Донбаська державна машинобудівна академія

Грибкова Світлана Миколаївна

УДК 621.771.252+621.778.6

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ І КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ МЕХАНІЧНОГО УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ РЕАЛІЗАЦІЇ

ПРОЦЕСУ ПРОКАТКИ ПРОФІЛІВ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Спеціальність 05.03.05 "Процеси та машини обробки

тиском"

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Краматорськ – 2001

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Донбаській державній машинобудівній

академії Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор, академік Академії Інженерних Наук України Потапкін Віктор Федорович, ректор Донбаської державної машинобудівної академії

Офіційні опоненти:

·

·

Провідна установа – Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова, відділ проблем прокатки листа, Національної Академії наук України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться "26" квітня 2001 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.105.01 по захисту дисертацій у Донбаській державній машинобудівній академії (84313, м. Краматорськ, вул. Шкадінова, , 1-й навчальний корпус).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбаської державної машинобудівної академії (84313, м. Краматорськ, вул. Шкадінова, 72, 1-й навчальний корпус)

Автореферат розісланий "_26_"_березня_2001 р.

Учений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 12.105.01, к.т.н., доц. Сатонін О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення техніко-економічних показників металургійного і заготівельного комплексів України в умовах переходу до ринкової економіки й інтеграції у світове промислове виробництво нерозривно зв'язане з підвищенням якості готової металопродукції, а також з розширенням її сортаменту за рахунок, наприклад, освоєння промислового виробництва таких гостродефіцитних типорозмірів спеціального призначення, якими є стрічка плющена, дріт контактний та інші.

При цьому з погляду зниження питомих капітальних витрат і термінів промислового освоєння перспективним є не стільки створення чи придбання нових, скільки реконструкція чи переобладнання вже наявних потужностей, які повною мірою враховують особливості відповідних технологій.

Разом з тим, забезпечення даних технічних рішень поряд з недостатньо повним знанням процесів прокатки профілів спеціального призначення, що характеризуються складною формою поперечного перетину, робить актуальним проведення комплексних теоретичних і експериментальних досліджень, спрямованих на розвиток методів розрахунку, уточнення вихідних даних, рішення оптимізаційних задач і, як наслідок, на удосконалення технологічних режимів, а також конструктивних параметрів механічного устаткування спеціалізованих прокатних станів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до тематики науково - дослідницьких робіт кафедри "Автоматизовані металургійні машини й устаткування" Донбаської державної машинобудівної академії, об'єднаних загальним напрямком “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології”:

Д-03-96 " Розробка, дослідження і удосконалення технології та устаткування для виробництва високоефективних композиційних заготовок і складних профілів спеціального призначення" № Держ. реєстрації 0396U015979;

Д-01-97 " Розробка, дослідження й удосконалення технологій і устаткування металургійного виробництва, що забезпечують збільшення обсягів виробництва, розширення сортаменту і підвищення якості гостродефіцитних і спеціальних видів готового металопрокату" № Держ. реєстрації 0194U001595;

Д-01-99 "Розвиток методів розрахунку, розробка й удосконалення технологій і устаткування обробки тиском, що забезпечують виробництво високоміцних металовиробів з підвищеною точністю геометричних характеристик" № Держ. реєстрації 0199U001457;

Г-23-99 "Удосконалення технологічних режимів і конструктивних параметрів механічного устаткування для виробництва металопрокату зі складною формою поперечного перетину" № Держ. реєстрації 0100U001091;

Г-22-97 "Дослідження й удосконалення технологій і устаткування плющильно- волочильного стану ВАТ СКМЗ" № Держ. реєстрації 0197U015740.

Мета і задачі дослідження. Підвищення техніко-економічних показників технологій і устаткування для реалізації процесу прокатки профілів спеціального призначення на основі розширення й уточнення методів їхнього розрахунку, а також на основі розробки технологічних і конструктивних рекомендацій.

Для досягнення зазначеної мети в роботі поставлені і вирішені наступні основні задачі:

·

· розробка імітаційних математичних моделей процесу плющення, що дозволяють прогнозувати такі найважливіші показники якості, як точність геометричних характеристик, рівень і ступінь стабільності механічних властивостей готового металопрокату;

· розробка на прикладі дроту контактного технологічних основ і методів розрахунку процесу прокатки профілів спеціального призначення зі складною формою поперечного перетину;

· експериментальна оцінка ступеня вірогідності отриманих математичних моделей і уточнення вихідних даних для їх чисельної реалізації;

· постановка і рішення задач з автоматизованого проектування технологічних режимів процесів плющення і прокатки дроту контактного, що забезпечують необхідну якість готової металопродукції;

· аналіз впливу технологічних режимів і конструктивних параметрів механічного устаткування для виробництва профілів спеціального призначення і розробка рекомендацій з їхнього удосконалення.

Наукова новизна отриманих результатів. Серед основних положень і розробок, представлених у дисертації, новими для науки і практики є наступні:

·

· розроблено комплекс імітаційних математичних моделей, що дозволяють прогнозувати точність геометричних характеристик і ступінь стабільності механічних властивостей у залежності від стохастичної зміни вихідних технологічних параметрів, модуля жорсткості робочої кліті, радіусів і радіального биття робочих валків;

· на основі чисельного рішення задачі заглиблення несиметричного шорсткуватого клинового інструмента розроблена математична модель напружено- деформованого стану металу при реалізації процесу прокатки дроту контактного;

·

·

Практична цінність отриманих результатів. У результаті проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблені:

·

· методика для прогнозування відносної ширини стрічки плющеної, що дозволяє визначити технологічні режими процесу плющення, виходячи з умови забезпечення необхідних геометричних характеристик готової металопродукції;

· запропоновано нове технічне рішення по використанню систем попереднього напруження робочих клітей, а також механізмів примусової зміни модуля жорсткості робочих клітей;

· запропоновано нову технологічну схему і склад устаткування для виробництва дроту контактного на основі процесу прокатки;

· сформульовано конструктивні і технологічні рекомендації, що забезпечують виробництво стрічки плющеної і дроту контактного необхідної якості на основі реконструкції наявного прокатного устаткування.

Результати роботи використані:

·

· при розробці технологічних режимів і конструктивних параметрів устаткування для виробництва дроту контактного на базі реверсивного стану для прокатки стрічок 260х200;

· при одержанні вихідних даних на проектування устаткування станів 280х200 АТ СКМЗ, 260х200 і 100х100 ДДМА для наступного виробництва стрічки плющеної і дроту контактного;

· при прокатці досвідно-промислових партій стрічки плющеної і дроту контактного.

Особистий внесок здобувача. При проведенні досліджень, результати яких опубліковані в співавторстві, автору належить розробка математичних моделей, алгоритмів і програмних засобів, участь у проведенні досліджень, аналіз і узагальнення результатів теоретичних, а також експериментальних досліджень, розробка практичних рекомендацій і участь у впровадженні їх у промислове виробництво.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи повідомлені і обговорені:

·

· на науково-технічній конференції "Проблеми розвитку наукомістких і маловідходних процесів обробки металів тиском", м. Краматорськ, 24-26 лютого 1997 р.;

· на науково-технічній конференції молодих вчених і фахівців "Перспективні технології й устаткування обробки металів тиском", м. Краматорськ, 23-25 квітня 1997р.;

· на Всеукраїнській науково-технічній конференції "Перспективні технології й устаткування обробки тиском у металургії і машинобудуванні", м. Краматорськ, 22-24 квітня 1998р.;

· на науково-технічній конференції молодих вчених і фахівців "Перспективи розвитку великих машинобудівних підприємств – устаткування, технології, організація виробництва", м. Краматорськ, 27-29 травня 1998р.;

· на науково-технічній конференції "Наука, виробництво, підприємництво – розвитку металургії", м. Донецьк, 10-12 вересня 1998р.;

· на VII Міжнародній науково-технічній конференції "Нові конструкційні сталі і сплави і методи їхньої обробки для підвищення надійності і довговічності виробів", м. Запоріжжя, 29 вересня – 1 жовтня 1998м;

· на всеукраїнській науково-технічній конференції "Перспективні технології й устаткування обробки тиском у машинобудуванні і металургії", м. Краматорськ, 20-22 квітня 1999 р.;

· на всеукраїнській науково-технічній конференції "Перспективні технології й устаткування обробки тиском у металургії і машинобудуванні ", м. Краматорськ, 18-20 квітня 2000 р.;

· на міжнародній науково-технічній конференції "Удосконалення процесів та обладнання для виробництва та обробки металопродукції для металургії та машинобудування", м. Краматорськ-Слов'янськ, 18-20 жовтня 2000р.;

·

Публікації. Основний зміст роботи опублікований у 14 статтях, з них 11 у 7 спеціалізованих виданнях.

Структура й об'єм роботи. Дисертація складається з вступу, 7 розділів і висновків. Вона викладена на 107 стор. машинописного тексту, містить 114 малюнків, 13 таблиць, список використаних джерел з 113 найменувань, а також 1 додаток.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У ВСТУПІ обґрунтована актуальність роботи, визначені мета і задачі дослідження, висвітлені наукові і практичні результати, а також основні положення, що виносяться до захисту.

ТЕХНОЛОГІЧНІ РЕЖИМИ, КОНСТРУКТИВНІ ПАРАМЕТРИ І МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ ПРОЦЕСІВ ПЛЮЩЕННЯ І ПРОКАТКИ ВИСОКОТОЧНИХ ПРОФІЛІВ

(АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ)

В теперішній час процеси виробництва профілів спеціального призначення на основі процесів прокатки, волочіння чи плющення вивчені досить повно в роботах вчених Астахова І.Г., Бричко Г.А., Деребаса Л.Я., Злотнікова М.І., Качанова Л.М., Клименко В.М., Когоса А.М., Косивцева М.П., Мінаєва А.А., Перліна І.Л., Пуртова Ю.А., Рукера В.Н., Северенко В.П., Серебреникова А.М., Соколовського В.В., Чекмарьова А.П. та ін. на основі інженерних методів аналізу. У самому загальному випадку, технологія процесу плющення має деякі характерні риси у порівнянні з процесом прокатки. Одна з таких особливостей полягає в тім, що при плющенні переважним є плин металу в поперечному напрямку. Ще одна особливість плющення - це високі вимоги до точності геометричних параметрів, до форми і чистоти поверхні плющених стрічок, тому що в більшості випадків вона йде на виготовлення таких деталей як пружини, поршневі кільця та ін., тобто без додаткової механічної обробки. Щоб одержати стрічку по товщині в заданих полях допусків, проводять цілий комплекс заходів: звужують поля допусків на заготовку, застосовують для опор робочих валків прецизійні підшипники, переходять на твердосплавні бандажі, застосовують летучі вимірювальники, при збиранні валків у кліті намагаються, щоб биття валків збігалися по фазі, йдуть на зниження швидкостей прокатки до 100 і навіть 30 м/хв, прагнучи максимально виключити вплив теплових і швидкісних факторів. Крім зазначених вище одне з рішень проблеми точності полягає в переході до технологічної схеми, заснованої на прокатці в каліброваних робочих валках з попередніми напруженнями по буртах. Перехід до такої схеми дозволяє збільшити точність плющеної стрічки, з одночасним зниженням вимог до точності виготовлення деталей робочої кліті, а саме, виготовлення, збирання й обслуговування елементів підшипникових опор. Знижуються в цьому випадку також вимоги і до жорсткості робочої кліті. При цьому для даної схеми бажано застосовувати гідравлічні натискні механізми, що забезпечують сталість сили притискування робочих валків, що виключає необхідність у складних системах автоматичного керування натискними пристроями, оскільки отвір валків задається глибиною калібру.

У цілому аналіз літературних джерел показав, що в них відсутні теоретичні методики безпосереднього прогнозування показників якості стрічки плющеної (точності геометричних параметрів, рівня і ступеня стабільності механічних властивостей), у той час як проведення відповідних експериментальних досліджень у промислових умовах є дуже трудомістким, а на стадії проектування устаткування і нових технологій – неможливим.

Що до аналізу енергосилових параметрів процесу плющення необхідно вказати на наявність цілого ряду методів розрахунку сили і моменту, заснованих на інженерних підходах, тобто на прийнятті цілого ряду допущень або на результатах експериментальних досліджень. Відзначене, поряд із широкими можливостями сучасних обчислювальних засобів робить необхідним подальший розвиток відповідних математичних моделей як у бік підвищення ступеня вірогідності, так і у бік збільшення обсягу наданої інформації за рахунок, наприклад, забезпечення можливості розрахунку не тільки інтегральних, але і локальних показників напружено- деформованого стану металу з одночасним коректним урахуванням реального характеру розподілів геометричних параметрів, механічних властивостей і умов контактного тертя по довжині і ширині осередку деформації.

Основними недоліками технології одержання дроту контактного шляхом 5- кратного волочіння є необхідність у великій кількості дорогих фасонних волок; складність їх профілювання і виготовлення; велика кількість допоміжного устаткування; підвищена витрата енергії на забезпечення процесу волочіння; швидке зношення волок внаслідок ускладненого підведення технологічного мастила в осередок деформації і підвищеного тертя в місцях утворення сідловини; підвищена імовірність поривів заготовки і т.д. Відзначене свідчить про доцільність розробки і дослідження нових технологій для виробництва дроту контактного і аналогічних йому спеціальних профілів на основі, наприклад, процесу прокатки.

ВИБІР НАПРЯМКУ І МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕННЯ

Подальший розвиток технології й устаткування процесів плющення і прокатки складнопрофільних виробів нерозривно зв'язаний з розробкою конкретних практичних рекомендацій, що здійснюються на основі комплексних теоретичних і експериментальних досліджень з використанням сучасних методів теоретичного та експериментального аналізу.

В основу математичних моделей були покладені елементи теорії пружності і пластичності, елементи теорії дослідження операцій і методи математичної статистики. З використанням програмних засобів, заснованих на чисельних рішеннях, проведені теоретичні дослідження локальних та інтегральних показників, як у детермінованому, так і в статистичних аспектах.

Стосовно досліджуваних процесів, уточнення математичного апарата і результатів чисельної реалізації вимагає обов'язкового попереднього уточнення граничних умов і основних закономірностей пластичного формозмінення металу на основі експериментальних досліджень. До їх основи покладені методи моделювання, тензометрії і статистичної обробки.

МЕТОДИКИ, ПРОГРАМНІ ЗАСОБИ І РЕЗУЛЬТАТИ З АВТОМАТИЗОВАНОГО РОЗРАХУНКУ ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ ПРИ РЕАЛІЗАЦІЇ ПРОЦЕСУ ПЛЮЩЕННЯ

Математичне моделювання процесу плющення полягало в розбиванні осередку деформації на кінцеву кількість елементарних об'ємів (рис.1) і наступному чисельному рекурентному рішенні кінцево-різницевої форми умови їх статичної рівноваги. Як основне допущення при математичному моделюванні прийняте наступне положення: домінуючим є плин металу в поперечному напрямку, що зокрема, підтверджено експериментально і в наведеній, і в цілому ряді інших робіт.

У самому загальному випадку умов реалізації процесу плющення по довжині осередку деформації присутні дві зони: для однієї в якій відношення поточних значень ширини контакту bkxj і товщини hxj відповідає , тобто на напружено - деформований стан впливають переважно зовнішні зони; для іншої зони дане співвідношення дорівнює і переважний вплив на напружено - деформований стан чинять сили зовнішнього тертя. Відповідно до сучасних положень теорії обробки металів тиском, такий поділ вимагає диференційованого підходу до дослідження напружено - деформованого стану, теоретичний аналіз якого при був проведений на основі методу ліній ковзання, що дозволяє повною мірою врахувати двомірний характер пластичного формозмінення металу. Зокрема, був отриманий аналітичний опис функціонального зв'язку середньоінтегральних по довжині кожного окремого перетину значень нормальних контактних напружень

, (1)

який буде використано в наступному при чисельному інтегруванні і розрахунку сили і моменту процесу плющення.

На рис. представлені розрахункові розподіли питомих стосовно подвоєного опору зсуву гідростатичних і питомих осьових напружень в центрі виділеного поперечного перетину плющеної стрічки, а також питомих значень нормальних контактних напружень в залежності від показника . Очевидно, що зі зменшенням має місце збільшення коефіцієнта напруженого стану і напружень розтягнення sZО. Якщо ж , негативний знак, що відповідає напругам розтягнення, здобувають і середні гідростатичні напруги . Відзначене свідчить про наявність зони двохосьового розтягування, а отже і про підвищену імовірність утворення мікротріщин в осьовій зоні поперечного перетину, особливо при деформації литих структур. У цьому випадку розтріскування осьової зони і подальше збільшення дефектів відбувається при дуже малих обтисненнях e<10%.

Для перетинів з , була розроблена чисельна одномірна математична модель процесу плющення, заснована на розбивці осередку деформації по його довжині і наступному рішенні умови статичної рівноваги кожного елементарного перетину разом з умовою пластичності в її інженерному варіанті. Дана математична модель дозволяє розрахувати середньоінтегральні для кожного j-го перетину значення нормальних контактних напружень pxcj і подвоєний опір зсуву 2Кхсj

, (2) (2)

де hxj, bkxj – поточні по довжині осередку деформації значення товщини і ширини поверхні контакту j-го поперечного перетина, що розраховується ;

fхсj – середнє по ширині j-го поперечного перетина значення коефіцієнта зовнішнього тертя на контактній поверхні .

У результаті чисельної реалізації одномірної математичної моделі отримані розрахункові розподіли результуючої фактичної межі плинності, а також сили і моменту плющення. Був проаналізований вплив основних технологічних режимів і конструктивних параметрів устаткування на їх величину.

Зглядаючись на те, що за сучасних умов плющенням одержують великі обсяги стрічки з високолегованих і високовуглецевих сталей, то знання усереднених по ширині перетинів значень нормальних контактних напружень з погляду оцінки контактної міцності робочих валків є недостатнім. Тому, за аналогією з одномірною математичною моделлю була отримана двомірна математична модель процесу плющення, що враховує реальні розподіли умов контактного тертя і механічних властивостей за рахунок розбивання на елементарні об'єми і по довжині і по ширині осередку деформації. Чисельне рекурентне рішення в цьому випадку має вигляд:

і , (3)

де 2Кхzji – поточне по ширині j-го поперечного перетину значення подвоєного коефіцієнта опору зсуву;

fхzji – поточне по ширині j-го поперечного перетину значення коефіцієнта зовнішнього тертя на контактній поверхні;

DZji – ширина i-го елементарного обсягу металу в рамках j-го поперечного перетину.

Крім того, у рамках одномірної і двомірний математичних моделей був організований облік пружних деформацій робочих валків і стрічки, а на основі чисельного інтегрування - визначення сили і моменту плющення

На основі одномірної детермінованої математичної моделі, програмного модуля генерування псевдовипадкових чисел, додаткових ітераційних процедур і блоку накопичування, а також статистичної обробки одержуваних масивів, узагальнених стратегією методу Монте-Карло, була розроблена імітаційна математична модель процесу плющення, що дозволяє безпосередньо прогнозувати варіації кінцевої товщини, тобто повздовжню різнотовщинність, а також варіації енергосилових параметрів і результуючих механічних властивостей в залежності від середніх вибіркових значень і коефіцієнтів варіації усіх вихідних технологічних і конструктивних параметрів. Аналіз отриманих розрахункових розподілів показав, що найбільш значимим у цьому випадку технологічним параметром, що більш інших впливає на варіації результуючих характеристик, є варіація вихідних механічних властивостей дроту nsт0, у той час як вплив варіацій вихідного діаметра заготовки nd0 і коефіцієнта тертя nf є незначним і приблизно однаковим; на варіацію кінцевої ширини стрічки nb1, найбільший вплив спричиняє nd0. Основними конструктивними параметрами устаткування, що впливають на варіації результуючих властивостей, є радіальні биття робочих валків і відносна жорсткість кліті.

Необхідно відзначити, що конструктивна схема плющення також значно впливає на величину варіацій результуючих параметрів, тому чисельна реалізація імітаційної математичної моделі була проведена як для звичайної схеми, так і для плющення в попередньо напружених і по подушках, і по буртах робочих валках. При цьому, максимальні варіації результуючих параметрів мали місце для звичайної схеми плющення, а мінімальні - для плющення в попередньо напружених по буртах каліброваних робочих валках.

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ НАПРУЖЕНО- ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ СТОСОВНО ДО ВИРОБНИЦТВА ДРОТУ КОНТАКТНОГО

Запропонована технологія виробництва дроту контактного МФ (рис. ) полягає в попереднім плющенні мідного дроту діаметром 11 мм із межею плинності не менш 300 МПа до товщини 10,2 мм у вертикальних валках і наступній прокатці в горизонтальних каліброваних робочих валках для надання заготівці чорнових розміру і форми дроту контактного. Потім отриманий профіль пресується через філь'єру для надання йому остаточних розмірів і форми.

В рамках дисертації була розроблена математична модель напружено- деформованого стану металу при прокатці дроту контактного. Задача вирішувалась методом полів ліній ковзання для випадку заглиблення твердого шорсткуватого несиметричного клинового інструмента в нахилену під кутом b до горизонтальної осі площину (рис.4). Безпосередньо побудову полів характеристик у цьому випадку здійснювали шляхом чисельного рішення геометричних координат особливих точок A, B, C, D і E, виходячи з заданого значення об'ємів металу, що витискується та ітераційної процедури визначення довжини ділянки FA, випливаючи з умови відповідності фізичних і розрахункових координат особливої точки Е (див. рис. ).

У результаті чисельної реалізації даної математичної моделі були отримані значення сумарної вертикальної PY1+PY2 і горизонтальної PZ1-PZ2 складових сили заглиблення клина, а також їхньої залежності від різних технологічних і конструктивних параметрів (умов тертя, кута нахилу утворюючої клинового інструмента a1 і a2 , кута нахилу b, глибини заглиблення клина), що дозволило уточнити вихідні дані на проектування відповідних технологій і устаткування.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЛОКАЛЬНИХ І ІНТЕГРАЛЬНИХ ПОКАЗНИКІВ НАПРУЖЕНО– ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ МЕТАЛУ ПРИ РЕАЛІЗАЦІЇ ПРОЦЕСІВ ПЛЮЩЕННЯ І ПРОКАТКИ ДРОТУ КОНТАКТНОГО

З метою кількісної оцінки ступеня вірогідності розроблених математичних моделей, а також уточнення граничних умов і основних закономірностей пластичної формозмінення, у роботі був проведений комплекс експериментальних досліджень процесу плющення як у лабораторних, так і промислових умовах.

Зокрема, на основі результатів експериментальних досліджень, проведених на промислово-лабораторних станах 100х100, 55/260х200 кафедри АММ ДДМА і 280х200 АТ СКМЗ, були отримані експериментальні розподіли результуючих відносної ширини , сили Р и моменту М процесу плющення в залежності від відносної кінцевої товщини при різних технологічних режимах роботи і конструктивних параметрах устаткування. Дано оцінку впливу заднього натягу і температури попереднього нагрівання заготовки на кінцеву відносну ширину вироблених стрічок.

Експериментальні дослідження розподілів нормальних контактних напружень проводили на спеціальному пристрої для пластичної деформації, що дозволяє моделювати процес плющення в робочих валках великого діаметру. Порівняльний аналіз теоретичних і експериментальних досліджень показав достатній ступінь вірогідності отриманих одномірної і двомірної математичних моделей напружено - деформованого стану. При цьому, форма експериментальних розподілів рх і якісно, і кількісно відповідає формі одержаних розрахункових розподілів рх.

Крім того, за результатами експериментальних досліджень на стані 100х100 була дана оцінка ступеню вірогідності імітаційної математичної моделі. При цьому отримані результати підтвердили приналежність розрахункової та емпіричної вибірок однієї генеральної сукупності.

Запропоновано методику визначення відносної ширини плющеної стрічки. У кожному конкретному випадку необхідне проведення невеликої кількості експериментів по визначенню кінцевої ширини стрічки з подальшим одержанням на їхній основі поліноміальних описів виду

.

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ ПРОЦЕСУ ПЛЮЩЕННЯ

За результатами чисельної реалізації імітаційної математичної моделі були отримані розподіли коефіцієнтів варіації основних результуючих параметрів за різних умов реалізації процесу плющення. На основі їхнього аналізу розроблений комплекс програмних засобів з автоматизованого проектування технологічних режимів, а саме, з вибору діаметра і призначення точності вихідної заготовки, призначення вимог до її механічних властивостей і умов зовнішнього тертя, що забезпечують необхідні показники якості (тобто припустимі варіації товщини і ширини, енергосилових параметрів, а також результуючих механічних властивостей стрічки).

Крім зазначеного вище, для забезпечення максимального завантаження устаткування враховували паспортні характеристики стану, що було відображено в прийнятті наступних обмежень:

(4)

де [P], [M], [N] – відповідно припустимі для даного стану значення сили, моменту і потужності процесу плющення.

На основі отриманих програмних засобів були розроблені технологічні режими плющення стрічок з різних матеріалів (Ст , сталь 45, мідь, алюміній і ін.) стосовно до плющильно- волочильного агрегату АТ СКМЗ 280х200 і промислово - лабораторного стану 260х200 лабораторії ДДМА.

УДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ МЕХАНІЧНОГО УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА СТРІЧКИ ПЛЮЩЕНОЇ І ПРОФІЛІВ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

На основі аналізу розподілів коефіцієнтів варіації результуючих характеристик у залежності від зміни основних конструктивних параметрів механічного устаткування, розроблений комплекс програмних засобів з автоматизованого підбору раціонального значення відносної жорсткості робочої кліті, радіусу та припустимого значення радіального биття робочих валків, що забезпечували б необхідні показники якості.

При реалізації цілого ряду металургійних технологій, таких, як прокатка дрібного і середнього сорту, стрічки плющеної і т.д., з метою максимального використання експлуатаційних характеристик робочих валків останні мають по довжині своєї бочки кілька калібрів. При цьому при переході на інший сортамент чи по мірі зносу одного калібру процес прокатки переноситься до іншого, що, у свою чергу, обумовлює зсув лінії прокатки і призводить до перерозподілу як номінальних значень, так і приростів опорних реакцій Y1 і Y2 (рис.5). Компенсувати різницю в приростах опорних реакцій Y1 і Y2 , а отже і перекіс осей робочих валків можна за допомогою диференційованого регулювання жорсткостей силових лівої і правої ліній станин. При цьому потрібне співвідношення жорсткостей повинне скласти:

, (5)

де а1 і а2 – геометричні координати робочого калібру стосовно осей лівої і правої станин (див. рис. 5).

Конструктивно дане технічне рішення, може бути реалізоване за рахунок застосування механізму зміни жорсткості клітей з П- чи V-подібними планками, при їхньому диференційованому переміщенні.

Оскільки в розд. 4 було запропоновано нову технологічну схему виробництва дроту контактного, то виникла необхідність внести деякі конструктивні зміни в механічне устаткування для виготовлення даного профілю шляхом прокатки, а саме:

·

· спираючись на результати експериментальних досліджень процесу прокатки дроту контактного, рекомендовано обов'язкове використання неприводної вертикальної кліті для попереднього обтискування круглого дроту;

· запропоновано конструкцію вертикальної неприводної робочої кліті, при цьому довжина вікна станини вибирається не менш за сумарну довжину бочки горизонтальних і двох подушок вертикальних робочих валків, тому що комплект вертикальних валків повинен переміщуватись уздовж горизонтальних, забезпечуючи можливість зсуву лінії прокатки;

· на основі результатів чисельної реалізації математичних моделей процесу плющення отримані вихідні дані на проектування основних конструктивних параметрів неприводної вертикальної кліті.

ВИСНОВКИ

1. Подальше удосконалення технологій і устаткування металургійного виробництва нерозривно зв'язано з розширенням сортаменту і підвищенням якості готового металопрокату, що повною мірою стосується таких типорозмірів як стрічка плющена, дріт контактний та інші складнопрофільні металовироби.

2. На основі більш коректного урахування реальних розподілів умов контактного тертя і механічних властивостей по довжині і ширині осередку деформації розроблені детерміновані одномірна і двомірна математичні моделі процесу плющення, що дозволяють прогнозувати напружено- деформований стан металу по всіх трьох координатах.

3. З використанням детермінованих математичних моделей, організованих відповідно до методу Монте-Карло, розроблена імітаційна модель, що дозволяє прогнозувати основні показники якості при різних технологічних і конструктивних умовах реалізації процесу плющення.

4. Розроблено програмні засоби по автоматизованому проектуванню технологічних режимів і конструктивних параметрів, що забезпечують виготовлення необхідного сортаменту і забезпечення заданих показників якості. Теоретично й експериментально підтверджена можливість використання в якості плющильних і сортопрокатних - традиційних стрічкових станів з діаметрами валків 50…300 мм і приведеними до одиниці довжини бочки значеннями модуля жорсткості 1...10 кН/мм2;

5. Вірогідність розроблених математичних моделей підтверджена експериментально, як з погляду напружень, так і з погляду геометричних параметрів. На основі аналізу результатів експериментальних досліджень показано, що на кінцеву ширину плющених стрічок впливають такі технологічні параметри, як температура попереднього нагрівання дроту і задній натяг. Стосовно до конкретного устаткування запропонована методика прогнозування відносної ширини плющеної стрічки.

6. Стосовно до процесу прокатки складнопрофільних металовиробів на прикладі дроту контактного розроблена математична модель напружено- деформованого стану. Дано рекомендації з удосконалення конструктивних параметрів і розроблені технологічні режими обтискувань.

7. Результати роботи впроваджені на промисловому плющильно- волочильному стані 280х200 АТ СКМЗ, 260х200 лабораторії ДДМА і на УкрНДІМеталургМаші у вигляді рекомендацій з удосконалення технологій і устаткування.

Основний зміст дисертації відбитий у наступних

опублікованих наукових працях :

1. Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Шаркова С.Н. К вопросу об одномерном моделировании процесса плющения круглой проволоки // Изв. вуз. Черная металлургия. – 1998. – №11. – С. – 73.

2. Потапкин В.Ф., Кривошеев В.П., Шаркова С.Н. Напряженно- деформированное состояние металла при обжатии заготовок с относительно высоким очагом деформации // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении: Сб. науч. тр. – Вып. 4. – Краматорск, 1998. – С.6-11.

3. Потапкин В.Ф., Шаркова С.Н., Чепель В.В. Одномерное математическое моделирование напряженно-деформированного состояния металла при реализации процесса плющения // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении: Сб. науч. тр. – Вып. 4. – Краматорск, 1998. – С.17-21.

4. Шаркова С.Н., Добряк С.К., Бондарь А.К., Клименко А.В. Математическое моделирование и разработка рекомендаций по повышению точности холоднокатаных плющеных лент // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении: Сб. науч. тр. – Вып. 4. – Краматорск, 1998. – С.119-122.

5. Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Касьянюк С.В., Шаркова С.Н., Добряк С.К. Имитационная математическая модель рабочих нагрузок волочильных и плющильных станов // Защита металлургических машин от поломок: Сб. науч. тр. – Вып. . – Мариуполь, 1998. – С.65 – 68.

6. Потапкін В.Ф., Сатонін О.В., Шаркова С.М. Напруги та деформації при плющенні // Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий: Сб. науч. тр. – Запорожье, 1998. – С.278–279.

7. Потапкин В.Ф., Шаркова С.Н., Чепель В.В. Двухмерная математическая модель напряженно-деформированного состояния металла при плющении // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії: Зб. наук. пр. – Краматорськ, 1999. – С.152-154.

8. Федоринов В.А., Касьянюк С.В., Шаркова С.Н. Литейно-прокатный агрегат для производства провода контактного // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії: Зб. наук. пр. – Краматорськ, 1999. – С.160-161.

9. Сатонин А.В., Карнаух С.Г., Шаркова С.Н., Бегунов А.А. Математическое моделирование и расчет напряженно-деформированного состояния и энергосиловых параметров при нанесении концентраторов напряжений путем внедрения жесткого двухстороннего клинового инструмента в прокат // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії: Зб. наук. пр. – Краматорськ, 1999. – С.167-171.

10. Потапкин В.Ф., Шаркова С.Н., Чепель В.В. Двухмерная математическая модель напряженно-деформированного состояния металла при плющении асимметричного профиля // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії та машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Краматорськ, 2000. – С.273-275.

11. Сатонин А.В., Шаркова С.Н., Рамадан А.М.Х., Нотченко В.В. Методы расчета и совершенствования конструкций механического оборудования для производства относительно узкого металлопроката // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії та машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Краматорськ-Слов'янськ, 2000. – С.63-65.

12. Напряженно-деформированное состояние металла при ковке крупных заготовок. /Потапкин В.Ф., Кривошеев В.П., Сатонин А.В., Шаркова С.Н.; Донбас. гос. машиностроит. акад.– Краматорск, 1997.– 15с.–Библиогр.: 6 назв.– Рус.– Деп. в ГНТБ Украины. 19.01.98,. № 56– Ук .

13. Математическое моделирование локальных и интегральных характеристик напряженно-деформированного состояния металла при реализации процесса плющения./Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Шаркова С.Н.; Донбас. гос. машиностроит. акад.– Краматорск, 1997.– 27с.–Библиогр.: 11 назв.– Рус.– Деп. в ГНТБ Украины. 19.01.98,. № 54– Ук .

14.Потапкин В.Ф., Шаркова С.Н. Одномерное математическое моделирование напряженно-деформированного состояния металла при реализации процесса плющения // Наука, производство, предпринимательство–развитию металлургии: Н34 Сб. науч. тр. – Донецк: “ЛИК”, 1998. – С.141–145.

[1] – Автору належить графічна побудова полів і розробка програмних засобів по визначенню коефіцієнтів апроксимації.

[2] – Автору належить розробка математичної моделі і її чисельна реалізація.

[3] – Автору належить розробка математичної моделі і програмних засобів.

[4] – Автору належить аналіз та розробка програмних засобів з імітаційного моделювання показників якості.

[5] – Автору належить розробка імітаційної математичної моделі процесу плющення й аналіз результатів розрахунку.

[6] – Автору належить розробка програмних засобів, їхня чисельна реалізація й експериментальна перевірка.

[7] – Автору належить розробка програмних засобів і їхня експериментальна перевірка.

[8] – Автору належить розробка рекомендацій з удосконалювання конструкції робочої кліті.

[9] – Автору належить розробка математичної моделі процесу заглиблення жорсткого несиметричного клинового інструмента в нахилену площину.

[10] – Автору належить розробка математичної моделі.

[11] – Автору належить розробка програмних засобів по автоматизованому проектуванню модуля жорсткості робочої кліті.

[12] – Автору належить графічна побудова полів ліній ковзання.

[13] – Автору належить розробка програмних засобів і їхня чисельна реалізація.

[14] – Автору належить розробка програмних засобів і їхня чисельна реалізація.

АНОТАЦІЇ

Грибкова С.M. Удосконалення технологічних режимів і конструктивних параметрів механічного устаткування для реалізації процесу прокатки профілів спеціального призначення. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 – Процеси і машини обробки тиском – Донбаська державна машинобудівна академія, Краматорськ, 2001.

Дисертація присвячена удосконаленню технологічних режимів, а також конструктивних параметрів для реалізації процесів плющення і прокатки дроту контактного.

Розроблено детерміновану та імітаційну математичні моделі, що дозволяють розраховувати як локальні, так і інтегральні енергосилові параметри процесів плющення і заглиблення клина, а також прогнозувати вплив вихідних параметрів на основні показники якості плющеної стрічки.

Розроблено програмні засоби з автоматизованого проектування раціональних режимів плющення, а також вибору необхідної жорсткості кліті і призначенню припустимого биття робочих валків, виходячи з умови забезпечення необхідних показників якості.

Ключові слова: стрічка плющена, складнопрофільні металовироби, математичне моделювання, дріт контактний, напружено- деформований стан, показники якості, автоматизоване проектування, удосконалення технологій і конструкцій.

Грибкова С.Н. Совершенствование технологических режимов и конструктивных параметров механического оборудования для реализации процесса прокатки профилей специального назначения. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 – Процессы и машины обработки давлением – Донбасская государственная машиностроительная академия, Краматорск, 2001.

Диссертация посвящена совершенствованию технологических режимов, а также конструктивных параметров для реализации процессов плющения и прокатки провода контактного.

В диссертации проведен литературный обзор основных конструкций механического оборудования, предназначенного для получения ленты плющеной и провода контактного. Были рассмотрены новые технические решения, направленные на получение требуемых геометрических характеристик и улучшение качества лент плющеных. Проведен критический анализ существующих методов расчета основных энергосиловых параметров процессов плющения и волочения провода контактного.

Разработаны детерминированная и имитационная математические модели, позволяющие рассчитывать как локальные, так и интегральные энергосиловые параметры процессов плющения и внедрения клина, а также прогнозировать влияние исходных параметров на основные показатели качества плющеной ленты. Причем, полученные детерминированные модели позволяют более корректно учитывать условия контактного трения и изменение механических свойств материала при его пластической деформации.

Предложена новая технология производства провода контактного, основанная на применении процесса прокатки и отличающаяся экономией энергоресурсов и дорогого рабочего инструмента в сравнении с процессом волочения в фасонных волоках.

Разработаны программные средства по автоматизированному проектированию рациональных режимов плющения, а также выбору необходимых жесткости клети и назначению допустимого биения рабочих валков исходя из условия обеспечения требуемых показателей качества.

Проведен комплекс экспериментальных исследований процессов плющения и прокатки провода контактного, направленный на уточнение граничных условий и основных закономерностей формоизменения металла, а также на подтверждение достоверности разработанных математических моделей. Предложена методика прогнозирования относительной ширины плющеной ленты на основе полиномиального описания для конкретного оборудования и исходной заготовки.

Ключевые слова: лента плющеная, сложнопрофильные металлоизделия, математическое моделирование, провод контактный, напряженно- деформированное состояние, показатели качества, автоматизированное проектирование, совершенствование технологий и конструкций.

Gribkova S.N. Perfection of technological modes and constructive parameters of mechanical equipment for rolling of structures with special shapes. - Manuscript.

Thesis on Competition of a Scientific Degree of the Candidate of Engineering Science on a Speciality 05.03.05 - Processes and Machines of the Pressure Processing- Donbass State Machine- Building academy, Kramatorsk, 1999.

The thesis is devoted to perfecting of technological modes, and also design data for realization of flattening and rolling of a wire contact.

The determined and imitative mathematical models permitting to expect as are developed local and integrated power parameters of flattening and introduction of a wedge, and also to predict influence of initial parameters to main parameters of quality flattening tape are developed.

The software on an automated of rational modes flattening, and also choice of a necessary rigidity of stand and purpose of allowable beating working rolls proceeding from a condition of maintenance of demanded parameters of quality are developed.

Key word: flattening tape, profilecomposite of a hardware, mathematical simulation, wire contact, stress-deformed condition, parameters of quality, automated designing, perfecting of technologies and constructions.

__________________________________________________________________________________

Підп. до друку Формат 60 ґ 90/16 Плоский друк

Об. вид. л. 1 Тираж 100 прим. Замовлення №

___________________________________________________________________________________

Друкарня ДДМА

84313, м. Краматорськ, вул. Шкадінова, 72