blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2021-12-903-908blackmet-2220Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSГидродинамический эффект технологической смазки и формирование режимов трения при листовой прокаткеHydrodynamic effect of technological lubrication and friction modes formation at sheet rollinghttps://orcid.org/0000-0002-4347-8181КолмогоровГ. Л.KolmogorovG. L.

Герман Леонидович Колмогоров, д.т.н, профессор кафедры «Динамика и прочность машин»

614990, Пермь, Комсомольс­кий пр., 29

German L. Kolmogorov, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair “Dynamics and Strength of Machines”

29 Komsomolskii Ave., Perm 614990

dpm@pstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5060-4801МельниковаТ. Е.Mel’nikovaT. E.

Татьяна Евгеньевна Мельникова, к.т.н., доцент кафедры «Динамика и прочность машин»

614990, Пермь, Комсомольс­кий пр., 29

Tat’yana E. Mel’nikova, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Dynamics and Strength of Machines”

29 Komsomolskii Ave., Perm 614990

taevmel@gmail.comПермский национальный исследовательский политехнический университетРоссияPerm National Research Polytechnic UniversityRussian Federation2021240120226412903908Copyright © Колмогоров Г.Л., Мельникова Т.Е., 20222022Колмогоров Г.Л., Мельникова Т.Е.Kolmogorov G.L., Mel’nikova T.E.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/2220

Одной из основных отраслей металлургической промышленности является обработка металлов давлением. Целью такой обработки является формирование изделий из металлических заготовок простых форм. Важная роль при этом принадлежит технологии листовой прокатки. Решение вопросов, связанных с выбором оптимальных режимов листовой прокатки, является актуальным для специалистов в рассматриваемой области. Процесс прокатки металлоизделий специфичный, так как контактные напряжения могут превышать сопротивление деформации прокатываемого металла в несколько раз. Задачи прогнозирования качества изделий с учетом предупреждения дефектов сплошности листового металла, а также исследования надежности технологических операций процесса прокатки связаны с решением производственных и научных проблем в рассматриваемой области. Отечественными и зарубежными исследователями отмечено значительное влияние внешнего трения в очаге деформирования на технологические параметры процесса прокатки и качество получаемой металлопродукции. Известно, что без внешнего трения между металлом и валком прокатка невозможна. Снижение трения обеспечивает возможность повышения экономических показателей процесса листовой прокатки, а сама технология прокатного производства обладает значительными возможностями для дальнейшего усовершенствования. Моделировать условия трения в зоне деформации позволяет технология листовой прокатки в условиях гидродинамического режима трения. Учет гидродинамического эффекта смазки позволяет оценивать влияние технологических факторов на условия контактного трения при обработке металлов давлением и управлять процессом прокатки. Исследованы закономерности течения жидкой ньютоновской смазки с учетом особенностей геометрии зоны деформации при листовой прокатке. Определена нагнетающая способность смазочного клина, которая позволяет объяснить закономерности влияния смазки на условия трения. В качестве примера представлены результаты расчета давления смазки в зависимости от скорости прокатки. Приведены скорости прокатки, обеспечивающие жидкостный режим трения. Полученные соотношения позволяют оценить влияние контактного трения на технологические параметры процесса листовой прокатки и могут быть использованы в технологических расчетах данного процесса.

One of the main engineering industries is the processing of metals by pressure. Its purpose is the formation of products from metal blanks of simple forms. An important role in this case belongs to the technology of sheet rolling. The solution of issues related to the choice of optimal modes of sheet rolling is relevant for specialists in the field under consideration. The process of rolling metal products is special, since the contact stresses can exceed the deformation resistance of rolled metal by several times. The tasks of predicting the quality of products, taking into account the prevention of sheet metal continuity defects, as well as the study of technological operations reliability of rolling process are associated with the solution of industrial and scientific problems in this area. Domestic and foreign researchers have noted a significant influence of external friction in the deformation center on the technological parameters of rolling process and quality of the resulting metal products. It is known that rolling is impossible without external friction between metal and roll. The reduction of friction provides an opportunity to increase the economic indicators of sheet rolling, and the rolling production technology itself has significant opportunities for further improvement. Technology of sheet rolling in the conditions of hydrodynamic friction mode allows modeling of friction conditions in the deformation zone. Taking into account the hydrodynamic effect of lubrication allows us to assess the influence of technological factors on the conditions of contact friction during metal pressure treatment and to control the rolling process. Regularities of the flow of liquid Newtonian lubricant are investigated, taking into account features of the deformation zone geometry during sheet rolling. Pumping capacity of the lubricating wedge during rolling is determined, which allows us to explain the regularities of lubrication influence on friction conditions. As an example, the results of calculation of the lubricant pressure depending on the rolling speed are presented. The rolling speeds that provide a liquid friction mode are given. The obtained relations allow us to estimate the influence of contact friction on technological parameters of sheet rolling and can be used in technological calculations of this process

внешнее трениегидродинамический режим трениясмазкашероховатость поверхностиконтактные напряжениядавление смазкидеформацияsheet rollingexternal frictionhydrodynamic mode of frictionlubricationsurface roughnesscontact stresseslubrication pressuredeformationReferencesAzushima A. Tribology in Sheet Rolling Technology. Switzerland: Springer Int. Publ., 2016. http://doi.org/10.1007/978-3-319-17226-2Azushima A. Tribology in Sheet Rolling Technology. Switzerland: Springer Int. Publ., 2016. http://doi.org/10.1007/978-3-319-17226-2Гарбер Э.А., Кожевникова И.А. Теория прокатки. Старый Оскол: Тонкие наукоемкие технологии, 2015. 312 с.Garber E.A., Kozhevnikova I.A. Rolling Theory. Stary Oskol: Tonkie naukoemkie tekhnologii, 2015, 312 p. (In Russ.).Xiao Y., Yao P., Fan K., Zhou H., Deng M., Jin Z. Powder metallurgy processed metal-matrix friction materials for space application // Friction. 2018. Vol. 6. No. 2. P. 219–229. http://doi.org/10.1007/s40544-017-0171-9Xiao Y., Yao P., Fan K., Zhou H., Deng M., Jin Z. Powder metallurgy processed metal-matrix friction materials for space application. Friction. 2018, vol. 6, no. 2, pp. 219–229. http://doi.org/10.1007/s40544-017-0171-9Kachanov L.M. Fundamentals of the Theory of Plasticity. N.Y.: Courier Dover Publ., 2013.Kachanov L.M. Fundamentals of the Theory of Plasticity. N.Y.: Courier Dover Publ., 2013.Константинов И.Л., Сидельников С.Б. Основы технологичес­ ких процессов обработки металлов давлением. М.: ИНФРА–М, 2019. 486 c.Konstantinov I.L., Sidel’nikov S.B. Fundamentals of Technological Processes of Metal Forming. Мoscow: INFRA–M, 2019, 486 p. (In Russ.).Avitzur B. Metal Forming: Processes and Analyses. N.Y.: McGraw­ Hill Book Co., 1968. https://lccn.loc.gov/2017046173Avitzur B. Metal Forming: Processes and Analyses. N.Y.: McGrawHill Book Co., 1968. https://lccn.loc.gov/2017046173Wang Z.R., Hu W.L., Yuan S.J., Wang X.S. Engineering Plasticity Theory and Applications in Metal Forming. Boston: John Wiley & Sons, 2018. 520 p.Wang Z.R., Hu W.L., Yuan S.J., Wang X.S. Engineering Plasticity Theory and Applications in Metal Forming. Boston: John Wiley & Sons, 2018, 520 p.Мазур В.Л. Состояние и перспективы развития теории тонко­ листовой прокатки // Обработка материалов давлением. 2012. № 4 (33). С. 136–141.Mazur V.L. State and development prospects of the theory of strip rolling. Obrabotka materialov davleniem. 2012, no. 4 (33), pp. 136–141. (In Russ.).Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982. 312 с.Grudev A.P., Zil’berg Yu.V., Tilik V.T. Friction and Lubricants in Metal Forming. Мoscow: Metallurgiya, 1982, 312 p. (In Russ.).Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая подача смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. 168 с.Kolmogorov G.L. Hydrodynamic Supply of Lubricant during Metal Forming. Мoscow: Metallurgiya, 1986, 168 p. (In Russ.).Liu Y. Friction at Strip­Roll Interface in Cold Rolling. Wollongong: University of Wollongong, 2002.Liu Y. Friction at Strip­Roll Interface in Cold Rolling. Wollongong: University of Wollongong, 2002.Кокрофт М.Г. Смазка и смазочные материалы: Смазка в процессах обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1970. 111 с.Kokroft M.G. Lubricants and Lubricant Materials: Lubricant in Metal Forming. Мoscow: Metallurgiya, 1970, 111 p. (In Russ.).Бартелс Т. и др. Смазки: производство, применение, свойства. СПб.: Профессия, 2010.Bartels T., etc. Lubricants: Production, Application, Properties. St. Petersburg: Professiya, 2010. (In Russ.).Dubois A., Abu N.M. Karim. Metal forming and lubrication. In book: Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Oxford: Elsevier Inc., 2016. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.03565-7Dubois A., Abu N.M. Karim. Metal forming and lubrication. In: Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Oxford: Elsevier Inc., 2016. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.03565-7Atkins A.G. Hydrodynamic lubrication in cold rolling // International Journal of Mechanical Sciences. 1974. Vol. 16. No. 1. P. 1–19. https://doi.org/10.1016/0020-7403(74)90029-0Atkins A.G. Hydrodynamic lubrication in cold rolling. International Journal of Mechanical Sciences. 1974, vol. 16, no. 1, pp. 1–19. https://doi.org/10.1016/0020-7403(74)90029-0Jones W.R., Jansen M.J. Tribology for space applications // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2008. Vol. 222. No. 8. P. 997–1004. https://doi.org/10.1243/13506501jet305Jones W.R., Jansen M.J. Tribology for space applications. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2008, vol. 222, no. 8, pp. 997–1004. https://doi.org/10.1243/13506501jet305Тихомиров В.П. и др. Трибология. М.: Купер Бук, 2016. 358 c.Tikhomirov V.P., etc. Tribology. Мoscow: Kuper Buk, 2016, 358 p. (In Russ.).Ковалев А.Е., Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая подача смазки в процессах обработки давлением. В кн.: Аннотации докладов Восьмого всероссийского съезда по теоретической и прикладной механике (г. Пермь, 23 – 29 августа 2001 г.). Екатеринбург: Изд­во ПГТУ, УрО РАН, 2001. С. 331.Kovalev A.E., Kolmogorov G.L. Hydrodynamic supply of lubricant in pressure processing. In: Abstracts of the 8th All­Russ. Congress on Theoretical and Applied Mechanics (Perm, August 23 – 29, 2001). Yekaterinburg: Izd­vo PSTU, UB RAS, 2001, p. 331. (In Russ.).Encyclopedia of Tribology. Wang Q.J., Chung Y.­H. eds. N.Y.: Springer Sciences + Business Media, 2013. https://doi.org/10.1007/978-0-387-92897-5Encyclopedia of Tribology. Wang Q.J., Chung Y.­H. eds. N.Y.: Springer Sciences + Business Media, 2013. https://doi.org/10.1007/978-0-387-92897-5Колмогоров Г.Л., Мельникова Т.Е. Гидродинамический эффект технологической смазки при тонколистовой прокатке // Цветные металлы. 2017. № 3. С. 89–93. https://doi.org/10.17580/tsm.2017.03.14Kolmogorov G.L., Mel’nikova T.E. Hydrodynamic effect of technological lubrication during thin-sheet rolling. Tsvetnye metally. 2017, no. 3, pp. 89–93. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2017.03.14Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1979.Loitsyanskii L.G. Fluid and Gas Mechanics. Мoscow: Nauka, 1979. (In Russ.).Persson N.J. Sliding Friction. Physical Principles and Applications. Berlin: Springer – Verlag, 2000. 516 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04283-0Persson N.J. Sliding Friction. Physical Principles and Applications. Berlin: Springer – Verlag, 2000, 516 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04283-0Aljabri A., Jiang Z.Y., Wei D.B., Wang X.D., Tibar H. Modeling of thin strip profile during cold rolling on roll crossing and shifting mill. In: 8th Pacific Rim Int. Congress on Advanced Materials and Processing (PRICM. – 8, 2013). Boston, USA: John Wiley & Sons, 2014. P. 3001–3008. https://doi.org/10.1002/9781118792148.ch371Aljabri A., Jiang Z.Y., Wei D.B., Wang X.D., Tibar H. Modeling of thin strip profile during cold rolling on roll crossing and shifting mill. In: 8th Pacific Rim Int. Congress on Advanced Materials and Processing (PRICM. – 8, 2013). Boston, USA: John Wiley & Sons, 2014, pp. 3001–3008. https://doi.org/10.1002/9781118792148.ch371Исаевич Л.А., Иваницкий Д.М., Сидоренко М.И. Определение режимов обжатия полос переменной толщины для достижения требуемой размерной точности формообразуемого профиля // Литье и металлургия. 2016. № 1 (82). C. 91–95.Isaevich L.A., Ivanitskii D.M., Sidorenko M.I. Determination of compression modes of strips of variable thickness to achieve the required dimensional accuracy of the shaped profile. Lit’e i metallurgiya. 2016, no. 1 (82), pp. 91–95. (In Russ.).Dyi­Cheng Chen. An investigation into the shape rolling of sectioned sheets with internal voids using the finite element method // Procedia Engineering. 2014. Vol. 79. P. 173–178. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.06.327Dyi­Cheng Chen. An investigation into the shape rolling of sectioned sheets with internal voids using the finite element method. Procedia Engineering. 2014, vol. 79, pp. 173–178. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.06.327Shigaki Y., Nakhoul R., Montmitonnet P. Numerical treatments of slipping/no­slip zones in cold rolling of thin sheet with heavy roll deformation // Lubricants. 2015. Vol. 3. No. 2. P. 113–131. https://doi.org/10.3390/lubricants3020113Shigaki Y., Nakhoul R., Montmitonnet P. Numerical treatments of slipping/no­slip zones in cold rolling of thin sheet with heavy roll deformation. Lubricants. 2015, vol. 3, no. 2, pp. 113–131. https://doi.org/10.3390/lubricants3020113

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