НЕКОТОРЫЕ НОВЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ

Применение математических моделей в процессах управления прокатными станами часто требует коррекции входящих в них исходных коэффициентов, поскольку последние, как правило, являются функциями таких вероятностных величин, как коэффициент трения, предел текучести и др. Для осуществления указанной коррекции необходимо найти связи между названными величинами, которые практически не контролируются на промышенных станах, и теми характеристиками, которые достаточно точно измеряются: усилие прокатки, нагрузка на шпинделях и другие. В этом направлении проводятся значительные исследования [1], [2] и др. Автор данного доклада также провел исследование этого вопроса. При этом рассматривалась возможность определения контактных напряжений р и т вдоль дуги контакта на промышленных станах по изменению усилия и момента прокатки в начальной стадии процесса [3], [4]. Зная р и т в каждый момент времени, можно более точно определять и коэффициент трения, и сопротивление металла пластической деформации, и другие параметры, необходимые для коррекции исходных коэффициентов модели очага деформации. При проведении названных исследований были найдены некоторые новые закономерности, которые и приводятся ниже наряду с другими результатами.

Опыты проводились на трех станах дуо и одном кварто. Валки двух станов . дуо (2>! = 142 мм и ?>2 = 200 мм) имели соответственно измерительную вставку и трехкомпонентную точечную месдозу. Валки других двух станов не имели измерительных элементов, т.е. были такими же, как и на промышленных станах. Прокатку осуществляли как без забоя, так и с забоем валков, подушек шеек валков и шеек рабочих валков стана кварто. Параметры процесса записывались на осциллограф. В 85 случаях эксперименты проводились без смазки, в остальных 15 использовалось машинное масло. Прокатывали при комнатной температуре сталь 08кп, Ст.З, медь, алюминий, свинец. Фактор формы составлял //#<* = 0,210, обжатие с = 2070%, исходная толщина Н0 0,5—12 мм. %

Нормальное контактное напряжение. Найдено, что эпюры напряжений, полученные с помощью точечной месдозы в переходном и установившемся режимах, обладают следующими свойствами. Эти эпюры идентичны и подобны, т.е. для них соблюдается равенство средние значения напряжений в тех же режимах. Площади, ограниченные эпюрами и осью времени в переходном и установившемся режимах, равны.

Значения напряжения в переходном режиме меньше, чем в установившемся, если прокатка осуществляется в упругой клети, т.е. когда имеет место подъем валков при заполнении зева (рис. 1).

Значения напряжений в переходном режиме равны напряжениям в установившемся, если прокатка осуществляется в жесткой клети, когда практически отсутствует подъем валков (рис. 2). Жесткость клети увеличивали за счет предварительного забоя подушек валков. Последние два свойства показывают, что разница в напряжениях в переходном и установившемся режимах связана с упругими деформациями клети.

Названные выше свойства эпюр нормальных напряжений позволяют по эпюрам в переходном режиме определять эпюры напряжений в установившемся режиме.

Усилие прокатки. При заполнении металлом зева валков (в случае прокатки без забоя валков) усилие прокатки изменяется по кривым с одной или двумя точками перегиба. При факторе формы 1/Нср>3 имеет место четко выраженная одна точка перегиба, расположенная во второй половине очага деформации (рис. 1). При //#ср = 1,5—2,5 кривая усилия прокатки имеет две слабо выраженные точки перегиба. В этом случае кривая усилия может быть весьма точно аппроксимирована линейной зависимостью (рис. 2). При //#<» < 1,5 точка перегиба смещается в первую половину очага деформации.

При забое подушек валков или их шеек (стан кварто) усилие прокатки складывается из показаний месдоз, установленных под нажимными винтами, и месдоз, установленных в подушках или мех:ду шейками валков. Но характер поведения кривой усилия прокатки при этом не изменяется (рис. 2).

При прокатке с забоем валков показания месдоз под нажимными винтами начинают изменяться только после развития металлом усилия, равного Р забоя. После чего изменение усилия прокатки подчиняется тем же закономерностям, что и без забоя валков. Важно отметить, что кривые усилия прокатки в переходном и установившемся режимах идентичны и подобны (вопрос исследовался с помощью разрезного инструмента).

Эпюры напряжений, полученные в результате дифференцирования кривых усилия прокатки в переходном режиме по площади контакта, оказались идентичны и подобны эпюрам нормальных напряжений, измеренных с помощью точечной месдозы в том же режиме. При этом, если точечная месдоза измеряла напряжение в том продольном сечении очага деформации, в котором действовало усредненное по ширине нормальное напряжение, то и значение напряжений в соответствующих сечениях этих двух эпюр были равны. Таким образом, путем дифференцирования кривой усилия прокатки в переходном режиме можно найти эпюру нормальных напряжений. В целом, при дифференцировании кривых усилия прокатки были найдены такие же типы эпюр нормальных напряжений, которые были получены рядом исследователей с помощью точечных месдоз и разрезного инструмента [5], [6] и др.

Координаты точек перегиба на кривых усилия прокатки в переходном и установившемся режимах совпадают с координатами максимальных значений нормальных напряжений. Точка перегиба на кривой усилия прокатки всегда расположена ближе к входу в очаг деформации, чем точка максимального значения момента (рис. 1). Момент измеряли как с помощью разрезного инструмента, так и тензодат чиков на шпинделях.

Момент прокатки в переходном режиме не всегда превышал момент в установившемся режиме. Хотя в литературе утверждается, что в упругой клети момент при захвате всегда больше момента в установившемся режиме [7], [8] и др.

Эпюры напряжений, полученные в результате дифференцирования кривых момента прокатки, качественно совпадают с эпюрами касательных напряжений, полученными с помощью универсального штифта. Правда, координаты нейтрального сечения, определенные с помощью универсального штифта и в результате дифференцирования момента прокатки, не совпадают (рис. 1).

Дифференцирование кривых усилия и момента прокатки по площади контакта дает усредненные по ширине значения, соответственно, нормального и касательного напряжения. Эпюры напряжений в переходном режиме подобны эпюрам в установившемся режиме. Эти закономерности позволяют определять контактные напряжения непосредственно на промышленных станах по интегральным характеристикам. Зная р и t для реального процесса, можно производить коррекцию коэффициентов или всей модели очага деформации.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 4, Москва 1994