А в зоне прилипания

t <m s_{у ,} здесь выполняется условие t = К/2.

В этом смысле напряжения трения в зоне прилипания не могут быть больше тех, которые реализовались бы, если бы было скольжение.

Таким образом, силы трения в зоне прилипания – это статические силы трения. Они характеризуют стремление металла к сдвигу, но не являются следствием сдвигов. Кроме того, необходимо учитывать векторный характер сил трения.

Рассмотрим еще раз рис 44б, на котором приведено направления действия сил трения при прокатке. Они направлены против движения частиц металла относительно валков. Это относится также к зоне прилипания, где скольжения нет, но имеются малые смещения. В любой точке контактной площадки вектор сил трения t имеет две составляющие t_x и t_y, связанные зависимостью: t² = t_x² + t_y². В нейтральном сечении продольная составляющая равна нулю. В нейтральном сечении (рис 44а) стремление к сдвигу в продольном направлении отсутствует, так как силы трения в этом направлении равны нулю. По мере удаления от нейтрального сечения стремление к продольному сдвигу увеличивается, поскольку растут удельные силы трения. В пределе они достигают предельного значения t = К/2 и дальше увеличиваться не могут, зона застоя заканчивается и начинается зона торможения.

В зоне застоя и торможения, которые вместе образуют зону прилипания, реализуются статические силы трения, а в зонах скольжения – зонах опережения и отставания – динамические силы трения. И только в зонах скольжения физической характеристикой трущихся поверхностей служит коэффициент трения m. Кстати, напряжения трения, нарастая в зоне застоя от нейтрального сечения влево, а в зоне скольжения – вправо, не обязательно должны достигнуть своего предельного значения К/2. В этом случае, который встречается при прокатке, эпюра контактных напряжений трения может не содержать зоны торможения справа или по обе стороны от зоны застоя.

В связи с этим полезно заметить, что в литературе встречаются неточные суждения о силах трения при прокатке. Приведенная эпюра контактных напряжений (рис50) дала основания некоторым авторам утверждать, что силы трения в зоне прилипания больше, чем в зоне скольжения, или что в зоне прилипания действительно металл «прилипает» к валкам, происходит некоторое схватывание трущихся поверхностей. Относительно прилипания к валкам, мы уже ометили, что в зоне прилипания происходит не схватывание или приваривание поверхностей, а заторможенное скольжение. Указывалось также, что силы трения не максимальны в зоне прилипания в том смысле, что были бы больше, если бы продолжалось скольжение. Прилипание отсутствовало бы, если бы металлу было энергетически выгодно скользить по поверхности валков. Правильнее считать, что в зонах прилипания напряжения трения предельные, а не максимальные. Металлу невыгодно реализовать максимальные силы трения в зоне прилипания, так как для этого потребовались бы силы трения ms > K/2. На деформацию в целом затрачивается меньше энергии, если реализуются предельные (меньшие, чем при скольжении) напряжения трения, и деформация металла осуществляется не за счет скольжения по поверхности, а за счет иного механизма деформации - деформации внутренних слоев металла. Перемещение может осуществляться либо путем скольжения по поверхности контакта, либо, когда контактное скольжение затруднено, смещением одних внутренних слоев металла относительно других, то есть в результате дополнительных сдвигов в слоях, несколько удаленных от контактных поверхностей. Действительная картина течения определяется законом минимального расхода энергии, и если работа сил трения скольжения оказывается больше работы дополнительных внутренних сдвигов, то реализуется течение за счет дополнительных сдвигов внутри металла. В этом случае на поверхности контакта появляется зона прилипания.

При горячей деформации на средних очагах в продольном направлении металлу энергетически выгодно образовать зону прилипания на контакте, оставив часть очага деформации под зоны скольжения. Зона прилипания занимала бы всю длину дуги захвата, если бы внутренние слои не воздействовали на контактные слои. Внутренние слои, интенсивно деформируясь, увлекают за собой приконтактные слои и вынуждают образовывать на контакте некоторые площадки скольжения. Кстати, за счет такого воздействия со стороны внутренних слоев в приконтактных слоях образуются дополнительные продольные растягивающие напряжения, которые могут привести к возникновению трещин в поверхностном слое металла. Практически всегда мелкие поверхностные трещины, образовавшиеся на металле при разливке, в дальнейшем при горячей прокатке не залечиваются, а, наоборот, за счет растягивающих напряжений только увеличиваются и раскрываются в виде крупных трещин. Необходимо уже на слитках или, в крайнем случае, на ранних стадиях их горячей прокатки удалять поверхностные дефекты

На средних очагах все факторы, затрудняющие поверхностное скольжение, облегчают внутренние сдвиги и способствуют увеличению зоны прилипания. В силу разной природы сил трения в зонах прилипания и скольжения, по-разному будут зависеть силы трения от технологических факторов прокатки. Так, в зоне прилипания силы трения не зависят от шереховатости поверхности, от условий смазки, от скорости металла и т. д., а в зонах скольжения эти факторы существенным образов влияют на силы трения. Увеличение коэффициента трения и повышение высоты полосы увеличивают работу сил трения скольжения, следовательно, облегчают внутреннюю деформацию и увеличивают зону прилипания.

На протяженность зоны прилипания оказывают влияние внешние зоны полосы – «жесткие концы». Внешние зоны выравнивают распределение вытяжек по высоте полосы, затрудняют внутренние перемещения, поэтому они способствуют уменьшению зоны прилипания. При осадке не было «жестких концов», поэтому при осадке при одинаковых соотношениях геометрических границ очага деформации зона прилипания больше, чем при прокатке. Можно утверждать также, что натяжение полосы при прокатке – переднее и заднее – уменьшают протяженность зоны прилипания.

По высоте полосы зона прилипания резко сокращается, как показано на рис 50. (Как отмечалось, ее следует называть зоной затрудненной деформации, чтобы не путать с истинной зоной прилипания, находящейся на контактной площадке). На контактной площадке протяженность ее равна ВС, а на некоторой глубине (в точке Е) она полностью исчезает, и очаг деформации занимают только зоны опережения и отставания. Поэтому иногда даже при развитой зоне прилипания на средних очагах в качестве некоторого упрощения, которое оправдано при решении многих задач о напряжениях и силах (но не о деформациях!), полагают, что очаг деформации состоит из зоны опережения и отставания с водоразделом по нейтральному сечению NN. При этом нейтральное сечение не обязательно является плоским. Экспериментальные исследования показывают, что оно практически всегда искривлено по высоте образца куполом в сторону плоскости входа. Опережение внутренних слоев металла выше, чем поверхностных.

Дата добавления: 2014-01-07