автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Формирование шероховатости проката с высококачественной отделкой поверхности посредством регулирования состояния поверхностного слоя валков

•хг.

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Магнитогорская государственная горно-металлургическая академия им.Г.И.Носова

- Г 1

2 АПР

На правах рукописи ОГАРКОВ Николай Николаевич

УДК 621.771.073:669.716:621.9.015

«ОИШРОВАНИВ ШЕРОХОВАТОСТИ ПРОКАТА С ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ ОТДЕЛКОП ПОВЕРХНОСТИ ПОСРЕДСТВОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ВАЛКОВ

Специальность 05.16.05 -Обработка металлов давлениеи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискайие ученой степени доктора.технических наук

Магнитогорск 1996

Работа выполнена в Магнитогорской горно-металлургической

акадеиии им.Г.И.Носова

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор - Л.М.Агеев; доктор технических наук, профессор - А.Ф.Пименов; доктор технических наук, профессор - В.Г.Паряин;

Ведущее предприятие - Дмитровский опытный завод алюминиевой консервной ленты

Защита состоится "16 й мая 1996 г. в 15°° часов на заседании диссертационного совета Д 063.04.01 при Магнитогорской горно-металлургической академии им.Г.И.Носова по адресу: 455000, г.Магнитогорск, пр.Ленина, 38. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке акадеиии. Автореферат разослан "12 " апреля 1996 г. •

Ученый секретарь / //

диссертационного совета (7> /¡V) .¡¡ШрЦУ В.Н.Селиванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Проблема выпуска прокатной продукции с отделкой поверхности в соответствии с потребительскими свойствами относится к наиболее сложным ввиду специфических требований к состоянию их поверхностного слоя по регулярности и плотности пиков микрорельефа, изотропности или направленной анизотропности шероховатости, адгезии с покрытиями, отражательной способности и другим показателям.

Решение этой важной научно-технической проблемы во многом сдеряивается из-за несовершенства разработок, регламентирующих параметры иероховатости в зависимости от потребительских свойств прокатной продукции, и математического описания закономерностей, в соответствии с которыми осуществляется воздействие на структуру ее шероховатого слоя в технологическом процессе.

Перспективным,-направлением получения холоднокатаных полос с дифференцированным качеством отделки поверхности лицевой и обратной стороны является активизация сил трения в очаге деформации за счет применения разношероховатых валкрв. Такой процесс относится к одному из наименее исследованных видов несимметричной прокатки. Особенно малочисленными являются исследования в области отделки поверхности проката из цветных металлов, в частности, из алюминия и его сплавов.

Создание теоретических и технологических основ формирования структуры псроховатости проката в соответствии с потребительскими свойствами является актуальным и способствует решению проблемы вы- . пуска отечественной конкурентоспособной продукции, используемой в полиграфической, светотехнической, пищевой, электронной и других отраслях.промывленности.

Работа выполнялась в рамках государственной ко тлексной НИОКР по созданию новых эффективных способов изготовления прокатных валков повышенной надежности и долговечности,программ, выполненных по единому заказу-наряду и финансируемых из средств государственного бюджета и системы грантов.

Цель работы. Разработка теоретических и технологических основ формирования шероховатости прокатываемого металла с одинаковой и дифференцированной микрогеометрией поверхностей, и создание прокатной продукции из алюминия и его сплавов с отделкой поверхностей в соответствии с ее потребительскими свойствами.

Научная новизна. Расширены и уточнены требования к структуре шероховатого слоя прокатной продукции, используемой в полиграфической, пищевой и светотехнической отраслях промышленности. Выполнен экспериментально-аналитический анализ структуры шероховатого слоя проката из алюминия и его сплавов, сформированного в очаге деформации и вне его с использованием электрохимического и щеточного зернения. Дано математическое опис&киг распределения материала в шероховатом слое полосы и прокатных валков при различных видах обработки и холостой обкагке их в клети.

Введена характеристика сближения шероховатых поверхностей, контактирующих через слой смазочного материала. С использованием эластогидродинамической теории смазки уточнен метод расчета толщины смазочной пленки в очаге деформации.

Получены экспериментальные данные и построена математическая модель формирования шероховатого слоя полосы, учитывающая изменение его исходных параметров в зоне отставания, отпечатываемость оерохо-. ватости валка на. полосе в нейтральной зоне и искажение отпечатанного микрорельефа в зоне опережения,при отсутствии или наличии в очаге деформации смазочной пленки. Разработан аналитический метод

оценки протяженности аон скольжения, влияющих на процесс формирования шероховатости полосы при прокатке в валках с одинаковой и различной шероховатостью поверхностей.

Решена задача по перемещению гиперболического индентора по поверхности пластического полупространства, что позволило смоделировать процесс взаимодействия деформирующего и режущего инструмента с обрабатываемой поверхностью валка. Разработан комплекс математических моделей, позволяющих рассчитать параметры шероховатости, глубину и степень наклепа поверхностного слоя валков при лезвийной, абразивной и дробеметной видах обработки с учетом изменения их при холостой обкатке в клети. Предлояен критерий оценки повреждаемости поверхностного слоя валка на стадии его изготовления.

Получены новые данные о влиянии микропрофиля поверхности полосы из алюминия и его сплавов на отражательную способность, рас-текаемость фоторезиста, тиражестойкость офсетных форм и адгезию к пищевому лаку и полипропилену.

Практическая ценность и реализация работы. Полученные научные результаты послужили базой для разработки технологии получения прокатной продукции из алюминия и его сплавов с высококачественной сиделкой поверхности. Технология включает производство:

- ленты, используемой для изготовления консервной тары, обеспечивающей равномерность покрытия и снижение расхода пищевого лака по сравнению с типовой лентой в 1,5...1,6 раза;

- ленты, используемой для изготовления промышленных светильников, обеспечивающей повышение отражательной способности по сравнению с типовой лентой на 15...23 X;

- ленты, используемой для изготовления офсетных форм, обеспечивающей увеличение растекаемости фоторезиста в 2 раза и стойкости офсетных форм до 250 тыс. оттисков по сравнению с 60 тыс.,

изготовленных из типовой ленты;

- ленты, используемой для изготовления ламистеэа, обеспечивающей сокращение расхода лака на 12 % и увеличение выхода годной продукции на 2...3

Сформулированные требования к состоянию поверхностного слоя валков в зависимости от потребительских свойств прокатываемой ими продукции, сконструированные и изготовленные новые вальцетокарные инструменты (A.C. 1230799 СССР),способ и режимы ДМО валков и маг-нитопорошковый дефектоскоп составили основу для разработки и внедрения в производство технологии обработки прокатных валков, обеспечивающую формирование их поверхностного слоя с заданным уровнем характеристик(.

Результаты работы внедрены на Кушвинском заводе прокатных валков, Магнитогорском металлургическом комбинате, Дмитровском опытном заводе алюминиевой консервной ленты, ПО "Периодика", Можайском ПК, ПО "Детская книга", Калининском ПК (г.Тверь), ПО "Ват-ра", Винницком заводе упаковочных изделий, Вестянобаночной фабрике Астраханского рабоконсервнохолодильного комбината.

Представленные в диссертационной работе модели и алгоритмы использовались в учебном процессе МГМА.и Аннабинского университета в лекционных курсах "Процессы формообразования и инструменты", "Оборудование прокатных цехов", а также на практических и лабораторных занятиях, в курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах: Межгосударственных (Аннаба, Алжир 1976, 1977 гг., Магнитогорск.1994 г.), всесоюзных (Ташкент 1984, Абакан 1988, Липецк 1989, Луцк.1989, Свердловск 1990), республиканских (Пермь 1990, Винница 1991), региональных (Курган 1990, Нижний Новгород 1993), Российской

(Екатеринбург 1995), а также на ежегодных научно-технических конференциях Магнитогорской государственной горно-металлургической академии (1979-1995 гг.).

Публикации. По результатам исследований и разработок опубликовано 3 монографии, 1 справочник и 49 научных статей, докладов, тезисов докладов, изобретений и учебних пособий, кроме того, материалы диссертации приведены в отчетах по НИР, выполненных при участии и под руководством автора (номера гос.регистрации 79024712, 01840028380, 01880014542, 01870042601, 01880014543, 01900013662, 01900020279, 01910018374, 01920014100 и др.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 291 наименования, иллюстрирована 91 рисунком.

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:

- экспериментальные данные и математическое описание распределения материала в шероховатой слое поверхности валка и полосы;

- математическая модель переноса микрорельефа поверхности валка на полосу, учитывающая распределение материала в шероховатом слое подката и поверхности валка при различных способах их обработки и степень асимметрии очага деформации;

- алгоритм расчета параметров шероховатости прокатываемой полосы с одинаковой и дифференцированной отделкой поверхностей;

- метод расчета толщины смазочной пленки в очаге деформации;

- критерий оценки повреждаемости и совокупность моделей процесса пластической деформации и формоизменения поверхностного слоя прокатных валков при взаимодействии с режущим и деформирующим инструментами;

- результаты исследований влияния микрогеометрии поверхности ■полосы1на ее отражательную способность, тиравестойкость офсетных

форм, адгезии к пищевому лаку и другие потребител!окие свойства;

- рекомендации по совершенствованию процесса прокатки полиграфической, светотехнической и консервной ленты из алюминия и его сплавов, методы и режимы обработки валков, новые конструкции обрабатывающих инструментов.

Личный вклад автора заключается в постановке и творческой разработке задач исследования, включая их самостоятельное решение, проведение экспериментов и внедрение результатов исследований в производство и учебный процесс.

СОДЕР1АНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит в краткой форме изложение актуальности, научной новизны, практической ценности, реализации работы и предмета защиты. Показано, что создание теоретических и технологических основ формирования структуры шероховатого слоя проката из алюминия и его сплавов в соответствии с потребительскими свойствами является решением научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

1. Теория и практика формирования поверхностного слоя прокатной продукции (литературный обзор)

Вопросам отделки поверхности прокатной продукции уделяется постоянное внимание. Большой вклад в.изучение общих закономерностей и особенностей формирования характеристик поверхностного слоя прокатных валков и деформируемой полосы внесли: Г.Э.Аркулис, М.А.Беняковский, В.Г.Бочкарев, В.К.Белов, А.П.Грудев, С.М.Гурин, В.Д.Голев, Н.Т.Грабарев, Л.Д.Девятченко, А.И.Добронравов, П.И.Де-

нисов,,А.Л.Качайлов, В.Л.Колмогоров, В.П.Колесниченко, Ю.В.Липухин, В.Л.Мазур, В.И.Мелешко, В.А.Николаев, П.И.Полухин, М.Г.Поляков, А.®.Пименов, М.И.Румянцев, В.Н.Скороходов, А.И.Трайно и зарубеяные исследователи Р.Д.Бутлер, Р.И.Пуп, Д.В.Роланд и.др.

Имеющаяся в литературе информация свидетельствует о тесной связи мекду структурой шероховатого слоя холоднокатаной полосы и ее потребительскими свойствам!.

Основной объем исследований по формированию регламентированной шероховатости поверхности проката выполнен применительно к производству стальных листов и полос. Опыт освоения новых видов продукции из цветных металлов, в частности, из алюминия и его сплавов показал, что не все рекомендации, направленные на повышение качества стальных полос могут быть использованы для повышения качества алюминиевых холоднокатаных полос, ввиду специфических требований к состоянию их иероховатого слоя. Требуемое качество отделки таких полос, потребляемых в полиграфической и электронной отраслях промышленности, достигается электрохимическим и щеточным зернением. Попытки создания конкурентоспособных технологий формирования шероховатости полос в очаге деформации до настоящего времени успеха ке имели.

Микрорельеф поверхности проката формируется в очаге деформации под влиянием многочисленных факторов, находящихся в сложном взаимодействии, главным из которых является состояние поверхности прокатных валков. Однако вопросам разработки технологической системы обеспечения заданного уровня характеристик поверхностного слоя валков в процессе их подготовки для прокатки полос уделено недостаточно внимания.

Анализ опубликованных работ показывает, что формализации, т.е. математическому описаний, поддаются не все закономерности, в соот-

ветствии с которыми происходит формирование свойств поверхностного слоя валков и прокатываемой полосы, как в процессе симметричной, так и в процессе несимметричной прокатки. Нерешенной до настоящего времени является проблема математического описания распределения материала в шероховатом слое прокатных валков и деформируемой полосы. Нет обоснованных теоретических разработок по прогнозированию стандартных характеристик шероховатости поверхности, степени повреждаемости, глубины и степени пластической деформации при различных отделочно-упрочняющих методах обработки валков.

Существующие математические модели, описывающие процесс переноса микрорельефа валков на прокатываемую полосу, построены в предположении, что все шероховатости поверхности валка идентичны, расположены на одном уровне и взаимодействуют с поверхностью полосы в одинаковой степени, проскальзывание между поверхностью валка и прокатываемой полосой отсутствует, поверхность полосы, формируемая на предыдущих переделах, является идеально гладкой,напряше-ние течения от масштабов зон деформации не зависит. Подобные упрощения приводят к грубой аппроксимации процесса отпечатываемости шероховатости валка на поверхности полосы, поскольку не учитывают реальной геометрии контактных поверхностей. Теоретические методы оценки коэффициента отпечатываемости в условиях несимметричной прокатки в настоящее время отсутствуют.

Используемые в теории ОВД методы оценки толщины смазочной пленки в очаге деформации основаны на допущениях классической гидродинамики. Условия работы смазочного материала в очаге деформации относятся к области тонкопленочных, когда-на толщину смазочной пленки, наряду с гидродинамическими параметрами, существенное влияние оказывают упругие свойства материалов валков и полосы, температура и шероховатость контактирующих поверхностей..

Формулы для расчета параметров шероховатости прокатываемой полосы, полученные в результате регрессионного анализа,адекватно отражают процесс только для конкретных условий прокатки. Универсальные формулы выведены с использованием идеализированной модели микропрофиля. Эффективность их использования зависит от степени приближения идеализированной формы микропрофиля к реальной структуре шероховатости, точности оценки толщины смазочной пленки в очаге деформации и других факторов.

В литературе имеются лишь разрозненные сведения о взаимосвязи параметров шероховатого слоя алюминиевой ленты, используемой в полиграфической, светотехнической, пищевой и других отраслях промышленности с ее потребительскими свойствами. Трудности в использовании информации связаны с отсутствием единого комплекса показателей шероховатого слоя, используемых в исследованиях. Наибольшее внимание исследователи уделяли параметру 1?а , меньшее 5т и лишь в единичных работах имеется информация об относительной длине опорной поверхности или ее интерпретации.

С учетом вышеизложенного в настоящей работе были поставлены следующие задачи исследования:

- обобщить и дополнить совокупность знаний о механизме формирования и трансформации микрорельефа поверхностей валка и полосы из алюминия и его сплавов при различных условиях прокатки и способах обработки валков;

- разработать систему теоретического и технологического обеспечения управления структурой шероховатости формируемой полосы . тосредством регулирования состояния поверхностного слоя валка;

- разработать комплекс математических моделей, позволяющих )писывать структуру шероховатого слоя, полосы, сформированного в :имметричном и несимметричном очагах деформации,и состояние

поверхностного слоя валков;

- получить данные о влиянии структуры шероховатого слоя поверхности полосы, из алюминия и его сплавов на отражательную способность, растекаемость фоторезиста, тираяестойкость офсетных форм, адгезию к пищевому лаку и полипропилену и другие потребительские свойства;

- усовершенствовать технологию изготовления полиграфической, светотехнической, консервной ленты и ламистера с целью получения отделки поверхности в соответствии с потребительскими свойствами.

2. Методика проведения исследования

Исследования качества поверхностного слоя, проведение экспериментов, прокатка опытных партий ленты, внедрение результатов работы проводились применительно к ленте из алюминиевых сплавов марок А5, А6, АМг2, АМЦ. Основная часть продукции покрывалась пищевым лаком (ТУ-6-1845-81), печатной краской или пропиленовой пленкой (ГОСТ 26996-86).

Промышленные эксперименты проводились на стане кварто 1350. фирмы " SKET " и шестивалковым отане конструкции ВНИИМЕТМАШ. Основной объем исследований проведен с использованием валков диаметром 280 мм с длиной бочки 1350 мм, изготовленных из стали марок 9Х2МФ и 9Х2Ш1 с твердостью 90...100 HSD . Подготовку валков для прокатки осуществляли на вальцешлифовальном станке "5AXW 100x4000" (Германия). Дробеметная обработка валков осуществлялась -на установке Рапдбогп 310 MR (Италия). Фракция дроби составляла 0,2...1,5 мм.

Предварительные исследования по насечке валков проведены на образцах, изготовленных из рабочих валков двадцати валкового стана "700 Э" из стали 9Х2МФ диаметром 40 мм. Подготовку валков (перешлифовку) производили на вальцешлифовальных станках ХШ-?78. Насечка образцов на установке РаПфбогТ! 310 МР осуществлялась с помощью специального приспособления, которое было сконструировано и изготовлено под руководством и при участии автора.

Контроль состояния поверхностного слоя прокатных валков включал:

- выявление дефектов на поверхности валка;

- замеры параметров шероховатости на рабочих валках;

- замеры шероховатости и снятие профилограмм с образцов для

ДНО;'

- замеры микротвердости на образцах по глубине поверхностного

слоя;

- определение остаточных напряжений на образцах.

С Целью обнаружения трещин в поверхностном слое валка была разработана конструкция магнитопорошкового дефектоскопа, имеющего высокую чувствительность и питающегося от электросхемы станка. Использование дефектоскопии позволило исключить из экспериментов валки с трещинами и прокатать экспериментальными валками максимально возможный объем металла.

Измерение твердости поверхности валков производили переносным прибором типа склероскопа Шора динамическим методом. Распределение твердости по глубине поверхностного слоя, а также глубина и степень накл.па определялась с помощью микротвердомера ПМТ-3. Величина остаточных напряжений в поверхностном слое валков определялась по способу разрезных колец.

Все виды алюминиевой ленты, предназначенные дл ( офсетных форм, отражателей промышленных светильников, жесткой и полужесткой консервной тары, различных видов упаковок и другой продукции подвергались общим и специальным исследованиям.

Общим для всех видов ленты являлся контроль параметров шероховатого слоя. Измерение параметров шероховатости и запись профи-лограмм производилось на приборах "Телисерф-4" фирмы "Ренк Тейлор Госон" (Англия), "Профилометр - профилограф-252" и "Суртроник-2" (Дания). Для визуального определения формы микронеровностей поверхности ленты использовали микроскоп М1Ы -2,6 (Япония). Изображение выводилось на экран монитора.

Кроме контроля параметров шероховатости поверхностного слоя, алюминиевая лента подвергалась специальным испытаниям. В-зависимости от потребительских свойств замеряли механические свойства ленты, коэффициент отражения, растекаемость фоторезиста, адгезионную прочность с лицевым лаком, полипропиленовой пленкой и печатным изображением, стойкость консервной тары в агрессивных средах.

3. Исследование и разработка способов управления параметрами шероховатости холоднокатаной алюминиевой ленты

В настоящем разделе диссертации разработана система выбора параметров поверхностного слоя холоднокатаной ленты и методы их достижения в зависимости от ее потребительских свойств. Расвирены, уточнены и выделены доминирующие требования к структуре шероховатого слоя ленты из алюминия и его сплавов, используемой в пищевой, полиграфической и светотехнической отраслях промышленности.

Показано, что структура шероховатого слоя прокатываемой полосы может быть охарактеризована параыетраыи.по ГОСТ 2789-73, коэффициентами анизотропии по высотным ( Кр ) и шаговым ( ) параметрам в сочетании с дополнительными характеристиками.

В качестве дополнительной характеристики структуры шероховатости поверхности введен коэффициент равномерности микрорельефа

К„ =(? /1? , позволяющий регламентировать равномерность пи-г тих а

ков при использовании поверхности для нанесения покрытий. Установлено, что поверхность металла, прокатанного в насеченных дробью валках, имеет коэффициент Кр меньший в 1,1...1,7 раза по сравнению с поверхностью металла, прокатанного в шлифованных валках. Меньшие значения Кр способствуют более равномерному распределению покрытия на поверхности проката и, как следствие, уменьшению расхода материала покрытия. В частности, применение ДМО для валков, прокатывающих ленту из АМг2 для консервной тары, позволяет снизить расход пищевого лака в 1,5...1,6 раза и исключить повреждаемость лакового покрытия при ее штамповке.

Проведены исследования по влиянию структуры шероховатого слоя полосы из алюминия и его сплавов на смачиваемость и отражательную способность. Установлено, что смачиваемость тем лучше, чем равномернее структура шероховатости, т.е. чем меньше значение кр и ближе к единице, параметры Кя и К5 . Повышенной отражательной способностью обладает лента, на поверхности которой сформирован микрорельеф со скругленной формой верим и без резко выступающих пиков. Получены экспериментальные данные, свидетельствующие, что лента из сплавов АМг2 и А6, прокатанная в насеченных дробью валках, обеспечивает растекаемость фоторезиста в 2 раза больше, чем лента прокатанная в шлифованных валках и имеет коэффициент отражения на 15—23 % выше, чем у ленты, прокатанной в полированных валках.

Получены результаты по влиянию структуры шероховатого слоя поверхности валков на формирование механических свойств полосы из алюминия и его сплавов. Установлено, что в диапазоне й0 = 0,1... 0,6 мкм способ подготовки валков изменяет величину временного сопротивления полосы менее, чем на 5 % независимо от направления испытаний. Относительное удлинение для ленты, прокатанной шлифованными и полированными валками отличается на 20 % в зависимости от направления испытания, в то время как для ленты, прокатанной в валках после ДМО, это различие составляет не более 3 %. Применение ДМО валков увеличивает не только равномерность механических свойств ленты, но и увеличивает относительное удлинение на 23...44 X по сравнению с лентой, прокатанной шлифованными валками, что повысило качество штамповки при глубокой вытяжке.

Исследованы возможности управления параметрами шероховатости ленты регулированием состояния поверхностного слоя валков. Получены экспериментальные данные по структуре шероховатого слоя прокатываемой полосы при использовании шлифованных, полированных и насеченных дробью валков с последующей обкаткой их в клети и без нее. Структура шероховатости поверхности проката, сформированная в шлифованных и полированных валках характеризуется ярко выраженной анизотропностью по высотным ( =0,3...О,4) и шаговым параметрам (К5 = 2,8...3,2). Шероховатость поверхности проката, сформированная в насеченных дробью валках, характеризуется более изотропной структурой (Кв = 0,9...1,05; К5 » 1,6...1,9). Применение холостой обкатки валков в клети позволяет получить ленту с меньшей шероховатостью по параметру (?0 и с большей опорной поверхностью и сократить время на стабилизацию параметров шероховатости полосы между перевалками.

Получены данные по коэффициенту переноса шероховатости валка на ленту при прокатке алюминия и его сплавов,; Экспериментально установлена взаимосвязь между величиной опорной поверхности шероховатости валка и коэффициентом отпечатываемости. По этой причине коэффициент переноса микрорельефа полированного валка на 15...20 Ж меньше, чей валка, подвергнутого ДМО, как по высотным, так и по шаговым параметрам. .

Исследованы возможности управления параметрами шероховатости поверхности ленты изменением режимов прокатки. Получены данные по . изменению высотных и шаговых параметров шероховатого слоя полосы с изменением величины обяатия и скорости прокатки. Показано, что увеличение обжатия полосы при прокг.тке в насеченных дробью валках способствует формированию изотропной поверхности по высотным параметрам и анизотропной - по шаговым (рис.1). Скорость прокатки оказывает влияние на высотные параметры шероховатости полосы и практически не оказывает влияния на шаговые параметры. В условиях прокатки металла со смазочным материалом увеличение обжатия увеличивает коэффициент переноса шероховатости валка на полосу, а увеличение скорости прокатки уменьшает.

Исследованы параметры шероховатых поверхностей ленты после прокатки парой валков с разной подготовкой рабочих поверхностей (ДМО-плифоваНный, полированный-шлифованный).

Показано, что прокатка в разношероховатых валках формирует на лицевой и обратной поверхностгх полосы шероховатость с меньшими значениями параметров и бт по сравнению с прокаткой в валках с одинаковой обработкой.

Исследована трансформация микрорельефа полосы по мере износа шлифованных и насеченных дробью валков. Износ поверхности валков уменьшает высотные параметры шероховатости ленты и увеличивает

шаговые параметры вдоль оси прокатки независимо от зида обработки валков. Шаговые параметры поперек оси прокатки изменяются незначительно. Кривые опорной поверхности принимают более крутой вид на начальном участке и более пологий вид в конечной области. Стабилизация высотных параметров микрорельефа полосы наступает после прокатки сплава АМг2 30...35 т в шлифованных и 40...50 т в насеченных валках (рис.1).

Проведены сравнительные исследования параметров шероховатого слоя ленты, сформированного в очаге деформации прокаткой в шлифованных и насеченных дробью валках, и вне его с использованием установок щеточного и электрохимического зернения. Установлено, что лента из сплава АМ.г2 и А6 после прокатки валками, подвергнуть».«! ДМО, имеет более широкий спектр потребительских свойств по сравнению с лентой, обработанной электрохимическим или щеточным зернением. Лучшие свойства ленты, прокатанной в валках после ДМО связаны с наличием в составе микрорельефа скругленных выступов и впадин, отсутствием резко выступающих пиков и изотропностью.

Полученные результаты послужили основой для разработки структуры технологического обеспечения параметров шероховатости полосы с учетом ее потребительских свойств. Технологическое обеспечение параметров шероховатого слоя прокатываемой полосы реализуется выбором методов, оборудования и технология подготовки валков и подката и целенаправленным использованием режимов прокатки и смазочного материала в механизме переноса шероховатости валков на полосу.

Отмечено, что реализация целенаправленного технологического обеспечения параметров шероховатости прокатываемой попосы затруднена из-за отсутствия моделей,адекватно отражающих реальные процессы переноса шероховатости валков на полосу с учетом вида их обработки.

Изменение шероховатости ленты в зависимости от веса прокатываемого сплава АМг2 •

ка,

мкЦ 0,25

015

М*Л?

аз 0,2

о ч №

<Ъ°о н

о)

го 40 60 т

о

о

б)

мкм 200

{00

М.КМ 80

60

Л *

_АА

ДА

го ао во т

А ^ И

Д

40 80 {20 т

4-0 80 /20 т а - валки шлифованные; б - валки после ДМО; О,Л - вдоль прокатки; о, А - поперек прокатки

Рис.1

Расчетные и экспериментальные кривые опорных поверхностей

0,2 0,4- 0,6 0,8 у

-- - расчет; ---- эксперимент; обработка

валков: I - точение, 2 - шлифование, 3 - полирование, 4 - ДМО

Рис.2

4. Разработка аналитического метода определения параметров шероховатости прокатываемой полосы

В работе дано математическое описание распределения материала в шероховатом слое поверхности валков и прокатываемой полосы для всего диапазона опорной кривой. Опорную кривую предложено

описывать уравнениями у

t'p=6q в области (1)

» У

tp= в области 'Ч^'Ч^'I .

Здесь 6 , V - параметры, зависящие от вида обработки;

, С - относительный уровень и коэффициент пропорциональности, соответствующие точке сопряжения кривых, построенных по уравнениям (1) и (2).

Использование условий неразрывности t'p « t"p и плавности сопряжения dtp/di^ = OÍtp/o/^ при значении ^ = ^ дает

с^-одГ]'"",

Обработкой профилограмм получены значения параметров Ь и V для валков, обработанных точением, шлифованием, полированием, ДМО, до и после их холостой обкатки в клети, а также для прокатанной ими ленты. Совпадение расчетных и экспериментальных опорных кривых удовлетворительное во всем диапазоне изменения относительного уровня шероховатого слоя (рис.2).

В осневу расчетов степени отпечатываемости микронеровностей валка на полосе положены результаты исследований процесса внедрения системы одноуровневых (Р.Хилла, Л.Прандтля, В.В.Соколовского, А.С.Ишлинского) и разноуровневых (И.Г.Горячевой, М.Н.Добычина)

штампов в пластическое и упругопластическое полупространства и процесса смятия системы выступов.

Разработана методика-оценки степени переноса микронеровностей поверхности валка на деформируемую полосу, распределенных по уровням в соответствии с опорными кривыми реальных шероховатых слоев. В основу методики положен тот факт, что силы, действующие на фактических площадях контакта и определяющие интенсивность заполнения микровпадин, уравновешиваются силами, действующими на контурных площадях. С учетом закономерностей формирования фактической площади контакта в очаге деформации, соотноиение для расчета степени переноса шероховатости валка на полосу принимает вид

[ме^и-ос^ г\гРс? л

где К - коэффициент, 'учитывающий степень заполнения единичной микровпадины валка деформируемым материалом; уп - коэффициент трения материала полосы о поверхность валка; М - масштабный коэффициент;

эффективное напряжение течения деформируемого материала,

(р= _

^■тахв ' ~ маисимальная высота шероховатостей поверхностей

валка и полосы; (Ээ- удельное давление деформируемого металла на валки; с£ - коэффициент, учитывающий напряженно деформированное состояние и физико-химические свойства контактирующих поверхностей;

& - степень обжатия полосы при данном проходе;

~ среднеинтегральное значение кривой опорной поверхности шероховатости валка.

С целью учета влияния смазочной пленки на прсцесс формирования шероховатости полосы, предложен метод расчета размеров и формы смазочной пленки с учетом возможных изменений свойств смазочного материала и деформации контактных поверхностей валка и полосы. Метод основан на эластогидродинамической теории смазки и включает совместное решение уравнений, определяющих распределение давления, зависимости вязкости от давления и толщины смазочной пленки вдоль оси прокатки..

Геометрия деформированной поверхности валков определялась решением задачи Фламанта. При решении сделано допущение, что деформация цилиндрического валка в случае сухого контакта и в условиях поступления смазочного материала в очаг деформации одинакова. Показано, что расчетная форма смазочной пленки клиновидная, с уменьшением толщины к выходу из очага деформации, причем чем больше вытяжка, тем значительнее это уменьшение.

Проведены эксперименты по определению толщины смазочной пленки при прокатке алюминиевых сплавов АМг2, Аб и АМЦ. Расчеты и эксперименты показали, что толщина смазочной пленки изменяется от нескольких десятых, до нескольких микрометров р зависимости от применяемого материала и условий прокатки. Толщина смазочной пленки при использовании полированных валков на 33 % меньше, чем при использовании насеченных валков.

Введена характеристика сближения шероховатых поверхностей, контактирующих через слой смазочного материала'-

У^-талв + К'тпах п (5)

Ь/Я + \/|?тв*8 + I? шал л »

где 7 - постоянная аппроксимирующей функции эргодического процесса в зоне отставания; Э, - скольяение в зоне отставания;

II - средняя толщина смазочной пленки в очаге деформации.

Разработан теоретический метод определения параметров шероховатости прокатываемой полосы в условиях частичного формирования ее микронеровностей непосредственно в к-штакте с поверхностью валка и частично в условиях контактирования через слой смазочного материала. С учетом допущения единой закономерности изменения опорной поверхности при сближении шероховатых поверхностей со смазочным материалом и без него получена зависимость

где (?ов , (? - шероховатость валка и подката по параметру

К - коэффициент отпечатываемости при прокатке полосы без смазочного материала;

£ - постоянная аппроксимирующей функции эргодичес-с

кого процесса для зоны опережения; - скольжение в зоне опережения; £ - степень деформации;

С - коэффициент пропорциональности, определяемый структурой и свойствами материала полосы;

Полученная зависимость отражает тот факт, что при равных параметрах шероховатости и толщины смазочной пленки шероховатость поверхностей прокатанной полосы зависит от способа подготовки

контактного скольжения в зонах отставания и опережения. Влияние исходной шероховатости полосы проявляется в большей степени при малых значениях обжатия и повышенных толщинах смазочной пленки и

(6)

каждого из валков, степени асимметрии очага деформации и величины

практически не сказывается на конечной шероховатости при больших степенях обжатия прокатке без поступления смазочного материала в очаг деформации.

Разработана методика расчета полоаения нейтрального сечения очага деформации, величин скольжения в зонах отставания и опережения при прокатке полосы в рззношероховатых валках, которая в отличии от известных методик не требует использования итерационных процессов и знания кривизны прокатываемой полосы. Решение получено исходя из уравнения равновесия применительно к холодной прокатке полосы с изменением сопротивления де{ормации вдоль дуги контакта по параболической зависимости. Величину опережений со стороны шероховатого ( 5< ) и гладкого ( Б2 ) валков, влияющих на параметры шероховатости прокатываемой полосы, предлокено оценивать по зависимостям:

s,=

j -1 - бо/буо

< - SyfeijOCi р-б/бчя

<1/2 S

h v

Al

5-11

Rep

Rep

где S, - переднее и заднее натягаение полосы;

€5 . Sep," сопротивление де^рыации металла в начале и конце пластической зоны;

Ah - обжатие;

- толщина прокатываемой полосы;

R • <3ф - средние в очаге деформации коэффициент тре-мия, радиус валков и сопротивление металла деформации ;

> бф - то же на контакте о валком, имеющим больший коэффициент внешнего трения; И.;

I - длина зоны пластической деформации;

(?2- радиус валка, имеющий меньший коэффициент внешнего трения.

Полученные расчетные зависимости зон скольжения использовались на стадии проектирования технологического процесса при оценке параметров шероховатости для лицевой и обратной поверхностей полос из алюминия и его сплавов, прокатываемых в разношероховатых валках.

Адекватность расчетной модели реальному процессу формирования шероховатости на деформируемой полосе с одинаковой и дифференцированной отделкой поверхностей подтверждена результатами прокатки алюминиевых сплавов АМг2, Аб и АМЦ со смазочным материалом "Укри-нол 205" и алюминиевых полос с касторовым маслом.

5. Систематизация параметров поверхностного слоя валков и управление ими при различных способах обработки

Анализ экспериментальных и теоретических исследований по формированию качественных характеристик поверхностно!J слоя прокатных валков в процессе их подготовки и трансформации их в процессе эксплуатации показал, что явления, происходящие на контакте валок-полоса, определяются системой параметров шероховатого слоя (по ГОСТ 2789-73) и их пространственным сочетанием, физико-химическим состоянием поверхностного слоя, физико-механическими свойствами материала и условиями их изготовления или функционирования.

Систематизация параметров поверхностного слоя валков и выявление возможностей управления ими при различных способах обработки предопределило дальнейшую структуру исследований.

Проведено комплексное исследование состояния поверхностного слоя валков при точении, шлифовании, полировании, дробеметной обработки (ДМО) и обработки индентором с наложением ультразвука. Получены экспериментальные данные по влиянию режимов обработки на величину параметроа йа и 5т , вид опорной кривой и коэффициенты анизотропии по высотным ( ) и шаговым параметрам ( К3 )• Показано, что полирование обеспечивает наибольшую опорную поверхность шероховатого слоя. Наиболее изотропная структура шероховатости формируется в процессе ДМО ( Ке = 0,84...О,89 и К{ = 0,71... 0,92) и при обработке индентором с наложением ультразвука ( = 0,78...0,96 и = 0,74...0,92).

Исследована возможность формирования шероховатой поверхности валков с 1?а = 0,05.. .0,6 мкм отмеченными способами обработки. Уточнены требования к выбору характеристик инструмента и режимам обработки для получения шероховатости в заданном диапазоне ее параметров. Показана нецелесообразность использования изношенного инструмента (В0К-60, композит 01, 05, 10) при точении и целесообразность использования изношенной дроби фракции 0,2...0,4 мм при ДМО для получения поверхности с низкой шероховатостью. С целью снижения интенсивности износа инструмента при точении под руководством и участии автора разработана и защищена авторским свидетельством конструкция вальцетокарного инструмента с испарительным охлаждением.

Проведены эксперименты по оценке величины и характера распределения остаточных напряжений в поверхностном слое валков. Механические способы обработки валков формируют в поверхностном слое

остаточные напряжения растяжения или сжатия. Наибольшие остаточные напряжения растяжения (до +750 МПа) и наименьшая глубина их распространения (до 0,04 мм) наблюдаются при шлифовании. Наибольшие остаточные напряжения сжатия (до -550 МПа) получены при ДМО.

. Изучено изменение твердости в поверхностном слое прокатных валков при различных способах обработки. Установлено, что для исследованных диапазонов режимов обработки максимальные значения глубины и степени наклепа соответствует ДМО (0,2...0,7 мм) и точению (0,1...0,28 мм), минимальные - шлифованию (0,02...0,07 мм) и полированию (0,01...0,05 мм).

Сопоставление характеристик поверхностного слоя, сформированного различными способами, и учет возможностей отделочно-упрочняю-щих процессов позволило в дальнейшем отдать предпочтение ДМО, сочетающей высокую производительность, гибкость регулирования и широкие возможности процесса в формировании поверхностного слоя валка с требуемым уровнем характеристик.

Исследована возможность регулирования параметров шероховатости рабочих поверхностей валков методом их холостой обкатки в клети. Установлено, что обкатка валков в клети сопровождается существенным уменьшением высотных параметров и увеличением опорной поверхности и незначительным изменением шаговых параметров и анизотропии их шероховатого елок. Сформированный в результате холостой обкатки валков поверхностный слой сочетает в себе свойства шероховатой . (способность сохранять смазочный материал во впадинах микрорельефа) и гладкой поверхности (малая нагруженность микровыступов и повышенная износостойкость микрорельефа).

Полученные результаты послужили основой для разработки схемы технологического обеспечения требуемых параметров состояния

поверхностного слоя прокатных валков, включающих: определение системы параметров, обеспечивающих функциональные свойства поверхности; регламентирование параметров с учетом допустимых пределов их изменения; выбор методов и режимов обработки, обеспечивающих заданные параметры поверхностного слоя, исходя из возможностей существующего уровня производства.

6. Разработка аналитических методов управления параметрами состояния поверхностного слоя прокатных валков

В данной главе разработаны аналитические методы оценки повреждаемости, шероховатости, глубины и степени наклепа поверхностного слоя при различных способах подготовки валков.

Моделирование основных закономерностей пластического формоизменения материала в поверхностном слое проведено на изотропных идеально-пластичных и упрочняющихся материалах.

■Предложен метод моделирования несплошностей в поверхностиом слое прокатных валков совокупностью микротрещин (рис.3). Соотношение между приложенными напряжениями, длиной трещины и развитием пластического течения при плоском напряженном состоянии получено с использованием функции напряжения Вестергаарда. Решение получено для скалярной величины П , характеризующей поврежденность поверхности валка в процессе взаимодействия с обрабатывающим инструментом.

Наличие ловрежденности соответствует неравенству 0«П£1. Отсутствие поврежденности соответствует значению П = 0. Максимальная поврежденность имеет место при Л = 1. Поврежденность поверхности валков снижается с уменьшением толщины среза, увеличением

скорости относительного перемещения инструмента и валка, при применении смазочно-охлаждагощего технологического средства и использовании острозаточенного инструмента.

Моделирование пластической деформации и разрывов в поверхностном слое валка при взаимодействии с инструментом гиперболической формы

Рис.3

С использованием методов теории пластичности и разрушения решена задача по определению интенсивности деформации при Перемещении гиперболического индентора по поверхности пластического полупространства (рис.3); Полученное решение послужило основой для разработки комплекса моделей по оценке параметров шероховатости, глубины и степени наклепа поверхностного слоя валков при обработке их лезвийным и абразивным инструментами. Расчетные за-• висимости для шлифования и полирования выведены с учетом эргодичности процесса.

Расчеты и эксперименты показываютчто для каждого вида обработки существует минимально достижимая шероховатость поверхности прокатного валка. Для абразивной обработки минимально достижимая величина шероховатости равна 3,1 10"^ d » а для алмазных кругов 7,7 10"® d . где d - размер зерна. Соответственно для абразивных шлифовальных кругов с зернистостью 16 и 40 минимально достижимая шероховатость составит 0,05 и 0,124 мкм. Алмазные круги при аналогичной зернистости позволяют достигнуть шероховатость 0,012 и 0,1 Л мкм.

Теоретически обоснован тот факт, что в процессе шлифования и полирования невозможно добиться изотропной поверхности прокатных валков за счет увеличения числа выхаживаний. Это связано с тем, что при бесконечном увеличении числа выхаживаний шаговый параметр поперечной шероховатости стремится к нулю, а шаговый параметр продольной шероховатости стремится к конечному значению.

С использованием методов теории пластичности и упругости смоделирован процесс дробеметной обработки прокатных валков. Разработан аналитический метод определения параметров шероховатости бочки валка после ДМО. В решении учтены: исходная шероховатость поверхности валка, инерционная составляющая сопротивления внедрению дроби, сплющивание дроби при ударе и упругое восстановление материала валка. В результате получены зависимости:

для единичного удара дроби

oc^cp V3(He+:[pgtfV & л 6J' с учетом эргодичности процесса

(7)

(8)

Н(Я'аАаа +0

"(З'тАпи+О (Ю)

где Бэ- эквивалентный диаметр дроби в результате сплющивания от удара;

V- скорость дроби в момент удара;

о£ - коэффициент, учитывающий напряженное состояние в зоне контакта и кинематические особенности взаимодействия твердых тел;

Хп - среднеинтегральное значение кривой опорной поверхности

иср

исходной шероховатости валка;

р - приведенная плотность материала дроби, соответствующая

п

размеру с»;

НВ и рб - твердость и плотность материала валка;

коэффициент сопротивления внедряющейся части дроби; коэффициент восстановления недеформированного состояния при ударе, для закаленных поверхностей К& = 0,93...О,95;

Р0и, Этпи- параметры исходной шероховатости валков;

n - число проходов факела дроби;

^ - коэффициент, зависящий от параметров дробеметной установки, для исследованных установок ДМО 0,8.

Решена задача по оценке глубины и степени наклепа поверхности валка после ДМО.

Разработана модель управления процессом формирования регламентированной шероховатости валков методом их обкатки в клети. Система расчетных зависимостей, позволяющая прогнозировать изменение шероховатости в процессе обкатки в клети, включает следующие соотношения:

/. г.'/г* I

1) для схт^аг^ г (12)

^^{о-б^.-^-^з/Лф^)^]}^ (13) для Т} < Г| «Е -I ,

где (?0и, Ра- параметры шероховатости валка до и после обкатки в клети;

- параметр, определяемый конструкцией клети и профилем валков; для стана кварто фирмы " 5КЕТ"

X = 10"2;

X) - диаметр обкатываемых поверхностей валков;

V, t - скорость и время обкатки;

- коэффициент трения между валками;

НВ - твердость поверхностей валков;

О - усилие сжатия валков в клети;

Е - модуль упругости материала валков;

I- - длина бочки валка;

Ь, V - параметры опорной кривой шероховатости валка.

Предельно возможное изменение высотных параметров шероховатости в процессе холостой обкатки валков в клети определяется параметрами опорной кривой и составляет

Зависимость (15) позволяет оценить диапазон регулирования высотных параметров шероховатости в процессе обкатки в клети. Анализ показал, что'при одинаковых ъасотных параметрах шероховатости обкатка шлифованных и насеченных валков имеет более широкий диапазон регулирования, чем при обкатке полированных валков.

Полученные соотношения позволяют прогнозировать изменение шероховатости валков в процессе обкатки в клети в зависимости от исходной шероховатости вида обработки их поверхности, физико-механических свойств материала валков, условий тренич на контакте, режимов и времени обкатки.

7. Внедрение результатов работы в технологию производства алюминиевой ленты с регламентированными параметрами шероховатости

Результаты теоретических и экспериментальных исследований послужили основой для разработки и внедрения в производство технологического обеспечения регламентированной шероховатости поверхности валка и прокатываемой полосы.

Разработана и внедрена в АО Дмитровский опытный завод алюминиевой консервной ленты технология подготовки валков для прокатки ленты из алюминия и его сплавов, используемой в полиграфической, пищевой и светотехнической отраслях промышленности. Наилучшие результаты достигнуты-сочетанием следующих способов обработки валков: _для прокатки консервной и светотехнической видов лент - шлифование-ДМО-холостая обкатка в клети, для прокатки полиграфической ленты и ламистера - шлифование-полирование-ДМО-холсстая обкатка в клети.

Применительно к производству стального проката, разработана И внедрена в АО Магнитогорский металлургический комбинат и Кушвин-ский завод прокатных валков, технология обработки прокатных валков, обеспечивающая минимальную повреждаемость поверхности в процессе их обработки. '

Разработана и внедрена на АО ДОЗАКЛ технология прокатки консервной ленты, обеспечивающая получение равномерной структуры

шероховатости поверхности и снижение расхода пищевого лака. При внедрении в производство ленты, прокатанной в соответствии с разработанной технологией, изготовлено 1988300 консервных банок. Ис- • питание и внедрение проводилось на Винницком заводе упаковочных изделий и жестянобаночной фабрике Астраханского рыбоконсервно-холо-дильного комбината. Результаты показали высокое качество покрытия , после штамповки прл уменьшенном в 1,5...1,6 раза расходе пищевого лака и высокое качество сохраняемого продукта. .

Разработана и внедрена на АО ДОЗАКЛ технология прокатки полиграфической ленты с регламентированной структурой шероховатости. Подтверядена эффективность прокатки ленты в насеченных дробью валках- с последующей обкаткой в клети.

Внедрен в производство разработанный под руководством и участии автора магнитопорошковый дефектоскоп, обеспечивающий гарантированное сошли довивание дефектного слоя валка.

Результаты ьнедрения ленты для изготовления офсетных форм со структурой шероховатого слоя, сформированной по разработанной технологии, подтверждены протоколом и актами Чеховского, Калининского (г.Тверь), Можайского полиграфических комбинатов, производственных объединений "Периодика" и "Детская книга". Тиракестойкость увеличена в 4 раза по сравнению с общепринятой и достигла 250 тис.оттисков, причем .^ормы снимались в рабочем состоянии.

Внедрение в производство светотехнической ленты, прокатанной валками с измененной технологией их подготовки, реализовано на ПО "Ватра". Испытания, проведенные в научно-исследовательском светотехническом институте (г.Москва), подтвердили повышение коэффициента отражения ленты с- новой структурой шероховатого слоя по сравнению с типовой на 15...ЯЗ %. Представленные в диссертации алгоритмы расчета параметров шероховатости, глубины и степени наклепа, толщины

смазочной пленки использованы в учебном процессе МГМА и Аннабин-ского университета.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведен комплекс экспериментальных и теоретических исследований по оценке возможностей управления параметрами шероховатости поверхности холоднокатаной полосы изменением режимов прокатки

и сочетания видов обработки валков, включая их холостую обкатку в клети. Показано, что изменение обжатия изменяет высотные и шаговые параметры шероховатости полосы. Скорость прокатки влияет на высотные параметра шероховатости полосы и практически не оказывает влияния на шаговые параметры. Изменение вида обработки валков позволяет воздействовать на высотные и шаговые параметры, вид опорной кривой и изотропность шероховатой поверхности прокатываемой полосы.

2, Систематизирован выбор параметров шероховатого слоя валков и прокатываемой полосы в зависимости от ее потребительских свойств. Расширены и уточнены требования к структуре шероховатого слоя ленты из алюминия и его сплавов, используемой в пищевой, полиграфической и светотехнической отраслях промышленности. Введен показатель равномерности микрорельефа Кр = / Яа , позволяющий регламентировать равномерность пиков при использовании поверхности для нанесения покрытий. Установлено, что применение насеченных дробью валков для прокатки алюминиевой ленты позволяет снизить величину Кр на 10...70 %, анизотропию механических свойств на 18 %

и расход пищевого лака на 50...60 % по сравнению со шлифованными валками и увеличить растекаемость фоторезиста в 2 раза и коэффициент отражения на 15...23 !? по сравнению с полированными валками. Проведены сравнительные исследования параметров шероховатости

ленты, сформированной в очаге деформаций и вне его. Установлено, что лента из сплава АМг2 после прокатки валками, подвергнутых ДМО, имеет более широкий спектр потребительских свойств по сравнению с лентой, прокатанной в шлифовальных валках и лентой, обработанной электрохимическим или щеточным зернением.

3. Дано математическое описание распределения материала в шероховатом слое валков и деформируемой полосы для всего диапазона опорной кривой. Разработана методика оценки степени переноса микронеровностей поверхности валка на деформируемую полосу, распределенных по уровням в соответствии с опорными кривыми реальных шероховатых слоев. Методика учитывает добавочное давление, прилагаемое' к деформируемому материалу для заполнения углов микровпадины, условие трения, параметры шероховатости и вид обработки поверхностей валка и полосы и масштабы объема деформации.

4. Поставлен? и решена задача по определению размеров и формы эластогидродинамичной смазочной пленки в очаге деформации с учетом возможных изменений свойств смазочного материала, деформации контактных поверхностей валка и полосы и структуры их шероховатостей. Проведены эксперименты по определению толщины смазочной пленки при прокатке алюминия и его сплавов. Введена характеристика сближения шероховатых поверхностей валка и полосы, контактирующих через слой смазочного материала. Разработан теоретический метод определения параметров шероховатости прокатываемой полосы, учитывающий изменение исходной шероховатости полосы в зоне отставания, отпечатывае-мость шероховатости валка на полосе в нейтральной зоне и искажение отпечатанного микрорельефа в зоне опережения в условиях отсутствия и поступления смазочного материала в очаг деформации. Разработан аналитический метод оценки протяженности зон скольжений, влияющих на процесс формирования шероховатости полосы при прокатке в раоно-шероховатых валках.

5. Экспериментально определены величины параметров шероховатости, остаточных напряжений, глубины и степени наклепа поверхностного слоя прокатных валков при обработке их точением, шлифованием, полированием, ДМО и индентором с наложением ультразвука. Разработан метод моделирования несплошностей в поверхностном слое прокатных валков. Предложен критерий и методика количественной оценки повреждаемости валков на стадии их обработки. Решены задачи по определению интенсивности деформации при перемещении гиперболического индентора по поверхности пластически деформируемого полупространства и при внедрении сферического индентора в шероховатую поверхность. На их основе разработаны расчетные методы определения параметров шероховатости, глубины и степени наклепа поверхностного слоя прокатных валков при лезвийной, абразивной и дробеметной обработках.

6. Получены данные по трансформации микрорельефа поверхности валков при холостой обкатке их в клети и в процессе прокатки алюминия и его сплавов. Установлено, что обкатка валков в клети сокращает время на стабилизацию параметров шероховатости полосы и способствует формированию структуры шероховатости, сочетающей ■ свойства шероховатой и гладкой поверхностей, разработана модель управления Процессом формирования регламентированной шероховатости валков методом их обкатки в клети. Получены данные по предельно возможному изменению шероховатости, валков в процессе их обкатки.

7. разработана структура технологического обеспечения параметров шероховатости валков и холоднокатаной лентн с учетом ее потребительских свойств. Разработана и внедрена в производство технология подготовки валков и прокатки полосы с регламентированной шероховатостью. Результаты диссертационной работы внедрены на предприятиях черной и цветной металлургии, полиграфической,

пищевой и светотехнической отраслях промышленности и использованы в учебном процессе обучения студентов.

Основные полонения диссертации опубликованы в следующих работах

Гун Г.С., Соколов В.Е., Огарков Н.Н. Обработка прокатных - М.: Металлургия, 1983. - 112 с.

Вальцетокарное дело /Л.А.Томашев, Н.Н.Огарков, В.Е.Соколов Челябинск: Металлургия, 1930. - 416 с. Beresovsky В..Ogarkov N. Matière didactique pour le projet de coura sur "baminerie".- Annaba: Algérie, 1974 - 46 p.

4. Ogarkov N. Equipement principal des laminoirs. -Annaba ! Algérie, 1976. - 90 p.

5. Ogarkov N. Equipement mécanique dçs tuyauteries.-Annaba s Algérie, 1977. - 180 p.

6. Огарков H.H., Соколов B.E., Гункин Ю.Г. Резец с охлаждением для обработки прокатных валков //Станки и инструмент. - 1983. -№ 1. - С.32.

7. Огарков Н.Н. Прогнозирование глубины и степени деформации поверхностного слоя валков, формируемого режущей кромкой. - М., 1983. - 8 о. - Деп. в Черметинформации. № 8Д/1867.

8. Огарков Н.Н. Сопротивление перемещению гиперболического индентора по поверхности пластического полупространства //Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. - Свердловск: УПИ, 1983. - Вып.11. - С.144.

1.

валков. 2.

и др. -3.

9. Огарков Н'.Н., Соколов В.Е., Гункин Ю.Г. Точение валков резцами, оснащенными твердосплавными пластинами с покрытиями // Станки и инструмент. - 1983. - № 8. - С.36.

10. Огарков H.H. Износ твердосплавных пластин с покрытиями при обработке прокатных валков //Станки и инструмент. - 1984. -¡P 3. - С.33.

11. Огарков H.H. Расчет сил с использованием методов теории пластичности. - Магнитогорск: МГМИ, 1984. - 45 с.

12. Огарков H.H., Кащенко Ф.Д., Гункин Ю.Г. Влияние параметров механической обработки на термостойкость прокатных валков // Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. -Свердловск: УПИ, 1985. - С.144-147.

13. Шаляпин В.В., Огарков H.H., Кащэнко $.Д. Влияние качественных характеристик поверхности валков на их износостойкость // Повышение качества и надежности машиностроительной продукции: Сб. цокл. Всесоюзн. науч. конф. - Луцк, 1989. - С.23.

14. Коломойцев В.А., Огарков H.H., Залетов Ю.Д. Улучшение качества алюминиевой ленты совершенствованием контроля и формирова-1ием рельефа поверхности валков //Прогнозирование и управление гачеством металлоизделий, получаемых обработкой давлением: Тез. д ;окл. Всесояз. науч. конф. 26-30 сент. 1988. - Абакан, 1988. -3.108-109.

15. Коломойцев В.А., Огарков H.H., Беляев А.И. Улучшение шкрогеометрйи поверхности рабочих валков совершенствованием тех-юлогии их обработки //Повышение качества и надежности машиностро-1тельной продукции: Сб. докл. Всесоюз. науч. конф. - Луцк, 1989. -1.108.

16. Огарков H.H., Залетов Ю.Д., Беляев А.И. Исследование и ыбор конструкции устройства для улучшения поверхностного слоя алков холодной прокатки //Улучшение качества холоднокатаного

проката: 'Гез. докл. Воесоюз. науч.-техн. семинара, май 1989. -Липецк; 1989. - С.21-22.

17. Огарков H.H., Залетов Ю.Д., Беляев А.И. Применение нераз-рушающего контроля в процессе перешлифовки валков холодной прокатки с целью полного устранения поверхностных трещин //Улучшение качества холоднокатаного проката: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. семинара, май 1989. - Липецк, 1989. - С.22-23,

18. Огарков H.H. Теоретическое определение контактных напряжений на поверхностях режущего инструмента //Совершенствование процессов резания и средств автоматизации для повышения производительности гибких станочных систем. Тез. докл. Зональной науч.-техн. конф. 10-11 апр. 1990. - Курган, 1990. - С.21-22.

19. Огарков H.H., Беляев А.И. Математическое моделирование процесса дробеметной обработки рабочих валков холодной прокатки // Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов давлением: Тез. докл. Респ. науч.-техн. конф. - Пермь, 1990. - С.110.

'20. Огарков H.H., Беляев А.К. Расчетная модель дробеметной обработки поверхностного слоя прокатных валков //Механика и технология машиностроения: Тез. докл. регион, науч.-техн. семинара, 30 окт.-1 нояб. 1990. - Свердловск, 1990. - С.81.

21. Огарков H.H. Развитие механики процесса резания на основе теории пластичности и разрушения //Механика и технология машиностроения: Тез. докл. регион, науч.-техн. семинара, 30 окт.-1 нояб. 1990. - Свердловск, 1990. - С.88.

22. Огарков H.H., Шаляпин В.В. Моделирование напряженно-дет Формированного состояния поверхностного слоя детали при обработке резанием //Механика и технология машиностроения: Тез. докл. регион, науч.-техн. семинара, 30 окт.-1 нояб. 1990. - Свердловск, 1990. -С.120.

23. Огарков H.H., Беляев А.И., Залетов Ю.Д. Обеспечение изотропности микрорельефа полиграфической ленты из сплава АМг2 валками насеченными дробью //Теоретические и прикладные проблемы развития наукоемких и малоотходных технологий обработки металлов давлением: Тез. докл. республ. науч.-техн. конф. - Винница, 1991. -

. С.190.

24. Огарков H.H., Шаляпин В.В., Степикин Л.А. Формирование качественных характеристик поверхности валков с целью повышения их износостойкости //Прогрессивные методы и средства обеспечения качества изготовления деталей машин: Тез. докл. науч.-техн. конф. -Н.Новгород, 1992. - С.21.

25. Огарков H.H., Беляев А.П., Агарышева Г.Т. Методы ППД прокатных валков, обеспечивающие качество ленты из сплава АМг2 //Прогрессивные методы и средства обеспечения качества изготовления деталей машин: Тез. докл. науч.-техн. конф. - Н.Новгород, 1992. -С.20.

26. Огарков H.H., Беляев А.И. Исследование влияния режимов прокатки на температуру и шероховатость ленты после прокатки // Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона. Секция Металлургия: Тез. докл. межгос. науч.-техн. конф. - Магнитогорск, 1994. - С.85.

27. огарков H.U. Математическое описание распространения трещины при обработке хрупких материалов резанием //Состояние и перс-

1 пективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона. Секция Машиностроение: Тез. докл. межгос. науч.-техн.конф.-Магнитогорск, 1994. - С.З.

28. Огарков H.H., Беляев А.И. Новое качество ленты из сплава АМг2 для использования в светотехнике и консервной промышленности // Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала

Южно-Уральского региона. Секция Машиностроение: Тез. докл. межгос. техн. конф. - Магнитогорск, 1994. - С.29.

29. Огарков H.H., Кащенко Ф.Д., Шаляпин В.В. Особенности механической обработки направленных прокатных валков //Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона. Секция Машиностроение: Тез. докл. межгос. науч.-техн. конф. - Магнитогорск, 1994. -

30. Огарков H.H. Повреждаемость поверхностного слоя прокатных валков в процессе обработки //Производство чугуна: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГМИ, 1994. - С.81-84.

31. Огарков H.H. Математическое описание распределения материала в шероховатом слое контактных поверхностей деформирующего инструмента. - М., 1994. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 10.11.94, № 2550-В94.

32. Огарков H.H. Расчет степени переноса микрорельефа поверхности валка на прокатываемую полосу. - М., 1994. - 9 с. - Деп. в ВИНИТИ 10.01.05, № 2-В95. ' .

33. Огарков H.H. Уточненный метод расчета толщины смазочной пленки в очаге деформации при прокатке полос //Фундаментальные проблемы металлургии: Тез. докл. межвуз. науч.-техн. конф. - Екатеринбург: УГТУ, 1995. - С.80.

34. Огарков H.H., Шаронов A.B. Моделирование шероховатой поверхности валков с учетом эргодичности процесса //Фундаментальные проблемы- металлургии: Тез. докл. Рос. межвуз. науч.-техн. конф. <Екатеринбург: УГТУ, 1995. - С.82-83..

35. А.с'. 1230799 СССР, ИКИ В 23 11/Ю//В 23 27/10. Резец с внутренним охлаждением.

36. Ogarkov N. Theoretical method of defining metal rolling preep in rolls with different roughing surfaces //Journal for Technology of Flastioity. Yugoslavia, 1996.

37. Упрочнение деталей металлургического оборудования трением /Ь.И.Люленков, Ю.А.Епифанцев, В.И.Сергеев, В.А.Шарапов, H.H.Огарков //Исследование и расчет металлургического оборудования. Материалы науч.-техн. конф. - Новокузнецк: СМИ, 1971, - Еып.2,-С.137-141,

38. Огарков H.H. К вопросу о наростообразовании при технологическом трении //Вопроси промышленного транспорта. - Сб. науч. тр,-Магнитогсрск: МГОИ, 1972. - Вып.114. - С.39-42,

39. Огарков H.H. Расчет сил при разрезании металла //Известия Вузов "Машиностроение". - 1981. - № 11. - С.38-42.

40. Энергоемкость механической обработки прокатных валков / H.H.Огарков, В.Е.Соколов, Г.С.Гун, И.В.Игнатьева //Станки и инструмент. - 1083. - № 12. - С.44.

41. Огарков H.H. Расчет профиля износа и величины снимаемого слоя при оереточке вальцетокарного инструмента //Станки и инструмент. - 1984. - !?- 9. - С.39.

.' 42,. Огарков H.H. Расчет размеров переходной пластически деформированной зоны. - Магнитогорск, 1985. - Деп. в ВШШ'ЭМР, ■(Р 295 мш-85. - С.12.

. 43. Огарков H.H. Аналитический метод определения эпюр напряжений на передней поверхности инструмента. - Магнитогорск;, 1985. - 9 с. - Деп. в ВНИИТЭМП ff 129 мш-85.

44. Огарков H.H. Определение размеров зоны контактных деформаций при обработке материалов. - Магнитогорск, 1985. - 12 с. -Деп. в ВНИИТЭМР" $ 103 ьга-85.

45. Огарков H.H. Повышение работоспособности вальцетокарного инструмента. - М., 1985. 9 с. - Деп. в БНИИТОМР V 336 мш-85 деп.

46., Огарков H.H.. Оценка устойчивости пластического течения материала при стружкообразовании. - М., 1987.-- 12 с. - Деп. в ВНИИТЭМР 382 мш-87. . ■

47. Огарков H.H., Шаляпин В.В., Парсункин Л.С. Влияние состава и свойств валковых материалов на обрабатываемость их резанием. - М., 1987. - 9 с. - Деп. в ВНИИТЭМР $ 377 мш-87.

48. Огарков H.H., Гункин Ю.Г. Эффективность охлаядения резцов при обработке прокатных валков. - Магнитогорск, 1987. - 6 с. .-Деп. в ВНИИТЭМР № 144 мш-87.

49. Огарков H.H., Гункин Ю.Г., Бобриков А.Ф. К оценке скорости деформации при формообразовании. - Магнитогорск, 1985. - 8 с,. -Деп. в ВНИИТЭМР SP 336 мш-85. .

Подписано в печать 8.04.96 Формат 60x84 I/I6 Бумага тип.гё 2 Плбская печать Уол.пвч.л. 2,00 "йраж 100 вкз.

Заказ 188 Бесплатно

455000, Магнитогорск, цр.Лвнина, 38 Ротапринт МГМА