Методы оценки температурного состояния

Рефераты / Физика и энергетика / Методы оценки температурного состояния

На поверхности оправки образуется слой окалины. Толщина окалинообразующего слоя на поверхности оправки .

Физические условия.

При прошивке происходит теплообмен в системе тел: валки - линейки - гильза - слой окалины - оправка. Температура валков и линеек принимается постоянной. Источниками тепла являются нагретая заго

товка и внутренние источники (деформационный разогрев, разогрев за счет сил трения). Тепловая энергия в процессе прошивки поступают на разогрев технологического инструмента. В период между прошивками оправка охлаждается на воздухе или в проточной воде.

Прошивная оправка является сплошным однородным изотропным телом. Ее теплопроводность является скалярной величиной. В качестве материала оправки выбирается сталь марки 30Х2МФА и 38ХНЗМФА. Физическими параметрами оправки являются плотность , удельная массовая теплоемкость оправки , коэффициент теплопроводности материала оправки . Внутренние источники тепла в оправке отсутствуют.

Время нагрева оправки при прошивке определяется по скорости движения металла и заданной длине гильзы :

Условия на границе металл - оправка.

Теплофизическими свойствами металла являются плотность , удельная массовая теплоемкость металла , коэффициент теплопроводности металла . При деформации металла происходит выделение теплоты.

Для определения кондуктивного и лучистого тепловых потоков на границе контакта металл - оправка необходимо предварительно рассчитать температуру металла в зазоре между валками, линейками и прошивной оправкой. Эта температура деформируемого металла в процессе прошивки зависит, с одной стороны, от тепловыделений за счет работы сил трения и при формоизменении металла, а с другой стороны, от теплоотдачи к оправке, валкам, линейкам и окружающей среде. В общем случае среднюю температуру металла за время одной прошивки можно рассчитать по формуле:

где - средняя температура металла на входе в прошивной стан, рассчитывается по известному температурному полю заготовки перед прошивкой:

где - объем заготовки; - время охлаждения заготовки на воздухе перед станом; - среднее повышение температуры металла при прошивке, которое определяется из уравнения теплового баланса очага деформации:

где: - удельная объемная теплоемкость металла; - объем очага деформации; - общее количество энергии, затраченной на процесс деформирования; - коэффициент выхода теплоты; - теплота, поступающая в металл за счет работы сил трения; - тепловые потери очага деформации в окружающую среду и технологический инструмент; - поправочный коэффициент, полученный экспериментально.

Общее количество энергии на деформацию определяется по теоретической формуле П.И. Полухина:

где и - радиус заготовки до прошивки и радиус гильзы; - толщина стенки гильзы; - сопротивление металла деформированию, рассчитывается по эмпирической формуле

- сопротивление деформации, выбираемое по величине среднего единичного обжатия; - обжатие в пережиме.

Теплота, поступающая в металл при трении, рассчитывается по формуле:

в которой - коэффициент, учитывающий долю теплоты, поступающей на оправку от трения; - плотность теплового потока за счет работы сил трения; - коэффициент контакта; - площадь поверхности металла под оправкой; - время прошивки.

Тепловые потери металла в очаге деформации за время прошивки составляют величину:

где , и - площади поверхностей контакта металла с валками, линейками и окружающей средой; , , , - плотности тепловых потоков; - плотность потока тепловых потерь в окружающую среду; и - плотности потоков тепловых потерь к валкам и линейкам рассчитываются при допущении квазистационарного режима теплопроводности с учетом температурного сопротивления слоя окалины: