автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Развитие теории контактного взаимодействия при пластической деформации и ее использование для разработка эффективных технологий прокатки

Украины

На правах рукописи

ЗИЛЬЕЕРГ Юрий Владимирович

УДК 621. 77. 014.2:621.77.019

' ч

л

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЙ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТКИ

Специальность 05.16. 05 - " Обработка металлов давлением "

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

/ ■

Днепропетровск, 1995

Работа выполнена в Государственной металлургической академии Украины.

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор ф. Е. Долженков доктор технических наук Е. Д. Кузнецов доктор технически наук, профессор В. И. Тарнозский Еэдусре предприятие - комбинат " Запорожталь ".

Защита состоится " '' с/^/^/Э1995г. в ^часов на заседании специализированного совета Д СбЗ. 02. 01 при Государственной металлургической академи Украины ( Украина, 320365,г. Днзпропетрогск, пр. Гагарина, 4, ГМетАУ ).

С диссертацией мо;кно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан " " 995г.

' Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук профессор

Ы. Ы. Сафьг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность тематики диссертации. Диссертация предстазля-ет собой обобщающее исследование основных закономерностей пластического трения и формоизменения поверхностных дефектов б раз--лкчкьа: процессах ОЩ Работа и:д-?ет экспериментально-теоретический хсрзкгср.ыгасды основаны результатах бс.т^гс? количества зпспь1Л1К.5нтов, методика которых и'^риоогана авторе,м. Теоретические рб2Л";т адгхватла эиспсрлянту.

Трение влкяе-г на все аспекта технологии, расчет сил трения вводит во 2Сё модели для определения знергооиловых п кинемати-ческ:п-: ¡.^рзметроБ процессов ОЭД, оно определяет неравномерность

' ■ !; I

деформации,износ':: к*Аструмонта, захзатылзгацуп способность валков.

. ■ : ], I ' I

Поэтов одна из первоочередных проблем в теории ОМД - выбор достоверной методики расчета сил трения.

Величина сил трения зависит от пторохопатости инструмента и влияет на нее, определяя харастер износа. Грубая шероховатость инструмента вызывает появление поверхностных дефектотз. Изучение закономерностей появления и трансформации поверхностных дефектов позволяет разработать технологические решения по ^меньсенкю их глубины или исчезновение и повысить качество поверхности. Эта задача весьма актуальна ,в настоящее вгл-ул для всей металлопродукции и особенно длл ^¿сокстачественных ^.талей.

Цель и садачи исследований. Распитие тее;л;п г.ластического трения, анализ основных факторов, определ;ши'х силу трения, его сопоставление с машинным трением как «рашленйямт общего г со-

цесса контактного взаимодействия, определение значений сил трения в разных условиях д^^ормацин, оценка влияния давления и шероховатости поверхности на силу трения, развитие представлений о механизме и закономерностях' трансформации поверхностных дефектов и разработка методики расчета их формоизменения и рекомендаций по олтимизац- пцессоц ОЫД по условиям контактного взаимодействия.

Теоретическая и практическая' ценность исследований. Результата исследования позволяют повысить точность расчета сил трения и соответственно экергосилоЕих и кинематических параметров процессов ОЗД, углубить изложение теорий'пластического трения в рузах, объясняют причины появления ряда поверхностных дефектов и облегчают выявление их источников, открыва;от возможности ннтенсифти! фоцессов ОМД посредством оптиш-аации применения технологические смазок при¡горячей и холодной обработке, снижению износа валков, угара металла и экономии энергоресурсов. Описание механизма и закономерностей формоизменения поверхностных дефектов позволяет вырабатьшать технологические решения, повышающее качество поверхности готовой продукции.

Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование всех основных факторов пластического трения скольжения как на сухом инструмента, т;т. и и щтеутстиин рщли'ших тохнодоги ческих емазак и обобщение полученных результатов, впервые проведено комплексное экспериментальное и теоретическое исследование формоизменения объемных и плоских поверхностных дефектов при про^тке полос, трубой (сортовой) заготовки, при горячей

прокатке и волочении бесшовных труб. Новизна научных результатов заключается :

- в уточнении показателей для расчета сил пластического трения и методики экспериментального определения трибометрических характеристик ;

- в установлении факторов, определяющих величину сил трения для сухого инструмента и трения в присутствии технологических смазок ;

- в определении значений коэффициента трения скольжения для различных сочетаний и значений шероховатости поверхности инструмента, давлений, обжатий, скоростей прокатки, температур деформации, различных типов технологических смазок, составов эбрабатываемого материала и механических свойств по объему и на контактной поверхности ;

- в формулировании законченной системы представлений о закономерностях сил трения скольжения и распределении сил трения ю контакту для процессов с предписанной и непредписанной кинематикой на контакте ;

- в описании механизма и основных закономерностей формиро-13ЯИЯ микрорельефа поверхности деформируемого металла и формо-1зменения поверхностных дефектов различной формы и геометричес-зыс размеров для различной геометрии очага деформации, условий рения и при разных схемах деформированного и напряженного остояния ;

=-в-изучении механизма износа наплавленных валков непре-ывных длиннооправочных трубопрокатных ( НДТ ) станов и разра-отке мероприятий по снижению,износа ;

- в разработке составов защитных покрытий, уменьшающих окисление металла , и способов их нанесения иа заготовку перед нагревом , в создании промышленной установки для нанесения защитных покрытий ;

- в определении эффективности использования технологических смазок при горячей прокатке стали, участии в разработке и освоении первой промышленной установки по приготовлению и подаче технологической смазки при сортовой прокатке ;

- в разработке методики анализа источников дефектов и контроля качества на основе статистической обработки результатов разбраковки готовой продукции ;

- в разработке технологии прокатки лент'толщиной 0,1... 0,8 мм из литой тонколистовой заготовки малопластичных сплавов.

Внедрение научных разработок. ' Предложения и разработки автора внедрены на установке S0 - 102 ЮТЗ, на.обжимном стане 950

завода " Днепроспецсталь на АО Днепропетровский трубопрокат-

h ■ ;¡ i

ный завод, в прокатно-. гг-йном цехе Верхнесалдшского металлообрабатывающего завода, на Днепропетровском заводе им. Петровского; большинство предложений решено на уровне изобретений. Научные результаты автора получили развитие в последующих исследованиях трения и смазки, износа валков. Многие разработки могут быть использованы при реконструкции действующих и создании новых прокатных и прокат но-литейных агрегатов . Теоретические результаты используг г учебном процессе ГЫетАУ и других вузов Украины.

Аппробзция работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзных научно-технических конференциях "Теорети-

ческие проблемы прокатного производства " - Днепропетровск, 19(32, 1972, 1980, 1933 гг.," Совершенствование технологии производства и улучшение качества труб "-Челябинск, 1979г.," Производство и применение.экономичных профилей проката для тракторного и сельскохозяйственного машиностроения"-ДнепропетроЕСК, 1932г. /'Новые технологические процессы протат-ки, интенсифицирующие производство и поЕьппакхцие качество продукции "-Челябинск, 1983г.; Мэжьуаовских научно-технических конференциях " Инженерные методы расчета технологических процессов обработки металлов давлением "-Свердловск, 1964г.,"Современные достижения и проблемы прокатного производства "-Челябинск, 1970г.;Республиканских конференциях "Трение и технологические смазки при обработке металлов давлением "-Днепропетровск, 1971, 1985гг. ¡Объединенном научном сеш!наре кафедры ОВД ДМетИ ( ГМетАУ ) и прокатных отделов ИЧМ, Днепропетровск, 1963 - 1995гг.; Всесоюзном семинаре "Пайка в промышленности "-Москва, 1970г.;Республиканских семинарах " Трение и технологические смазки "-Киев, 1969, 1972, 1974гг. ¡Научно-технических советах ЮТЗ,Никополь, 1983г. , завода " Днепроспецсталь ", Запорожье, 1989г. , завода им. Ленина, Днепропетровск ( 1970 -1975гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 монографии, 65 статей,получены 12 авторских свидетельств на изобретения, 5 стг.тей переведены з зарубежных изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 разделов , 14 глаз , заключенная и прилокгкпй, Е!шзчает 255 страниц текста. 135 рисунков, 45 таблиц,294 бпбллографичес-

кие ссылки.

Личный вклад автор втор участвовал в подготовке, проведении и обработке данных ¿¡сех описанных в работе экспериментов, постановка большинства из них принадлежит ему лично, им проведены анализ и обобщение результатов. Рад данных получен и опубликован совместно с А. П. Грудевым. Большинство публикаций, включающих авторские коллективы, описывают результаты исследований, выполненных под руководством и при участии автора.

Методология и методика исследований. Б работе использовалась современная тензс .. мческая аппаратура для 80 - 80гг. , расчет формоизменения дефектов проведен с использованием наиболее прогрессивного метода конечных элементов, использованы современные методы статистической обработки результатов наблюдений и экспериментов. Экспериментальные результаты подтверждены последующими исследованиями других авторов. Адекватность эксперимента и теоретических решений позволяет считать основные выводы работы обоснованными и достоверными.

На защиту выносятся следующие основные положения :

Формулировка основных положений ■• пластического трения, включающая

- разработку понятий и терминологии трения, учитывающих основные особенности машинного и пластического трения, и позволяющих рассматривать оба вида трения как разновидности общего явления контактного взаимодействия твердых тел;

- классификацию показателей для расчета силы трения и уточнение методики их экспериментального определения;

- методы эксперт,: ьного определения показателя трения

. - 9 - .

по напряжению текучести при прокатке и осадке без измерения энергосиловых показателей;

- результаты экспериментов по исследованию и объяснению зависимости средних напряжений трения скольжения от основных параметров процессов прокатки и осадки полос;

- положение о разграничении понятий затона пластического трения и модели сил трения, описывающей распределение напряжений трения по контакту;

- новый феноменологический закон пластического трения;

- закономерности формирования микрорельефа поверхности деформируемого металла на контакте с непредписаяным движением по инструменту;

- основные закономерности распределения удельных сил трения при различных кинематических условиях на контакте;

- особенности :действия технологических смазок , связанные с условиями их попадания и сохранения на контакте;

- экспериментально доказанную независимость средних напряжений трения от механических свойств поверхности деформируемого металла при коэффициентах подпора, не превышающих 5... 6 для основного металла .

Основные закономерности формоизменения поверхностных дефектов в различных процессах ОВД, вкшатцие :

- экспериментальные исследований; формоизменения Еыступоз на поверхности полосы в изотермических к неизотермических условиях;

- экспериментальные исследования формоизменения впадин при прокатке и осадке полос, при ,прскатка с кантовками;

- 10 -

- механизм формоизменения поверхностных впадин;

- экспериментальные исследования изменения глубины и положения поверхностных трещин ( складок );

- эмпирическую модель для расчета изменения глубины поверхностных дефектов;

- теоретическую моде.л формоизменения поверхностных дефектов, полученную при помогая метода конечных элементов;

- закономерности формоизменения поверхностных дефектов при прокатке круглых заготовок, при горячей прокатке и волочении бесшовных труб.

Методы оптимизации технологических посцессов по условиям

....... ,'1

контактного взаимодействия, вклазчавдие :

- описание механизма износа наплавленного слоя валков 1Щ станов и мероприятия по его уменьшению;

"¡1

- составы и способы з'^.-есения защитных! покрытий при нагреве заготовок и изделий из стали и титана; >м):

- условия и способы применения технологических смазок при горячей прокатке;

- технологию прокатки литой тонколистовой заготовки из малопластичных сплавов;

- технологические приемы и решения, направленные на уменьшение глубины поверхностны/, дефектов и улучшение качества поверхности металлопродукциг.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Введение.

Развитие теории пластического трения

(ПГ) достигнуто в ос-

новном работами исследователей Московской, Днепропетровской, Свердловской и Минской якол по обработке давлением. Большой вклад в эту проблему внесли; И. М. Пав.гав, С. И. Губкин, A. IL Груде в, И. JL Перлин, Е. П. Уиксов, Е. М. Макушок, А, К. Чертавских, Я. М. Охри-менко, И. Я. Тарковский, А. К. Леванов, В. К. Еелосевич, М. Горенш-тейк,П. JL Клименко, В. Г. Гросвальд.В. А. Николаев, Е. И.Капланов, R Т. Тилик и др. Исследования автора проводились на протяжении 60... 90 гг. и учитывали результаты параллельно выполняемых работ, ряд результатов был получен впервые и получил развитие в последующих исследованиях и практических внедрениях. Была поставлена задача систематизировать знания о Ш, детально изучить те закономерности, которые плохо объяснялись сложившейся системой взглядов на ГГГ,дополнительно изучить влияние ряда факторов, уточнить различия между ПТ и трением .тестких тел (т?нт). Исследования объединялись единством методики и взглядов на 1ТГ, которые заключались bJ.tom, что для наиболее исследованных процессов прокатки и осадки ¡.трение, изъявляется независимой величиной, сила трента устанавливается в соответствии с минимумом энергии деформации.

Для сопоставления ТЖГ. и ПТ залко изучить заполнение рельефа инструмента, которое является ключевой особенностью большинства закономерностей ТЖГ. Грубая Еерохогатость инструмента травмирует поверхность металла, образуя дефекты типа выступов и впадин. ' В силу этого, а такдд болыпсй актуальности проблемы, изучали механизм и закономерности формоизменения поверхностных дефектов в разных условиях деформации, включив в анализ и дефекты, возникающие по другим причинам.

Найденные закономерности использовали для разработки методов оптимизации процессов 01-!Д по условиям контактного взаимодействия, причем ряд реяоний и технологий полнены впервые в мировой практике.

На протяжении длх лого времени в исследовании закономерностей ПТ автор сотрудничал с А. П. Грудевым, ряд данных был получен и опубликован в результате" совместной работы.

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ПЛАСТИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ.

Различия пластического трения и трения жестких тел.

ТКТ и ПТ являются разновидностями контактного взаимодействия соприкасающихся под нагрузкой твердых тел. В литературе отсутствует общоприня1 л концепция пластического трения, используются различные законы трения, иногда совпадающие, а иногда совершенно отличные от законов ТЖТ. Без'понимания основных

■ :

закономерностей ПТ, его отличий от ТЖТ обоснованная формулировка математических законов ОТ невозможна. С'другой стороны, особенности ПТ требуют уточнения некоторых положений общей теории трения.

В теории ТНТ трению на контакте ("внешнему трению") противопоставляют "внутреннее трение" - сопротивление пластическому течению в объеме тела, характеризуемое значениям! сопротивления сдвигу к или напряжением тькучести бт . При пластической деформации трение на контакте с инструментом и течение по всему объему очага деформации протекают одновременно, поэтому противопоставление внешнего и внутреннего трения невозможно - они представляют собой различные физические явления. Трение высту-

пает как внешняя реактивная сила, определяющая совместно с другими нагрузками равновесие всего тела, а также напряженное состояние и равновесие каждой-его материальной частицы в случае пластического течения. Сопротивление лвигу - свойство тела, определяющее упругий или пластический характер деформации при данном напряженном состоянии.

При пластической деформации давления р на порядок вше, чем с малинных узлах трения, вели;«, интенсивность обновления контактной поверхности и мал путь скольжения. Указанные различия носят количественный характер и не дают оснований считать ''ЖТ и Li' принципиально различными процессами, хотя а некоторых случаял они обуславливают качественные изменения закономерностей трения. При высоких давлениях может достигаться насыщение контакта и изменяться связь между напряжениями трения t и р , малый путь скольлания может"изменить характер разрушения фрикционных связей, в связи с чей ПТ б=з повреждения поверхностей может идти при значениях R&/h'6>0,2, где Rß и h^ - глубина внедрения и радиус микровыступа контртела, что невозможно для ТЖГ. Более существенные отличия ПГ от ТлГ заключаются в следующем. В процессах с жестко заданной гсинематигай внешние активные силы задают тангенциальную.нагрузку, уравновешиваемую силами трения. Для процессов с непредписанной киноматитей внешняя тангенциальная нагрузка отсутствует. В результате деформации частицы металла стремятся смеидться по инструменту. На контакте устанавливается раздел течения и возникают самоуравноЕ?шенные силы трения. Подобнее распределение сил трения при ТЭТ невозможно, однако эти отличия реализуются не ео всех случачх плас-

тической деформации.

Принципиальное отличие ПТ от ТОТ, присущее всем процессам ОЦЦ, заключается в том, что при 12ГГ нормальная нагрузка не зависит от трения, а при хиастической деформации давления не только влияют на величину и распределение сил трения,, но в свою очередь величина и распределение р по контакту зависит от сил трения. Другое важное отличие состоит в том, что при ТЖТ закон трения служит для расче с юлной ( или средней удельной ) силы трения Т ( или1ср) для всего контакта. Для процессов ОВД наряду с законом трения важю знать эпюру трения - распределение сил трения по контакту, математическое■описание которого назовем моделью сил трения. В соответствии с положениями трибологии законом трения называем зависимость для расчета Т или tcp при сплошном скольжении на контакте. Для процессов с предписанной кинематикой закон ИГ может служить моделью трения,для процессов

с непредписанной кинемат1; .-I, при которой на ^нтакте возникает

' ' 1 >

зона прилипания, закон ИГ и модель ПТ принципиально различны. 1Лодель трения зависит не только от физических условий контакта, но и от геометрии очага деформации, закон ПГ от геометрии не зависит.

Показатели для рас:-чета напряжений пластического трения и методы их определения Следует различать пок~.затели, определяющие закон ПГ и модель трения. Закон ПГ, но аналогии с законами ТЖГ, следует представлять как зависимо::., ъ X^ только от физических факторов деформации; возможно и целесообразно исследование коэффициента трения скольжения $ . Для определения "Ь^ при прокатке наиболее

удобен метод принудительного торможения, для определения f -метод предельного .обжатия. Проведены исследования, показавшие, что метод предельного обжатия дает наиболее достоверные результаты на сухих валках при факторе формиср«2 независимо от ширины; в присутствии смазок ширина образцов должна быть не менее 20... 40 мм во избежание заметного витеснения смазки с контакта. Показано, что метод крутящего момента имеет ограниченное применение , так 1сак упругая деформация tалкав пригсдит к появления момента, создаваемого давлениями , тем больиего, чем сильнее форма контакта отличается от дуги о;гру>я.ост

Модели трения в литературе представлены формулами зависимости напряжений трения "t от технологических и физтеских факторов, изменяющих,!знак в нейтральнее сечении, и вкличают коэф-■ г;:

фициенты, требухще экспериментального определения. Такие модели пригодны для теоретического "шадиза, но нг для практического использования, так как нет м?тодов определения этих показателей, или они усложнены. Зааислмэстьр (1) можно рассматривать как разрывную модель с возрастанием t> к нейтральному сечению, - условный коэффициент трения. Формулы для расчета tcp

tcpsf6fi &тсР W и t ср = fy Pep _ О ).

где^б^р и рСр - средние по очагу значения 0"г и р ; -показатель трения по напряжению текучести,заменяют фактическую модель трения равномерным распределением "о. Численные значения jy и зависят от геометрии очага деформации. Условие (3) не удобно для использования, так как значение р зе.ранее неизвестно, тогда как (^определяется независимо от энергссиловых

параметров процесса. Использование условия (2) существенно упрощает решение пластических задач в ' случае допущения Сэг,„ = =пост.; для повышения тскости результатов необходимо, чтобы плошдди фактической и рассчитанной по формуле (2) эпюр были равновеликими. Неудобство формулы (2) в том, что она, как VI (1) и (3), описывает разрывную зп'юру трения. Для экспериментального определения значений .^предложены формулы для прокатки полос:

где К^ - конечная толщина, Я - радиус валков, оС - угол контакта,$ - опережение; п

для осадгав

^ = 0,1 +0,51/ьк - 0.0625дК/($ , (5)

где (5 - высота эатекй.ния столбика металла в центральную цилиндрическую полость; дН, - абсолютное обжатие.

Формула (4) получена преобразованием формулы для определения коэффициента подпора Яд- и формулы для определения положения нейтрального сечения'^ ;в рг.оота представлены диаграммы зависимости = ^ (¿(/л, ЯДц) . Соимула (5) основана на решении задачи о затекании металла в поле _.:ь и соответствует условиям осадки в параллельных бойках без смазки при = 2,5...2,6, ¿„/¡^ =

=4,3. ..5,2, где с1.0 и К0 - начальные диаметр и толщина образца, ар диаметр полости. Определение по формулам (4) или (5)

- 17 -

не требует измерения энергосиловых параметров и расчетов

Коэффициент ^. (отношение суммы t к суше р ) при наличии зоны прилипания может быть определен методом опережения, по эпюрам t и р , пересчетом по этеперим&нталъному значению полной силы процесса Р.

Количественные, зависимости сил трения скольжения целесообразно оценивать величиной tCp , сопоставительные оценга удобнее проводить по величине j .

Исследование влияния физических и тзхксшэгзчоскях

факторов на уелоаил групля Влияние давления, вменение давления зависит от величины б^и напряженного состояния. Елияние 6Ц, исследовали при холодной прокатке разных материалов, имевших различную степень наклепа, влияние калряжнного состояния - при прокатка луяеных об-

н>

разцов из тех же!Иматериалов. Прокатку вели с применением касторового масла, ¡¡эмульсии и на сухих валках с полированной, шлифованной и грубошлифзванной поверхностью. Ео есэх случаях величина tCp .определенная методом принудительного тормомення, возрастала, но при низком трении ( -j^, < 0,04) рост tCp опережал рост при высоком ( ja > 0,06) отставал от него, при j 0 = =0,04. ..0,06 зависимость соответствовала закону Амонтона. Соот-ввгствениа величина f с ростом p<-f возрастала, уменьшалась или оставалась постоянной ( j0 - коэффициент трекил при р^рб",- ).

Влияние технологических смаэогс Исследсванке величины t,;p и j для широкого набора лидких растительных и минератаных масел показало, что физико-химические свойства смазок - кислотное и йодное число, число омыления - не оказывают заметного влияния

- is -

на условия трения, но с увеличением вязкости смазки "top систематически уменьшается, причем -f :для всех растительных масел примерно в 1,4 раза ниже, чем для минеральных. Показано, что снижение силы трения с увеличением вязкости обусловлено повышением толщины смазочного слоя на контакте ^ . Величина ^ является важнейшим фактором трп"чя в присутствии жидких технологических смазок; закономерк -чл трения'при сухом (граничном) трении и при трении с жидкими с;.»озками различны. Показано, что попадание и сохранение смазки на контакте зависит от рельефа поверхности деформируемого металла.

Особенности попадания и сохранения на контакте промежуточных сред необходимо учитывать и в присутствии слоя окислов и продуктов износа. ■ ;

Влияние температуры. При прокатке на сухих:валках исследо-

! I Ь I '

вали условия трения при прокатке свинца в'диапазоне гомологи-

'Н

ческих температур от 0,5 до 0,95 (от 20 до 300 С) методом пре-

о ,

дельного обжатия. Вплоть до температуры 200 С у остается постоянным, выше этой температуры на свинце наблюдается появление слоя окислов, a f возрастает от 0,27 до 0,36 при 300°С. Прокатка образцов, нагретых до этой температуры и охлажденных до ком-

I О

натиой, дала те же значения у , что и при 300 С. Это доказывает, что влияние температуры на трение обусловленно образованием слоя окислов. Этому выводу соответствует и независимость условий захвата от температуры. ; '■■

При холодной прокатке стали с технологическими смазками

повышение температуры металла от комнатной до 200... 250° С и

о г-

валков до 70 С приводит к повышенна) у тем большему, чем выше

исходная вязкость смазки. Для эмульсии изменение ■} незначительно. Б случае полимеризации смазки ^ понижается. При горячей прокатке стали эмульсии и водомзслянне смеси снижают \ по сравнен™ с подачей воды. При самых низких концентрациях снижение невелико, с повышением концентрации величина § уменьшается на 30... 40 % и при повышении концентрации сверх 5... 10% остается практически постоянной.

Елилт^ Сг^рои'дЛ гцокоткл. При прокатке на сухих валках V

J

остается постоянным при измен<?:п~и ькрушой скорости валков от уля до 1 м/с; при наличии жидких технологических смазок у синится, особенно интенсивно в диапазоне 0-0,3 м/с. Экспериментально показано, что это снижение объясняется соответствующим увеличением ^ .

Влияние обжатия, шероховатости валкоз и полосы. При прокатке на сухих валках обжатия не влияют на ~Ъср , если р<-.<■> при этом изменяется слабо. Зависимость у от обжатия е присутствии касторового масла и эмульсии при прокатке как наклепанной, так и отожженной стали 08кп с различной шероховатостью поверхности на валках различной шероховатости з общем случае имеет минимум при относительном обжатии <£ =10. ..20%, выраженный тем ярче, чем выше шероховатость валков. При полированной поверхности валков и гладкой поверхности образцов ^ сохраняет примерно постоянное значение. При грубошероховатых поверхностях валков и образцов даже в присутствии эффективной смазгл при О и & = 20... 251 величина ^ приближается к значениям, характерным для сухих валков. Величина ^ для наклепанного и ототаганного металла в большинстве случаев практически совпадает.

При увеличении шероховатости валков возрастает вплс дэ высоты, ¡«¡кронеровностей порядка 100... 200 мкм. При Солы высоте рост прекращаете?.. При шероховатостях 0,3... 0,4 i сила трения минимальна.

Лнал/д влияния кеч-.т.,'ог?ых других факторов трения при saxi те и установившемся прог,с.:се прокатки. Исследование козффицие та трения при начальном apisaie^ показало, что на сухих вг

ках f; i не г' it от твердости металла. В присуч

hj J

твил технологически ськяок почти в 2 раза больше jj , ai

наличии окислов возможно í, , что объясняется различием уел

з 1У

вий попадания и сохранения промежуточных сред на контактной я верхнееги и на кромках полосы при захвате.

Яри одинаковой шероховатости поверхности на стальных чугунных валках примерно одинаков, наблюдаемое на практике ра личпе захватывающей способности модно объяснить более груб износом и большей скдо:.!.--лью к налипании стальных валков. Д разных ¡металлов коэффициенты трения различается не более чем 1,3... 1,4 раза, большие значения наблюдаются для металла склонных i-, интенсивному налипанию. Налипание на инструтнт я. ляется одним из ваднейяих факторов сухого трения. В присутств. смазок налипание не развиЕоется или незначительно.

¡¡•.¡зависимость от скорости при прокат;« на сухих валка слслкьп характер влияния 6 на f показывают, что скорость отш ентел'.ного с коль лиши не является с^фственным факторам трени; ^„•ыенение шерг а атости деформируемого металла на 1íohtükt9 с инструментом П.-след'.'^гнкя, проведенные при осадке и прокатке различи!

' - 21 -

металлов, показали, что формирование рельефа ко зависит от обжатия, а коэффициент отпечатываемое™ К2 может быть определен в зависимости от коэффициента подпора лег по формуле

- ягг1дги - се)

где и , мкм - средняя шероховатость поверхности инструмента и металла, К£п0 * исходная шероховатость металла, с к ¿1 - эмпирические коэффициента, с^иеявде от . Для наиболее гладкого инструмента (3,1 ^а«) арип<г = 5. ..6, для наиболее гэроховзтого (Я^ = 158 ;лкм)К?-> 1 при п<у = 3. При сороховатости, превышающей 200... £00 ьыа*:,йы и впадины рельефа образуют поверхностные дефекты .

Теоретическое определение заполнения микрорельефа инструмента вьяолнили для случая деформации шероховатого металла гладкими валками ■ И; гладкого металла шероховатыми иг условия, иго деформация поверхности | будет происходить при Р > Рп ,где Рп - сила,необходимая для;смятия или внедрения выступав рельефа. Получили, что полное заполнение рельефа будет происходить при условии пб = 2,7, а прикк Ж , где Кк - напряжение текучести поверхностного слоя, при п.б > 2,7, то есть при значениях, близких к эксперименту.

Обобщение полученных результатов и закон пластического трения

Анализ зависимости сил трения от зсех исследованных факторов е сироком диапазоне их изменения етзголяе? установить определяющие факторы - давление и шероховатость инструмента; при отсутствии смазки к решающим фактс-рам откосится налипание деформируемого металла на инструмент, наличие продуктов износа и

окислов; в присутствии жидких смазок решающую роль шрает толщине слоя смазки на контакте и условия его сохранения. Остальные факторы определяют лппь значение коэффициента трения при малых давлениях .

Ьсе полученные закономерности изменения сил трения можно объяснить зацеплением микро ;еровностей и сопротивлением образовавшихся связей, включая адгезионные, в направлении относительного скольжения, воэрас" -м с ростом рСрср) и » 410 соответствует современным вь. .лядам на механизм ТЖГ. Влияние смазок можно объяснить уменьшением площади пропахивания на величину, зависящую от ^ . Зависимость силы трения от давления описывается уравнением ' I ,!

V5 (}0- арср)рСр (?) »где й= (60^-5)10^ (8) Величина j0 определяется физическими Условиями на контакте. Уравнение (7) можно рассматривать как1' феноменологический закон пластического треп- скольжения, определяющий замедленный, пропорциональный иль ^режащий рост 1Гср по сравнению с рСр, Экспоненциальная зависимость для расчета силы трения, включающая константу поверхности Кп , позволяет учесть условия на контакте, однако опредет- ь Кц в предельных условиях значительно сложнее, чем величину ,0 . Не ясно, следует ли рассматривать экспоненциальную зависимость как закон или как модель трения; входящее в нее сопротивления сдвигу на контакте по нашим исследованиям не является существенным фактором трения.

Закон (7) справедлив до значений Пд = 5...6, при которых наблюдается заполнение рельефа инструмента. ..

- 23 -

Закономерности распределения напряжений трения по контакту Для процессоз с непредписашшй кинематикой эпюры трунил, полученные всеми известным: методам;, имеют общий характер: в сечении раздела течения^ "fc = О, по обе стороны от nerot изменяется по кривой с максимумом. Попытки связать форму эпюры со свойствам! поверхности не учитывает наличия смазок, окислов, не погзслдют объясишь сни:гхчш=: С. до ну.;л вбл;'.аи раздела течения. Даже при отсутствии разделительных сред величина top кс связана с К* . Это подтверждаете.! ооытамя по торможению образцов из свинца, алюминия, наклепанного до 75% и отожженного, л стали OSrai и составных сбр&зцап, сердечники к натсладкл которых выполнены из тех же металлов. В опытах свойства поверхности сохранялись постоянным: благодаря использованию одного и того же материала накладки, а заме-яа сердечника позволяла существенно изменять рср , причем у наклепанных накладок свойства практически не могли изменяться. При одинаковых рСр .величина tep близка для всех накладок, только для свинцовых 'fccp примерно на 35% ниже, хотя б"т свинца и наклепанной ка 80% стали 03 кп отли-чаотся более чем з 25 раз. Чем тверже поверхность, тем выше сопротивление пропахивания, но соответственно мэньш? площадь пропахивания и наоборот. При более мягкой поверхности микрорельеф ближе к насыщению и рост ten в больней степени отстает от роста рср .Следует таю® учитывать, что при пластической деформации в более мягком слое возникают дополнительные сжимающие напряжения, позывающие его несущую способность.

Для объяснения эпюры трения необходимо прежде всего учити-

вать ключевую особенном* сил трения - их реактивный характер. В сечении $ кет стремления к смэщэкиа и t по «эре удаления от него ргстет отрешение к смещению, но,пока оно меньше сил трения скольжения, на контакте действуют силы трения покоя, а деформация осуществляется аа счет сдвигов в объеме. Сумма сил трения и трения А^ уменьшаются по мере удаления от ^ , а

работа сдви. ^ при постоянствеФ остается постоянной. В сечении Д^ = А^ находится грат ца зоны трения покоя (зоны прилипания) , за ней начинается скольжение по контакту. Поскольку из всех существенных факторов трения скольжения вдоль контакта изменяется только р , силы трения скольжения соответственно уменьшаются по направлению к границам очага деформации.

В соответствии с уразнани'-м пластичности между продольными напряжениями,вызванными силами трения, и давлениями, определяющими величину , устанавливается определенное соотношение при данной геометрии очага де^г --щии, т.е. величина и распределение "Ь и р саморегулируютс; г^дчиняясь закону минимума энергии. Регулятором распределения служит протяженность зоны прилипания и интенсивность изменения неновых сил трения покоя.

Таким образом не кинематика ка контакте влияет на эпюру трения, а силовое взаимодействие определяет кинематику. Указанна характер распределения нельзя описать законом трения, трудно определить и физически достоверную модель трения, изменяющуюся с измененнемФ. Поэтом^ наиболее оправданным следует считать использование условия , заменяющего фактическое распределение ь его средним значением. При теоретическом анализе процессов ОМД необходимо учитывать, что модели сил трения сикусои-

flaiiiiiioro типа не согласуются с гипотезой плоских сечешь':, которой соответствуют только разрывные решения.

Для учета отмеченных особенностей КГ предложены новые формулировки ряда основныхГпонятяй и терминов трибологии, (.'_• для ПТ и ТЖТ.

ЗАК01ШЕРН0СТИ ФОРМОИЗМЕЖНЯЯ ПОГЯРШОСТШХ ДЬ- иВ Формоизменение дефектов при прокатке и осадке Изучали формоизменение единичных дефектов типа выступов, :"падин,трещин (складок) различной формы и размеров. При деформации основного металла £ = 10... 207. вдавленный выступ окружается ггдублением (утяжкой) шириной до 3. ..5 мм и глубиной

hg =0.550-£)h3o .мм, (9)

где Ь - относительная деформация в до; х единицы, hfJ

о

¡сходная высота выступа (дефекта). При 50Х впадины пол-юстью раскатываются. Глубина вдавленного металла составляет

Если угол наклона образующей выступа к поверхности4^« 20,

давливание выступа не сопровождается образованием складок,

лубина которых при ^ > 20° может быть опре .-лона по формуле

,мм, (И)

где К0 ~ исходная высота образца. Складки заката ниектг

огнутую форму, их истоки направлены друг к друту.

Исследовали закономерности затекания металла в центральное

злости и щели при осадке. Высота столбика металла 8 , затекао-

зго в полость, тем больше, чем выше Пд и чем меньше диаметр

о

злости ; трениа на стенках полости не влияет на о .

Исследовали формонзмгнениг углублений цилиндрической, шс ровой и тонической формы при разных исходных значениях их диз мотрол , глубины и угла конусности ^ , расположенных п осевой линии и вблизи кромок при прокатке и соевых при осади на образцах, разных по толщине к ширине, при различной дробное тн деформации и кгроховатости инструмента. Трансформация все впадин приг.одит к образованию сгладок (трещин), креме кснпчэс:

О | '

ких при и ¡.«дай д-.-^г.жио (

$0,02), вторые исчезают при большой степени деформации. Есл

г] /Ь < 1.. .2, впэдп!.а трансформируется ь трещину (под

реэ), параллельную направление прокатки на поверхности, раздва

ивау-щтося в глубине. При со > 1.. .2 трансформация впадин приво

У0

дит к поязлекии па поверхности дефекта, па форме напомпкающеп закат от цилиндрического выступа, в сечении дефекта наблюдайте: две изогнутые трест- , расходящиеся своими истоками. .Такие дефекты назвали л ьзж закатами.

Различие в трансформации углублений обусловлено тем, чте боковые кромки узких впадин сходятся раньше, чем донные ело: шгут выйти яа поверхность, у широких, наоборот, выход дэнньп слоев опережает смыкание поверхностных кромок. Сближение кромок ушкьсает длину и г гр;шу дефекта, последняя уменьшается более интенсивно, т.к. дг;ика дефекта одновременно увеличивается зе счет выт/.жи основного металла. После смыкания кромок дефзкл деформируется в соответствии с дефоомацкей слоя, в котором он располэ.чан; длина его моле? быть существенно ниже или выя» вытяжки основного металла. Благодаря большему ушнренип трансформация бс¡оЗЕЫх гг.здпн количественно несколько отличается от транс-

У

зормацип осевых епздшг.

Обжатия, при которых впадина исчезает пли превращается в :одрез (ложный закат),издали критическими ; они достигав 0... 90%. Чем меньше , тем меньше <5'кр.

Состояние поверхности инструмента и дг бность деформации рактическп не влияют на закономерности трансформации впадин, вменение глубины впадин можно рассчитать по формуле

, мм, (12)

где СХд - коэффициент, равный 5 для цилиндрических и 8 для аровых, для конических впадин СЦ^ [5,5-0,055(120-^)] , е - ло-арифмическая деформация. Формула (12) справедлива для размеров энических впадин 0,2, ^ 0,5 мм, при меньшей глубине

е уменьшение идет более медленно.

Наличие жидкой смазки существенно измен :-т характер формо-зменения. Смазка заполняет впадину и препятствует движению меняла внутрь полости. Трансформация дефекта определяется воз-эжностьв вытеснения смазки из впадины.

Поверхностные трещины (складки), расположенные в продоль-)-вертикальной плоскости, при прокатке сохраняй? свою ориента-ш и относительную глубину НТр/н ( И. ~ толщина образца) [лоть до значений е = 0,8. ..1,0, при дальнейшей деформации ^гр/Ь ■жет заметно возрасти. Истоки поперечных трещин при прокатке ремятся за!шть положение, параллельное контакту. Дефект прев-щается в плену, его выход на контакт искривляется, приобретая пуклость в направлении прокатки. Дробность деформации и при-тствие смазок не изменяют этих закономерностей.

Теоретическое определение формоизменения впадин ировели

при помоои метода конечных элементов. Решение в виде полей скоростей течения для .таской задачи находили из условия минимума

функционалп

з = [Ь^М* Цг^У-^ а.Г , (13)

V Г

где -перэмэнная вязкость в соответствии с методом гидродинамических приближений, - интенсивность скорости сдгиго-

tЧ " с

___________________ - лгтрг^ьой множитель, о - скорость деформации Есеггоролного сжатия, б*; и 17\ - папряжэкпл и скорости на

о о

контакте, V объем деформфуемого тела, р - площадь контакта.

Е упрощенном варианте решения приняли условие 0Тс^= пост. Напряжение трения описывали разрывной моделью постоянства сил трения

"ЬСр = Гпк^ ; (14)

где к',.р - среднее сопротивление сдвигу по объему; расчеты проводили при т = 0,1; 0,4; 1,0. Величину штрафного множителя "С, принимал;; равной 50П'Я , где(й - среднее значение вязкости в очаге деформации в данный момент времени.

Впадины моделировали поперечными углублениями с прямоугольным и треугольным сечением, отношение изменяли от 1 до 5, фактор формы от 1 до 10. Обжатие за каждый временной интервал составляло 0.2 мм. Результаты расчетоз аде!сватно отражают эксперимент и показывают, что механизм заполнения вяадиньг определяется полем скос стей смещений; вертикальные скорости по оси дна вг'здннь.' ьт, а у ее сг^нск-}ю 'меньше

скоростей опускания частиц основного металла; поэтому аффект "подъема" и выпучивания дна объясняется его более медленным

опусканием. Точ;'Ш, лежащие на о6разую?.з;х конических впадин, ин-тенсипп выходят на контактную поверхность, з результате чзгс глубина впадкн уменьшается, а глубина образующихся складок значительно иеяьхз . Отношение ¡Ъ'р/Ь несколько уменьшается для боле-~ Уалких трещин и увеличивается для более крупных. При прокаисв еле.-., "тл неразнпмер)!.-i.il продольных скоростей при П1 ^ 0,4 истоки образующихся складок в зоне отставания отклоняются з сторону входа, что пс^сдпт •< ^о^т^ченноуу преобразованию дебета плену. случены значения Скр при осадке и прокатке в зависимости от Ф т . Решение мо.чят быть

' ' а-7

использовано для любой формы впадины, законе памоненияС^,любой модели трения.

Формоизменение впадин при прокатке в калибрах Исследования проводили при проклтке слитка с искусственными дефектами на стане 950. При прокатке на бочке впадины на

контглстной поверхности трансформируются по описанным выше ззко-

/

номерностям, на Согавой поверхности Л^ увеличивается в соответствии с упирением, длина впадины увеличивается, а ширина уменьшается. Эти впадины выкатываются медленнее, чем такие же, но попавшие в первых проходах на контакт. Режим кантоЕок практически не влияет на вькатываемость; последняя существенно зависит от положения впадин по периметру слитка: заглубление впадин, расположенных по центру граней, уменьшается наиболее слабо, по ребрам слитка - наиболее интенсивно. Это объясняется тем, что з ящпчш: калибрах и в калибрах системы овал-крут центральна впадины располагается либо по вершине калибра, где поперечное скольленпе ккнн>.г'.л£но, пли по разъему, где за счет

упирвппд h,, увеличивается. Поверхностные слои, находящиеся

с)

вблизи рейор, испытывают наибольшую сдвиговую деформацию, в результате чего дефекты искривляются и их г." "Нша по нормали к поверхности существенно уменьшается, i. хе обдирки заготовок наиболее глубокие трещины сохраняются по концам сопряженных диаметров, что не может служить признаком их прокатного происхождения.

Сормаизмонение дефектов при производстве бесшовных труб Кссл-здавалл формоизменение искусственных впадин и выступов различной формы и размеров на трубной заготовке и на гильзах при прокатке на ТПА 89 и при волочении. Основные закономер "'.сти формоизменения дефектов при прошивке и продольной прокатке на справке .и редуцировании те же, что и при прокатке полос. Ци-линдрпчооше впадины на гильзе и заготовке прпс!^о < 1...2 образуют г.одрези на черновых трубах, прнМ^ > 3 - ложные закати.

Коничзсккз впадины при 'И,>120° выкатываются. Неглубокие де-

/

фекты (К, ,/h0 á? 0,02) на черновых трубах ш обнаруживаются. Pací '

диальная глубича всех дефектов уменьшается. Представлены диаграммы определения допустимой глубины дефэктов на всех стадиях горячей обработки.

При волочении конические риски, узкие цилиндрические и продольные прямоугольный.Епаднны трансформируются в отладки,

поперечило прямоугольные и широкие щйшдрические впадины не

-

заполняются , по изменяют глубину и размеры в плане. При первом

безоправочном приходе глубина почти всех дефектов увеличивается

на 10. ..30^, .при двь? проходном волочении глубина поперечных

.прямоугольных впадин несколько увеличивается, у остальных де-

k

¿¡ектоз незначительно уменьшается. Продольные впадины после пер- ' аого безоправочного прохода превращаются в трещины. При опра-зочном волочении уменьшается глубина всех дефектов, трансформации в трещины у впадин с плоским ди л сопровождае^я раздвоением истоков. безоправочном вол ^jhiui тендр":;ил

уменьшению тем ярче, чем меньше диаметр'и аэлще стенка трубы и не зависит от степени деформации по стенке и диаметру, оп-

ределяется давлением . Зависимость от давления проявляется и ipn оправо'шом волочении.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТ Kil Износостойкость валков и способы ее повышения Наплавленные валга НДТ станов выходят из строя в основном ю состоянию поверхности, особенно интенсивно изнашиваются вал-си I клети. Нижняя половина калибров подвержена в большей сте-тени термическое износу, верхняя - абразн. юму и осповидному. 1зменение формы (выработка) у калибров первых клетей наиболее :ущественна по вершине, у чистовых - в средней части. Характер i интенсивность износа изменяются на протяжении одной компании: 5ля I клети вплоть до прокатки 10,..15 тыс. штук труб износ от-юсительно невелик, при дальнейшей прокатке износ резко возрастет, возникает грубая осповидность, визы] появление мел--лх закатов, подрезов и ложных закатов на черновых трубах. Грямые эксперименты показали, что закономерности износа связаны : действием окалины. Ее влияние на нижнюю половину калибров ме-see существенно, чем на верхнюю, где количество попадающей на гонтакт окалины больше; ьэаимодействие термического и абразив-юго износа способствует выкрашиванию крупных участков металла

и появлении основ дности. Для снижения влияния окалины I кле' стана перевели в режим работы окалитюломателя, а также опроб( вали работу гядросбива. В обоих случаях абрззпвный износ с; щеетвенно уменьшался, но сохранялся термический износ, на ва. ках возникала сетка грубых трещш. Для существенного уменьшен: износа применили частичное удаление окалины с гильзы по а. с 6931510 с помощью ; идросбива. Основная часть гильзы прокатывает ся бег окалины, что исключает интенсивный абразивный v-'чос; щ прокатке участков гильзы с неудалеиной окалиной истири - х'ся roi чайиий поверхностный слои валка с зародышами трещин и подавлю ется развитие термического и оспсечдного износа; стойкость я-и ков повышается в 2-3 раза.

Для расчета мощности сил трения получили формулу для опре деления средней скорости продольного Л/х и поперечного сколь жения по калибру. Для показательного закона изменения коэффици ента вытяжкл полу

U^li^Mj-iU^A^^-A^-^A, ; . (15;

, ГА^"^U./U^K /А/U- - -1 j+ u») ; ^ â d у. АЛ £(¡1 У 1 '

гда Д - суммарный коэффициент вытяжки поверхностноп слоя в далнгм продольном сечении, " угол контакта в этом сечения, 'Ug - округ ая скорость валков, ^ - нейтральный угол i

данном сечении, ^

* » »»

- скорость металла на выходе из валков, - максимальна;

зперечная деформация, И™ - еумызрнее смещение в гоне •

вменение периметра в этой зоне), - уте.: ■ ;

шна зоны роста поперечных деформации, f\J¿ - выра , опреде-

пошие длину участков изпе'нения поперечной деформации j тангьн-

дальним направлении.

Показано, что только распределен!'? мощности сил трения по

фиметру калибра соответствует эпюрам выработки как черновых,

1К и чистовых калибров.

Способы снижения окалинообразования и сил

трения при горячей деформации

Проанализированы известные и предложен новый способ защиты

(талла от интенсивного окисления при массовом производстве -

шесение водной суспензии огнеупорной глины непосредственно

■ред посадкой в печь и спекание покрытия при температурах 1100 о

300 С по а. с. 823433. Способ пригоден для печей, в которых

'сутствует проталкивание металла по поду, прост в реализации и

'зволяет снизить окалинообразование на 10... 20% при температу-

о

.х выдержки 1200... 1100 С и на 40... 50£ при температурах о

О... 1000 С соответственно. Создана и введена в промышленную

:сплуатацию установил для приготовления и .несения защитных

крытий на ТПА 30-102. Показана высокая эффективность способа

о

и нагреве титановых сплавов при температурах SCO... 1000 С, ключающего окалинообразование и уменьшающего толщину газона-щенного слоя.

Впервые показана антифрикционная эффективность эмульсий андартного эмульсола и водомасленых смесей при горнчей про-тке стали, исследовано влияние смазок на износ калибров, при

участии автора разработана первая промышленная установка ДJ подачи технологической смазки на сортовом стане.

Использование статистических методов для анализа источников дефектов и интенсификации контроля качества Т&зказачэ, чт при содержании бракованных штанг в пакет* не 10... 307; общего количества, брак вызывается сл}

чайными причинами, при содержании брака от во до 1002 существ} ет конкретная причина брэка. Случайное содержание брака по пс верхностчым дефектам соответствует закону Пуассона. Если дефо!' классифицируется одним наименованием , по подчиняется случайному распределению, он вызывается различными причинами. П; анализе источников дефектов необходимо учитывать различие г.ь тяжки дефекта и основного металла и положение дефекта по перл метру слитка. Глу' ла складок от дефектов чисто прокатного прс исхождения но меге^т превышать 1-2 мм, 'более глубокие вызван дефектами слитка.

При ремонте поверхности металла необходимо, чтобы получае мые углубления выходили на контакт под углом 30 ° •

Статистическими методами показана субъективность визуаль ного контроля поверхности металла, разработан и опробован плз выборочного осмотра труб перед волочением, позволяющей повысит эффективность контроля при снижении его трудоемкости.

Освоение-производстян ленточных припоев из литой тонколистовой-заготовки Проведенные исследования показали, что в условиях Есеста рошшгс сжатия не происходит разрушения металла даже при кали

и поверхностных трещин. Поэтому тонколистовая прокатка без азки наиболее благоприятна для обработки мнлолластичных сплав. Предложена и освоена на Верхнесалдинском металлообрабаты-ющем заводе технология'холодного передела ..:той тонколистовой готовки толщиной 0,8. ..2,5 мм для производства л . толщиной 1...0,8 мм из многокомпонентных припоев, имеющих относитель-е удлинение ниже 1-2%, достигнуты требуемые разнотолщииноить качество поверхности.

Заключение.

1. Сформулирована система взглядов на пластическое тление к на одну из разновидностей процесса контактного взаимодейс-ия твердых тел. Принципиальное отличие ПТ от ТЖГ заключается том, что давления и силы трения взаимосвязаны уравнением астичности. Для процессов с непредписанний кинематикой поле :ещений и эпюры р и 11 самоустанавливаются в соответствии с инципом минимума энергии деформации.

Эпюру сил трения для таких процессов нельзя описать единым .коном. Поэтому необходимо различать модель трения - математи-ское описание эпюры трения, и закон трения - зависимость едней удельной силы трения скольжения а: физических условий . контагае. Для процессов с предписанной кинематикой закон ПТ жет служить моделью трения.

2. Уточнены и классифицированы показатели для расчета сил ения скольжения и средних значений сил трения в процессах с предписанной кинематикой, уточнены границы применимости мето->в исследования трения скольжения.

3. Проведено комплексное исследование зависимости сил тре-

ния скольжения от основных физических и технологических факт ро~. объединенное обшцм подходом и методикой. Показано, что t возрастает с ростом шероховатости инструмента ( от Rz = 0,5 ; 200 мкм ) и рСр как в присутствии технологических смазок, т« и на "ухом инструменте. При отсутствии смазок сила трения вог pac-idei i появл~ ::;t окисляй, продуктов износа, налипания i инструмент. Bi>% показано, что трение в присутствии смазь зависит от толщины смазочного слоя на контакте, которая уаелк чивается с увеличением вязкости смазки,скорости прокатки и за висит от характеристик микрорельефа поверхности деформируемог метьлла.

4. Анализ проведенных экспериментов убеждает, что величин силы ПТ скольжеиш.как и силы ТЖТ, определяется степенью зацеп ления микрошероховатоетей, зависящей от давления и шероховатости инструмента и адгезией; наличие смазочного слоя уменьшав: степень зацепления тем существеннее, чем больше толщина ела: смазки и чем интенсивнее подавляется адхегия.

Taitne факторы, ¡езк температура металла и валков, обжатие, шероховатость деформируемого металла, состз.з смазки, свойстве поверхностного слоя, скорость прокатки являются косвенными, их влияние определяется способностью изменять степень зацепления, толщину и прочнеет смазочного слоя, количество и состав окислов.

5. Исследован механизм .формирования микрорельефа металла на контакте с инструментом при прокатк!% ссадке. Впервые экспериментально и теоретически погсазано, что коэффициент отпечатываемое™ К-прибллжзется к единице при г'ь = 3... 6.

5. Для расчета сил трекня скольжения предложен феноменологический закон пластического трения скольжения, описываклций наблюдаемый в экспериментах опережающий , пропорциональный или отстающий рост "Сср с ростом рСр вплоть до коэффициентов подпора ng = 5. ..6, при ко?#)?ых достигается заполнение рельефа поверхности инструмента.

7. Разработаны методы экспериментально, ) определения noica-зателя трения j^ по напряжению текучести, не требующие определения энергосиловых параметров и позволяющие использовать условие Зибеля как наиболее рациональный способ задания сил трения на контакте.

8. Предложена новая редакция терминов и понятий трибологии, учитывающая особенности пластического т-ения - возможность появления на одном контакте сил трения покс.л и трения скольжения, появление самоуравновешенной системы сил трения при отсутствии внешней смещающей нагрузки,возможность торможения контактных слоев при интенсивном течении металла по объему.

9. Рассмотрен механизм и установлены основные закономерности формоизменения объемных и плоских поверхностных дефектов з различных процессах ОЗД и при разных соотношениях и размерах Дефектов и геометрии очага деформации.

При вдавливании выступа дефекты не воаиика:от, если его об-

„ О

эазующие наклонены к контакту под углом ?. меньше; в остальных случаях возникают складки ( закаты ) и образуются впадины зокруг вдавленного металла; их размеры т-_м больше, чем выше зыступ и меньше обжатие основного металла.

При формоизменении впадин цилиндрической и шаровой формы

i, I

точки дна опускаются с меньшей скорость®, чем точки на их ст ках. Точки боковых стенок втекают внутрь полости, наиболее тенсиэно текут поверхностные точки. Для относительно узких в дин смккашк? кромок опережает выход данных слоев на контакт появляется дефег в виде короткой трещины на поверхност: раздвоением внутр.; металла; у широких впадин выход донных сл: нл контакте опере.чзет смыкание кромок; - образуется дефект, вт

не походай на закат ( ложный закат ). Генетический признак г

/

ких дефектов - истоки складок расходятся друг от друга. Кзйд* соотношения размеров, определяющие узкие и широкие впадш Впадины конического сечения исчезают при деформации при ут конусности.больие 120°. Впадины с меньшим углом конусности г деформации образуют складки ( трещины ), глубина которых мекь исходной глубины впадин.

Складки (трещины),расположенные в продольно-вертикальн .плоскости,сохраняют свое положение и относительную глубину п прокатке, истоки поперечных складок отклоняются в сторон противоположную направлению прокатки, а дефект приобретает в плены.

10. Приведены эмпирические модели для расчета глубины Д| фектов в процесс ,еформации. Разработана математическая моде, расчета формоизменения поверхностных впадин с использование метода конечных элементов. Результаты расчета адекватны экеш римекту и раскрывают .детали механизма формоизменения, недосту! низ эксперименту. , ' .

11: изучено формоизменение поверхностных дефектов при прс ютке в калибра", прошивке, прокатке н волочении бесшовнь

;

- 29 - .

труб, подтверждена общность механизма трансформации дефектов; основное отличие связано с интенсивным тангенциальным течением поверхностных слоев металла от средней части калибр- к выпускам, что объясняет плохую выкатываемость дефектов, р. положенных по середине грани'чйштка. Только при Сёэоправочном волочении глубина складок несколько увеличивается, при оправочи":.. волочении и во всех остальных случаях глубина Епадин и ск (трещин) уменьшается.

12. Разработаны и внедрены способы уменьшения износа наплавленных валков, составы покрытий и способы их нанесения для защиты металлов от окисления при нагреве, ра„ ^аботаны подходы к применению технологических смазок при горячей прокатке углеродистых сталей, разработана и освоена технология получения ленточных малопластичных припоев из литой тонколистовой заготовки.

Основное содержание диссертации опубликовано

в следующих работах а.) в книгах и брошюрах :

1. Грудев А. П. ,3ильберг Ю. В. ,Тилик В. Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. Справочник. - Ц.: Металлургия, 1982,320 с.

2. Степанов А. Н. .Зпльберг Ю. В. , Неуструс-в А. А. Производство листа из расплава. - Я: Металлургия, 1973,160 с.

3. Зильберг Ю. В. .Родман II Л , Толдаева Е. Т. Наплавка прокатных валков в СССР. Экспресс - информация, ЦНКИЧМ, 1977, сер. 17,1,9 с.

4. Нроизиодство и ¿жсилуатицчи иалкои щ..житных и трубных

станов./ Л. С. Г^дницкий, И. ПКотешов, Ю. В. Зильберг и др. / Иа-формсталь,- П., изд. Черметинформации, 1986, вып. 2,33 с.

б) статьях:

Б. Грудев А. П. , Зильберг Ю. В. Максимальные утлы захват; при прокатке стали' и цветных металлов. Обработка металлов давлением, труды ДМеТИ, 48, -М.: Металлургиздат, 1962.

6. Грудев А. П. , Зильберг Ю. В. Исследование внешнего трени: при прокатке свинца, обработка металлов давлением, труды ДМетИ, 48. -М.: Металлургиздат, 1962.

7. Зильберг ¡0. В. , Грудев А. II О причинах изменения трени; при прокатке. В сб. "Теория прокатки", материалы Всесоюзно! конференции по теоретическим вопросам прокатки. -Л: Металлургиздат, 195?.

8. Грудев А. П. , Зильберг Ю. В. Зависимость максимальных углов захвата от толщины прокатываемых полос. Известия вузов. ЧМ, 1962, 1.

9. Грудев А. П. , Зильберг Ю. В. Исследование максимального угла захвата при установившемся процессе прокатки. В сб. "Инженерные методы рас дета технологических процессов обработки металлов давлением. " -М.: Металлургиздат, 1964.

10. Грудев А. Л. , Зильберг ¡0. В. К вопросу о влиянии температуры металла на трение при прокатке. Известия АН СССР, Металлургия и горное дело, 1954, 6.

11. Грудев А. П. , . - Зильберг Ю. Б. Исследование трения в диапазоне небольших скоростей прокатки. обработка металлов давле-

■ нием, труды Д}&ТИ, '49". -М.: 'Металлургия, 1965.

12. Грудев А. П. , Зильберг Ю. В. О причинах влияния скороси

- 41 - . •

коэффициент трения при прокатке с технологическими смазками, галлургия и коксохишм, вып. 4, 'Эбработка металлов давлением, ?з, Техткэ, 1966.

13. Грудев А. II , Зильберг Ю. В. Иссл; ^ание чкеимального ча захвата при прокатке материалов различной твердости. Ме-иургия и коксохимия. Обработка металлов давлением, 6 Ча-,: Технпса, 1966.

14. Грудев Л. П. , Зильберг Ю. В. Исследование условия намного захвата металла при прокатке. Обработка металлов давшем, труды ДМетИ, 53. -11: Металлургия, 195?.

15. Грудев А. П. , Зильберг Ю. В. , Тилик В. Т. Исследование точной способности некоторых технологических сызэок при хо-цюй прокатке. Обработка металлов давлением, труды ДМ^тИ, 54. : Металлургия, 1970.

16. Зильберг Ю. В. Определение средней силы трения в очаге формации при прокатке. Обработка металлов давлением, труды >тИ, 54.' -М.:" Металлургия, 1970.

17. Грудев А. П. , Зильберг Ю. В. Исследование зависимости ВДУ удельной силой трения и удельным давлением при холодной жатке. Обработка металлов давлением, и.»уды ДМетИ, 55. -!£: ■аллургия, 1970.

3 8. Зильберг Ю. В. О расчете крутящего момента при прокат-

Обработка металлов давлением, труды ДМетИ, 67. -М.: Митал-)гия, 1971.

19. Бондаренко В. А. , Грудев А. П. , Зильберг Ю. В. Влияние шературного фактора на трение при холодной прокатке. Сбра-ка металлов давлением, труды ДМетИ, 57. -1,1: Металлургия,

1971.

20. Груде в А. П. , Зильберг Ю. В. Методы оценки технологи' ких смазок при прокатке и волочении. Обработка металлов давл* ем, труды ДМзтИ, 57. -М.: Металлургия, 1971.

21. Труден А. П. , Зильберг Ю. В. Влияние обжатия и шерохс тости поверхности полосы на трение при холодной прокатке с т нологическнмн. смазками. Обработка металлов давлением, т[ ДМзтИ, 50. -14: Металлургия, 1971.

22. Зильберг К) Я Методы расчета сил трения при прокат Обработка металлов давлением, труды ДМетИ, 53. -14: Металл гия, 1972.

23. Зильберг Ю. В. Трение и технологические смазки при работке металлов давлением. Бюллетень ЦНИИ и ТЭИ ЧМ, 1972, 3.

24. Груде в А. Е , Зильберг Ю. В. , Бондаренко В. А. Елия температуры металла на трение при холодной прокатке. Иавес вузов. ЧМ. , 1971, 1.

25. Зильберг Ю. В. Некоторые спорные проблемы контакт» трения при осадке к прокатке. В сб. "Теория прокатки", Матер] лы всесоюзной наузно-технической конференции. -М.: Металлург! 1975.

26. Чекмарев А. II. , Груде в А. П. , Зильберг Ю. В. Горячая П1 1сатка стали с применением технологических смазок. Известия I зов. 1964, 11.

27. Первая промышленная установка для нодачи техкологиче кой смазки при горя й прокатке стали.,/ А. П. Чекмарев, А. П. Гр дев, Н. II Б?да, Г. 14 Еацкельсон, Ю. Е. Зильберг и др. Металлург ческая и горнорудная промышленность. 1969, 2.

Г г

»

23. Уменьшение налипания металла на Балки пр ¿ячей прокатке нержавеющей стали. /А. П. Чекмарев, А. П. Грудев, Ю. Е Таран, Ю. В. Зильберг и др. Сталь, 1963, 6.

29. Повышение износостойкости валков при горячей прокатке стали путем применения'^ехнологической смазки. /А. П. Чекмарев, А. П. Грудеа, Ю. В. Зильберг, И. А. Иванов. Бюллетень ЦНИИИМ, 23 (595), 1963. ....

30. Служба валков непрерывного справочного стана завода им. Ленина. / Ю. В. Зильберг, В. Г. Чус, А. С. Каг^рлицкий и др. Обработка металлов давлением, труды ДМетИ, 59.-11: Металлургия, 1976.

31. Грудев А. П. , Зильберг Ю. В. , Родман 1,1 М. Новая система гидрог ,ва окалины на непрерывном длиннооправочном стане. Бюллетень ЧНЖЧМ, 19791 в.

32. Прокатка труб на непрерывном длиннооправочном стане с использованием пергой клети в качестве окалиноломателя /А. П. Грудев, Ю. В. Зильберг, Н. С. Кирвалидзе - др. Металлургическая и горнорудная промышленность, 1930, 3.

33. Использование абразивного изнашивания для повышения стойкости валков непрерывного длиннооправочного стана. /Ю. В. Зильберг, 1.111 Родман, А. А. Сильченко и др. Трение и износ, 1986, т. 4.

34. Грудев А. П. , Зильберг Ю. В. , Дмитриева Т. Б. Исследование микрорельефа поверхности деформируемого металла при осадке и прокатке. Металлургия и коксохимия. Обработка металлов давлением, 41. - Киев, : Техшка, 1974.

35. Улучшение качества наружной поверхности гильз при прокатке в непрерывном стане. /■ Ю. В. Зильберг,- В. Г. Чус, А. С. Кагар-

дицкий и др. Сталь, 1975, 4.

36. 'зильберг Ю. В. , Зеленская B.C. Формоизменение впадин ш наружной поверхности металла при прокатке и осадке. Металлурги! и коксохимия, 50. -Киев,: Техшка, 1976.

37. Формоизменение впадин на наружной поверхности труб npi волочении / Ю. В. Зильберг, В. Г. Чус, А. С. Кагарлицкий и др. Металлургия и коксохимия, 50. -Киев,: Техн1ка, 1976.

33. Дефекты наружной поверхности котельных труб-после, прокатки на непрерывном стане и волочения. / Ю. В. Зильберг, В. Г. Чус, А. С. Кагарлицкий и др. Металлургия и коксохимия, 57. -Киев,: .TexHiKa, 1978.

39. Зильберг Ю. В. , Гнездилов Б. В. Формоизменение поверхностных дефектов эаготовш! при производстве труб на ТПА с непрерывным стадам. Сталь, 1984, 9.

40. Формоизменение поверхностных дефектов при производстве трубной заготовки из нержавеющей стали. / Ю. В. Зильберг, M.UРодман, C.B. Ревякин и др. Сталь, 1991, 10.

41. Статистический анализ брака наружной поверхности котельных труб. / Ю. В. Зильберг, В. Г. Чус, А. С. Кагарлицкий и др. Обработка металлов давлением, труды ДМетИ, 59. -М. : Металлургия,

i

j 1976.

42. Применение метода выборочного контроля для осмотра

трубной заготовки перед волочением. /В. А. Башкиров, Ю. В. Зиль-

!

Оерг, А. С. Кагарлицкий и.др•. Обработка металлов давлением, труды ДМзтИ, 59. -М. : Мэтй-лургия, 1976. ■ .

43. Разработка защитных покрытий для снижения окалинообра-зования. / А.П.Грудев, К). В. Зильберг, Я IL Родман и др. Сталь,

Г/

- .(С _

•»«-V 1

1985, 10.

44. Защитные покрытия при нагреве титановых сплавов перед горячей деформацией. V- А. П. Груде в, К). В. Зильберг, 111.1. Родман и 5р. Известия вузов. 41.1, 1990, 7. -

45. Зильберг Ю. В. , Родман Ы.11 Расчет поля скоростей :кольжения при прогатке в круглых калибрах. Металлургия и кок--:охкмия. Обработка металлов давлением, 85. -Киев,: Техника, 1985.

46. Зильберг Ю. В. , Валиахметов 11 1.1 Влияние трс-ния в погости на затекание в нее металла. Известия вузов. Машиностроение, 1988, 1£.

47. Расчет нагрева и охлаждения металла со слоем покрытия 1ри производстве бесшовных труб. / Ю. В. Зильберг, 1111 Родман, В. 1 Ковалев и др. Проблемы металлургического производства, ¡ып. 103,- Клен, Техника, 1989.

43. Зильберг Ю. В. О некоторых терминах трения, изнашивания I смазки. Трение и износ, 1991, т.12, 5.

49. Зильберг Ю. В. Концепция трения яри пластической деформации. Трение и износ, 1992,т. 13, 3.

в) в авторских свидетельствах на изиОриТ'.-нии:

50. А. с. 407601 СССР, 11 Кл. В21а. Устро. :тво для нанесения ехнологической смазки на валю;. А. П. Чекмарев, А. И Груде в, ). В. Зша,Смл' п др. (СССР)- 13. И. »47, 12.1973.

51. А. 532417 СССР, М. Кл. И21в. Устройство д;;:: подачи ; ехнологической смазки на прокатные валки. (СССР). /А. П. Грудеэ, | ). В. Зильберг, О. П. Максименко и др. Б. И. 1139, 10.1976.

52. А. с. 879391 СССР, 11 Кл. (301. Устройство для испытания

- 45 -

образцов материалов и смазыващих масел на трение. /А. Л дев, Ю. Е. йильбе—, А. М. Должанский и др. Б. И. M 41, 11. 1

53. А. с. 8'jylSS СССР, М. Кл. Способ горячей прок заготовок. /Ю. В. Зильберг, M. \L Родман, iL С. Клрвалидве др. (СССР), Б. Л. » 3, 01.1982.

54. A.c. 122?134 СССР, G01N. Способ определения предел степени дефор*ацли. / А. IL Грудек, Ю. 2. Зильберг, А. iL Степан! др. (ССОР;, Е. И. î!'5, 04. iv.io.

5Ь. А. с. 12Î-.V592 СССР. C21D. Способ нагрева под гор; деформацию углеродистых сталей с защитным покрытием./ А. П. J дев, К\ В. Зильберг, M. Я Годмак и др. (СССР). Б. К. N16, 04. Ii

5ü. A.c. 143ÇS50 СССР, esij. Способ экспериментального елсдойания процессов обработки металлов давлением. /Валкахм* М.М. , Зильберг X). В. (СССР). Б. И. N22, 06.1989.

57. A.c. 1520812 СССР, Б21В. Покрытие для запеты угле дистых сталей их окисления при нагреве. /А. ИГрудев, Ю. В. 3?. fispr. А. Л. Сильченко и др. (СССР). Е. И. »19, 1991.

5ü. A. c. 17F .i71 СССР, Е21Е. Способ прокатки слитк /Ю. В. 'Зильберг, VL М. Родман, С. В. Ревякин и др. (CCCF), Б. IL К 08.19S2.

Vu V. Zilfcerg. DEVELOPMENT CF THEORY Or CONTACT INTERACTION DURING HJOTJC DTFO.WflON AND ITS APPL!-7A""0N FOR ELABORAT 1$,' OF EFFECTIVE ROLL I N3 TECHNOLTDSV

Thesis for the compstiticri for the- Voolor' s of Techni' Sciences Degree*, speciality - Flastic Ntetaî Vork

r:

- 47 -

(manuscript), State Metallurgical of Ukraine, 1995.

65 scientific works, including 2 monographs and 12 Certificates of Inventions are to be defended, covering the theoretical researches and the experimental studies of the plastic friction and the surface defects forming during different processes of the plastic metal working.

Influence of the ¡rain factors on the frictional force has teen determined, friction mechanism, acting under conditi ons cf present'and free kinetics hss been considered,the Fhenoir.snological Lav cf the sliding friction has been put forward, snddifferences and coincidences of the machine and the plastic friction have teen formulated. Mochanism and the main regularities of the surfase defects forming during different processes of the plastic metal working have been established.

The effective techniques to reduce roll wearing, friction forces and scaling during heating, as well as strip rolling from cast low-plastic thin billet" have been introduced into production, and information about these techniques has been presented.

Ключевые слова:

пластическое трение,показатели для расчета сил трения,закон и модель трения.факторы трения скольжения,смазки,шероховатость поверхности,формоизменение поверхностных дефектов,сацит-ные покрытия,износ валков,литая тонколистовая заготовка.

К печати 7.02.95. Издательский отдел Укгипромеза Зак. N575. Усл. печ. л. 2. О Тираж 100 экз. 1995г.