Публикация

Ввиду нелимитированного потребления энергии на протяжении предыдущих десятилетий, в том числе и в области обработки металлов давлением, понятие коэффициент полезного действия деформации практически исчезло со страниц научной литературы. Неразработанность этого вопроса не позволяет в настоящее время иметь, помимо самых общих определений коэффициента полезного действия деформации, четких критериев взаимосвязанных, как с показателями формоизменения так и с работой деформации. Это в свою очередь не позволяет технологам при выборе или разработке той или иной системы калибров быстро и надежно оценить их коэффициент полезного действия и отдать предпочтение энергосберегающим вариантам, при отсутствии других соображений. Для оценки и расчета формоизменения в вытяжных калибрах многие авторы, такие как З. Вусатовский, И. М. Павлов и М. А. Зайцев, Б. Е. Хайкин и В. В. Козлов использовали достаточно общие характеристики процесса на основе закона постоянства объема. Однако в настоящее время не существует аналитической зависимости, позволяющей использовать ее как единый критерий деформации для любой системы калибров. Другим малоизученным и недостаточно разработанным вопросом является изучение зависимости между энергосиловыми параметрами и соответствующими показателями деформации. Так З. Вусатовский и И. Лудига проводили обширные опыты для изучения условий при прокатке в ящичных калибрах. Данные, имеющиеся в специальной литературе, показывают, что только Зибель пытался рассчитать дополнительное трение при прокатке в калибрах. Коэффициенты трения указанные Зибелем, являются единственно известными до сих пор данными, с помощью которых можно непосредственно учесть более высокое сопротивление деформации при прокатке в калибрах. Важнейшим фактором, от которого зависит трение на боковых стенках калибра, является ограничение уширения. Так исследования Г. Цоухары показали, что сопротивление деформации при одном проходе квадрата в ромб на 20 - 28 % больше, чем при проходе ромб в квадрат. Эти результаты еще раз свидетельствуют о существенном влиянии дополнительного трения в калибрах, как на внутренние перемещения металла, так и на силу прокатки и работу деформации в целом, следовательно и ее коэффициент полезного действия. Анализ исследований проведенных в различных странах свидетельствует о важности затрагиваемых вопросов, однако они носят разрозненный характер и не отличаются законченностью. Даже поверхностный анализ, имеющихся на сегодняшний день результатов исследований, свидетельствует о существовании взаимосвязи показателей формоизменения при прокатке с энергетическими затратами, что несомненно требует дополнительных строгих теоретических и экспериментальных доказательств, обобщений и установление критериев удобных для использования на практике. Разработанная на кафедре ОМД инженерная методика оценки коэффициента полезного действия деформации, базирующаяся на фундаментальных основах теории ОМД, позволяет получить единый критерий энергетической эффективности процессов ОМД: прокатки, прессования и волочения. В свою очередь разработанный метод определения коэффициента полезного действия деформации позволит оценить существующий арсенал типовых калибровок различных профилей с точки зрения энергосбережения и получить ряд альтернативных вариантов с предпочтительностью по энергосбережению. Не менее важным этапом использования разработанного метода является стадия проектирования развития калибровок, выбора эффективных схем деформации и их оптимизации по критерию коэффициента полезного действия. Предварительные расчеты, основанные на экспериментальном определении энергетических затрат при прокатке отдельных профилей показывают, что реальная экономия электроэнергии может достигать 18-20% только от замены одной системы калибров на другую, без дополнительных капитальных вложений. Особую актуальность вопросы энергосбережения будут представлять, как на существующих, так и вновь вводимых в строй высокоскоростных сортовых и проволочных станах.
Таким образом получены аналитические выражения устанавливающие связь между продольной, поперечной и высотной деформацией на основе закона постоянства объема; установлена взаимосвязь между удельной величиной работы и показателем формоизменения; результаты исследований и оценок вытяжных систем калибров подтверждают гипотезу о росте коэффициента полезного действия деформации с увеличением соотношения смещенного объема металла, между вытяжкой и уширением.