Расчет коэффициента и показателя трения

Расчет коэффициента и показателя трения

Горячая прокатка полос. Коэффициент трения показывает интенсивность действия сил трения в очаге деформации, а его величина определяет значения опережения, энергосиловых параметров, износ валков, качество поверхности полосы. Точность определения кинематических и энергосиловых параметров во многом зависит от точности расчета коэффициента трения. Известны эмпирические формулы И. М. Павлова и H. H. Гета, М. А. Зайкова, А Динника, А. П. Грудева и др. для расчета коэффициента трения, полученные исследователями для конкретных условий прокатки на лабораторных станах. Это ограничивает или исключает их применение в промышленных условиях. А. П. Грудев предлагает использовать для расчета коэффициента трения зависимость, полученную на основании лабораторных исследований И. М. Павлова и H. H. Гета дополнительными поправочными коэффициентами [1,2].

(1).

где.

— температура металла,°С; - поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно влияние состояния и материала валков, окружную скорость валков, материал прокатываемой полосы (содержание углерода). Коэффициентравен: чугунные отбеленные валки — 0,9; чугунные мягкие — 1,0; стальные — 1,1 — 1,2; стальные с насечкой — 1,3−1,6. Коэффициент может быть определен по выражению коэффициент трение прокатка полоса гдеокружная скорость валков. Влияние содержания углерода в стали описывает выражением.

.

где — содержание углерода в стали,%.

В работе А. А. Динника [3] предложено следуют выражение для расчета коэффициента трения.

(2).

гдебазовый коэффициент трения, метод определения которого в работе не сообщается.

Базовый коэффициент трения на основании обработки данных [3] равен.

где — скорость скольжения металла в очаге деформации, равна [4].

.

где Д h и h-абсолютное обжатие и толщина полосы после прокатки

Коэффициент для формулы (2) равен: новые стальные валки — 1,1; стальные с сеткой разгара — 1,1−1,2; новые чугунные сортовые 0,8−0,9; чугунные с сеткой разгара — 1,0−1,1; чугунные листовые — 0,7; стальные для лабораторных исследований — 0,7−0,9.

Коэффициент k_м равен: для низкоуглеродистой стали — 1,0; для высокоуглеродистых сталей — 0,9−1,0; для нержавеющей стали — 1,1−1,2.

Наиболее достоверные значения коэффициента трения могут быть получены в том случае, если основные составляющие основного расчетного выражения получены в промышленных условиях наиболее теоретически обоснованными методами, т. е. методом опережения и методом крутящего момента с плавным торможением полосы в валках. Этому условию отвечают экспериментальные зависимости п. 2.6, используя которые получена обобщающая формула (В.А. Николаев) расчета коэффициента трения в установившемся процессе [5,6,7]

(3).

где — базовый коэффициент трения, полученный на основании промышленных исследований; -поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно состояние поверхности валков, твердость валков, материал полосы, окружную скорость валков, тип технологической смазки, состояние окалины на поверхности полосы, относительное обжатие.

Базовый коэффициент равен где t — температура металла,°С.

Другие поправочные коэффициенты равны:

;

; при.

— при.

где HSD — твердость поверхности валков по Шору; - окружи скорость валков Характеристика валков Коэффициент k_B

Новые стальные и чугунные отбеленные 0,75.

валки Чугунные и стальные валки после двух 1,0.

часов работы Изношенные чугунные валки 1,15−1,2.

Стальные валки с насечкой (накаткой) 1,2−1,4.

Материал полосы Коэффициент k_м

Ст. 3, 08 кп (пс), ШХ-15−1,0.

20, Х18Н9 — 0,95.

Ст. 45, ЭИ-94 — 0,90.

30ХГСА, А12 — 0,85.

У 10, А 20 — 0,80.

• 1Х18Н9Т, 45Г17ЮЗ, ЭИ-654 1,08
• 1Х17Н2, Х17 — 1,15

Тип технологической смазки Коэффициент к_см

Без смазки 1,15.

Вода 1,0.

Эмульсия минерального масла 0,9.

Эмульсия из ПХМ.

(полимеризованное хлопковое масло) 0,8.

Состояние окалины Коэффициент k_ок

C воздушной вторичной окалиной 1,0.

С печной окалиной 0,6−0,7.

Относительное обжатие Коэффициент k_е

е> 30 — 1,1, е< 30 — 0,9.

Рис. 1. Изменение коэффициента трения в зависимости от температуры.

Параметры прокатки: v=3м/c, Дh=10мм, h=20мм; коэффициенты:

kB =0,9; kт=kм=kе=kCM=kок=1,0. Формулы: 1- (1); 2- (2); 3- (3).

Как следует из данных рис. 1, имеет место существенное различие между коэффициентами трения, определенными по формулам (1) — (3). Наименьшие значения коэффициента трения получены по формуле (1), а наибольшие по формуле (2). Между этими зависимостями существует почти двухкратное различие. Принимая во внимание хорошее совпадение с опытными промышлиными данными, зависимость (3) следует считать более достовернойи [8] и рекомендовать к практическому использованию.

При захвате переднего конца полосы валками условия трения отличны то таковых в установившемся процессе. Во-первых при соприкосновении полосы с валками образуется небольшая площадка контакта, во-вторых, скольжение происходит при отсутствии печной окалины, в-третьих, отсутствует пластическая деформация металла, в четвертых, как правило, задача полосы происходит с некоторой силой от рольганга или предыдущей клети, в-пятых, при скольжении по полосе в ряде случаев происходит удаление слоя окалины и появление чистого металла, в-шестых, поверхность трения площадки полосы охлаждается от валков и воды. Все это обусловливает повышен коэффициента трения fз при захвате по сравнению с коэффициеи трения fв установившемся процессе. Для расчета коэффициент трения при захвате можно использовать формулу где f — коэффициент трения по формуле (3) при и k_е =1,0.

— коэффициент, учитывающий условия захвата и тип стана: Блюминг, слябинг, толстолистовой стан, черновые клети непрерывных широкополосных станов горячей прокатки (НШСГП) ;

Непрерывные заготовочные станы, непрерывные группы НШПСГП.

Холодная прокатка полос. В работе [1,9] приведены ряд формул для расчета коэффициента трения при холодной прокатке полос, о которых А.П. Грудев замечает, что они относятся к частным случаям экспериментов. На основании собственных исследований, А П Грудев предлагает насколько формул для расчета коэффициента трения при прокатке соответственно в гладких (полированных шероховатых и грубошероховатых валках. Так, например, для прокатки в шероховатых валках R_z = 1,6−6,3 мкм (R_б, = 0,32−1,25 мкм предлагается следующая формула (холодная прокатка).

где ^_ коэффициент, учитывающий влияние типа технологической смазки; R_z — шероховатость поверхности валков; v — окружная скорость: валков; v₅₀ — кинематическая вязкость смазки при 50 °C с Ст (м²/с-10^-2).

Указанная формула получена для расчета коэффициента трения при прокатке с чистыми маслами. Коэффициент для растительных масел равен для минеральных —, для эмульсий минерального масла можно принимать кинематическая вязкость v₅₀ при 50? C для масел равна:

трансформаторное — 9,0;

индустриальное-20 — 20;

минеральная эмульсия — 20;

цилиндровое-11 — 95;

прокатное-28 — 257.

На основании лабораторных исследований Д. И. Старченко и др. предлагает следующую формулу для расчета коэффициента трения где — коэффициент трения при ползучей скорости прокатки; - окружная скорость валка; -коэффициенты:; .

В результате экспериментальных исследований влияния различных факторов на условия трения. При этом во всех экспериментах коэффициент трения определяется методом опережения с учетом упругих деформаций валков и полосы, а сами упругие деформации также определены экспериментально (и в лабораторных и в промышленных условиях) [10]. Расчетная формула коэффициента трения представлена следующим образом (В.А. Николаев):

(4).

где — базовый коэффициент трения, определенный в промышленных условиях; - поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно величину относительного обжатия, шероховатость поверхности полосы и типа технологической смазки; - коэффициенты учитывающие влияние температуры полосы и различие в условиях деформации металла в промышленных и лабораторных исследованиях.

Коэффициент по данным [1, 11] равен.

Тип смазки

Эмульсия минерального масла — 1,0.

Хлопковое натуральное масло — 0,94.

Подсолнечное гидрогенизированное масло (ПКС) 0,85.

Пальмовое масло — 0,83.

Хлопковое полимеризированное масло (ПХМ) — 0,56.

Базовый коэффициент — определен в промышленных условиях учитывает влияние окружной скорости валков и шероховатости полосы:

При.

При.

Коэффициент влияния обжатия зависит от шероховатости валков. Поэтому:

.

где — относительное обжатие в долях; - шероховатости поверхности полосы; - коэффициент, учитывающий окружности скорость валков при .

В исследованиях [11,12,13,14] показано, что при прокатке с маловязкими смазками (индустриальное 12) характер зависимостей; коэффициента трения в области температур 20−250 С обусловлен величиной относительного обжатия. При прокатке с вязкими технологическими смазками (касторовое масло, масло вапор, ТЭМП-1) коэффициент трения существенно возрастает с увеличением температуры полосы. Аппроксимация опытных данных позвони получить уравнение вида (D=256мм, Н=1,08 и 2,5 мм, сталь 08| R_а? 0,8мкм):

.

где температура начала прокатки;

для эмульсий и маловязкого минерального масла (е? 0.2):

;; ;

дня высоковязкой смазки (е = 0,3):;; .

Расчет по приведенным выше формулам коэффициента трения для условий прокатки работы [9,15] (D = 256 мм, v = 0,3м/с, R_a = 0,8 мкм t_н= 25 С, смазка из минерального масла И-20А) дает следующие результаты:

Формула:

Л.И. Грудева — 0,143.

Д.И. Старченко — 0,098.

Н.А. Николаева — 0,087.

Опытные значения коэффициента трения при прокатке полос с обжатием е=0,3 равны [9,15]. Как следует из сопоставления меньшее отклонение от опытных данных получено при исследовании, формулы (4).

Отсутствие точного совпадения опытных и расчетных значений коэффициента трения, в частности по формуле (4), объясняется неадекватность условий деформации металла на лабораторных и промышленных станах при проведении исследований (различие диаметров валков, упрочнения полос, шероховатостью полос, чистоты смазки, температуры валков, отсутствием натяжения в лабораторных экспериментах) [9]. Влияние указанных различий при расчете коэффициента трения в лабораторных условиях предлагается учитывать поправочным коэффициентом k_л, который равен [9].

(5).

В ряде случаев для расчета среднего нормального напряжения, вместо коэффициента трения, используют показатель трения. Ранее показано, что между показателем и коэффициентом трения существует тесная связь. Поскольку в обычных условиях прокатки то имеем. Отношение вида может быть лишь при прокатке — с высоковязкими технологическими смазками при р_ср/р_ф<1, когда в очаге деформации возникают продольные растягивающие напряжения. Соотношение между и определяются лишь экспериментальным путем с использованием выражения.

В этом случае экспериментально определяется коэффициеи трения например, по опережению, с параллельным экспериментальным определением среднего нормального напряжения и напряжения течения металла.

Показатель трения изменяете практически по линейной зависимости, которая аппроксимируете выражением [10].

(6).