RU2590437C1 - Способ обработки металлов - Google Patents
Способ обработки металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2590437C1 RU2590437C1 RU2015109216/02A RU2015109216A RU2590437C1 RU 2590437 C1 RU2590437 C1 RU 2590437C1 RU 2015109216/02 A RU2015109216/02 A RU 2015109216/02A RU 2015109216 A RU2015109216 A RU 2015109216A RU 2590437 C1 RU2590437 C1 RU 2590437C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- workpiece
- rolls
- speed
- heat
- heating
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области обработки металлов давлением. Способ включает формоизменение заготовки протягиванием ее через деформирующий инструмент с нагревом от тепла деформации и трения за счет повышения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, с обеспечением выделения тепла, достаточного для нагрева заготовки до заданной температуры. Возможность обработки заготовок некруглого поперечного сечения, например, плоских, обеспечивается за счет того, что формоизменение осуществляют двумя валками, при этом на начальной стадии обработки задают направление вращения валков в направлении протягивания заготовки, на последующей стационарной стадии задают направление вращения валков против направления протягивания заготовки, при этом заданную температуру нагрева обеспечивают выбором соотношения скорости протягивания и скорости вращения валков. 3 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области производства полуфабрикатов плоского поперечного сечения методом прокатки.
Обычно в практике прокатного производства стремятся выровнять скорость прокатки со скоростью вращения валков [1], добиваясь минимального скольжения, что позволяет уменьшить износ инструмента и снизить энергетические затраты [2]. Полностью исключить скольжение при прокатке не удается из-за наличия зон опережения и отставания [3]. Из практики прокатного производства известно, что при чрезмерно больших углах захвата может реализовываться режим пробуксовки полосы относительно поверхности валков. В этом случае при конечной скорости вращения валков скорость полосы оказывается равна нулю, а скорость скольжения становится равной скорости вращения валков.
При прокатке также может применяться переднее натяжение, цель применения которого - уменьшить уровень давлений, действующих на рабочие валки, и тем самым снизить упругий прогиб валков и повысить точность получаемого проката. Переднее натяжение можно назначить такой величины, что привод валкам не потребуется, и деформация перейдет в стадию роликового волочения [4-6].
Из уровня техники известны способы деформации с одновременным нагревом заготовок до входа в очаг деформации [7, 8]. Цель применения приема нагрева заготовки перед деформацией волочением состоит в повышении уровня пластичности металла, благодаря чему становится возможным применение способа волочения, несмотря на высокий уровень растягивающих напряжений, характерных для этого способа деформации. Недостатком предложенных способов деформации является необходимость использования расплавов металлов в качестве теплоносителей для передачи тепла заготовке. Во многих случаях применение расплавов крайне нежелательно из-за возможной его диффузии в поверхностные слои заготовки.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ обработки металлов по патенту РФ №2252091 [9], включающий формоизменение заготовки протягиванием ее через деформирующий инструмент с нагревом от тепла деформации и трения за счет повышения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, с обеспечением выделения тепла, достаточного для нагрева заготовки до заданной температуры.
В способе по прототипу протягивание осуществляется через деформирующий инструмент, в роли которого выступает волока. Нагрев от тепла деформации и трения за счет повышения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, с обеспечением выделения тепла, достаточного для нагрева заготовки до заданной температуры, осуществляется путем применения приема вращения волоки. Повышенное тепловыделение осуществляется за счет дополнительных перемещений в тангенциальном направлении рабочей поверхности волоки относительно поверхности протягиваемого изделия. Естественно, что такое тангенциальное перемещение возможно, если обе поверхности образованы вращением образующих относительно оси волочения. Тем самым способ по прототипу направлен только на обработку заготовок круглого сечения. Следует отметить, что продуктами обрабатывающих производств являются не только круглые профили, включая проволоку, но и плоский прокат, который невозможно обработать приемами способа по прототипу. Недостатком способа по прототипу являются ограниченные технологические возможности, а более конкретно, возможность обработки заготовок только круглого поперечного сечения.
Предлагаемый способ обработки металлов, как и способ по прототипу, включает формоизменение заготовки протягиванием ее через деформирующий инструмент с нагревом от тепла деформации и трения за счет повышения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, с обеспечением выделения тепла, достаточного для нагрева заготовки до заданной температуры.
Способ отличается тем, что формоизменение осуществляют двумя валками, при этом на начальной стадии обработки задают направление вращения валков в направлении протягивания заготовки, на последующей стационарной стадии задают направление вращения валков против направления протягивания заготовки, при этом заданную температуру нагрева обеспечивают назначением соотношения скорости протягивания и скорости вращения валков.
Сущность предложения состоит в том, что на начальной стадии валки захватывают металл и втягивают его в очаг деформации, часть заготовки при этом прокатывается на расстояние, достаточное для закрепления ее устройством вытягивания. После закрепления передней части заготовки в устройстве вытягивания привод вращения реверсируют. Очаг деформации теперь имеет развитую контактную поверхность, на которой за счет трения можно создать источник тепловыделения. Мощность тепловыделения зависит от площади контактной поверхности, коэффициента трения, удельного давления и скорости скольжения. Таким образом, управлять температурой можно, изменяя скорость вращения валков. Ограничением процесса является соотношение величины контактной поверхности и поперечного сечения. При малом сечении (тонкая полоса) и большой контактной поверхности (большой диаметр валка и большое обжатие) полоса может быть порвана усилием натяжения. В противоположном случае будет наблюдаться режим пробуксовки с величиной тепловыделения, зависящей от указанных выше параметров.
На фиг. 1 показана схема начального периода прокатки в момент захвата при вращении валков в направлении прокатки. На фиг. 1 показана схема начального периода прокатки при вращении валков в направлении прокатки с выходом части заготовки, достаточной для ее закрепления в устройстве вытягивания. На фиг. 3 показана схема стационарной стадии, в которой задают направление вращения валков против направления протягивания заготовки.
Способ осуществляется следующим образом.
Формоизменение заготовки 1 осуществляют двумя валками 2 и 3 (фиг. 1), при этом на начальной стадии обработки задают направление вращения валков (показано круговыми стрелками) в направлении протягивания заготовки (показано прямой стрелкой). На фиг. 2 показано, что часть заготовки при этом прокатывается на расстояние, достаточное для закрепления ее устройством вытягивания. На последующей стационарной стадии задают направление вращения валков против направления протягивания заготовки, что показано сменой направления круговых стрелок на фиг. 3, действующая на переднюю часть заготовки сила показана вектором G.
Из закона сохранения энергии практически вся мощность, расходуемая на трение, превращается в тепло, т.е. за счет процесса трения можно повысить температуру заготовки.
Энергия, необходимая для нагрева в очаге деформации массы m металла теплоемкостью с при разности конечной и начальной температур Δt, равна
Масса m может быть рассчитана через объем V и плотность ρ:
Объем V очага деформации определяется через его длину l, ширину В и среднюю за период обжатия толщину заготовки hc:
После подстановки (4) и (5) в (3) получим
Для определения необходимой мощности N следует правую часть разделить на время нахождения металла в очаге деформации τ:
Скорость протягивания ν может быть рассчитана как путь l, который проходит частица через очаг деформации в течение времени τ:
Тогда формулу (7) можно представить в виде
Тепловыделение W на поверхностях двух валков радиусом R в результате трения в очаге деформации определяется формулой
где F=R*α*B - площадь поверхности трения, α - угол захвата, τт=ψ*τs - напряжения трения, ψ - показатель трения по Зибелю; τs - сопротивление деформации на сдвиг; Δu - скольжение.
Мощность источника тепла Nт определяется тепловыделением в единицу времени, с учетом скорости скольжения νs=Δu/τ получим:
Используя закон сохранения энергии, приравняем правые части уравнений (7) и (9):
откуда соотношение скоростей скольжения и прокатки выражается формулой
В соответствии с последней формулой можно назначить температуру нагрева заготовки и определить соотношения скоростей скольжения и прокатки для достижения заданной температуры. Необходимая скорость скольжения будет тем выше, чем выше параметры: толщина заготовки, плотность материала, его теплоемкость, и ниже параметры: показатель трения, сопротивление деформации, радиус валка и угол захвата.
Пример 1. Заготовкой является лист из электротехнической меди толщиной h0=10 мм который прокатывают до толщины h1=7 мм. Температура начала рекристаллизации электротехнической меди зависит от чистоты и степени предшествующей деформации и ее величина составляет около 200°C [10], т.е. надо обеспечить повышение температуры от комнатной 20°C на Δt=180°C.
При обжатии в валках радиусом 200 мм угол захвата равен
. Средняя толщина заготовки равна hc=(0,010+0,007)/2=0,085 м.
При величине сопротивления деформации для меди σs=80 МПа получим сопротивление деформации на сдвиг Показатель трения ψ=0,4; плотность ρ=8900 кг/м3.
Рассчитанное по формуле (10) соотношение скоростей составляет величину k=νS/ν=58,3. Если назначить скорость протягивания ν=0,1 м/с, то следует обеспечить скорость скольжения νS=ν∗k=0,1∗58,3=5,83 м/с.
Скорость скольжения равна νS=ν-(-νв)=ν+νв, где νв - скорость вращения валков, здесь показано, что скорости протягивания и вращения валков складываются из-за противоположности их направлений. Из последней формулы следует, что νв=νS-ν=5,83-0,10=5,73 м/с. Для упрощения расчетов здесь не учтено, что при деформации происходит дополнительное выделение тепла. Предполагается, что это дополнительное тепловыделение компенсируется потерями тепла за счет диссипации энергии в окружающее пространство. Предложенные приемы управления процессом позволяют решить поставленную техническую задачу.
Пример 2. Заготовкой является лист из алюминиевого сплава Д16 толщиной h0=13 мм, который необходимо прокатать до толщины h1=6 мм. Температура начала рекристаллизации алюминиевого сплава Д16 зависит от чистоты и степени предшествующей деформации и ее величина составляет около 300°C, т.е. необходимо обеспечить повышение температуры от комнатной 20°C на Δt=280°C.
Обжатие происходит в валках радиусом R=250 мм. Угол захвата равен Средняя толщина заготовки при этом равна hc=(0,013+0,006)/2=0,095 м.
При величине сопротивления деформации для сплава Д16 σs=140 МПа, получим сопротивление деформации на сдвиг
Показатель трения для данного случая прокатки примем равным ψ=0,3. Плотность сплава Д16 - ρ=2770 кг/м3.
Соотношение скоростей, рассчитанное по формуле (10), составляет величину k=νS/ν=33,56. Если назначить скорость протягивания ν=0,3 м/с, то следует обеспечить скорость скольжения νS=ν∗k=0,3∗33,56=10,07 м/с.
Скорость вращения валков является разницей между скоростью скольжения и скоростью протягивания листа и равна νв=νS-ν=10,07-0,30=9,77 м/с. В данном расчете, выделение тепла при деформировании, для упрощения, не учитывается. Предполагается, что это дополнительное тепловыделение компенсируется потерями тепла за счет диссипации энергии в окружающее пространство.
Таким образом, здесь показано, что назначением соотношения скорости протягивания и линейной скорости вращения валков можно достичь заданной температуры нагрева.
Технический результат от применения заявляемого объекта в сравнении с прототипом заключается в расширении технологических возможностей, а более конкретно, в возможности обработки заготовок некруглого поперечного сечения, например, плоского проката.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2135314. Способ автоматического управления процессом непрерывной прокатки с минимальным натяжением или подпором сортового металла. МПК В21В 37/52. Заявка 98104480/02 от 12.03.1998. / Пазухин М.А., Бурмин М.Г., Черкасов Ю.Д., Коробов А.И., Никитин Г.С. Опубл. 27.08.1999.
2. Логинов Ю.Н. Анализ энергозатрат при горячей прокатке листовых полуфабрикатов из алюминия. Производство проката. 2005. №4. С. 19-24.
3. Коновалов Ю.В. Справочник прокатчика. T. 1. М.: Теплотехника. 2008. 640 с.
4. А.с. СССР №799856. Роликовая волока / Новожонов В.И., Логинов Ю.Н., Железняк Л.М. Заявка от 12.04.1978 №2603354/22-02. Бюл. №4 от 30.01.1981.
5. А.с. СССР №812374. Роликовая волока / Логинов Ю.Н., Железняк Л.М. Заявка №2751614/22-02 от 13.04.1979. Опубл. 15.03.1981. Бюл. №10.
6. А.с. СССР №835554. Роликовая волока / Железняк Л.М., Стукач А.Г., Логинов Ю.Н. Заявка №2553771/22-02 от 13.12.1977. Опубл. 7.06.1981. Бюл. №21.
7. А.с. СССР №591244. Устройство для теплого волочения проволоки из малопластичного материала. / Колмогоров В.Л., Новожонов В.И., Логинов Ю.Н. Опубл. 05.02.1978. Бюл. №5.
8. А.c. СССР №710714. Устройство для теплого волочения проволоки. / Колмогоров В.Л., Новожонов В.И., Логинов Ю.Н., Бюл. №3 от 25.01.1980
9. Патент РФ №2252091. Способ волочения заготовок круглого поперечного сечения. Заявка 2004107760/02 от 15.03.2004. / Логинов Ю.Н., Буркин С.П. Опубл. 20.05.2005. Бюл. №14.
10. Патент РФ №2496103. Способ изучения первичной рекристаллизации / Демаков С.Л., Логинов Ю.Н., Илларионов А.Г., Иванова М.А., Степанов С.И. Заявка: 2012107942/28 от 01.03.2012. МПК G01N 19/00. Опубл. 20.10.2013. Бюл. №29.
Claims (1)
- Способ обработки металлов, включающий формоизменение заготовки протягиванием ее через деформирующий инструмент с нагревом от тепла деформации и трения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, при этом обеспечивают выделение тепла, достаточного для нагрева заготовки до заданной температуры, отличающийся тем, что используют деформирующий инструмент в виде двух валков, которые на начальной нестационарной стадии обработки вращают в направлении протягивания заготовки, а на последующей стационарной стадии обработки - против направления протягивания заготовки, причем температуру нагрева задают соотношением скорости протягивания заготовки и скорости вращения валков.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015109216/02A RU2590437C1 (ru) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | Способ обработки металлов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015109216/02A RU2590437C1 (ru) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | Способ обработки металлов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2590437C1 true RU2590437C1 (ru) | 2016-07-10 |
Family
ID=56371847
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015109216/02A RU2590437C1 (ru) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | Способ обработки металлов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2590437C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022082976A1 (zh) * | 2020-10-19 | 2022-04-28 | 太原理工大学 | 一种基于摩擦辊作用的复合带异温轧制方法及设备 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3695083A (en) * | 1970-04-21 | 1972-10-03 | Canada Steel Co | Axial thrust spinning head for rotating dies |
SU722629A1 (ru) * | 1978-10-20 | 1980-03-25 | Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова | Способ деформации заготовки |
SU984543A1 (ru) * | 1981-06-22 | 1982-12-30 | Казахский политехнический институт им.В.И.Ленина | Устройство управлени волочильным станом |
RU2252091C1 (ru) * | 2004-03-15 | 2005-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" | Способ волочения заготовок круглого поперечного сечения |
-
2015
- 2015-03-16 RU RU2015109216/02A patent/RU2590437C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3695083A (en) * | 1970-04-21 | 1972-10-03 | Canada Steel Co | Axial thrust spinning head for rotating dies |
SU722629A1 (ru) * | 1978-10-20 | 1980-03-25 | Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова | Способ деформации заготовки |
SU984543A1 (ru) * | 1981-06-22 | 1982-12-30 | Казахский политехнический институт им.В.И.Ленина | Устройство управлени волочильным станом |
RU2252091C1 (ru) * | 2004-03-15 | 2005-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" | Способ волочения заготовок круглого поперечного сечения |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022082976A1 (zh) * | 2020-10-19 | 2022-04-28 | 太原理工大学 | 一种基于摩擦辊作用的复合带异温轧制方法及设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1420896B1 (en) | Method for processing a continuously cast metal slab or strip | |
Iankov | Finite element simulation of profile rolling of wire | |
US10173256B2 (en) | Radial rolling process for ring product that can control strain distribution of ring product | |
Ghassemali et al. | Optimization of axisymmetric open-die micro-forging/extrusion processes: An upper bound approach | |
Zaharia et al. | Multiple direct extrusion: A new technique in grain refinement | |
Wei et al. | Finite element analysis of deformation behavior in continuous ECAP process | |
RU2590437C1 (ru) | Способ обработки металлов | |
US9216445B2 (en) | Method of forming magnesium alloy sheets | |
Yuen et al. | The modelling of the mechanics of deformation in flat rolling | |
WO2009064217A1 (fr) | Procédé de fabrication de produits semi-finis allongés à grain ultrafin | |
US4634475A (en) | Deep-drawable aluminum sheet or strip and method of making same | |
Stroud et al. | Development of a rolling finishing system to deliver net shape components from titanium structural extruded shapes | |
JP2000202509A (ja) | 冷間タンデム圧延機の圧延方法 | |
Naizabekov et al. | Study of broadening in a combined process “rolling-pressing” using an equal-channel step die | |
Pesin et al. | Finite element analysis of symmetric and asymmetric three-roll rolling process | |
JP6115313B2 (ja) | 差厚鋼板製品の製造ライン及び製造方法 | |
Bhaduri et al. | Rolling | |
Pesin et al. | Heat transfer modeling in asymmetrical sheet rolling of aluminium alloys with ultra high shear strain | |
CN100431728C (zh) | 挤压方法和设备 | |
RU2486974C1 (ru) | Способ ассиметричной прокатки передних концов толстых листов на реверсивных станах | |
Thomson et al. | Development of a modified form of continuous equal channel angular processing (CECAP) of AA5xxx strain hardening Al-Mg alloys and a study of the resulting properties. Establishment of process parameters for in-line control | |
RU170342U1 (ru) | Деформирующая клеть | |
Dobrov et al. | TO THE QUESTION OF CLASSIFICATION OF WORKING METALS PROCESSES DURING ANALYSIS OF POWER-FORCE PARAMETERS OF THE DEFORMATION ZONE | |
RU145114U1 (ru) | Установка для непрерывного литья, прокатки, прессования и волочения цветных металлов и сплавов | |
Naizabekov et al. | Evolution of the brass microstructure during rolling in relief and smooth rolls |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170317 |