Файл: Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением учеб. пособие для студентов металлург. спец. вузов.pdf

характер распределения температуры по сечению деформируемого металла.

Обычно при расчете потерь тепла через поверхность деформиру­ емого металла за время паузы используют закон Ньютона

а х = < х л 4 а к + ак-

Остановимся на способах определения каждой из этих состав­ ляющих.

Л у ч и с т ы й т е п л о о б м е н

Удельный тепловой поток, проходящий через поверхность де­ формируемого металла вследствие теплообмена излучением, может быть определен по закону Стефана — Больцмана:

где Сприв — приведенный коэффициент излучения системы «прока­ тываемый металл — окружающая среда», определяемый из следу­ ющей формулы [1—5]:

12

К о н в е к т и в н ы й т е п л о о б м е н

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от множества факторов, в том числе от температуры и формы теплоотдающей по­ верхности, а также от скорости движения и температуры окружаю­ щей атмосферы. Поэтому для различных видов обработки давле­

в теории теплопередачи критериальные уравнения. В качестве при­ мера приведем эти уравнения для некоторых видов прокатки.

а. Поперечное сечение раската близко к круглому или отноше­ ние bjh близко к единице (Ь — ширина, h — высота раската).

Такое положение может иметь место при прокатке на проволоч­ ных станах, а также в ряде случаев прокатки на сортовых и обжим­

щая формула для турбулентного режима обтекания воздухом дви­ жущейся полосы:

Результаты, получаемые по этой формуле, выражены в техни­ ческой системе единиц (ккал/м2-ч-град).

13

Д ля системы СИ будем иметь

а , = 5,86 W,0,80 вт\м2-град.

К о н т а к т н ы й т е п л о о б м е н

В процессе обработки давлением металл в течение пауз подвер­ гается контактному теплообмену с некоторыми элементами техно­ логического оборудования (рольгангами, манипуляторами, линей­ ками, проводками и т. д.). Однако ввиду малости времени контакта и невысоких значений наблюдающихся при этом тепловых потерь обычно контактной составляющей коэффициента теплоотдачи меж­ ду поверхностью деформируемого металла и окружающей средой пренебрегают. Следовательно, суммарный коэффициент теплоотда­ чи в течение пауз будем определять по формуле

металла изменяется. Изменяется соответственно и значение коэффи­ циента теплоотдачи он. Помимо этого, коэффициент ai изменяется с увеличением номера пропуска.

На величину си оказывает влияние также наличие на поверхнос­ ти прокатываемого металла охлаждающей воды. Учесть, однако, это влияние не представляется возможным ввиду недостаточной изучен­ ности явлений отдачи тепла воде, кипящей на поверхности движу­ щейся полосы, и растекания воды по полосе.

3.ТЕПЛООБМЕН МЕЖДУ ПОВЕРХНОСТЬЮ МЕТАЛЛА И ДЕФОРМИРУЮЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ

Независимо от вида обработки давлением между поверхностью металла и рабочим инструментом при деформации всегда имеется прослойка, состоящая из окислов деформируемого металла, возду­ ха, водяного пара и т. д. Таким образом, имеет место контактный теплообмен в системе трех тел: деформируемый металл, прослойка, рабочий инструмент. Основным затруднением при аналитическом исследовании температурного поля подобного трехслойного тела является сложность определения теплофизических свойств прослой­ ки. Дело в том, что состав и толщина прослойки зависят не только от вида обработки давлением, но и от целого ряда других факторов. Например, по данным работы [12], при прокатке на непрерывных мелкосортных станах толщина окалины для различных пропусков может изменяться от 0,7 мм до нескольких сотых долей миллимет­ ра, т. е. на порядок. Соответственно на порядок изменяется и вели­ чина теплового сопротивления прослойки, а также значение коэф­ фициента теплоотдачи между поверхностью деформируемого ме­ талла и рабочим инструментом (валками, штампом и т. д.).

Д л я случая прокатки значение коэффициента теплоотдачи аг

14

между металлом и валками может быть определено теоретически па основании работы [13]. Другие авторы приводят экспериментальные данные о величине коэффициента ОЕ2. Например, для горячей про­ катки, согласно [14—17], коэффициент теплоотдачи между поверх­ ностями деформируемого металла и валков находится в пределах 5> 10 3 - М0 4 вт/м2-град. Для холодной прокатки листов, согласно [18],

1; о,?

I

Рис. 1.1. График для определения количества тепла, пе­ реданного от металла к валку [12]:

1 — КД=0.2; 2—К -0,1; 3— Кд=0

Часто возникает необходимость определения количества тепла, переданного валку в течение времени контакта его поверхности с раскаленным металлом. Согласно [12, 13], через 1 м2 контактной по­ верхности передается количество тепла

С>=ад(Т0-Тв)Е/,

где (хд — коэффициент теплоотдачи между поверхностью прокаты­ ваемого металла и прослойкой, находящейся между металлом и валком; Г 0 — начальная температура прокатываемого металла; Тв — условная температура, которая установилась бы в плоскости контакта при отсутствии теплового сопротивления между поверхно­ стями соприкасающихся тел; t — время контакта;

15

ДГд — увеличение средней температуры металла за счет внутренней теплоты деформации; h — относительный коэффициент теплоотдачи; а — коэффициент температуропроводности.

На рис. 1.1 представлен график, с помощью которого можно оп­ ределить величину Q.

Необходимо отметить, что одной из причин, существенно затруд­ няющих изучение явлений теплообмена в очаге деформации, являет­ ся сложность определения коэффициента теплоотдачи аг-

4.ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛА

ИРАБОТЫ ПРОТИВ ВНЕШНИХ СИЛ ТРЕНИЯ

Дл я осуществления процесса обработки металлов давлением не­ обходимо затратить определенное количество энергии. Часть этой энергии превращается в тепло, а часть остается в деформированном металле в виде связанной потенциальной энергии. Отношение коли­

чества энергии Л т , превратившейся в тепло, к общему количеству энергии Л, затрачиваемой на процесс деформирования, называют коэффициентом выхода тепла [19]:

* Усредненные данные.

16