Контуры опережения и отставания

При периодической прокатке не всякий профиль можно прокатать в валках заданного диаметра. Опыты показывают, что при переходе от стационарного участка с малым обжатием к стационарному участку с большим обжатием можно получить переходный участок практически с любым углом у, в том числе близким к 90°, т. е. с минимальной длиной переходного участка. Но при переходе от большого обжатия к меньшему переходный участок не может иметь угол |/ больше некоторого предельного значения, г. е. переходный участок будет присутствовать всегда. Предельное значение у зависит от радиуса прокатного валка (максимального Л_тах) и размеров исходной заготовки.

Рассмотрим периодическую прокатку в валках, имеющих только гребни с постоянным радиусом Л_тах и впадины с постоянным радиусом /?_т|п, т. е. не имеющих переходных участков (рис. 7.15, а). На полосе мы получим переходные участки А В и СО с минимально возможными углами (5, и р₂ соответственно (рис. 7.15, б). Пологий переход АВ образуется за счет течения металла из-под гребня валков назад в зону отставания, поэтому он называется контуром отставания. Более крутой переход С?> образуется вследствие течения металла вперед, поэтому он называется контуром опережения. На полученном прокате переходные углы (3, и Р₂ можно только увеличить за счет создания переходных участков на валках. На контуре опережения угол р₂ можно получить близким к 0, контур опережения может практически отсутствовать, если увеличивать обжатие слабо деформируемого участка полосы (А_тах). Всегда р, > Р₂.

Допустим, обжатие во впадинах отсутствует. Рассмотрим момент деформации, когда левая грань гребня валка коснется точки А полосы. При дальнейшем движении валков из-за отставания металла на полосе формируется контур отставания АВ. Так происходит до того момента, когда гребень валка оказывается в нейтральном сечении под углом у. При дальнейшем перемещении гребня по очагу деформации металл перейдет в зону опережения, формирование контура отставания заканчивается.

Теоретически и экспериментально установлено, что угол р, контура отставания является функцией следующих параметров:

Чем больше обжатие полосы А₀/Л_т1п, гем отставание больше, тем меньше крутизна переходного участка, больше угол р,. Если есть уширение металла (А,/А₀> 1), то отставание уменьшается, и угол р₁ контура отставания уменьшается. С ростом коэффициента трения р опережение растет и, соответственно, отставание уменьшается, поэтому угол р, также уменьшается. С увеличением радиуса гребня валков Л_тахугол р_] увеличивается.

Рис. 7.15. Формирование контуров опережения (С7>) и отставания (АВ) при отсутствии обжатия по впадинам: а — процесс формирования; б — сформированная деталь

Если на впадинах металл также испытывает деформацию, то картина формирования контура отставания усложняется. На рис. 7.16 приведены три последовательные стадии его формирования. Стадия / происходит при прокатке полосы на гребне и заканчивается касанием полосы впадинами валков. В конце этой стадии формируется контур отставания с углом р,, как и в рассмотренном выше случае.

Стадия II начинается с момента начала деформации металла впадинами и заканчивается выходом задней грани гребня на линию центров валков. На этой стадии металл одновременно деформируется как гребнями, так и впадинами. При деформации гребнями по-прежнему металл вытекает с образованием контура отставания, но одновременно происходит смятие вновь образованного контура впадинами. В результате к концу второй стадии образуется переходный контур с углом р{, меньшим угла р,.

Стадия III начинается от положения гребня по линии центров валков и заканчивается полным выходом вершины переходного участка из валков. На этой стадии обжатие на гребнях прекращается, но продолжается обжатие на впадинах. Продолжается искажение угла переходного участка, хотя и незначительное, так как обжатие полосы на этой стадии уже невелико. Основное искажение происходит на стадии II. Практически всегда PJ меньше р,.

Теоретически вычислить угол pj невозможно, поэтому отношение P,/PJ изучают экспериментально. Установлено, что при прокатке на одних и тех же валках полос разной конечной толщины по мере утонения полосы отношение

Р,/р( уменьшается. С увеличением критерия , т. е. с ростом обжатия полосы, отношение p,/pj растет. С увеличением глубины впадины искажение угла переходного участка и отношение p,/pj уменьшаются.

Рассмотрим процесс формирования контура опережения. Пусть для начала обжатие на впадинах отсутствует. Образование контура опережения начинается с момента касания полосы передней гранью валков (рис. 7.17, а). По мере внедрения гребня растет длина дуги захвата, и в каждый момент очаг деформации состоит из зоны опережения и зоны отставания. Нейтральный угол у вначале равен углу захвата а, но при заполнении очага деформации протяженность зон опережения и отставания растет, и угол у постепенно приближается к значению 0,5а.

Рис. 7.16. Формирование контура отставания при деформации металла по впадинам

Рис. 7.17. Формирование контура опережения (а) и форма контура опережения при отсутствии (б) и наличии (в) деформации по впадине

Металл, непрерывно вытекающий в направлении прокатки из зоны опережения, образует контур опережения (рис. 7.17, б). При движении гребня за пределы угла у контур опережения уже не образуется, так как металл движется быстрее валков, поэтому теоретически углы у и р₂ должны быть равными, но практически они всегда различаются. Анализ процесса формирования контура опережения показывает, что угол р₂ зависит от следующих технологических параметров (критериев):

Угол р₂ возрастает с увеличением коэффициента трения р и отношения Л₀/Л_т}п и уменьшением отношения Д/г_тах/7?_тах.

Если на впадинах также осуществляется обжатие полосы, то картина деформации претерпевает изменения. Даже при небольших обжатиях по впадине при движении валков металл позже отрывается от гребня, чем при угле у, поэтому угол р, уменьшается, а при значительных обжатиях по впадине приближается к 0 (рис. 7.17, в). Возможна прокатка без переходного участка, когда

р₂ = о.

Картина искажается на границе гребня и впадины (вблизи точки А), где полость с трудом заполняется металлом, поскольку движению металла в угол полости препятствуют большие силы трения. Кроме того, в этом месте металл испытывает утяжку за счет взаимодействия с другими, более интенсивно деформируемыми частями металла. Как правило, контур опережения имеет следы утяжки и сглажен по вершине.

Рассмотрев некоторые теоретические вопросы при периодической прокатке, можно коротко подвести итоги. При периодической прокатке всегда имеются переходные участки, на которых все параметры прокатки нестабильны, изменение их происходит по сложному закону, исследование их трудно поддается теоретическому анализу. В исследовании этого процесса еще не закончен этап накопления количественных данных, которые практически всегда добываются экспериментальным путем.