокатаній полосі L і відповідну йому висоту h.

Експерименти закінчити при висоті полоси, яка дорівнює 0,3…0,5 мм. За результатами прокатки заповнити таблицю 3.

РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

1. Враховуючи, що довжина зразка в процесі прокатування не міняється, згідно формули (3) підрахувати остаточну висоту:

h =

де	Н і В	– висота і ширина до прокатки, мм;
	b	– ширина полоси після прокатки, яка приймається рівною b = B + (20...30)мм

2. Розрахувати відносну похибку згідного формули:

де

– дійсні розміри зразка, які отримані після прокатки, мм.

3. Побудувати графіки видовження і уширення в залежності від висоти полоси

і .

4. Розрахувати випередження для кожного переходу згідно формули (4) і записати в рядок 3 таблиці 3.

5. Побудувати криву зміни випередження в залежності від висоти полоси S = на окремому графіку.

Таблиця 1

H, мм	B мм	L мм	b мм	h мм	b₁ мм	h₁ мм	l₁ мм	d %
1	2	3	4	5	6	7	8	9

Таблиця 2

	B₀ = мм	H₀ = мм	L₀ = мм
№ пере-хода	h	b	l
мм	мм	мм	мм	мм	%	%
1	2	3	4	5	6	7	8

Таблиця 3

	t_b = мм
№ проходу	1	2	3	4	5	6	7	8
h, мм
L, мм
S, %

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Умова постійності об’єму.

2. Подовження і поширення при прокатуванні.

3. Пояснити дію факторів, які пливають на поширення і подовження, використовуючи закон найменшого опору і правило найменшого периметру.

4. Користуючись геометричними співвідношеннями при прокатуванні полоси у валка, вивести формулу (1).

5. В чому сутність явища випередження.

6. Пояснити дію факторів, які впливають на випередження.

7. Від чого при перевірці умови постійності об’єму, прокатка зразка проводиться в напрямку ширини і в декілька проходів при малому обтиску, а не в напрямку довжини – з максимальним обтиском.

8. Які види прокатування ви знаєте.

9. Який вид деформації має місце при прокатуванні.

10. Який закон тертя приймається для розрахунків процесу прокатування.

11. Яким чином визначається положення нейтрального шару при прокатуванні. Що таке нейтральний переріз.

ЛІТЕРАТУРА

1. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: М.: Машиностроение, 1977. – 424 с.

2. Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением: - М.: Металургиздат, 1947. – 532 с.

3. Тарновский И.Я. Формоизменение при пластической обработке металлов. – М.: Металургиздат, 1954. – 534 с.

4. Северденко В.П. Теория обработки металлов давлением. – Минск: Высшая школа , 1966.–223 с.

5. Громов Н.П, Теория обработки металлов давлением. - М.: Металургия, 1978 -360 с.

6. Перлин И.Л., Рейтберг Л.X. Теория прессования металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 447 с.

7. Целиков А.И., Гришков А.И. Теория прокатки.-М.; Металлургия, 1970. – 358 с.

8. Чекмарев А.П., Нефедов А.А., Николаев В. А. Теория продольной прокатки. – Харьков: Изд-во ХГУ им.А.М. Горького, – 210 с.

Для нотаток