Гидродинамический эффект технологической смазки и формирование режимов трения при листовой прокатке

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.

1. Azushima A. Tribology in Sheet Rolling Technology. Switzerland: Springer Int. Publ., 2016. http://doi.org/10.1007/978-3-319-17226-2

2. Гарбер Э.А., Кожевникова И.А. Теория прокатки. Старый Оскол: Тонкие наукоемкие технологии, 2015. 312 с.

3. 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/s40544-017-0171-9

4. Kachanov L.M. Fundamentals of the Theory of Plasticity. N.Y.: Courier Dover Publ., 2013.

5. Константинов И.Л., Сидельников С.Б. Основы технологичес­ ких процессов обработки металлов давлением. М.: ИНФРА–М, 2019. 486 c.

6. Avitzur B. Metal Forming: Processes and Analyses. N.Y.: McGraw­ Hill Book Co., 1968. https://lccn.loc.gov/2017046173

7. 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.

8. Мазур В.Л. Состояние и перспективы развития теории тонко­ листовой прокатки // Обработка материалов давлением. 2012. № 4 (33). С. 136–141.

9. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982. 312 с.

10. Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая подача смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. 168 с.

11. Liu Y. Friction at Strip­Roll Interface in Cold Rolling. Wollongong: University of Wollongong, 2002.

12. Кокрофт М.Г. Смазка и смазочные материалы: Смазка в процессах обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1970. 111 с.

13. Бартелс Т. и др. Смазки: производство, применение, свойства. СПб.: Профессия, 2010.

14. 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/B978-0-12-803581-8.03565-7

15. Atkins 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)90029-0

16. Jones 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/10.1243/13506501jet305

17. Тихомиров В.П. и др. Трибология. М.: Купер Бук, 2016. 358 c.

18. 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.

19. Encyclopedia of Tribology. Wang Q.J., Chung Y.­H. eds. N.Y.: Springer Sciences + Business Media, 2013. https://doi.org/10.1007/978-0-387-92897-5

20. Колмогоров 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.2017.03.14

21. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1979.

22. Persson N.J. Sliding Friction. Physical Principles and Applications. Berlin: Springer – Verlag, 2000. 516 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04283-0

23. Aljabri 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.ch371

24. Исаевич 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.

25. 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.2014.06.327

26. Shigaki 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/lubricants3020113