Сила прокатки

Сила прокатки рассчитывается по формуле

Ширина полосы b и длина дуги захвата /, как показано выше, сложным образом изменяется на нестационарных участках и при переходе от нестационарных к стационарным участкам. Очевидно, силу прокатки Р, как и рассмотренные выше параметры, нельзя вычислять на нестационарных участках как среднее между значениями на соседних стационарных участках. По аналогии с характером изменения дуги захвата или уширения можно считать, что давление также будет выше среднего значения на участке с возрастающим обжатием и меньше среднего на участке с убывающим обжатием. Для многих технологических расчетов усреднение по стационарным значениям недопустимо, хотя другого простого выхода, по-видимому, не имеется.

Большое влияние на силу прокатки оказывает заусенец, который резко увеличивает силу и во многих случаях определяет конечное ее значение. Поэтому многие авторы предлагают вычислять давление на валки и силу прокатки только на участках формирования заусенца. Если же прокатка ведется без заусенца, что редко, то силу прокатки с определенной точностью можно оценить по стационарному участку с максимальным обжатием.

Приближенный анализ давления на валки и силы при периодической прокатке с заусенцем выполнил Б.Е. Хайкин, посчитав, что, как и при штамповке с заусенцем, сила прокатки определяется процессом заполнения калибра (штампа) и формирования заусенца. В обоих случаях процесс распадается на четыре этапа, как показано на рис. 7.13. На этапе / выступы калибра внедряются в заготовку. Металл неравномерно деформируется по ширине. Сильно обжимаемые участки за счет связи со слабо обжимаемыми не могут деформироваться в длину так, как на гладкой бочке, поэтому металл из этих участков вынужденно течет в направлении ширины. С другой стороны, слабо обжимаемые участки вынужденно подвергаются дополнительной вытяжке со стороны сильно обжимаемых. При этом размеры слабо обжимаемых участков — ширина и высота — дополнительно уменьшаются, испытывая утяжку. Вынужденное уши- рение и утяжка требуют дополнительных затрат энергии, которая должна быть подведена извне в виде увеличения среднего давления р_ср.

Этап // начинается тогда, когда боковые стенки калибра вступают в контакт с металлом, и заканчивается почти полным заполнением калибра, когда начинается вытеснение из калибра избыточного металла. Из-за утяжки слабо деформируемых участков полости калибра заполняются трудно, металл не затекает в щелевые участки, поэтому калибр еще не заполнен. Этому препятствуют также силы трения, действующие по боковым стенкам калибра.

На этапе ?11 наличие начального небольшого заусенца создает дополнительное сопротивление течению металла в поперечном направлении, поэтому металл вынужденно загоняется в незаполненные полости калибра. Этап /// заканчивается полным заполнением калибра и ростом заусенца.

Этап IV прокатки сопровождается дальнейшим уменьшением толщины заусенца, происходит вытеснение из калибра избыточного металла в заусенец.

Прокатка с заусенцем требует большого количества энергии, прокатка самого заусенца всегда протекает при больших давлениях, потому что заусенец холоднее и прокатка его всегда протекает в условиях более низких очагов деформации, чем основная масса металла.

Прокатка с заусенцем в калибрах, с одной стороны, полезна, так как обеспечивает точное выполнение фигур калибра, с другой стороны, помимо повы-

Рис. 7.13. Этапы формирования профиля при штамповке с заусенцем шейного усилия на валки, ведет к быстрому износу калибров, особенно в месте образования заусенцев. После штамповки или прокатки заусенец должен быть удален, что ведет к лишнему расходу металла, необходимости дополнительных затрат на его удаление, складированию и транспортировке отходов и т. д.

При прокатке периодической полосы, в отличие от штамповки, все четыре стадии деформации находятся в одном очаге деформации. Длина дуги захвата по ширине профиля переменна. Но если полосу по ширине разбить на ряд простых по форме полосок шириной ?г, где / — номер полоски, то можно вычислить средневзвешенную длину дуги захвата / по формуле

Давление на валки необходимо вычислять для каждой полоски.

Б.Е. Хайкин принял, что давление металла на валки при периодической прокатке с заусенцем для каждой полоски изменяется по параболе (рис. 7.14):

Рис. 7.14. Изменение давления но длине дуги захвата

где р_{ — значение удельного давления в точке с координатой х, р_и и р₀ — удельные давления в плоскости выхода и входа.

На входе в очаг деформации

а на выходе из очага для /-Й полоски по аналогии со штамповкой

где /?_ш, И| ? — высоты полоски на входе и выходе; 0_ср средний угол касания.

Полная сила прокатки Р определяется путем интегрирования кривой /;₍ по средневзвешенной длине / и суммирования результата по всем полоскам. Такой расчет может быть осуществлен только по соответствующей программе на ЭВМ.

Как видно, анализ напряжений в очаге деформации при прокатке с заусенцем очень сложен. Но он необходим, так как дает возможность вычислить истинное давление на валки р_ср и полное усилие Р. Кроме того, он позволяет определить условия заполнения калибра и минимальную величину заусенца, который обеспечивает полное заполнение калибра.