Определение соотношения между максимальным углом захвата и максимальным углом касания

Лабораторная работа № 1

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Естественный захват полосы валками осуществляется при условии когда

где - угол захвата в начальный момент захвата;

- угол трения в момент захвата.

Схема действия сил при захвате полосы валками представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема действия сил на полосу при захвате полосы валками

При соприкосновении полосы с валками со стороны валков действует нормальная сила и возникшая от её действия сила трения . Горизонтальные составляющие этих сил и направлены в противоположные стороны, при этом сила втягивает полосу в щель между валками, а сила препятствует этому. Захват металла валками начинается при равенстве сил и , что возможно при равенстве углов и .

В установившемся процессе прокатки (рис. 2) контакт между прокатываемым металлом и валками происходит не по линии, как это было в момент захвата, а по поверхности, длина которой равна длине дуги захвата. Точке приложения равнодействующей усилия прокатки соответствует угол . В этом случае движение металла между валками характеризуется условием:

или

где - угол, соответствующий положению точки приложения равнодействующей усилия прокатки;

- угол касания в установившемся процессе;

- коэффициент положения равнодействующей.

Рисунок 2 – Схема действия сил на полосу в установившемся процессе прокатки

По опытным данным коэффициент положения равнодействующей равен 1,3 ÷ 3,0, при этом большее его значение относится к процессу холодной прокатки.

Таким образом, установившийся процесс прокатки осуществляется в более надёжных условиях, чем захват, т.е. при избытке сил трения, который способствует развитию опережения при прокатке. Однако это утверждение справедливо в случае, когда . В действительности угол трения в момент захвата как правило больше угла трения в установившемся процессе , отсюда показатель соотношения углов трения

> 1

При холодной прокатке = 1,6 ÷ 2,8.

На величину оказывает влияние температура, наличие на поверхности металла смазки или окислов, относительная скорость перемещения поверхности валков и прокатываемого металла. Наличие смазки в основном снижает и почти не изменяет .

Итак, имеем условие, характеризующее захват , и условие, соответствующее установившемуся процессу . Отсюда для максимальных углов , .

Отношение максимального угла касания в установившемся процессе к максимальному углу захвата обозначим

Коэффициент , как будет показано ниже, характеризует устойчивость процесса прокатки и степень развития опережения. Чем больше , тем устойчивее процесс прокатки и больше опережение. Величина зависит от соотношения углов трения и .

Если принять , то . Принимая среднее значение , получим .

Однако, чаще встречается случай, когда > , тогда

Поскольку > , то в данном варианте > 1.

Устойчивость процесса прокатки можно оценивать по коэффициенту , равному отношению максимального угла касания в установившемся процессе к действительному углу касания :

Принимая коэффициент устойчивости захвата , где - действительный угол захвата, и учитывая, что практически процесс прокатки всегда протекает при условии , окончательно получаем:

2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение условий захвата и определение соотношения между максимальным углом касания в установившемся процессе и максимальным углом захвата в начальный период процесса прокатки.

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ, МАТЕРИАЛЫ

В работе используют прокатный стан 200, линейку, штангенциркуль, клиновидные образцы из свинца (рис. 3):

Рисунок 3 – Образец до (а) и после прокатки (б)

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Прокатку проводят при различных условиях трения: в сухих валках, со смазкой и в валках, покрытых мелом. В последнем случае образец также покрывают мелом.

Перед прокаткой валки следует установить с таким зазором, чтобы естественный захват не осуществлялся, затем положить на стол образец и при помощи деревянного бруска слегка прижать образец передней гранью (тонким концом) к валкам, после чего медленно приподнимать валок до тех пор, пока ощутится дрожание образца. При дальнейшем незначительном подъёме валки захватывают образец и прокатывают до определённого момента, когда начинается скольжение валков по металлу. После этого валки останавливают, поднимают верхний валок и извлекают образец.

Для участка образца с постоянной высотой по длине определяют максимальный угол захвата :

где d – диаметр валка;

h₀, h₁–толщина полосы до и после прокатки.

Зная значение , по значениям тригонометрической функции (табл. 1) находят . В этом случае . Максимальный угол касания установившегося процесса прокатки определяют:

где h_м – толщина полосы перед зоной деформации на конусном участке длины образца.

Таблица 1 – Значения тригонометрической функ ции

Все экспериментальные и расчётные данные заносят в таблицу 2.

Таблица 2 – Опытные и расчётные данные по определению и

Вычисление значений косинусов углов производят до четвёртого знака. Необходимо зарисовать образец до и после прокатки с обозначением его длины, ширины и толщины.

На основании экспериментальных данных делают вывод о значении для различных условий прокатки.

Для обеспечения безопасности работы на стане образец следует обязательно задавать в валки только специальным деревянным бруском.

5. ЛИТЕРАТУРА

1. Смирнов В.С. Теория прокатки. – М.: Металлургия, 1967, с. 179.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. При каком соотношении между углом захвата и углом трения возможен захват полосы валками?

2. Какое соотношение существует между углом касания и углом трения в установившемся процессе прокатки?

3. Отк аких факторов зависит величина отношения углов трения при захвате и в установившемся процессе прокатки?

4. Какие силы способствуют захвату полосы валками?

5. Какие силы препятствуют захвату полосы валками?

6. Как рассчитать величину угла захвата?

7. Какого значения в общем случае достигает отношение между углом трения в начальный момент захвата и углом трения в установившемся периоде прокатки?

8. Какого значения в общем случае достигает коэффициент положения равнодействующей нормальных и касательных сил, действующих на контактной поверхности?