blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-10-810-815blackmet-1739Research ArticleНАУКА ПРОИЗВОДСТВУSCIENCE APPLICATIONПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗЕРВА СИЛ ТРЕНИЯ НА КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В ОЧАГЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ПРОКАТКЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССАPROSPECTS FOR USE OF THE RESERVE FORCES OF FRICTION ON CONTACT SURFACE IN DEFORMATION ZONE AT ROLLING TO INCREASE PROCESS EFFICIENCYФастыковскийА. Р.FastykovskiiA. R.

д.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Обработка металлов давлением и металловедение. ЕВРАЗ ЗСМК»

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr. Sci. (Eng.), Assist. Professor, Head of the Chair “Metal Forming and Metal Science”. OJSC “EVRAZ ZSMK”

omd@sibsiu.ruБазайкинВ. И.BazaikinV. I.

 д.т.н., профессор кафедры «Прикладная математика и информатика» 

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Applied Mathematics and Informatics

bazaykin@yandex.ruЕвстифеевВ. В.EvstifeevV. V.

д.т.н., профессор кафедры «Автомобили, конструкционные материалы и технологии» 

644080,  Омск, пр. Мира, 5

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Motor Vehicles, Construction Materials and Technologies”

VladEvst@mail.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationСибирский государственный автомобильно-дорожный университетРоссияSiberian State Automobile and Highway UniversityRussian Federation2019031120196210810815Copyright © Фастыковский А.Р., Базайкин В.И., Евстифеев В.В., 20192019Фастыковский А.Р., Базайкин В.И., Евстифеев В.В.Fastykovskii A.R., Bazaikin V.I., Evstifeev V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1739

Процесс прокатки реализуется за счет мощности, подводимой в очаг деформации благодаря использованию контактных сил трения. Процесс прокатки происходит в две стадии: захвата и установившегося процесса. Определяющей возможность деформирования  в  валках является стадия захвата. В этот период втягивающие силы трения используются с максимальной отдачей. Основной процесс  прокатки проходит на установившейся стадии, где возможности контактного трения не используются в полном объеме. Создается резерв сил трения, который и можно использовать для повышения эффективности процесса прокатки. Для уравновешивания избыточных  сил трения на контактной поверхности в очаге деформации при установившемся процессе появляются зоны опережения и прилипания.  Протяженность этих зон характеризует величину избыточных сил трения. Приведены теоретические зависимости для определения зон  скольжения и прилипания, учитывающие многообразие факторов при прокатке. Предложен показатель оценки возможностей резерва  сил трения на установившейся стадии. Предложена зависимость для его определения. Аналитически установлено, что на установившейся стадии прокатки на гладких валках при соотношениях α/μз = 1 за счет имеющегося резерва сил трения можно подвести энергию  в 1,7  –  2,0  раза большую, чем на стадии захвата при меньших соотношениях α/μз . При использовании калиброванных валков эти цифры  еще больше. Приведена зависимость, по которой можно определить дополнительную мощность, обеспеченную резервом сил трения.  Показаны перспективные направления использования резерва сил трения на установившейся стадии процесса прокатки для повышения  его эффективности. На примере прокатки в приводной – неприводной клети установлено увеличение коэффициента полезного действия  (КПД) процесса прокатки при более полном использовании возможностей сил трения на стадии установившейся прокатки. Приведены  теоретические зависимости для определения КПД при обычном процессе прокатки и при более полном использовании резерва сил  трения.

Rolling process is carried out due to power supplied to the center  of deformation using contact friction forces. Rolling takes place in two  stages  – the capture stage and the steady-state process. The capture  stage determines possibility of deformation in rolls. During this period,  retracting forces of friction are used with maximum efficiency. The  main stage of rolling is the steady-state stage of the process, where  contact friction capabilities are not fully used and reserve of friction  forces is created, which can increase efficiency of rolling process. To  balance excessive friction forces on contact surface in deformation  zone during the steady-state process, zones of advance and adhesion  appear. Their length characterize amount of excessive friction forces.  Theoretical dependences for determining slip and adhesion zones are  given taking into account variety of rolling factors. Estimation indicator of abilities of friction forces reserve at the steady-state stage is  offered as well as dependence for its definition. It is analytically established that in steady-state stage of rolling on smooth rolls with ratio    α/μз  =  1 it is possible to supply 1.7  –  2  times greater energy due to  exis ting reserve of friction force than at the stage of capture at a lower  ratio α/μз ; these numbers are even higher for rolling on grooved rolls.  Dependence which determines amount of additional power provided  by friction forces reserve is given. Promising directions of using friction forces reserve at the steady- state stage of rolling are provided to  improve its efficiency. On the example of rolling in drive – non-drive  stand, an increase in efficiency (Efficiency Ratio) of the main line of  rolling mill is established with more efficient use of friction forces  at the steady-state stage of rolling process. Theoretical dependences are given to determine Efficiency Ratio at usual rolling process and at  more full use of friction forces reserve.

прокатка резерв контактных сил трения зона прилипания повышение эффективности коэффициент полезного действияrolling reserve of contact friction forces zones of adhesion  efficiency improvement efficiencyReferencesBerezhnoy V.L. Friction – assisted extrusion as an alternative to the indirect and direct extrusion of hard aluminium alloys // Light Metal Age. 1997. Vol. 55. No. 3, 4. P. 8 – 13.Berezhnoy V.L. Friction – assisted extrusion as an alternative to the  indirect and direct extrusion of hard aluminium alloys. Light Metal Age. 1997, vol. 55, no. 3, 4, pp. 8–13.Фастыковский А.Р., Перетятько В.Н. Изучение влияния переднего подпора на протяженность зон скольжения и прилипания в очаге деформации при прокатке // Изв. вуз. Черная металлургия. 2002. № 2. С. 15 – 17.Fastykovskii A.R., Peretyat’ko V.N. Effect of frontal support on the  extent of slip and nonslip areas in deformation zone at rolling. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2002, no. 2, pp. 15–17. (In Russ.).Berezhnoi V.L. Multipurpose friction – assisted indirect extrusion (FAIE) Technology // The Proceed. Techn. Seminar. Chicaqo. 2000. Vol. 1. P. 177 – 196.Berezhnoi V.L. Multipurpose friction – assisted indirect extrusion  (FAIE) Technology. The Proceed. Techn. Seminar. Chicago. 2000,  vol. 1, pp. 177–196.Никитин Г.С. Теория непрерывной продольной прокатки. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 399 с.Nikitin G.S. Teoriya nepreryvnoi prodol’noi prokatki [Theory of  continuous longitudinal rolling]. Мoscow: MGTU im. N.E. Baumana, 2009, 399 p. (In Russ.).Грудев А.П. Теория прокатки. – М.: СП Интермет Инжиниринг, 2001. – 280 с.Grudev A.P. Teoriya prokatki [Theory of rolling]. Мoscow: Intermet Inzhiniring, 2001, 280 p. (In Russ.).Грудев А.П. Захватывающая способность прокатных валков. – М.: СП Интермет Инжиниринг, 1998. – 283 с.Grudev A.P. Zakhvatyvayushchaya sposobnost’ prokatnykh valkov [Capturing ability of the rolls]. Мoscow: Intermet Inzhiniring, 1998,  283 p. (In Russ.).Жучков С.М., Кулаков Л.В., Лохматов А.П. и др. Энергосбережение при непрерывной прокатке с неприводными рабочими клетями. Факторы влияния // Изв. вуз. Черная металлургия. 2001. № 9. С. 26 – 28.Zhuchkov S.M., Kulakov L.V., Lokhmatov A.P. etc. Energy saving at continuous rolling with non-driven working stands. Factors  of influence. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2001, no. 9, pp. 26–28.  (In Russ.).Palmer L.W. Slit rolling technology // World Steel & Metalworking. 1984. 1985. Vol. 6. P. 147 – 149.Palmer L.W. Slit rolling technology. World Steel & Metalworking.  1984, 1985, vol. 6, pp. 147–149. Фастыковский А.Р. К вопросу продольного разделения полосы неприводными устройствами в потоке прокатного стана // Производство проката. 2009. № 3. С. 4 – 8.Fastykovskii A.R. Longitudinal separation of the strip by non-drive  devices in rolling mill stream. Proizvodstvo prokata. 2009, no. 3,  pp. 4–8. (In Russ.).Matsuo G., Suzuki M. The latest technology of multy – slit rolling // SEA. ISI Quaterly. 1995. No. 3. P. 49 – 58.Matsuo G., Suzuki M. The latest technology of multi – slit rolling.  SEA. ISI Quaterly. 1995, no. 3, pp. 49–58.Avitzur B. Extrolling: Combine Extrusion and Rolling // Wire Technology. 1974. Vol. 3. No. 2. P. 55 – 58.Avitzur B. Extrolling: Combine extrusion and rolling. Wire Technology. 1974, vol. 3, no. 2, pp. 55–58.Avitzur B. Handbook of Metal Forming Processes. – New York: John Wiley and Sons, 1981. – 280 p.Avitzur B. Handbook of Metal Forming Processes. New York: John  Wiley and Sons, 1981, 280 p.Fastykovskii A.R. Region for extrolling and effective deformation modes // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2011. Vol. 52. No. 3. P. 230 – 233.Fastykovskii A.R. Region for extrolling and effective deformation modes. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2011, vol. 52,  no.  3, pp. 230–233.Sidelnikov S., Galiev R., Lopatina E., Samchuk A. Analysis of energy-force parameters of combined processing for receiving modifying bars from Al – 5Ti – 1B alloy // Non-ferrous Metals. 2017. Vol. 42. No. 1. P. 30 – 35.Sidelnikov S., Galiev R., Lopatina E., Samchuk A. Analysis of energy-force parameters of combined processing for receiving modifying bars from Al – 5Ti – 1B alloy. Non-ferrous Metals. 2017, vol.  42,  no. 1, pp. 30–35. Tuschy E. Strangpressen – Neue Verfahren // Metall. 1992. Vol. 36. No. 3. P. 269 – 279.Tuschy E. Strangpressen – Neue Verfahren. Metall. 1992, vol. 36,  no. 3, pp. 269–279. (In Germ.).Sidelnikov S.B., Galiev R.I., Bespalov V.M., Samchuk A.P. Determining power-energy parameters of combined rolling-extrusion process for low-plastic aluminium alloys // Metal Professing. Nonferrous Metals. 2018. No. 1. P. 30 – 36.Sidelnikov S.B., Galiev R.I., Bespalov V.M., Samchuk A.P. Determining power-energy parameters of combined rolling-extrusion  process for low-plastic aluminium alloys. Metal Processing. NonFerrous Metals. 2018, no. 1, pp. 30–36. Фастыковский А.Р., Савельев А.Н. Конструкции и расчеты оборудования прокатных клетей сортовых и листовых станов. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2008. – 316 с.Fastykovskii A.R., Savel’ev A.N. Konstruktsii i raschety oborudovaniya prokatnykh kletei sortovykh i listovykh stanov [Designs and calculations of equipment for rolling stands of roll and sheet mills].  Novokuznetsk: izd. SibGIU, 2008, 316 p. (In Russ.).Леванов А.Н. Состояние и перспективы исследований контактного трения в процессах обработки металлов давлением // Сталь. 2000. № 9. С. 31 – 35.Levanov A.N. State and prospects of research of contact friction in  metal forming processes. Stal’. 2000, no. 9, pp. 31–35. (In Russ.).Выдрин В.Н., Федосиенко А.С., Крайнов В.И. Процесс непрерывной прокатки. – М.: Металлургия, 1970. – 456 с.Vydrin V.N., Fedosienko A.S., Krainov V.I. Protsess nepreryvnoi prokatki [Continuous rolling process]. Moscow: Metallurgiya, 1970,  456 p. (In Russ.).Выдрин В.Н. Динамика прокатных станов. – Свердловск: Металлургиздат, 1960. – 255 с.Vydrin V.N. Dinamika prokatnykh stanov [Dynamics of rolling  mills]. Sverdlovsk: Metallurgizdat, 1960, 255 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.