Файл: Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке..pdf

Интенсивность износа по длине бочки на стане 2500 ММК опре­ деляли по площади профиля поперечного сечения изношенной части валка.

Отношение разности (по абсолютному значению) площадей исход­ ного Епсх и конечного Еизн профилей к площади исходного про­ филя представляет собой относительный износ исходного профиля.

Если с увеличением числа оборотов валков или длины прокатанного

р _р

вательно, искажение активной образующей валка было минималь­ ным. При наличии местного интенсивного истирания или выкрошки величина (Енсх — Епзн)//:'иСХ резко изменяется.

Было установлено, что на первой стадии эксплуатации участки

давления qn [48] и местным уширенйем, способствующим развитию скольжения [5]. Наиболее интенсивный износ наблюдался в I клети четырехклетевого стана (см. гл. IV раздел 1) из-за большого значения /ср. Так, например, были случаи, когда валки, выпуклые в начале кампании, после прокатки 3500 т металла становились цилиндри­ ческими или вогнутыми. Это объясняется низким качеством поверх­ ности подката, на которой имеются недотравы, обладающие абразив­ ными свойствами. Анализ результатов экспериментов показал, что абсолютная выработка валков, усредненная по ширине бЬчки, прямо пропорциональна коэффициенту трения /ср. Для достижения равно­ мерного износа в первых клетях рекомендуется использовать валки с переменной твердостью.

Рассмотрим результаты измерений относительного износа по длине бочки. Как следует из рис. 104, в начале работы наблюдается интенсивный износ всех четырех клетей, достигающий после 4 ДО4 циклов в среднем 20% для рабочих валков и 15% для опорных. На пёрвой стадии эксплуатации зависимость величины относитель­ ного износа от числа оборотов является линейной. С дальнейшим увеличением количества прокатанного металла величина абсолют­ ного износа несколько уменьшается, а относительного — остается примерно одинаковой для валков всех клетей непрерывного стана холодной прокатки 2500. Это так называемый второй период износа, когда его относительная величина фактически не меняется. Следова­ тельно, в этом' случае наблюдается равномерный по длине бочки износ.

Как правило, при работе стана, когда после перевалки валками совершено от 4-104 до 11-104 циклов, наблюдается улучшение ка­ чества листа. Это обстоятельство подтверждает правильность выво­ дов о характере износа в данный период эксплуатации рабочих валков.

Таким образом, наличие второго периода эксплуатации рабочих валков, характеризующегося неизменностью относительного износа,

150

объясняется приработкой рабочих и опорных валков й образованием оптимальной чистоты контактирующих поверхностей [10]. При этом наблюдается уменьшение износа, а следовательно, и коэффициента трения;

На третьей стадии износа значительно возрастает его неравно­ мерность и интенсивность по мере увеличения количества прокатан­ ного металла. Особенно ярко это выражено у кромок полосы из-за повышенной величины давления [48] и развитого скольжения ме­ талла относительно валков (см. рис. 101). Аналогичное явление наблюдается и на станах горячей прокатки [5], где оно усугубляется

Рнс. 104. Динамика изменения относительного износа рабочих (/) и опорных (2) валков стана 2500 в зависимости от числа циклов N их работы (штриховкой показано поле рассея­ ния результатов). I —/ / / — этапы износа рабочего (р) н опорного (оп) валков

абразивным действием окалины, образующейся вследствие подстуживания кромок полосы. Возрастание интенсивности износа на третьем этапе вызвано усталостными явлениями, которые развиваются в тон­ ких поверхностных слоях и вызывают вырывание и отслоение ме­ талла с поверхности.

Вэтом случае контактное взаимодействие прокатанного металла

ивалка наиболее близко к процессу полирования, что подтверждается исследованиями автора [103]. В результате образуется поверхность с параметрами шероховатости, способствующими снижению износа

вследствие уменьшения коэффициента трения. Однако из-за неравно­ мерности износа по длине бочки и времени, необходимого для даль­ нейшей приработки, процесс прокатки становится неустойчивым, и, как правило, третий период служит сигналом к окончанию кам­ пании и перешлифовке валков.

Рассмотрим количественные и качественные показатели износа опорных валков. Установлено, что характер износа опорных валков отличается от характера износа^абочих валков. Максимум износа, как показано на рис. 105, приходится на середину длины бочки, а его распределение соответствует распределению межвалкового дав-

151

Ленин при данном отношении диаметра бочки к длине валка [51. Величина относительного износа опорных валков в первом периоде эксплуатации линейно зависит от числа оборотов. При дальнейшей работе опорных валков относительное искажение профиля остается постоянным и в среднем составляет 15— 18% .

Валки выходят из строя в основном из-за выкрашивания поверх­ ности бочки, которое приводит к контакту не по всей длине бочки.

В

L

Рис. 105. Типовой профиль износа опорных валков

Помимо этого, контакт частично может быть нарушен вследствие преимущественного износа средних участков бочки и образования зазора между рабочими и опорными валками. Было установлено, что характер и величина износа зависят от исходной твердости валка.

Так, валки с исходной твердостью 70 HSh изнашиваются в два раза меньше, чем валки с твердостью 56 HSh. При этом чем меньше твердость в исходном состоянии, тем больше упрочняется материал бочки на поверхности и на некоторой глубине, а распределение твер­ дости по длине бочки соответствует характеру межвалкового давления.

Влияние исходной твердости опорных валков на выход их из строя из-за выкрашивания видно из следующих данных:

Как следует из представленных данных, валки с твердостью 45— 57 HSh выходят из строя из-за выкрашивания во всех случаях. Одно­ временно замечено, что выкрашиванию предшествует износ и упроч­ нение металла в поверхностных слоях.

152

При исходной твердости валков —70 HSh наблюдается значи­ тельно меньший износ и склонность к выкрошиванию. По И. В. Крагельскому, для поверхностей, которые испытали значительный износ, а значит, и действие интенсивных касательных напряжений, харак­ терно упрочнение поверхностных слоев на поверхности контакта и на определенной глубине (рис. 106). Аналогичное явление наблю­ дается и для поверхностных слоев опорных валков. Как следует из представленных данных, чем выше исходная твердость материала валка, тем меньше он подвержен наклепу. Относительный износ остается на постоянном уровне, так как достигнутое вследствие упроч-

нения распределение твердости поверхности валка обеспечивает большую его равномерность и снижает интенсивность его роста. Распределение твердости по образующей бочки валка соответствует характеру межвалкового давления.

Однако упрочнение по глубине активного слоя валка неравно­ мерно. Максимальное значение упрочнения наблюдается на некото­ рой глубине д0, соизмеримой с шириной площадки контакта Ь (рис. 107). Микротвердость на выкрошенных участках и на отобран­ ных .темплетах достигала максимального значения 450 кге/мм2, что на 150—200 кге/мм2 больше, чем в других областях приконтактной зоны. Таким образом, при достижении определенной степени упроч­ нения (микротвердость поверхности на 150—200 кге/мм2 больше основного ее значения) поверхностные слои валка разрушаются. При определенных условиях износ поверхности истиранием перехо­ дит в выкрашивание, что характеризует третий этап износа, когда опорные валки подлежат переточке.

Расчетами установлено, что глубина залегания у0, максимально скалывающих напряжений ттах обратно пропорциональна вели­ чине неравномерности нагрузки pmaJpcp'.

У0 Pcp^Pmaxi

153

Ртах» Рср — соответственно максимальное и среднее нормальное давление.

Значение тшах рассчитывают по формуле

где

Ртах — 1 -f- 5,34/,ср-

Рср

При сопоставлении кривых распределения микротвердости и безразмерных значений максимальных скалывающих напряжений в контактной области (см. рис. 107) можно отметить их удовлетвори­ тельное совпадение. Следовательно, использование расчетного ме­ тода позволит прогнозировать интенсивность упрочнения и глубину залегания слоев с 'максимальным наклепом, правильно выбрать режим планово-предупредительных переточек опорных валков. В со­ ответствии с проведенными исследованиями рекомендуется перета­ чивать опорные валки после 0,8 -106 циклов работы на глубину 1гп =

=1,2уф (см. рис. 104).

3.ПЕРЕДАЧА МИКРОРЕЛЬЕФА С ПОВЕРХНОСТИ ВАЛКОВ НА ПОЛОСУ

Определение оптимальной шероховатости валков имеет важное практическое значение для того, чтобы обеспечить устойчивую пере­ дачу их микрорельефа полосе и сохранить исходную шероховатость валков в течение всей кампании.

Шероховатость полосы зависит главным образом от механических свойств материала валков и полосы микрогеометрии валков и усло­ вий дрессировки.

Рассмотрим результаты исследования 1 влияния обработки вал­ ков (шлифовки, полировки и насечки), режимов дрессировки (сте­ пени деформации, скорости дрессировки), массы прокатанного ме­ талла на шероховатость полосы (среднеарифметическое отклонение от средней линии профиля Ra), пик Кп, высоту неровностей (Rz) и глубину лунки по Эриксену (IE).

Работу проводили на дрессировочном стане 1700 цеха холодной прокатки ждановского металлургического завода им. Ильича с ис­ пользованием методов математического планирования эксперимента. Это позволило значительно сократить число экспериментов, а также определить долю влияния каждого фактора на передачу микро­ рельефа с валка на полосу и таким образом выявить наиболее эффек­ тивные из них.

1 Исследование выполнено совместно с А. Е. Титляновым.

154