Донбаська державна машинобудівна академія

Воробйов Юрій Анатолійович

УДК 621.762.04/06

ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ І

КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ МЕХАНІЧНОГО

УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ РЕАЛІЗАЦІЇ ПРОЦЕСІВ ПРОКАТКИ

ПОРОШКОВИХ МАТЕРІАЛІВ НА МЕТАЛЕВІЙ ПІДЛОЖЦІ

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 та науки України

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Сатонін Олександр Володимирович, доцент кафедри “Автоматизовані металургійні машини й устаткування” Донбаської державної машинобудівної академії

Офіційні опоненти:

-

-

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

Захист відбудеться "_26_"___квітня___2001 р. о _1200_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.105.01 по захисту дисертацій у Донбаській державній машинобудівній академії (84313, м. Краматорськ, вул. Шкадінова, 72, 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, д.т.н., проф. Алієв І.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з основних тенденцій розвитку чорної і кольорової металургії є збільшення обсягів виробництва, розширення сортаменту і підвищення якості композиційного листового металопрокату, що забезпечує високий рівень споживчих властивостей при одночасній дуже істотній економії гостродефіцитних і дорогих матеріалів. Серед технологій по виробництву різного роду композицій особливе місце займає процес прокатки порошкових матеріалів, що характеризується наявністю широкого спектру можливостей як за формою, так і за структурою виготовленої металопродукції.

В даний час розроблено значну кількість інженерних, а в ряді випадків і чисельних методів розрахунку напружено-деформованого стану й енергосилових параметрів при прокатці винятково порошкового середовища.

Разом з тим, відсутність методів безпосереднього прогнозування таких показників якості, як точність геометричних характеристик, рівень і ступінь стабільності відносної щільності порошкового середовища і її фізико-механічних властивостей стримують подальший розвиток даної технологічної схеми. Відсутні також методи розрахунку процесу прокатки порошку на металевій підложці, що забезпечує, наприклад, виробництво заготовок підшипників ковзання з підвищеною несучою здатністю. Невивченими чи вивченими недостатньо повно в цьому випадку є питання визначення локальних характеристик напружено- деформованого стану і забезпечення необхідної міцності одержуваних металевих зв'язків, а також питання формоутворення і точності геометричних характеристик при первинній і вторинній прокатці.

Крім зазначених вище чисто технологічних питань, стосовно до процесу прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці, відсутній також досвід створення та експлуатації механічного устаткування спеціалізованих прокатних станів. Зокрема, відсутні рекомендації з вибору та вдосконалення основних конструктивних параметрів робочих клітей і допоміжного устаткування станів даного типу. Відзначене знижує техніко-економічні показники процесу промислового виробництва композиційного порошкового металопрокату, а це, у свою чергу, робить актуальним проведення подальших комплексних теоретичних і експериментальних досліджень, спрямованих на підвищення ефективності відповідних технологій і устаткування.

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

Д-14-94 " Розробка, дослідження й удосконалення технологічних режимів і конструктивних параметрів механічного устаткування для виробництва заготовок і готової металопродукції з антифрикційними, антикорозійними і декоративними покриттями" № Держ.реєстрації 0194U015531;

Д-03-96 " Розробка, дослідження й удосконалення технології і 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;

ДП-29-93 "Удосконалення конструктивних параметрів механічного устаткування спеціалізованих прокатних станів 550х1300, П х750" № Держ. реєстрації 0193U041036.

Мета і задачі дослідження. Підвищення техніко-економічних показників процесу прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці на основі уточнення і розширення математичних моделей, а також автоматизованого проектування і розробки рекомендацій з удосконалення технологічних режимів і конструктивних параметрів механічного устаткування спеціалізованих прокатних станів.

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

- розробка чисельних математичних моделей по автоматизованому розрахунку напружено-деформованого стану при первинній прокатці порошкового матеріалу на металевій підложці, що враховують реальний характер розподілу геометричних параметрів осередку деформації;

- розробка чисельних математичних моделей розрахунку напружено-деформованого стану при вторинній прокатці спеченої композиції порошковий матеріал - металева підложка;

- розробка імітаційних математичних моделей процесу прокатки порошку на металевій підложці, що дозволяють прогнозувати точність геометричних характеристик, а також рівень і ступінь стабільності відносної щільності і фізико-механічних властивостей готової металопродукції;

- експериментальна перевірка ступеня вірогідності отриманих математичних моделей і уточнення вихідних даних для їхньої чисельної реалізації, розробка рекомендацій з вибору складу антифрикційних порошкових матеріалів;

- аналіз впливу технологічних режимів на техніко-економічні показники, постановка і вирішення задачі по автоматизованому проектуванню й удосконаленню технологічних режимів процесу прокатки порошку на металевій підложці;

- аналіз впливу конструктивних параметрів механічного устаткування на основні показники якості готової металопродукції 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:

-

-

-

-

-

-

Практична цінність отриманих результатів. У результаті проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблені програмні засоби по автоматизованому розрахунку і проектуванню, а також сформульовані рекомендації з удосконалення технологічних режимів і конструктивних параметрів механічного устаткування спеціалізованих станів для прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці.

На основі результатів імітаційного математичного моделювання процесу прокатки порошків на металевій підложці дані рекомендації з вибору припустимих значень варіацій вихідних параметрів, що забезпечують необхідні точність геометричних характеристик і ступінь стабільності механічних властивостей готових металовиробів. Сформульовано науково-обгрунтовані вимоги по точності виготовлення і монтажу елементів валкових вузлів і вибору модуля жорсткості робочих клітей спеціалізованих прокатних станів. Дано рекомендації з вибору складу антифрикційних порошкових матеріалів для важконавантажених підшипників ковзання.

Результати роботи використані при проектуванні технологічних режимів роботи і конструктивних параметрів механічного устаткування спеціалізованого стану П1000х750 Кіровського заводу виробів з металопорошків (м. Кіровськ, Луганської обл.), при виробництві дослідно-промислових партій двошарових композицій бронзографіт - металева підложка на стані 260х200 Донбаської державної машинобудівної академії, а також на акціонерному товаристві Новокраматорський машинобудівний завод (м. Краматорськ) і в УкрНДІМеталургМаші (м. Слов'янськ) у виді програмних засобів і рекомендацій, спрямованих на удосконалення устаткування спеціалізованих прокатних станів.

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:

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Публікації. Основний зміст роботи опублікований у 16 статтях, з них 11 у 7 спеціалізованих виданнях.

Структура й об’єм роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів і висновків. Вона викладена на 135 стор. машинописного тексту, містить 85 малюнків, 11 таблиць, список використаних джерел з 150 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 особливості устаткування і методи розрахунку при реалізації процесів прокатки порошкових матеріалів

(стан питання)

В даний час процес прокатки порошкових матеріалів вивчений достатньо повно в роботах вчених Виноградова Г.А., Друянова Б.А., Каташинського В.П., Катруса О.А., Ложечникова Є.Б., Ранцевіча В.А., Штерна М.Б. та інших з погляду створення інженерних, а в ряді випадків і чисельних методик розрахунку напружено-деформованого стану та енергосилових параметрів процесу. Отримані в цьому випадку результати послужили основою для створення різного роду технологій і устаткування, промислове використання яких підтвердило високий ступінь ефективності процесу прокатки порошків стосовно до виробництва широкої гами композиційних матеріалів усілякого призначення. У той же час, методи розрахунку процесу прокатки порошкового матеріалу на металевій підложці представлені в значно меншому обсязі, хоча умови реалізації даного процесу дуже істотно видозмінюють геометричні і кінематичні параметри осередку деформації, а, отже, і схему напружено-деформованого стану з погляду як локальних, так і інтегральних характеристик.

Стосовно основних показників якості металопрокату з порошкових матеріалів у літературі представлений цілий ряд інженерних методів розрахунку результуючої відносної щільності і точності геометричних характеристик у залежності від обмеженої кількості факторів. Поряд з цим, відсутня можливість прогнозування цілісності композиції порошковий матеріал - металева підложка, виходячи з умови одержання досить міцних металевих зв'язків при первинній прокатці і збереження їх при вторинній прокатці. У недостатньому обсязі розглянуті і рішення, що дозволяють оцінювати вплив стохастичної зміни усіх вихідних технологічних і конструктивних параметрів на такі найважливіші характеристики процесу прокатки порошкового матеріалу на металевій підложці, як імовірний характер зміни енергосилових параметрів, кінцевої товщини і результуючої щільності.

Відзначене вище визначило мету і задачі даного дослідження.

Вибір напрямку і методів дослідження

Подальший розвиток технології й устаткування процесів прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці пов'язаний з розробкою конкретних практичних рекомендацій, що при відсутності достатнього обсягу емпіричних даних відносно умов реалізації процесів є комплексною задачею, що вимагає для свого вирішення розвитку відповідного математичного апарату.

В основу розроблених 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 і інтегральних показників, як у детермінованому, так і в статистичному аспектах.

Для оцінки ступеня вірогідності розроблених математичних моделей у лабораторних і промислових умовах був проведений комплекс експериментальних досліджень, в основу яких були покладені методи моделювання, тензометрії і статистичної обробки.

На підставі теоретичних і експериментальних досліджень був розроблений комплекс програмних засобів, а також ряд практичних рекомендацій, реалізація яких забезпечила підвищення техніко-економічних показників процесу прокатки порошкового матеріалу на металевій підложці.

Одномірне математичне моделювання напружено-деформованого стану при прокатці порошку на металевій підложці

У самому загальному випадку прокатка порошкових матеріалів на металевій підложці, що переміщується зі швидкістю Vп, яка дорівнює вихідній швидкості композиції, що прокатується, та має відповідну жорсткість, приводить до зміни кінематичних і геометричних параметрів осередку деформації (рис. 1,а). Математичне моделювання даного процесу полягало в розбивці осередку деформації на кінцеву кількість елементарних об’ємів (рис. 1,б) і наступному чисельному рекурентному рішенні умови статичної рівноваги й умови пластичності для кожного з них щодо нормальних контактних рх і нормальних осьових напруг х. Розрахункова схема, яка використовувалась у даному випадку, припускала можливість тільки пружної деформації металевої підложки, а також рівність швидкостей руху підложки і порошкового середовища в перетині на виході з осередку деформації. Крім того, передбачалося, що показники механічних властивостей, нормальні осьові напруги і кінематичні параметри змінюються тільки по довжині осередку деформації, залишаючись постійними по висоті кожного окремого поперечного перетину.

Вирішуючи спільно рівняння рівноваги виділеного i-го елементарного об’єму та умови пластичності у формі Гріна, при відомих значеннях радіусів робочих валків R1 і R2, а також поточних значеннях коефіцієнтів зовнішнього тертя x1i , x2i і кутів контакту x1i і х2i , робили розрахунок значення нормальних контактних напруг для лівого граничного перетину кожного окремого виділеного елементарного об’єму:

. (1)

де:

(2)

(3)

(4)

; (5)

hx1, hx2 – висота початкового і кінцевого перетину виділеного елементарного об’єму;

sx, гх2 і гх2 – складові умови пластичності у формі Гріна.

Виходячи з умови пластичності були визначені також осьові напруги, що діють у лівому перетині елементарного об’єму:

. (6)

По мірі визначення всіх компонентів напруженого стану робили розрахунок деформацій, а також величини відносної щільності порошкового середовища в рамках даного елементарного об’єму.

Як напрямок рекурентного рішення приймали напрямок руху порошкового матеріалу, при цьому, згідно рекурентній формі рішення, результати розрахунку для лівого перетину кожного попереднього об’єму були вихідними даними для розрахунку наступного елементарного об’єму, тобто служили характеристиками його правого граничного перетину.

Наявність металевої підложки вносить асиметрію у осередок деформації, а також обумовлює появу залежності довжини осередку ущільнення від жорсткості підложки, яку обумовлено її товщиною. При цьому, внаслідок виникнення функціональної взаємозалежності поточної товщини в зоні ущільнення і її загальної довжини від жорсткості металевої підложки виникла необхідність чисельного визначення довжини осередку ущільнення, для чого, здійснювали послідовне ітераційне визначення координати точки відриву підложки від поверхні валка на підставі пружно-деформаційного і чисто геометричного рішень.

Чисельна реалізація моделі показала, що розподіл локальних характеристик в осередку деформації якісно аналогічний випадку прокатки порошку, зокрема, максимум нормальних контактних напруг має місце в перетинах, близьких до межі розподілу зон ущільнення і пружного відновлення, а зміна показника відносної щільності носить характер інтенсивного збільшення на початку осередку деформації (рис. 2, а).

У той же час, дуже істотною відмінністю є наявність осьових напруг стиску х , не рівних нулю при виході композиції з осередку деформації (рис. ), що з фізичної точки зору пояснюється наявністю кінематичного зв'язку металевої підложки і порошкового середовища. При низькому потенціалі допустимих напружень зрушення в зоні сполучення шарів відзначене вище може привести до розшарування композиції і зменшення коефіцієнта виходу придатного. Збільшення товщини підложки приводить до зменшення величини зазначених нормальних осьових напруг і може навіть викликати зміну їхнього знака, відбувається в цьому випадку і перерозподіл моментів на робочих валках (рис. , б). Було також встановлено, що зниження імовірності розшарування композиції і, тим самим, підвищення виходу придатного може бути забезпечене за рахунок збільшення припустимого потенціалу зсувних напруг при збільшенні коефіцієнта тертя між металевою підложкою і порошковим шаром, а також за рахунок регулювання рівня нормальної осьової напруги на виході з осередку ущільнення шляхом створення спрямованої кінематичної асиметрії процесу прокатки і вибору раціонального співвідношення геометричних параметрів шарів композиції, яку виготовляють.

Крім того, аналіз результатів чисельної реалізації показав, що діапазон зміни сили прокатки в залежності від товщини підложки складає 30-35%, при цьому вплив товщини підложки та асиметрії процесу на показник результуючої відносної щільності є незначним.

Підвищення рівня механічних властивостей порошкових матеріалів вимагає наступного спікання і повторної вторинної прокатки, яка призначена для калібрування. При спіканні виникає дуже міцний зв'язок між підложкою і порошковим шаром, завдяки чому характер деформування стає кінематично ідентичним процесу пресування порошкового матеріалу в закритій матриці, відповідно до чого і робили розрахунок. Як і у випадку прокатки, що ущільнює, осередок деформації складався з зони прилягання підложки і зони її провисання. Алгоритм визначення координати точки відриву і довжини осередку ущільнення є універсальним, тому його застосовували в даному випадку без змін.

Отримані детерміновані математичні моделі в сукупності з генеруванням псевдовипадкових рівномірно і нормально розподілених чисел, а також програмою статистичної обробки одержуваних масивів, будучи організованими відповідно до загальної стратегії методу Монте-Карло, склали комплекс програмних засобів по імітаційному моделюванню варіацій геометричних характеристик і ступеня стабільності відносної щільності порошкового шару готової металопродукції. Аналіз отриманих у цьому випадку розподілів показав, що на величину коефіцієнтів варіації кінцевої товщини і відносної щільності основний вплив чинять варіації вихідної товщини і насипної щільності порошкового шару, а при підвищених значеннях модуля жорсткості робочої кліті – і радіальне биття робочих валків. При малих значеннях радіального биття, зі збільшенням модуля жорсткості робочої кліті коефіцієнти варіації кінцевої товщини зменшуються, а коефіцієнти варіації результуючої відносної щільності зростають. Це дозволило зробити висновок про залежність необхідного показника модуля жорсткості робочої кліті і припустимої величини радіального биття робочих валків від того, який з показників якості готової металопродукції – геометрична точність чи стабільність відносної щільності – є визначальним чинником її експлуатаційної придатності.

На величину коефіцієнтів варіації енергосилових параметрів процесу основний вплив чинять коефіцієнти варіації вищевказаних вихідних величин; крім того, на коефіцієнт варіації моменту прокатки істотно впливають коефіцієнти варіації опорних значень коефіцієнтів зовнішнього тертя.

Експериментальні дослідження процесу виробництва композиційних заготовок з використанням порошкових матеріалів на металевій підложці

Для оцінки ступеня вірогідності отриманих моделей були проведені експериментальні дослідження енергосилових параметрів процесу прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці на станах 55/260х200 кафедри АММ ДДМА і П1000х750 Кіровського заводу виробів з металопорошків. Порівняльний аналіз результатів теоретичних і експериментальних досліджень свідчить про достатній ступінь вірогідності розроблених у даній роботі математичних моделей і про можливість подальшого використання розроблених на їхній основі програмних засобів. Аналіз зміни відстаней між ризками, попередньо нанесеними на металеву підложку підтвердив гіпотезу, яка використовувалась, про відсутність пластичних деформацій металевої підложки при прокатці як неспеченого, так і спеченого порошку. Крім того, на підставі критерію Смирнова був підтверджений достатній ступінь вірогідності імітаційної математичної моделі.

Для експериментального уточнення опорних значень коефіцієнтів тертя при прокатці спеченого порошку бронзографіту використовували зразки, які булі отримані пресуванням у закритій матриці, що, крім того, дозволило встановити залежність нормальних контактних напруг від відносної щільності для використання в інженерних методиках розрахунку. У ході експериментів були також розроблені регресійні залежності коефіцієнтів тертя від хімічного і гранулометричного складу порошку бронзографіту, а також ступеня його спресованості. На підставі цього були розроблені рекомендації з вибору складу порошкового матеріалу, технології процесу виготовлення заготовок підшипника ковзання.

Удосконалення технологічних режимів і конструктивних параметрів механічного устаткування процесу прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці

На підставі результатів чисельної реалізації імітаційної математичної моделі були отримані розподіли коефіцієнтів варіації основних результуючих параметрів при різних умовах реалізації процесу прокатки порошкового матеріалу на металевій підложці. Розроблено комплекс програмних засобів по автоматизованому проектуванню технологічних режимів, що включають призначення точності вихідної насипної товщини порошкового шару, стабільності рівня границі текучості твердої фази sx і призначенню вимог до умов зовнішнього тертя, що забезпечують необхідні показники якості, а саме різнотовщинність, а також рівень і ступінь стабільності відносної щільності. Розроблено програмний комплекс з оптимізації процесів ущільнення (первинної) і калібровки (вторинної) прокатки, що забезпечує досягнення необхідних показників якості готової продукції при одночасному виконанні умови рівності сил прокатки в першому і в другому випадках.

З використанням отриманих програмних засобів стосовно до спеціалізованого стану П х750 Кіровського заводу виробів з металопорошків були розроблені технологічні режими виробництва заготовок для полозу пантографу і підшипників ковзання.

Розроблено програму реконструкції устаткування спеціалізованого стану П х750, що забезпечує значне розширення сортаменту продукції, яка виготовляється, для чого з використанням розглянутих раніше моделей був виконаний розрахунок енергосилових параметрів процесу для всього прогнозованого сортаменту готової металопродукції та встановлені вимоги до несучої спроможності конструктивних елементів стану.

На основі аналізу розподілів коефіцієнтів варіації результуючих характеристик у залежності від зміни основних конструктивних параметрів механічного устаткування, розроблений комплекс програмних засобів з автоматизованого вибору раціонального значення модуля жорсткості робочої кліті та припустимої величини радіального биття робочих валків, що забезпечують необхідні показники якості, зроблений автоматизований вибір радіуса верхнього робочого валка, що забезпечує реалізацію процесу прокатки порошкового матеріалу на металевій підложці, при збереженні цілісності композиції, яку отримують. Установлено, що при домінуючому впливі радіального биття варто прагнути до збільшення діаметра робочих валків і зниження модуля жорсткості робочої кліті.

Результати роботи використані також при виробництві дослідно- промислових партій двошарових композицій бронзографіт  металева підложка на стані 260х200 Донбаської державної машинобудівної академії, на акціонерному товаристві Новокраматорський машинобудівний завод (м. Краматорськ) і в УкрНДІМеталургМаші (м. Слов'янськ) у вигляді програмних засобів і рекомендацій з удосконалення устаткування спеціалізованих прокатних станів.

ВИСНОВКИ

1. Однією з основних тенденцій, що забезпечують підвищення ефективності металургійного і заготівельного виробництв є розширення сортаменту і підвищення якості багатошарових композицій, у тому числі і двошарових композицій, які отримані шляхом спільної прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці.

2. На основі чисельних рекурентних рішень кінцево-різницевої форми умови статичної рівноваги й умови пластичності виділених елементарних об’ємів розроблені чисельні математичні моделі по автоматизованому розрахунку напружено-деформованого стану при первинній і вторинній прокатці порошкових матеріалів на металевій підложці, які повною мірою враховують реальний характер зміни геометричних параметрів, механічних властивостей і умов контактного тертя по довжині осередку деформації. Достатній ступінь вірогідності отриманих математичних моделей, а також правомірність використаних прийнятих допущень підтверджена експериментально.

3. На основі результатів чисельної реалізації отриманих детермінованих математичних моделей установлено, що наявність металевої підложки приводить до збільшення сили прокатки на 15...35%, до перерозподілу моментів прокатки на робочих валках, а також до наявності напруг стиску, що діють на порошкове середовище в перетинах на виході з осередку деформації. Зниження рівнів даних напруг і, як наслідок, зниження імовірності розшарування композиції, яку одержують, може бути забезпечене за рахунок збільшення відносної товщини металевої підкладки, а також за рахунок створення кінематичної асиметрії процесу прокатки з ведомим робочим валком з боку порошкового середовища.

4. На основі отриманих детермінованих математичних моделей, організованих відповідно до методу Монте-Карло, розроблені імітаційні математичні моделі процесу прокатки порошкових матеріалів, чисельна реалізація яких дозволила встановити, що закони розподілу результуючих параметрів близькі до нормального. При цьому з погляду варіацій енергосилових параметрів, геометричних характеристик і показників відносної щільності найбільш істотний вплив роблять варіації вихідної насипної товщини і щільності порошкового матеріалу, варіації товщини металевої підложки, а також радіальні биття робочих валків і модуль жерсткості робочої кліті.

5. Стосовно технологічних параметрів процесу, що забезпечують необхідні показники якості готової металопродукції, розроблений комплекс програмних засобів по призначенню припустимих варіацій вихідних параметрів, а також по автоматизованому проектуванню технологічних режимів процесів первинної і вторинної прокатки в їхньому взаємозв'язку.

6. З погляду конструктивних особливостей механічного устаткування спеціалізованих прокатних станів установлено, що зниження модуля жорсткості робочої кліті сприяє стабілізації рівня відносної щільності і знижує вплив биття робочих валків на точність геометричних характеристик. Аналогічний ефект має місце у випадку збільшення радіусів робочих валків, при цьому робочий валок з боку металевої підложки і його привід повинні бути розраховані виходячи з умови передачі всього моменту прокатки.

7. Результати роботи використані при виконанні проектно-конструкторських і проектно-технологічних робіт на АТ НКМЗ, в УкрНДІМеталургМаші та інших організаціях, у тому числі при створенні механічного устаткування і технологічних режимів для реалізації процесу прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці на спеціалізованому стані П х750, а також при виробництві дослідно-промислової партії композиційних заготовок на стані 260х200.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДБИТИЙ У НАСТУПНИХ
ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЯХ:

1. Автоматизированное проектирование технологических режимов процесса первичной и вторичной прокатки порошковых материалов./ С.М. Романов, Ю.А. Воробьев, Э.П. Грибков. В сб. науч. статей. Выпуск 4, - Краматорск, - 1998.- С. 95-99.

2. Точность геометрических характеристик композиционных материалов, полученных на основе процесса прокатки порошков./ И.А. Морозов, Ю.А.Воробьев, Э.П. Грибков. В сб. науч. статей. Выпуск 4, - Краматорск, - 1998.- С. 100-104.

3. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния при прокатке порошковых материалов на металлической подложке. / В.Ф.Штибен, Ю.А. Воробьев, Э.П. Грибков. В сб. науч. статей. Выпуск 4, - Краматорск, - 1998.- С. 123-128.

4. Технология и оборудование для производства композиционных заготовок тяжелонагруженных подшипников скольжения, используемых в металлургическом производстве/ А.В.атонин, С.М. Романов, А.Н. Левкин, Ю.А. Воробьев, Э.П. Грибков// Защита металлургических машин от поломок. – Мариуполь, 1998. – Вып.3 – С.65-68.

5. Напряженно-деформированное состояние при прокатке порошковых материалов на металлической подложке / А.Н. Левкин, Ю.А. Воробьев, Э.П. Грибков // Наука, производство, предпринимательство – развитию металлургии. Сб.науч.тр.–Донецк, 1998.–С.146–151.

6. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния при прокатке порошковых материалов / Э.П. Грибков, Ю.А. Воробьев// Наука, производство, предпринимательство–развитию металлургии. Сб.науч.тр.–Донецк, 1998.–С.151–156.

7. Напружно-деформований стан вторинної прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці / О.В. Сатонін, Ю.А.Воробйов, Е.П.Грибков // Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий. Сб.науч.тр.–Запорожье, 1998.–С.280–281.

8. Напряженно-деформированное состояние при вторичной прокатке порошковых материалов на металлической подложке/ А.Н. Левкин, Ю.А. Воробьев, Э.П. Грибков// Удосканалення процесів та обладнання обробки тиском у машинобудуванні та металургії. Міжвуз. тематич. зб. наук. праць. Вип.5, - Краматорськ, 1999. – С. 185–186.

9. Экспериментальный метод для определения физико-механических свойств порошка/ Э.П. Грибков, Ю.А. Воробьев, В.Г. Попик// Удосканалення процесів та обладнання обробки тиском у машинобудуванні та металургії. Міжвуз. тематич. зб. наук. праць. Вип.5, - Краматорськ, 1999. – С.226–228.

10. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния и геометрических характеристик при реализации процесса прокатки биметаллических порошковых композиций/А.Н. Левкин, Э.П. Грибков, Ю.А. Воробьев // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у машинобудуванні та металургії. Зб. наук. праць. - Краматорськ, 2000. – С. – 363.

11. Напряженное состояние и кинематика при прокатке порошковых материалов на металлической подложке/ В.Ф. Потапкин, А.Н. Левкин, А.В. Сатонин, С.М. Романов, Ю.А. Воробьев, Э.П. Грибков// Порошковая металлургия. – 2000. – №1/2. – С.13-21.

12. Применение прокатных валков с рабочим слоем из быстрорежущей стали / Ю.А. Воробьев, Ю.Н. Белобров, В.Г. Волченков, С.В. Касьянюк // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. Тематичний зб. наук. праць. – Краматорськ, 2000.– С. 329–331.

13. Эксплуатация прокатных валков с рабочим слоем из быстрорежущей стали на станах горячей прокатки / Ю.А. Воробьев, Ю.Н. Белобров, В.Г. Волченков, С.В. Касьянюк // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. Тематичний зб. наук. праць. – Краматорськ- Славянск, 2000.– С. 114–116.

14. Одномерное математическое моделирование напряженно- деформированного состояния при прокатке порошковых материалов / Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Романов С.М., Штибен В.Ф., Морозов И.А., Воробьев Ю.А., Грибков Э.П. ; Донбас. гос. машиностроит. академия - Краматорск, 1996.- 37с. - Библиогр.: 20 назв. - Рус. - Деп. в УкрИНТЭИ. 25.10.96, №68 - Ук96.

15. Математические модели и программные средства по автоматизированному расчету напряженно-деформированного состояния и основных показателей качества при прокатке порошковых материалов на металлической подложке./Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Романов С.М., Штибен В.Ф., Морозов И.А, Левкин А.Н., Воробьев Ю.А., Грибков Э.П.; Донбас. гос. машиностроит. академия - Краматорск, 1996.- 44с. - Библиогр.: 20 назв. - Рус. - Деп. в УкрИНТЭИ 25.10.96, №71 - Ук96.

16. Методика и результаты по экспериментальному определению коэффициентов, характеризующих механические свойства порошков./ Потапкин В.Ф., Романов С.М., Сатонин А.В., Воробьев Ю.А., Грибков Э.П.; Донбас. гос. машиностроит. акад. - Краматорск, 1998. - 23с. - Библиогр.: 17 назв. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины. 19.01.98, №51 - Ук98.

[1] – Автору належить розробка алгоритму автоматизованого проектування технологічного режиму первинної прокатки і програмних засобів його реалізації.

[2] – Автору належить розробка імітаційної моделі і програмних засобів її реалізації.

[3] – Автору належить розробка програмних засобів з розрахунку напружено-деформованого стану.

[4] – Автору належить розробка рекомендацій з удосконалювання устаткування для реалізації процесу.

[5] – Автору належить розробка математичної моделі.

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

[7] – Автору належить розробка математичної моделі.

[8] – Автору належить розробка математичної моделі і програмних засобів для її реалізації.

[9] – Автору належить чисельна реалізація розроблених програмних засобів.

[10] – Автору належить чисельна реалізація та аналіз отриманих результатів.

[11] – Автору належить розробка математичної моделі.

[12] – Автору належить аналіз літературно-патентної інформації.

[13] – Автору належить аналіз літературно-патентної інформації і статистична обробка результатів промислової експлуатації.

[14] – Автору належить аналіз результатів чисельної реалізації.

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

[16] – Автору належить чисельна реалізація розроблених програмних засобів.

АНОТАЦІЇ

Воробйов Ю.А. Удосконалення технологічних режимів і конструктивних параметрів механічного устаткування для реалізації процесів прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці. – Рукопис.

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

Дисертація присвячена удосконаленню технологічних режимів процесу прокатки порошкових матеріалів на металевій підложці і конструктивних параметрів механічного устаткування спеціалізованих прокатних станів.

Розроблено детерміновані та імітаційні математичні моделі, що дозволяють розраховувати енергосилові параметри процесів ущільнення і калібрування прокатки порошкового матеріалу на металевій підложці, а також прогнозувати вплив вихідних параметрів на основні показники якості готової металопродукції. Розроблена комп'ютерна система розрахунку та автоматизованого проектування дозволила визначити раціональні режими процесу прокатки порошкового матеріалу на металевій підложці як з умови забезпечення необхідних геометричної точності, рівня і ступеня стабільності щільності порошкового шару, так і з умови нерозшарування композиції. Зазначене дозволило підвищити техніко-економічні показники процесу який досліджувався.

Ключові слова: порошковий матеріал, металева підложка, математичне моделювання, підшипник ковзання, напружено-деформований стан, показники якості, автоматизоване проектування, гідравлічний натискний пристрій.

Воробьев Ю.А. Совершенствование технологических режимов и конструктивных параметров механического оборудования для реализации процессов прокатки порошковых материалов на металлической подложке. – 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 процесса прокатки порошковых материалов на металлической подложке и конструктивных параметров механического оборудования специализированных прокатных станов.

Разработаны детерминированные и имитационные математические модели, позволяющие рассчитывать энергосиловые параметры процессов уплотняющей и калибрующей прокатки порошкового материала на металлической подложке, а также прогнозировать влияние исходных параметров на основные показатели качества готовой металлопродукции. На основе результатов численной реализации полученных детерминированных математических моделей установлено, что наличие металлической подложки приводит к увеличению силы прокатки на 15…35%, к существенному перераспределению моментов прокатки на рабочих валках, а также к наличию напряжений сжатия, действующих на порошковую среду в сечениях на выходе из очага деформации. Установлено также, что снижение модуля жесткости рабочей клети способствует стабилизации уровня относительной плотности и снижает влияние биения рабочих валков на точность геометрических характеристик. Разработанные программные средства расчета и автоматизированного проектирования позволила определить рациональные режимы процесса прокатки порошкового материала на металлической подложке как из условия обеспечения требуемых геометрической точности, уровня и степени стабильности плотности порошкового слоя, так и из условия сохранения целостности композиции, а также осуществлять автоматизированный выбор требуемого значения модуля жесткости рабочей клети и допустимой величины радиального биения рабочих валков из условия обеспечения требуемых допусков на геометрическую точность готовой металлопродукции и степень стабильности относительной плотности порошкового слоя. Указанное позволило повысить технико-экономические показатели исследуемого процесса.

В ходе экспериментальных исследований были подтверждены основные гипотезы, использующиеся в рамках разработанных математических моделей. Кроме того были также разработаны регрессионные зависимости коэффициентов трения от химического и гранулометрического состава порошка бронзографита, а также степени его спрессованности. На основе этого были разработаны рекомендации по составу порошкового материала для реализации технологии процесса изготовления заготовок подшипника скольжения.

Разработаны практические рекомендации при реконструкции механического оборудования специализированного стана П /750 Кировского завода изделий из металлопорошков, а также при проектировании технологических режимов прокатки порошкового материала на металлической подложке применительно к изготовлению заготовок полоза пантографа и подшипников скольжения.

Ключевые слова: порошковый материал, металлическая подложка, математическое моделирование, подшипник скольжения, напряженно-деформированное состояние, показатели качества, автоматизированное проектирование, гидравлическое нажимное устройство.

Vorobyov Yu.A. Perfection of technological modes and constructive parameters of mechanical equipment for rolling of powder material on the metal strip. - 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, 2001.

The thesis is devoted to perfecting of technological modes and design data for realization of a powder material on the metal strip rolling.

The determined and imitative mathematical models permitting to predict as well local values of stress-strain conditions as integrated power parameters of rolling, and also to predict influence of initial parameters on main parameters of rolled strip quality are developed.

The software aimed at automated design of rational rolling modes and the choice of a necessary rigidity of stand and allowable work rolls radial runout in order to provide demanded parameters of quality is worked out. This software allows to design the rolling mode which avoids the fracture of composition.

Key word: powder material, metal strip, mathematical simulation, friction bearing, stress-strain conditions, parameters of quality, automated design, hydraulic screwdown.