Правила выполнения лабораторных работ
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СМАЗКИ НА ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ПОЛОС Цель работы - изучение влияния технологических смазок, применяемых при холодной прокатке полос, на энергосиловые параметры процесса прокатки, оценка эффективности действия различных смазок и способов их нанесения. Общие сведения Смазка имеет важнейшее значение при холодной прокатке металла. Она влияет на производительность стана, стойкость валков, расход электроэнергии, равномерность толщины ленты и листа и состояние их поверхности. Часть смазки, которую уносит прокатываемая лента, защищает металл от коррозии до следующей операции и при хранении на складе. При последующих операциях смазка должна легко удаляться с поверхности металла. Применение эффективной смазки позволяет значительно снизить давление металла на валки, уменьшить упругие деформации валков и деталей стана и, таким образом, создать условия для интенсивной деформации металла. При прокатке возникает трение двух видов: внутреннее молекулярное трение частиц металла, обуславливаемое сопротивлением деформации; внешнее трение ленты о поверхность валков. Внутреннее молекулярное трение может быть значительно уменьшено смягчающей термической обработкой металла, а внешнее - применением смазки. На современных станах холодной прокатки в качестве технологических смазок применяют минеральные и растительные масла, животные жиры, синтетические смазки на основе естественных и синтетических жирных кислот. Технологические смазки наносят на поверхность прокатываемой полосы либо в чистом виде, либо в виде водных эмульсий. Эффективность смазки определяется наличием в ней поверхностно–активных веществ, способных адсорбироваться на поверхности с образованием прочных смазочных пленок. Поэтому часто в целях повышения смазочной способности минеральных эмульсий в последние добавляют активные масла в чистом виде. При выборе смазки для холодной прокатки жести необходимо применять смазки, которые не разлагаются в очаге деформации и не образовывают сажистый налет. Широкое применение на современных станах холодной прокатки находит пальмовое масло, у которого хорошая смазывающая способность обуславливается присутствием 7-17% жирных кислот. При 250-2900С пальмовое масло сохраняет высокие свойства, что особенно важно для интенсивных режимов прокатки, при которых в очаге деформации образуется высокая температура. Недостатком пальмового масла является его дороговизна. На температуру масла в процессе прокатки влияет ряд факторов, в первую очередь скорость прокатки, величина обжатий, число пропусков, время холостого хода между пропусками, способ охлаждения смазки и ее подачи. При повышении скорости холодной прокатки, что наблюдается на современных прокатных станах, количество энергии, превращающейся в тепло, увеличивается. Часть тепла, образующегося в процессе прокатки, воспринимается валками. Увеличение диаметра валков в результате их разогрева приводит к изменению толщины полосы. Кроме того, разогрев валков выше допустимой нормы может привести к поломке валков. Для обеспечения стабильных условий прокатки необходимо сохранять постоянство температуры бочки валка. Как известно, валки для станов холодной прокатки подвергают термической обработке - закалке и отпуску. Отвод образующегося в зоне деформации тепла необходим для того, чтобы в процессе прокатки валков обеспечить температуру, ниже температуры отпуска валков. Кроме того, неравномерная, изменяющаяся температура поверхности валков вызывает появление в них внутренних напряжений, которые могут привести к образованию трещин или скалыванию валков, а также к коробоватости и волнистости готового проката. Все возрастающие требования к качеству поверхности холоднокатаного листового проката связаны с необходимостью применения более эффективных технологических смазок, которые обеспечивали бы не только уменьшение трения, но и улучшение качества поверхности проката. Все в большей мере применяют комплексные системы смазки полосы - предварительное промасливание подката в линиях непрерывного травления и последующее использование смазочно-охлаждающих эмульсий. Это позволяет в ряде случаев отказаться от использования при прокатке листового проката толщиной не менее 0,4 мм технологических смазок, в том числе дефицитного касторового масла. Эффективность применения смазок при холодной прокатке зависит не только от правильного их состава, но и от способа подачи на металл и валки. Способ подачи смазки должен обеспечивать ее равномерное распределение и экономию ее расходования. Результатом неравномерного распределения смазки может быть неравномерная вытяжка и коробоватость листов. Технологические смазки и смазочно-охлаждающие жидкости могут подаваться нанесением смазки либо на полосу после травления, либо непрерывно на валки и поверхность прокатываемой полосы в процессе прокатки. Для смазки в процессе холодной прокатки стали применяют эмульсии, механические дисперсии активных масел в воде (в зависимости от условий и скорости прокатки концентрация масла находится в пределах 5-30%, дисперсия с большей концентрацией масла применяется при прокатке металла на пятиклетевых станах). На ряде станов подача масла и воды осуществляется независимо. Необходимо подавать смазку или охлаждающую жидкость к месту соприкосновения металла с валками. Смазка должна обеспечивать получение достаточно прочной пленки, а охлаждающая жидкость - обладать максимальной способностью поглощать тепло. Подача большого количества охлаждающей жидкости на валки скоростных станов холодной прокатки позволяет поддерживать температуру валков в заданных пределах. На большинстве станов их температура не превышает 700С. Такое сочетание свойства достигается применением водных эмульсий соответствующих масел. При использовании эмульсии применяют высокопроизводительные установки, производительность которых устанавливают в зависимости от условий работы стана и сортамента проката. Вместимость резервуара для эмульсии в 15-25 раз превышает ее минутный расход. Материальное обеспечение 1. Лабораторные станы дуо-160, дуо-200 и кварто 55/250х200, оборудованные месдозами и силоизмерительными шпинделями. 2. Комплект тензометрической аппаратуры. Микрометр, штангенциркуль, чертилка. 3. Образцы длиной 200-250 мм из меди, алюминия или их сплавов, вырезанные из одной полосы толщиной 0,5-1,0 мм, шириной 50-80 мм в количестве 6 шт. 4. Смазка двух-трех типов, ацетон технический или неэтилированный бензин. Порядок проведения эксперимента До начала прокатки на образцы, вблизи их концов, нанести две поперечные риски, расстояние между которыми принять за исходную длину образца L0. С помощью штангенциркуля измерить длину L0 и ширину b0 образцов (для измерения ширины в середине каждого образца провести дополнительную поперечную риску). Микрометром определить исходную толщину полосы. Все образцы прокатать при постоянном зазоре между валками. Перед прокаткой каждого очередного образца валки промыть ацетоном или бензином. Первый образец прокатать в сухих валках, три последних - с применением различных смазок, которые нанести непосредственно перед прокаткой на валки и полосу. На последний образец смазку нанести за 20- 30 мин до начала прокатки и прокатать в валках, смазанных непосредственно перед прокаткой. При прокатке использовать растительные, синтетические и минеральные смазки. При прокатке фиксировать усилие прокатки Р и крутящий момент М на шпинделях стана. После прокатки произвести замеры толщины, ширины образцов и расстояние L1 между рисками. Опытные данные занести с таблицу 11.1. Таблица 11.1 – Результаты холодной прокатки полос с применением различных смазок Размеры полосы, мм до прокатки после прокатки Вид смазки h0 B0 L0 h1 B1 L1 Δh, мм B B 1 0 L L 1 0 Р, Н Рср , H мм 2 М, Нм Обработка результатов эксперимента По полученным опытным данным подсчитать для каждого случая прокатки обжатие Δh , коэффициенты уширения b1/b0 и вытяжки L1/L0. Средние нормальные напряжения без учета упругого сплющивания валков определеять по формуле h R b / P P cp cp Δ = Результаты расчетов занести в таблицу 11.1. Дать анализ опытных данных, отметить влияние смазки и способа ее нанесения на геометрические и энергосиловые параметры прокатки, сравнить действие различных смазок. Контрольные вопросы 11. Какова роль технологической смазки при холодной прокатке? 12. Почему применение технологических смазок обеспечивает возможность прокатки более тонких полос? 13. Почему неравномерное нанесение смазки по ширине полосы приводит к ее короблению, образованию волнистости? 14. Почему применение смазки при прокатке приводит к снижению нормальных контактных напряжений? 15. Какие виды трения возникают при прокатке? 16. Укажите механизм действия смазки, чем определяется эффективность смазки. 17. Назовите виды смазки и требования, предъявляемые к ним. 18. Какие факторы определяют температуру смазки в процессе прокатки? 19. Из каких соображений определяют расход технологической смазки? 20. Для чего необходим отвод тепла, образующегося в очаге деформации? 21. Укажите способы подачи технологической смазки. 12 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12 ВЛИЯНИЕ ПЕРЕДНЕГО И ЗАДНЕГО НАТЯЖЕНИЙ НА УСИЛИЕ И МОМЕНТ ПРОКАТКИ Цель работы - изучение влияния переднего и заднего натяжений концов полосы на обжатие, усилие и момент прокатки. Общие сведения Прокатку полос и лент на реверсивных и непрерывных станах осуществляют с приложением переднего или одновременно переднего и заднего натяжений к концам полосы. Натяжение полосы между клетями непрерывного стана обеспечивают за счет выбора соответствующих скоростей валков по клетям. Натяжение заднего конца полосы в первой клети непрерывного стана или в первом проходе на реверсивном стане создают разматывателем, роликовыми и пресс-проводками. Переднее натяжение полосы в последней клети непрерывного стана, а также переднее натяжение полос во всех проходах и заднее натяжение полосы во втором и последующих проходах на реверсивном стане создают с помощью намоточно-натяжных устройств (металлов). Для создания значительных натяжений, например на дрессировочных станах, применяют натяжные и тянущие станции. Продольные усилия (в направлении прокатки), прикладываемые к концам полосы, изменяют характер распределения и величину нормальных и касательных напряжений на контактных поверхностях металла с валками, что оказывает существенное влияние на энергосиловые параметры прокатки и деформацию валков (изменяется соотношение между продольной и поперечной деформациями прокатываемого металла, облегчаются условия получения планшетной полосы). Материальное обеспечение 1. Лабораторные станы дуо-200 и кварто 55/250х200, оборудованные моталками, месдозами и силоизмерительными шпинделями. 2. Комплект тензометрической аппаратуры. Микрометр, штангенциркуль. 3. Полоса из меди, алюминия или сплавов толщиной 0,3...1,5 мм, шириной 50-120 мм. Порядок проведения эксперимента Заправить полосу в стан. С помощью штангенциркуля и микрометра измерить исходную ширину и толщину полосы. Осуществить прокатку полосы без натяжений. Затем, принимая напряжение натяжения равным 0,2; 0,3; 0,4 от предела текучести прокатываемого металла, установить усилия натяжения переднего T 1 и заднего T 0 концов полосы по формулам: 1 1 1 1 h b T σ = , 0 0 0 0 h b T σ = , где σ 1 , σ 0 – напряжения переднего и заднего натяжений; b 1 , b 0 - ширина полосы после и до прокатки; h 1 , h 0 - толщина полосы после и до прокатки. Осуществить по три опытных прокатки с передним, задним и одновременно передним и задним натяжениями концов полосы. Все опытные прокатки осуществить при одинаковом растворе валков. Во время опытов фиксировать усилие прокатки Р, момент прокатки М на шпинделях, переднее и заднее натяжения, толщину и ширину полосы до и после прокатки. Опытные данные занести в табл. 12.1. Таблица 12.1 – Опытные данные прокатки полосы с натяжением Размеры образцов, мм Показатели деформации Усилие натяжен ия, Н Напряжени е натяжения Н/мм2 до прокатки после прокатки № пп Т 1 Т 0 σ 1 σ 0 h 0 b 0 h 1 b 1 Δh λ b b 1 0 Усилие прокатк и, Н Момент прокатки, Нм Обработка результатов эксперимента По полученным опытным данным подсчитать напряжения натяжения полосы σ 0 , σ 1 , обжатие Δh, коэффициент вытяжки λ. Результаты расчетов занести в табл. 12.1. По полученным опытным данным построить графики зависимости Δh, λ, Р и М от величины натяжения. На каждом графике представить кривые изменения соответствующего параметра прокатки при наличии переднего, заднего и совместного действия натяжений. На основании полученных опытных данных сделать вывод о влиянии натяжений полосы на процесс прокатки. Контрольные вопросы 1. Какова роль натяжений при прокатке полос? 2. Каким путем создают натяжение на непрерывных реверсивных станах? 3. Каким образом натяжения влияют на распределение зон отставания и опережения в очаге деформации? 4. Как натяжение влияет на величину опережения металла в очаге деформации? 5. Как натяжения влияют на величину уширения при прокатке? 6. Почему с ростом переднего натяжения опережение возрастает? 7. Почему заднее натяжение оказывает большее влияние на изменение величины уширения, чем переднее? 8. Почему приложение натяжений ведет к снижению нормальных контактных напряжений в очаге деформации? 9. Почему с применением натяжений появляется возможность прокатки более тонких полос? 10. Почему с применением заднего натяжения момент прокатки возрастает? 11. Почему с применением натяжений облегчаются условия получения планшетных полос? 13 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13 ВЛИЯНИЕ НЕРАВНОМЕРНОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА КАЧЕСТВО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА Цель работы - изучение факторов, вызывающих неравномерную деформацию полосы, и влияния неравномерной деформации на качество листового проката. Общие сведения В элементарной теории прокатки процесс деформации полос и листов рассматривается с предположением о равномерности обжатий по их ширине. При этом считают, что валки имеют одинаковый диаметр, строго цилиндрическую форму и вращаются с одинаковыми окружными скоростями. Полоса имеет строго прямоугольное сечение, толщина полосы до и после прокатки по всей ширине постоянна, что соответствует ее равномерному обжатию. В действительности даже при прокатке прямоугольных полос в цилиндрических валках имеет место лишь некоторое приближение к неравномерному обжатию. Неравномерность деформации в производственных условиях кроме влияния внешнего трения и внешних зон может быть еще обусловлена: нецилиндрическими очертаниями рабочих поверхностей валков (упругие прогиб и радиальное сжатие цилиндрической бочки, ее неравномерный разогрев, износ), перекосом и неконтролируемым перекрещиванием осей валков, неравномерным сечением прокатываемой полосы и др. Неравномерность деформации вызывается также неоднородностью пластических свойств обрабатываемого металла. Такая неоднородность может являться следствием нескольких причин, в частности неравномерного распределения температур по сечению слитков, (подстуженный с поверхности или непрогретый), различия в химсоставе отдельных зон (прокатка биметалла). В производственных условиях обычно имеет место действие сразу нескольких факторов, вызывающих неравномерность деформации. Неравномерная деформация в большинстве случаев - крайне нежелательное явление, так как она приводит к увеличению усилий и мощностей, необходимых для деформации, может проявляться в виде искажений правильной формы раската (образование волнистости, коробоватости, "серповидности", продольного и поперечного изгиба полосы). Неравномерная деформация всегда вызывает дополнительные напряжения, которые в определенных условиях могут стать причиной образования трещин, разрывов и других дефектов. Основными факторами, обуславливающими нежелательные явления при неравномерной деформации и, в частности, при неравномерном обжатии по ширине, являются: влияние отдельных частей полосы по ее ширине друг на друга в очаге деформации вследствие непосредственной связи между ними и действие внешних частей полосы. При отсутствии двух последних факторов отдельные части полосы получили бы естественные вытяжки в соответствии с обжатием. В действительности же полоса получает некоторую общую длину, то есть вытяжки выравниванием. На практике это приводит к следующим явлениям: • в зонах большего обжатия вытяжка сокращается по сравнению с ее естественной величиной, что сопровождается появлением сжимающих напряжений в продольном направлении и усилением течения металла в поперечном направлении; избыток вытяжки проявляется в виде волнистости и складок; • в зонах пониженного обжатия вытяжка принудительно возрастает против своей естественной величины; это ведет к возникновению растягивающих продольных напряжений и к некоторому ослаблению течения металла в ширину; под влиянием продольных напряжений возможно образование трещин; • при протекании процесса несимметричной прокатки (прокатка в валках разного диаметра, с различными окружными скоростями, прокатка с различными условиями трения на контактных поверхностях, прокатка неравномерно нагретого по высоте сечения металла, прокатка биметалла и др.) имеющаяся неравномерность деформации проявляется в виде продольного и поперечного изгибов полосы. Материальное обеспечение 1. Лабораторные прокатные станы дуо-160, дуо-200. 2. Образцы для прокатки: • образцы из технического свинца толщиной 0,8...1,0 мм со сложенными кромками на ширину 5, 10, 15 мм, ширина образцов - 40 мм, длина – 100 мм -3 шт. • алюминиевая полоса размерами 0,8...1,2х40х100 мм и заостренной (на 5 мм) кромкой –1 шт; • алюминиевая полоса размерами 0,6...0,8х60х100 мм -1 шт; • свинцовая и алюминиевая карточки размерами 1,0х40х100 мм, сложенные в пакет и закрепленные от смещения заклепками (имитация биметалла) -1 шт; • полоса из технического свинца размерами 2,0х40х100 мм –1 шт. 3. Штангенциркуль, масштабная линейка. Порядок проведения экспериментов Работой предусмотрено проведение пяти опытов. |