Правила выполнения лабораторных работ
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
Опыт 1. Прокатку свинцового образца размерами 8х50х100 мм произвести за 4 пропуска с обжатиями 3, 2, 1, 0,5 мм. Для каждого пропуска определить значения толщины и ширины образца, занести количественные результаты опыта в таблицу 2.1. Опыт 2. Для опытной проверки закона постоянства объема и его практического применения взять образец размерами 5х60х80 мм. Тщательно измерить исходные размеры h 0 , b 0 ,l 0 . Необходимо получить лист шириной 70 мм и толщиной 1 мм. Для получения требуемой ширины образец необходимо прокатать в направлении В (рисунок 2,2) за один пропуск. Предварительно необходимо расчетом определить промежуточную толщину h пр . Затем образец "выверстать" и катать в направлении А до получения конечной толщины h 1 =1 мм с обжатиями за каждый проход Δh≈1 мм. Замерив размеры образца после первого и второго пропусков, проверить закон постоянства объема. Рисунок 2.2 – Схема прокатки с выверсткой Таблица 2.1-Геометрические параметры очага деформации Номер пропуска h 0 ,мм h 1 ,мм Δ h , мм b 0 ,мм b 1 ,кН Δ b, мм l , мм α , λ ε , % F0 , мм 2 F 1 ,мм 2 h ,cp cp h l 0 0 h b Количественные данные опыта занести в таблицы 2.2, 2.3. Таблица 2.2 – Данные опытной проверки закона постоянства объема Замер h 0 , мм b 0 , мм l 0 ,м м h 1 , мм b 1 , мм l 1 , мм Объем образца, мм3 До деформации После деформации Таблица 2.3 –Опытные данные прокатки с "выверсткой" Параметры полосы h 0 , мм b 0 , мм l 0 , мм h пр , мм h 1 , мм b 1 , мм l 1 , мм Дано Получено расчетом Измерено фактически Пользуясь уравнением постоянства объема, определить расчетом конечную длину полосы. ОПЫТ 3. Проверить параллельность валков. С этой целью прокатать алюминиевый образец шириной 20 мм с относительным обжатием ε =20…30%. Предварительно установить раствор валков, равный исходной толщине полосы. Для этого заготовку ввести между вращающимися валками с выходной стороны клети на длину 20…30 мм и верхний валок опускать до тех пор, пока полоса не будет выброшена валками. Если прокатанная полоса имеет "серповидность", то необходимо опустить или поднять соответствующий винт нажимного механизма. Параллельность валков можно считать достигнутой по устранении "серповидности" полосы. Для определения упругой деформации рабочей клети прокатать 3 образца шириной b 0 =20 мм и 3 образца шириной b 0 =40 мм с обжатиями 20,30 и 40%. Образцы должны быть вырезаны из одного листа. При прокатке фиксировать величину обжатия по указателю раствора валков ( Δ z) и усилие прокатки P с помощью месдоз. Размеры образцов до и после прокатки и значения ( Δ z) и Р занести в таблицу 2.4. Таблица 2.4 – Опытные данные по определению упругой деформации клети Геометрические параметры полосы Обжатие h 0 , мм b 0 , мм h 1 , мм Δ h, мм ε ,% P, кН Δ z, мм F, мм Обработка результатов экспериментов. Количественные результаты опытов занести в таблицы 2.1 и 2.4. Вычисление геометрических параметров очага деформации произвести по формулам (2.1)…(2.8). Расчет необходимого промежуточного обжатия при прокатке с "выверсткой" осуществлять по формуле (2.11), а расчет конечной длины полосы – по формуле (2.12). По формуле (2.14) определить величину упругой деформации клети и построить графики зависимостей fc=f(P) и fc=f( Δ h) для полос шириной b 0 =20 и 40 мм. По расчетным данным опыта 1 построить диаграмму фактического распределения обжатий и вытяжек по проходам. На основе анализа результатов экспериментов сделать заключение о возможности использования закона постоянства объема в практических расчетах. Проанализировать характер упругой характеристики рабочей клети лабораторного стана. Контрольные вопросы 5 Что такое очаг деформации? 6 В чем отличие между геометрическим и физическим очагами деформации? 7 Какие величины характеризуют геометрический очаг деформации? 8 Какие параметры очага деформации определяют напряженно- деформи-рованное состояние и кинематику течения металла в очаге деформации? 9 Каковы условия моделирования процесса прокатки? 10 Как диаметр валков влияет на длину очага деформации при прокатке? 11 Как определяется вытяжка полосы при прокатке? 12 В чем заключается закон постоянства объема? 13 Каково практическое значение закона постоянства объема? 14 Как опытным путем проверить проявление закона постоянства объема? 15 Что такое прокатка с "выверсткой", и в каких случаях к ней прибегают? 16 В каких случаях прокатки уширение можно не учитывать? 17 Какой параметр стана ограничивает длину сляба при прокатке с "выверсткой"? 18 Почему происходит уплотнение литого металла при горячей прокатке? 19 В чем заключается настройка стана? 20 Чем обусловлен дефект "серповидности" полосы? 21 Укажите составляющие упругой деформации клети, Как определить упругую характеристику клети? 3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ЗАХВАТА МЕТАЛЛА ПРИ ПРОКАТКЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ Цель работы – определение максимального угла контакта в момент захвата и при установившейся прокатке, а также соотношения между этими величинами; изучение влияния внешнего трения на условия захвата металла валками; практическое определение коэффициента трения. Общие указания В валки металл втягивается благодаря силам трения, которые появляются на поверхности контакта металла с валками под влиянием усилия, возникающего при обжатии полосы по высоте. Контактное трение оказывает влияние на условия захвата металла валками, а характер распределения на контакте касательных напряжений влияет на напряженное состояние и кинематику течения металла в очаге деформации. Поэтому выявление величины и характера распределения касательных напряжений на контакте является необходимым условием при определении силовых и кинематических параметров процесса прокатки теоретическим путем. а – по закону сухого трения; б – по закону постоянных касательных напряжений; в – по закону скольжения-прилипания Рисунок 3.1 – Схемы распределения касательных напряжений на контактных поверхностях валков Существует несколько предположений о законе распределения касательных напряжений на контактных поверхностях валков. К наиболее распространенным следует отнести такие законы: Закон сухого трения (закон Кулона-Амонтона). Закон основан на предположении, что прокатываемый металл по поверхности валков скользит по всей дуге контакта: в зоне отставания – против направления вращения валков, а в зоне опережения – по направлению вращения валков (рисунок 3.1,а). Контактные касательные напряжения τ пропорциональны нормальным напряжениям P x : ( закон Зибеля). Согласно этому закону касательные напряжения принимают f x P = τ , (3.1) где f – коэффициент внешнего трения. Закон постоянных касательных напряжений. Согласно этому закону касательные напряжения принимают по всей длине дуги контакта постоянными (рисунок 3.1,б): const Kf 2 = = τ , (3.2) где К – сопротивление металла чистому сдвигу. Закон скольжения-прилипания. Согласно этому закону по длине дуги контакта имеют место зоны скольжения и прилипания (рисунок 3.1,в). Относительная протяженность этих зон, а также характер распределения касательных напряжений на контакте зависят от ряда факторов, в том числе от l/h ср и f. Зона прилипания имеет место при K x = τ При прокатке величина угла контакта α не может увеличиваться безгранично. Пределы, до которых при данном диаметре валков можно увеличивать обжатие, а следовательно, и угол контакта, могут быть установлены из условия свободного захвата металла валками, если рассмотреть равновесие сил, действующих со стороны валков на прокатываемую полосу, в момент соприкосновения валков с ее передним концом. При этом в точке А, положение которой определяется величиной угла α , будут действовать силы: радиальная (нормальная) Р и сила трения (касательная) Т (рисунок 3.2). Рисунок 3.2 – Схема сил при захвате полосы валками Очевидно, что соотношение между горизонтальными проекциями Р х и Т х этих сил будет определять возможность осуществления захвата полосы валками. При Т х > Р х захват произойдет. При Т х =Р х будет иметь место равновесие: вращающиеся валки не будут ни втягивать полосу в очаг деформации, ни выталкивать полосу из него. Поскольку Т х =Тcos α , P x =Psin α , а Т=fР, то tg α з =f. Так как захват металла валками возможен лишь при Т х > Р х , то tg α з =f. (3.3) При установившейся прокатке, то есть когда весь очаг деформации заполнен металлом, можно провести аналогичные рассуждения. В первом приближении можно принять равномерное распределение контактных напряжений по дуге контакта. При таком допущении равнодействующая Р переместится к середине очага деформации. Точка ее приложения определится половиной угла контакта α /2. При этом условии установившийся процесс становится осуществим, когда f ) 2 / ( tg y < α (3.4) В пределах практически осуществимых углов контакта можно приближенно принять α ≈ α tg , тогда полученные неравенства запишутся в виде: ; f з < α f 2 / у < α (3.5) Из сопоставления указанных выражений следует, что , 2 / з у ≈ α α (3.6) то есть после захвата металла валками можно увеличивать обжатие h Δ Методы определения коэффициента трения Из известных наиболее распространены следующие методы определения коэффициента трения при прокатке: по максимальному углу захвата, по опережению, клещевой метод, метод Бленда-Форда. Метод определения коэффициентов трения по максимальному углу захвата Метод заключается в следующем (см.рисунок 3.2). Для сведенных валков горизонтальная составляющая Т х , которая способствует втягиванию металла в валки, мала и естественного захвата не произойдет. Если начать разводить валки, а полосу держать в соприкосновении с валками, то наступит момент, когда горизонтальные составляющие Т х и Р х будут равны. При наступлении равновесия системы сил наблюдается легкое вздрагивание образца. При дальнейшем минимальном увеличении зазора между валками произойдет захват металла, так как выполняется условие (3.3). Данный метод позволяет определить коэффициент внешнего трения в момент захвата. Метод определения коэффициента трения по опережению Опережение может быть теоретически подсчитано по формуле 2 1 h R S γ = , (3.7) Где R – радиус валка; γ – нейтральный угол; h 1 – конечная толщина. Формула, связывающая значения углов (нейтрального γ, захвата α и трения β), имеет вид ) 2 1 ( 2 β α − α = γ (3.8) Величину опережения S получают экспериментально (методом кернов), подставляют в теоретическую формулу (3.7) и решают ее относительно величины γ. Коэффициент трения определяют по зависимости (3.8) с учетом того, что β = tg f Однако этот метод недостаточно точен из-за большого числа допущений при выводе формул опережения и трудности точного измерения опережения. Клещевой метод определения коэффициента трения Метод служит для определения коэффициента трения непосредственно при прокатке. Полосу задают в валки, а с задней стороны захватывают клещами для создания натяжения Т 0 , обеспечивающего пробуксовку полосы (рисунок 3.3). Рисунок 3.3 – Схема сил в очаге деформации и распределение касательных напряжений при определении коэффициента трения клещевым методом Из условия равновесия: Т 0 +2Р х -2Т х =0; Т 0 +2Р у tg( α/2)-2Р у f=0 находят: f=Т 0 /2Р у + tg( α/2). Величины Т 0 и Р у определяют экспериментально, угол α вычисляют. Этот метод предполагает равномерное распределение касательных напряжений одного знака на контактной поверхности. Метод Бленда-Форда В этом методе задним натяжением Т0 полосы добиваются, чтобы опережение S стало равным нулю, то есть скорость движения полосы на выходе из валков была равна окружной скорости валков (V1=Vb). В этом случае нейтральное сечение будет близким нулю, то есть γ→0, и тогда силы трения будут действовать на контактной поверхности в одном направлении. По измеренным крутящему моменту М на валке и равнодействующей контактных сил Р можно определить коэффициент трения μу при установившемся процессе прокатки: PR M f y = , где R – радиус валка. Материальное обеспечение 1. Лабораторный прокатный стан. 2. Микрометр (или штангенциркуль). 3. Образцы из технического свинца в виде параллелепипеда с размерами 10х30х80 мм - 2 шт. 4. Клиновидные образцы (рисунок 3.4) - 2 шт. Порядок проведения экспериментов В соответствии с особенностями определения углов контакта и коэффициентов трения при захвате и установившейся прокатке работа предусматривает два опыта. ОПЫТ 1. Определение максимального угла αз при захвате При проведении опыта используют образцы с размерами 10х30х80 мм. Перед прокаткой тщательно измеряют их толщину и записывают результаты измерения в таблицу 3.1. Необходимо следить за тем, чтобы передняя грань образца была строго перпендикулярна его продольной оси, чтобы передние кромки образца были прямолинейны и на них не было заусенцев, так как эти дефекты существенно влияют на условия захвата. Таблица 3.1 – Опытные данные определения углов контакта и коэффициентов внешнего трения при прокатке свинца Образец h 0 , мм H 1 , мм Δ h, мм D 1 , мм α з , рад α y , рад f з f у Состояние поверхности валков, условия смазки Перед проведением эксперимента валки сводят (зазор между валками должен быть 3 мм ), затем, слегка прижимая образец к вращающимся валкам, постепенно разводят их. Перед втягиванием металла в валки появится вибрация образца. При дальнейшем минимальном увеличении зазора между валками образец будет втянут и прокатан. Прокатать два образца: без смазки и со смазкой. Измерить толщину образцов после прокатки. ОПЫТ 2. Определение максимального угла контакта при установившейся прокатке При проведении опыта используют клиновидные образцы (см.рис 3.4).. Образцы задают в валки тонким концом. Предварительный зазор в валках 2…3 мм. Валки будут втягивать клиновидную полосу, обжимая ее до толщины h 1 . Поскольку толщина участков клина, поступающих в валки, непрерывно возрастает, так же непрерывно растет и абсолютное обжатие Δh. Рисунок 3.4 – Клиновидный образец В какой-то момент времени валки начнут буксовать. После этого стан останавливают, валки разводят, образец извлекают из валков и на нем измеряют h 0 и h 1 . По этим величинам определяют абсолютное обжатие Δh, а затем с помощью формул – максимальный угол α у и величину коэффициента трения f у . Прокатать два образца: один без смазки, а второй со смазкой. Обработка результатов экспериментов Количественные результаты опытов занести в таблицу 3.1. Значение углов αз, αу и коэффициентов трения f з , f у определить по формулам (3.3), (3.4). На основе анализа результатов эксперимента сделать выводы о зависимости максимальных углов в момент захвата и при установившейся прокатке от коэффициентов внешнего трения, а также о степени отклонения опытного значения отношения α у / α з от теоретического. Проанализировать положительную и отрицательную роль трения при прокатке. Контрольные вопросы 5. Как влияет внешнее трение на усилие деформации и расход энергии при прокатке? 6. Как распределяются касательные напряжения по закону сухого трения? 7. Как распределяются касательные напряжения по закону Зибеля? 8. Как распределяются касательные напряжения по закону скольжения-прилипания? 9. В чем заключается метод определения коэффициента трения по максимальному углу контакта? 10. В чем сущность метода определения коэффициента трения по опережению? 11. В чем заключается метод Бленда-Форда? 12. Каково условие свободного захвата металла валками? 13. Как улучшить условие захвата металла валками при прокатке? 14. Как изменяется направление равнодействующей контактных сил при захвате, если зазор между валками возрастает? 15. Укажите технологические параметры, определяемые экспериментально, при нахождении коэффициента трения методом Бленда- Форда. 16. Как определить максимальный угол контакта при установившейся прокатке? 17. Каково соотношение между углами контакта при установившейся прокатке и в момент захвата? 4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРЕЖЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ В ГЛАДКИХ ВАЛКАХ Цель работы – практическое изучение явления опережения при прокатке; изучение влияния на величину опережения отношения l/hср и угла контакта. Общие указания Вследствие закона наименьшего сопротивления и закономерностей , изученных в лабораторной работе №1, скорости переднего V 1 и заднего V 0 концов полосы, проходящей через очаг деформации , и окружная скорость самих валков V b не одинаковы: V 0 . (4.1) Явление, когда скорость выхода полосы из валков превышает окружную скорость самих валков, называется опережением. Опережение определяется по формуле S=(V 1 -V b )/V b Опережение является важным параметром прокатки при настройке непрерывных станов. В зависимости от величины опережения при данной схеме обжатия и величины натяжений определяют угловую скорость валков. Экспериментально опережение можно определить методом кернов (рисунок 4.1) с учетом пропорциональности скоростей и перемещений: S=(l 1 -l b )/l b , (4.2) где l b – длина дуги между кернами на валке; l 1 – расстояние между отпечатками на полосе. Рисунок 4.1 – Схема определения опережения методом кернов. На поверхность валка на некотором расстоянии друг от друга накернивают углубления, которые при прокатке полосы дают отпечатки на ней в виде бугорков. При замере легко обнаружить, что расстояние между бугорками l 1 на полосе больше расстояния между углублениями на поверхности валка l b При горячей прокатке, когда l 1 измеряют после остывания металла, необходимо делать поправку на изменение за счет температуры: ( ) [ ] 0 0 0 1 T 1 1 t t 1 l l − α + = , (4.3) где 0 1 t и 0 0 t – температуры прокатки и измерения; α т – коэффициент линейного температурного расширения материала полосы. Величина опережения зависит от геометрических размеров очага деформации, условий трения на контактной поверхности и натяжений (подпоров): S=f( l /h cp ; α; b 0 / l ; σ0; f) , (4.4) где α – угол контакта; σ 1 , σ 0 – напряжения переднего и заднего натяжений; f – коэффициент трения. Чем больше l /h cp ; α; b0/ l ; σ 1 и f 1 тем больше опережение. Заднее натяжение уменьшает опережение. Опережение может быть подсчитано по формуле Дрездена: 2 1 1 h P γ , (4.5) Где γ – нейтральный угол. Нейтральный угол γ может быть определен при прокатке тонких полос ( l /h cp >3) по формуле Финка: f 2 cos 1 2 sin sin α − − α = γ , (4.6) где α – угол контакта. Эта формула получена в предположении равномерного распределения скоростей по высоте сечений очага деформации и дает удовлетворительные результаты при прокатке относительно тонких полос в условиях плоской деформации ( l /hcp>3; b0/ l >5). При прокатке толстых и средних полос, когда l /h cp <3, опережение может быть подсчитано по формулам, полученным В.Ф.Потапкиным на основе метода полей линий скольжения и учитывающим неравномерное распределение скоростей по вертикальным сечениям очага деформации: S=1+32 αl/hcp – при l/hcp≤z; (4.7) S=3,8+0,62( α-5) – при 1 – опережение, %; α – угол контакта, град. Материальное обеспечение 1 Лабораторный прокатный стан. 2 Свинцовые образцы размерами: 8х50х150 мм -1 шт.; 4х50х150 мм- 1 шт. 3 Штангенциркуль. |