Теоретичне і експериментальне дослідження деформованого стану при прокатуванні профілів з ребрами жорсткості

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

Інститут чорної металургії ім. З.І. НЕКРАСОВА

Єршов Сергій Володимирович

УДК 621. 771. 014. 2

Теоретичне і експериментальне дослідження деформованого стану при прокатуванні профілів з ребрами жорсткості

Спеціальність 05. 03. 05 «Процеси та машини обробки тиском»

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 1999

Дисертація є рукопис.

Робота виконана на кафедрі обробки металів тиском Дніпродзержинського державного технічного університету.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Ілюкович Будимир Михайлович, Дніпродзержинський державний технічний університет, завідувач кафедри обробки металів тиском.

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук ЖУЧКоВ Сергій Михайлович, Інститут чорної металургії НАН України, завідувач прокатним відділом кандидат технічних наук, доцент Мілєнін Андрій Анатолійович, Державна металургійна академія України, доцент кафедри обробки металів тиском.

Провідна установа: Донецький державний технічний університет, Міністерство освіти України, м. Донецьк.

Захист відбудеться «09” квітня 1999 р. о 14. 00 годин на засіданні спеціалізованої вченої ради К08. 231. 01 в Інституті чорної металургії НАН України за адресою: 320050, м. Дніпропетровськ, пл. Академіка Стародубова, 1

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту чорної металургії НАН України

формозміна прокатування профіль деформування

Актуальність роботи. Розвиток галузей промисловості, що використовують металопрокат, а також розвиток технологій, які зберігають ресурси, у даний час призводить до того, що стають актуальними роботи, спрямовані на розробку технології виготовлення прокатної продукції з мінімальними витратами. До таких видів прокату ставляться профілі, що мають на своїй поверхні одне або декілька ребер жорсткості.

Розрахунок калібрувань таких профілів дуже складний. Пошук оптимального вирішення ведеться шляхом аналізу великої кількості можливих варіантів. Як правило, перебір припустимих вирішень на основі існуючих методик призводить до значних витрат як часу, так і коштів. Причиною цього є наявність у даний час методів розрахунку формозміни складних профілів, розроблених із використанням спрощених моделей осередку деформації, і відсутність методик розрахунку деформованого стана максимально наближених до реальних умов деформації в калібрах. У зв'язку з цим актуальною є задача проведення теоретичних та експериментальних досліджень деформованого стана при прокатуванні профілів із ребрами жорсткості, одержання математичних залежностей і моделей, що враховують весь комплекс факторів осередку деформації для схем виробництва, реально використовуємих при прокатуванні аналізуємих профілів, а також розробка на їхній основі методів розрахунку калібрувань валків профілів із ребрами жорсткості.

Зв'язок роботи з науковими темами. Дисертаційна робота виконана в Дніпродзержинському державному технічному університеті при дослідженні, а також розробці теоретичних і експериментальних основ калібрування прокатних валків відповідно до головних тематичних планів наукових досліджень кафедри обробки металів тиском ДДТУ.

Ціль роботи. Теоретично й експериментально дослідити формозміну при прокатуванні профілів із ребрами жорсткості з урахуванням схем деформування, що реально використовуються при їх виробництві.

Розробити метод розрахунку калібрувань валків для прокатування одногребневых і багатогребневых профілів.

Наукова новизна.

1. Вперше виконані теоретичні й експериментальні дослідження деформованого стану, а також побудовані математичні залежності, що описують цей стан при прокатуванні в ребрових і пластових таврових калібрах і дозволяють врахувати різноманітні розміри ухилів сильно деформованих елементів поперечного перетину заготовки та калібру, що відповідає реальним схемам деформації цих профілів.

2. Вперше отримані експериментальні залежності коефіцієнтів формозміни від параметрів осередку деформації при прокатуванні заготовок квадратного і круглого поперечного перетину у формотворних відкритих таврових калібрах.

3. Виконані нові теоретичні дослідження деформованого стану й отримані регресійні залежності, що описують формозміну при прокатуванні у формотворних і фасонних калібрах профілів із двома односторонніми ребрами жорсткості, і на відміну від існуючих, більш повно враховуючі геометрію осередку деформації.

4. На підставі існуючого методу розроблений новий універсальний спосіб побудови математичних моделей деформованого стану при прокатуванні складних профілів, що дозволяє систематизувати головні положення математичного моделювання й автоматизувати процес їхньої розробки. Розроблено комплекс програм визначення деформованого стану при прокатуванні аналізованої групи профілів для ЕОМ.

5. Удосконалені існуючі методи розрахунку калібрувань валків при прокатуванні таврових профілів і профілів із двома односторонніми ребрами жорсткості.

Практична цінність. Математичні моделі, результати теоретичних і експериментальних досліджень, відбиті в дисертаційній роботі широко використовуються при виконанні курсових і дипломних проектів, а також у курсах теорії і технології прокатного виробництва, що викладаються на кафедрі ОМТ Дніпродзержинського державного технічного університету.

Результати дисертаційної роботи знайшли своє промислове застосування на Дніпровському металургійному комбінаті і науково-виробничому підприємстві “Дніпрофмаш”.

Результати теоретичних і експериментальних досліджень можуть бути використані при розробці нових технологічних процесів (розрахунки калібрувань) одержання широкого сортаменту розглянутих профілів, а також при удосконаленні вже існуючих технологічних процесів.

Розроблений комплекс програм для розрахунку деформованого стану на ЕОМ може бути використаний для досліджень і проектування процесів із нерівномірною деформацією профілів по ширині.

Особистий внесок автора. Всі теоретичні й експериментальні дослідження, викладені в дисертаційній роботі та опубліковані в науковій літературі, виконані автором самостійно під керівництвом наукового керівника і при консультативній помочі деяких співавторів опублікованих робіт.

Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи повідомлені й обговорені на міжнародній науково-методичній конференції “Комп'ютерне моделювання” (Дніпродзержинськ, 1998) ; на науково-технічній конференції “Наука, виробництво, підприємництво - розвитку металургії” (Донецьк, 1998) ; на об'єднаному науковому семінарі кафедри обробки металів тиском і прокатних відділів Інституту чорної металургії АН України (1998) ; на науковому семінарі кафедри обробки металів тиском Дніпродзержинського державного технічного університету (1998).

Публікації. Головні матеріали відбиті в 7 друкарських працях.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'ятьох розділів, висновків і додатків. Обсяг роботи 262 с. Робота містить 44 малюнка, 35 таблиць. Список використаної літератури включає 197 найменувань.

СТАН ПИТАННЯ І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ

Літературний огляд показав, що фасонні профілі з ребрами жорсткості ставляться до дуже складних профілів і потребують застосування спеціальних прийомів і способів розробки технології їх виробництва.

Встановлено, що прокатування фасонних профілів із гребенями ведеться з використанням переважно високих заготовок (у 3-6 рази перевищуючіх висоту готового профілю) у великому числі (6-13) фасонних калібрів за формою ідентичних формі готового профілю. Прокатування таврових і хрестоподібних профілів ведеться з використанням ребрових та пластових калібрів, кількість яких визначається співвідношенням розмірів полиць і стінки.

Розширення сортаменту й удосконалювання вже існуючих технологій виробництва цих профілів можливо на базі створення нових методів розрахунку калібрувань валків, що враховують усі головні фактори осередку деформації, скорочують витрати на освоєння і інтенсифіцирують процес виробництва.

Аналіз літературних джерел показав, що проводилася множина як експериментальних, так і теоретичних досліджень по вивченню процесу прокатування профілів із ребрами жорсткості такими дослідниками як Д.І. Старченко, Т.Ф. Власов, В.М. Клименко, В.С. Солод, Б.М. Ілюкович, А.А. Нефедов, В.І. Вергеліс, Х.М. Сапригін, І.Г. Романовський і ряд інших авторів. У центрі уваги досліджень знаходилися питання визначення поширення полотнини і висотного утягнення гребенів. Виявлено комплекс факторів, що впливають на поширення і заповнення закритих ділянок калібрів. Мало вивчений процес формування профілів що прокатуються у перших формотворних проходах.

Багато досліджень носять рекомендаційний характер (для більшості факторів дана тільки якісна характеристика) без встановлення математичних залежностей, що визначають формозміну.

У дослідженнях, у котрих такі математичні залежності приводяться, розглянуті лише найпростіші схеми деформації без урахування реально використовуваних у промисловості схем одержання цих профілів.

Тому для одержання більш повного уявлення про формозміну при прокатуванні профілів із ребрами жорсткості необхідно дослідження схем деформації, що використовуються реально на практиці, створення на цій основі математичних моделей для розрахунку деформованого стану в показаних калібрах і методики розрахунку калібрувань валків для прокатування даної групи профілів, що мала б розширену область застосування, була простою у використанні і дозволяла розраховувати формозміну з достатньою для практики точністю.

З літературного огляду випливає, що відсутні достатньо точні інженерні методи розрахунку калібрування фасонних профілів. Методи відповідних і приведених смуг, описаних прямокутників, еквівалентних деформацій, приведених обтиснень і інші придатні для визначення формозміни лише в простих і деяких фасонних калібрах.

Встановлено, що найбільше універсальні теоретичні методи розрахунку формозміни в процесах сортового прокатування засновані на застосуванні экстремальних принципів теорії пластичності. Зокрема, для розрахунку формозміни при прокатуванні складних профілів широко застосовується методика І. Я. Тарновського, Б. М. Ілюковича, А. Н. Скороходова.

Теоретичні дослідження процесу прокатування у фасонних калібрах виконані і виконуються окремо для кожного конкретного калібру і тому не мають необхідну універсальність. В усіх без винятку роботах осередок деформації розподіляється на зони. Розподіл профілю на зони різноманітними дослідниками здійснюється по-різному, часто без урахування схеми плину металу в осередку деформації. Коло вирішених задач обмежується найпростішими випадками. Тобто в наявності відсутність систематизованого підходу до побудови моделей деформованого стану.

РОЗРОБКА МЕТОДУ ПОБУДОВИ МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ І ТЕОРЕТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ПРИ ПРОКАТУВАННІ ПРОФІЛІВ З РЕБРАМИ ЖОРСТКОСТІ

Розрахунки калібрувань фасонних профілів прокату дуже складні, тому що звичайно потрібно не тільки знайти послідовність калібрів для одержання профілю заданих розмірів, але і домогтися мінімуму витрати енергії на деформацію металу, задовільної стійкості прокатних валків, рівномірного завантаження двигунів і високої продуктивності прокатного стану. Оптимальне вирішення відшукується шляхом аналізу великого числа можливих варіантів.

Як правило, такий перебір припустимих вирішень призводить до значних витрат як часу, так і коштів.

Вихід із даної ситуації можливий застосуванням для аналізу різноманітних схем одержання профілю математичного моделювання, заснованого на використанні варіаційних принципів механіки суцільних середовищ, що дозволяє з достатнім для практики ступенем точності досліджувати деформацію профілів самої різноманітної конфігурації.

Незважаючи на універсальність варіаційних методів і широке їх використання в прокатному виробництві, дослідження формозміни на їхній основі зустрічається з деякими труднощами.

Однією з таких трудністю є те, що для кожного виду калібру і конфігурації поперечного перетину смуги доводиться щораз наново одержувати поле швидкостей переміщень і деформацій, складові потужностей внутрішніх і зовнішніх опорів і так далі. По суті щораз доводиться вирішувати задачу наново. При цьому хоча й існують загальні правила побудови кінематично можливих полів швидкостей, але навіть для профілів подібних конфігурацій відсутні систематизовані рекомендації до вирішення задачі. Як правило, різноманітні дослідники підходять до побудови поля швидкостей по-своєму. Часто такі поля швидкостей не задовольняють деяким граничним умовам або суперечать для конкретних профілів реальній схемі плину металу в осередку деформації.

Тому актуальною в даний час є задача розробки такого механізму одержання математичних моделей процесів деформації складних профілів, що дозволив би досліднику скоротити витрати часу на побудову визначеної моделі процесу і при цьому давав можливість швидкого модифікування існуючої моделі у випадку незадовільних результатів експериментальної перевірки її працездатності.

Вирішенням цієї задачі явилося застосування модульного конструювання. У цьому випадку модуль являє собою набір рівнянь, пов'язаних приналежністю до визначеного об'єкту.

Звичайно при побудові кінематично можливого поля швидкостей поперечний перетин профілю розподіляється на визначені ділянки, формозміна яких у значній мірі відрізняється друг від друга. Хоча часто розбивка поперечного перетину на ділянки і не обумовлюється розходженням в умовах деформації, а визначається розходженням рівнянь поверхні цих ділянок.

Наш досвід побудови математичних моделей процесів із нерівномірною деформацією показує, що для різноманітних груп профілів існують цілком визначені набори “конструкційних” блоків, що у багатьох випадках є загальними для профілів, що входять до складу даної групи, і можуть застосовуватися для побудови поля швидкостей на перший погляд цілком різноманітних по конфігурації виробів.

Тому наша задача полягала у виявленні спільності в схемах деформації різноманітних профілів, упорядкування деякої бібліотеки ділянок (блоків) і відповідної бібліотеки програмних реалізацій цих ділянок. При накопиченні визначеної кількості “стандартних” блоків стала можлива розробка математичної моделі процесу прокатування практично будь-якої складності. При цьому ті самі “стандартні” блоки могли мати різноманітну математичну реалізацію. Це давало нам можливість експериментувати при конструюванні математичних моделей на ходу з метою одержання моделі найбільше близько наближеної до реальності, що призвело до підвищення точності вирішення задачі

Описаний метод побудови математичних моделей формозміни складних профілів дозволив систематизувати й автоматизувати процес створення математичних моделей, частково виключити рутинну роботу з налагодження кожної окремо програми і направити сили на створення такого добору “стандартних” блоків для конкретного профілю, при якому відповідність моделі реальному процесу була максимальна.

Запропонований підхід до побудови математичних моделей складних профілів був використаний при створенні моделей деформованого стану профілів, що мають на своїй поверхні ребра жорсткості (мал. 1).

Відповідно до описаної методики, для аналізованої групи профілів був зроблений розподіл поперечного перетину розкатів на активні, перехідні і пасивні ділянки. У результаті розподілу були виділені ділянки, формозміна яких відбувається в подібних умовах. Ознакою подоби умов деформування була подібність граничних умов для кожної конкретної ділянки на її межах. Результати розподілу подані на мал. 1.

Однаковими цифрами на малюнку позначені ділянки, формозміна яких протікає в ідентичних умовах і отже ідентичні поля швидкостей для цих ділянок.

При побудові математичних моделей використана модель жорстко пластичного нестисливого середовища. Варіаційне рівняння для якого має вид

При цьому, розглядається геометричний осередок деформації. Прийнято, що деформація цілком закінчується на виході з осередку деформування, а на вході в осередок поширення деформації в зовнішню зону враховується у виді потужностей сил зрізу.

При вирішенні задач поля швидкостей визначаються відповідно до рівнянь задовольняють умові нестисливості і умові непроникності на межі металу з інструментом.

Так само поля швидкостей задовольняють умовам сполучення зон на межах ділянок.

З використанням розроблених математичних моделей проведені нові розширені теоретичні дослідження деформованого стану при прокатуванні в ребрових і пластових таврових калібрах, що дозволили врахувати нахил поверхонь сильно деформованих ділянок смуги і калібру.

Виконано нові теоретичні дослідження формозміни при утворенні двох односторонніх ребер жорсткості на плоскій заготовці і при прокатуванні у фасонних калібрах із двома односторонніми ребрами жорсткості, котрі відрізняються від відомих вирішень більш повним урахуванням геометрії осередку деформації.

У результаті опрацювання експериментальних даних (одержаних з застосуванням математичних моделей) відповідно до математичної теорії планування експерименту були отримані регресійні залежності, що описують формозміну в аналізованих системах калібрів і виявлені фактори, що здійснюють найбільш сильний вплив на формозміну профілів.

Роздивимося для приклада прокатування в таврових калібрах. У результаті проведених теоретичних досліджень було встановлено, що найбільш сильний вплив на формозміну здійснюють такі фактори: розмір усунутої площі металу по висоті сильно деформованих ділянок (полиць - у ребрових і стінки - у пластових калібрах) ; співвідношення площ що обжимаються та не обжимаються ; співвідношення кутів нахилу поверхні полиць смуги і калібру в ребрових калібрах і поверхонь стінки смуги і калібру в пластових калібрах ; відношення початкової товщини сильно деформованих ділянок до радіуса валків .

Використовуючи можливості теоретичного дослідження, межі варіювання факторів вибрали значно ширше, чим це можливо при експериментальних дослідженнях в умовах виробництва чи в лабораторії і для ребрових таврових калібрів обмежили такими величинами:

;

Після опрацювання експериментальних даних (одержаних з застосуванням математичних моделей) при прокатуванні в ребрових калібрах рівняння для розрахунку коефіцієнтів подовження , поширення , утягнення прийняли вид:

;

;

.

Подібним образом були отримані рівняння для розрахунку деформованого стану у всіх аналізованих калібрах.

Аналіз отриманих рівнянь дозволив зробити висновок про вплив усіх вище перерахованих параметрів осередку деформації на коефіцієнти формозміни при прокатуванні в ребрових і пластових таврових калібрах.

Так, збільшення фактору призводить до збільшення подовження профілю, поширення полиць у ребровому і стінки в пластовому калібрі, а також призводить до збільшення утягнення стінки по висоті при прокатуванні в ребрових калібрах і утягненню полиць по висоті при прокатуванні в пластових калібрах.

Збільшення фактору призводить до зменшення подовження профілю, утягнення стінки по висоті в ребрових і полиць у пластових калібрах, а поширення при цьому зростає як полиць у ребрових, так і стінки в пластових таврових калібрах.

Збільшення фактору призводить до збільшення подовження профілю, утягнення стінки по висоті в ребрових і полиць у пластових калібрах та зменшенню поширення як у ребровому, так і в пластовому калібрах.

Збільшення фактору призводить до зменшення подовження й утягнення, а поширення при цьому зростає і у ребрових і у пластових калібрах.

При прокатуванні у формотворних калібрах із двома односторонніми ребрами жорсткості в якості незалежних перемінних були прийняті такі параметри: коефіцієнт обтиснення полотнини ; співвідношення площ що обжимаються і не обжимаються ; відношення початкової ширини стінки до ширини профілю ; відношення початкової товщини смуги до радіуса валків ; відношення початкової ширини смуги до радіуса валків .

На підставі аналізу формул, отриманих при прокатуванні прямокутних заготовок у формотворних калібрах із двома односторонніми ребрами жорсткості, зробили висновок про вплив параметрів осередку деформації на коефіцієнти формозміни.

З збільшенням параметра збільшується подовження профілю, поширення полотнини й утягнення гребенів по висоті.

Збільшення параметра призводить до зменшення подовження профілю, утягнення гребенів по висоті і збільшення поширення полотнини.

Збільшення параметра призводить до збільшення подовження профілю і збільшення утягнення гребенів по висоті при великих значеннях параметра , а при малих значеннях параметра збільшення призводить до зменшення утягнення. В усіх розглянутих випадках залежність поширення від параметра незначна на підставі статистичного опрацювання результатів математичного експерименту.

Вплив параметра полягає в тому, що з його збільшенням збільшується подовження профілю й утягнення гребенів по висоті, а поширення зменшується.

Збільшення параметра призводить до збільшення подовження і зменшення поширения. Утягнення гребенів при малих величинах параметра збільшується, а при великих зменшується.

При прокатуванні у фасонних калібрах із двома односторонніми ребрами жорсткості на підставі проведеного аналізу ступеня впливу параметрів осередку деформації на процес формозміни в якості незалежних перемінних були прийняті такі параметри: коефіцієнт обтиснення полотнини ; співвідношення площ що обжимаються і не обжимаються ; відношення початкової товщини смуги до початкової ширини гребенів ; відношення початкової товщини смуги до радіуса валків .

Аналіз показав, що з збільшенням параметра збільшується подовження, поширення й утягнення при прокатуванні як у чорнових, так і в чистових калібрах.

Збільшення параметра призводить до зменшення подовження і збільшення поширення. При цьому на характері залежності утягнення гребенів по висоті від параметра позначається вплив параметра при прокатуванні в чорнових калібрах. При малих значеннях параметра збільшення параметра призводить до зменшення утягнення, а при великих значеннях збільшення призводить до збільшення утягнення гребенів по висоті.

Збільшення параметра призводить до збільшення подовження профілю, поширення полотнини й утягнення гребенів при прокатуванні в чистових калібрах.

При прокатуванні в чорнових калібрах регресійний аналіз показав, що збільшення параметра позначається тільки на величині утягнення гребенів у бік його збільшення.

Збільшення параметра при прокатуванні в чистових проходах призводить до зменшення подовження, поширення й утягнення профілю.

При прокатуванні в чорнових проходах вплив параметра позначається тільки на поведінці коефіцієнтів подовження й утягнення, а поширення залишається постійним.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ПРИ ПРОКАТУВАННІ ПРОФІЛІВ З РЕБРАМИ ЖОРСТКОСТІ

Ціллю дійсних експериментальних досліджень була перевірка працездатності розробленої методики побудови математичних моделей процесів складного деформування і перевірка результатів теоретичних досліджень формозміни при прокатуванні хрестоподібних, таврових, П-подібих профілів і профілів із двома ребрами жорсткості. При перевірці теоретичних досліджень і математичних моделей при прокатуванні у формотворних і фасонних калібрах із двома ребрами жорсткості використовувалися експериментальні дані Б.М. Ілюковича, В.Д. Єсіпова і В.І. Вергеліса.

Дослідження проводилися на дослідно-промисловому стані 300 ДДТУ. При дослідженнях використовувалися сталеві зразки, виготовлені на стругальному верстаті відповідно до планів експериментів. Перед прокатуванням смуги нагрівалися в камерній електричній печі до температури 1000-1100 0С.

Крім перевірки теоретичних досліджень і варіаційних математичних моделей при проведенні експериментальних досліджень деформованого стану хрестоподібних профілів ставилися такі задачі:

- одержання залежностей, що математично описують деформований стан при утворенні ребер жорсткості на плоскій заготовці, що мали б більшу точність, чим формули, отримані раніше;

- одержання математичних залежностей для визначення формозміни у фасонних хрестоподібних калібрах при прокатуванні сталевих зразків як по спрощеній моделі осередку деформації, так і по моделі, що реально використовується при виробництві даних профілів і враховує нахил поверхонь сильно деформованих ділянок.

При прокатуванні в таврових калібрах у зв'язку з застосуванням для одержання профілів заготовок круглого і квадратного поперечного перетину й у зв'язку з відсутністю формул, що математично описують дані процеси, у відкритих калібрах були проведені дослідження формозміни по описаних схемах деформації. Експериментальний підхід до проведення досліджень обумовлений великою складністю одержання теоретичних моделей деформованого стану при прокатуванні кола і квадрата в перших формотворних калібрах через неоднозначність граничних умов в осередку деформації.

Разом із цим, через відсутність і теоретичних, і експериментальних досліджень деформованого стану, що враховують нахили поверхонь сильно деформованих ділянок при прокатуванні в таврових калібрах, виникла необхідність у проведенні експериментальних досліджень формозміни при прокатуванні у фасонних ребрових і пластових таврових калібрах з ухилами полиць ребрових калібрів і стінки - пластових.

У результаті експериментальних досліджень деформованого стана отримані математичні залежності, що дозволяють визначати величину коефіцієнтів формозміни при деформації в хрестоподібних калібрах, таврових калібрах, при утворенні ребер жорсткості на плоских заготовках і при формуванні таврових профілів із заготовок круглого і квадратного поперечного перетину, а також при прокатуванні П-подібних профілів із вільним поширенням.

Отримані регресійні залежності, у випадку збігу умов експериментів і умов розробляємого калібрування, призначені для розрахунку формозміни при прокатуванні профілів із ребрами жорсткості.

Порівняльний аналіз отриманих у процесі виконання даної роботи теоретичних і експериментальних даних по визначенню формозміни показав, що припущення про можливість конструювання математичних моделей при прокатуванні складних профілів із стандартних конструкційних блоків вірно, тому що порівняння характеру впливу використаних при проведенні експериментальних досліджень факторів із характером впливу тих же факторів на формозміну при проведенні теоретичних досліджень ідентичний. Разом із цим, кількісне порівняння експериментальних і розрахункових даних показало, що формули запропоновані раніше, і не враховуючі ряд факторів осередку деформації, визначають формозміну із середніми похибками, що доходять у деяких випадках до 60% і більш. Розрахунки по розробленим варіаційним і регресійним математичним моделям для тих же умов осередку деформації дають середню похибку у визначенні формозміни, що коливається в діапазоні від 6 до 15%.

При цьому варто враховувати, що порівняння проводилися не тільки для умов експериментів даної роботи, але й експериментів тих авторів, чиї математичні залежності аналізувалися.

Це дає нам підставу говорити про те, що побудовані математичні моделі з використанням варіаційного методу визначення формозміни металу при прокатуванні, що полягає в побудові кінематично можливого розривного поля швидкостей із наступною мінімізацією функціонала повної потужності, дозволяють із достатньою для інженерних розрахунків калібрувань точністю визначати формозміну при прокатуванні фасонних профілів.

На підставі проведених теоретичних і експериментальних досліджень були розроблені методики розрахунку калібрувань валків для прокатування широкого сортаменту профілів із ребрами жорсткості. Ці методики були реалізовані у виді програм, написаних на алгоритмічній мові Паскаль і використані НПП “Дніпрофмаш” при освоєнні фасонного профілю “направляюча”, що поставляється для заводу “Пішмаш” (м. Кіровоград), а також були використані при освоєнні профілю з двома ребрами жорсткості на дослідно-промисловому стані 300 Дніпродзержинського державного технічного університету.

Таким чином, виконані теоретичні й експериментальні дослідження можуть бути використані для розробки широкого сортаменту розглянутих профілів і це призводить до загального висновку про правильність і загальність запропонованих вирішень поставленої задачі.

ВИСНОВКИ

1. На підставі існуючого методу розроблений спосіб побудови математичних моделей процесів деформації складних профілів, що полягає в побудові математичних моделей із “стандартних” конструкційних блоків і дозволяє досліднику скоротити трудовитраты на побудову математичної моделі визначеного процесу. При цьому він дає можливість швидкого модифікування існуючої моделі у випадку незадовільних результатів експериментальної перевірки її працездатності.

2. З використанням розробленого набору конструкційних блоків побудовані нові математичні моделі деформованого стану при прокатуванні хрестоподібних профілів, таврових профілів, профілів із двома односторонніми і двома двосторонніми ребрами жорсткості, коритних профілів, профілів для віконних перепльотів, котрі відрізняються від раніше розроблених тим, що враховують реальні схеми деформації, що використовуються при виробництві розглянутих профілів. Вперше побудовані математичні моделі процесів початкового формування з прямокутних заготовок симетричних хрестоподібних профілів і профілів із двома ребрами жорсткості.

3. З використанням розроблених математичних моделей проведені нові розширені теоретичні дослідження деформованого стану при прокатуванні в ребрових і пластових таврових калібрах з урахуванням нахилу поверхонь сильно деформованих ділянок.

Виконано нові теоретичні дослідження при утворенні двох односторонніх ребер жорсткості на плоскій заготовці і при прокатуванні смуг із двома односторонніми ребрами жорсткості.

У результаті опрацювання розрахункових даних відповідно до математичної теорії планування експерименту були отримані математичні рівняння, що описують формозміну в аналізованих системах калібрів і які мають більш високу точність визначення формозміни, чим залежності, що використовувалися дотепер.

Аналіз отриманих рівнянь дозволив зробити висновок про вплив усіх головних параметрів осередку деформації на коефіцієнти формозміни.

4. Вперше проведені сплановані експериментальні дослідження формозміни металу при гарячому прокатуванні сталевих зразків хрестоподібної і таврової форми по схемах деформації, що передбачають наявність ухилу сильно деформованих елементів поперечного перетину заготовки і калібру. Встановлено вплив цього параметра на формозміну.

5. Виконані експериментальні дослідження процесу утворення ребер жорсткості на плоскій заготовці при прокатуванні в хрестоподібних калібрах, що дозволили одержати більш точні математичні залежності для визначення формозміни, чим запропоновані раніше.

6. Вперше виконані експериментальні дослідження формозміни при формуванні таврових профілів у відкритих ребрових таврових калібрах із сталевих заготовок круглого і квадратного поперечного перетину. Встановлено фактори, що визначають деформований стан таврового профілю. Отримано залежності, що математично описують цей процес.

7. Вперше виконані експериментальні дослідження формозміни при прокатуванні профілів П-подібного поперечного перетину з вільним поширенням, що дозволяють оцінити розмір цього поширения в залежності від геометрії осередку деформації.

8. Порівняльний аналіз отриманих у процесі виконання даної роботи теоретичних і експериментальних даних по визначенню формозміни показав, що припущення про можливість конструювання математичних моделей при прокатуванні складних профілів із стандартних конструкційних блоків вірно, а побудовані математичні моделі з використанням варіаційного методу визначення формозміни металу при прокатуванні, що полягає в побудові кінематично можливого розривного поля швидкостей із наступною мінімізацією функціоналу повної потужності, дозволяють із достатньою для інженерних розрахунків калібрувань точністю визначати формозміну при прокатуванні фасонних профілів.

Показано перевагу отриманих у даній роботі математичних моделей деформованого стану при прокатуванні складних профілів над існуючими.

9. Отримані теоретичним і експериментальним шляхом регресійні залежності для визначення формозміни розглянутої групи профілів пропонується використовувати при розрахунках калібрувань валків цих профілів.

10. На підставі проведених теоретичних і експериментальних досліджень були розроблені методики розрахунку калібрувань валків для прокатування широкого сортаменту профілів із ребрами жорсткості. Ці методики були реалізовані у виді програм, написаних на алгоритмічній мові Паскаль і використані НПП “Дніпрофмаш” при освоєнні фасонного профілю “направляюча”, що поставляється для заводу “Пішмаш” (м. Кіровоград), а також були використані при освоєнні профілю з двома ребрами жорсткості на дослідно-промисловому стані 300 Дніпродзержинського державного технічного університету.

Успішне освоєння згаданих профілів підтвердило працездатність запропонованих методик, залежностей і моделей.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:

1. Б.М. Илюкович, В.П. Капелюшный, М.К. Измайлова, С.В. Ершов. Определение коэффициентов деформации при формировании полос с ребрами жесткости//Известия вузов. Черная металлургия. - 1995, № 1, с. 29-31. Автором дисертаційної роботи виконані експериментальні дослідження, описані в даній статті.

2. С.В. Ершов, Б.М. Илюкович, В.П. Капелюшный. Экспериментальное исследование формоизменения при прокатке круглой заготовки в формообразующем тавровом калибре//Теория и практика металлургии. - 1998, № 1, с. 44-45. Безпосередньо автором дисертаційної роботи виконаний весь комплекс експериментальних досліджень, опублікованих у статті.

3. Б.М. Илюкович, С.В. Ершов, С.В. Поверенный. Экспериментальное исследование формоизменения при прокатке в плоскотавровых калибрах//Приднепровский научный вестник. - 1998, № 72, с. 41-44.

У даній статті особистий внесок автора дисертаційної роботи полягає в підготуванні і проведенні досліджень на дослідно-промисловому стані 300 ДДТУ.

4. Параметры очага деформации и кинематически возможное поле скоростей при прокатке полосы прямоугольного сечения с неравномерным обжатием/Ершов С.В., Илюкович Б.М., Измайлова М.К. - Киев, 1992. -9 с. - Деп. УкрНИИНТИ 26. 08. 92, № 1336-УК92.

5. Определение кинематически возможного поля скоростей при прокатке с неравномерным обжатием по ширине для случая пространственного течения металла/Илюкович Б.М., Измайлова М.К., Ершов С.В. - Киев, 1994. - 9 с. - Деп. УкрИНТИ 20. 04. 94, № 846-УК94.

6. Определение кинематически возможного поля скоростей при прокатке прямоугольной полосы в крестообразном калибре с уклонами фланцев и без уклонов стенок гребня/Илюкович Б.М., Ершов С.В. - Киев, 1996. - 9 с. - Деп. УкрИНТИ 18. 10. 96, № 52-УК96.

У вище перерахованих роботах 4, 5, 6 Єршов С. В. безпосередньо робив побудову кінематично можливих полів швидкостей.

7. Илюкович Б.М., Ершов С.В. Методика построения математических моделей деформированного состояния при прокатке сложных профилей//Сборник научных трудов научно-технической конференции “Наука, производство, предпринимательство - развитию металлургии”. - Донецк, 1998. - С. 83-84.

Єршов С.В. Теоретичне й експериментальне дослідження деформованого стану при прокатуванні профілів із ребрами жорсткості. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05. 03. 05 - “Процеси і машини обробки тиском”. - Інститут чорної металургії НАН України, Дніпропетровськ, 1999.

Дисертація присвячена питанням моделювання, теоретичного й експериментального дослідження деформованого стану при прокатуванні профілів із ребрами жорсткості. У роботі розробляється новий метод побудови математичних моделей процесів складного деформування на основі загальних конструкційних блоків. З використанням розробленого методу побудовані нові математичні моделі деформованого стану при прокатуванні хрестоподібних профілів, таврових профілів, профілів із двома односторонніми і двома двосторонніми ребрами жорсткості, коритних профілів, профілів для віконних перепльотів, котрі відрізняються від раніше розроблених тим, що враховують реальні схеми деформації, що використовуються при виробництві цих профілів. Проведено нові розширені теоретичні дослідження деформованого стану при прокатуванні розглянутих профілів. Отримані теоретичним і експериментальним шляхом регресійні залежності для визначення формозміни розглянутої групи профілів знайшли застосування при розрахунках калібрувань валків профілів із ребрами жорсткості.

Ключові слова: математичне моделювання, деформований стан, профіль, калібрування, експеримент.

Ершов С.В. Теоретическое и экспериментальное исследование деформированного состояния при прокатке профилей с ребрами жесткости. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 03. 05 - «Процессы и машины обработки давлением». - Институт черной металлургии НАН Украины, Днепропетровск, 1999.

Диссертация посвящена вопросам моделирования, теоретического и экспериментального исследования деформированного состояния при прокатке профилей с ребрами жесткости, к которым в работе отнесены профили крестообразного вида, тавровые, профили с двумя как односторонними, так двумя двухсторонними ребрами, профили П-образного вида и профили для оконнорамных переплетов.

В работе разрабатывается новый метод построения математических моделей процессов сложного деформирования на основе общих конструкционных блоков. С использованием разработанного метода построены новые математические модели деформированного состояния при прокатке крестообразных профилей, тавровых профилей, профилей с двумя односторонними и двумя двухсторонними ребрами жесткости, корытных профилей, профилей для оконных переплетов, которые отличаются от ранее разработанных тем, что учитывают реальны схемы деформации, использующиеся при производстве этих профилей.

С использованием полученных математических моделей и методики планирования экспериментов проведены новые расширенные теоретические исследования деформированного состояния при прокатке в ребровых и пластовых тавровых калибрах с учетом наклона поверхностей сильно обжимаемых участков. Выполнены новые теоретические исследования при образовании двух односторонних ребер жесткости на плоской заготовке и при прокатке полос с двумя односторонними ребрами жесткости. В результате обработки расчетных данных согласно математической теории планирования эксперимента были получены математические уравнения, описывающие формоизменение в рассматриваемых системах калибров и имеющие более высокую точность определения формоизменения, чем зависимости, использовавшиеся до настоящего времени. Анализ полученных уравнений позволил сделать вывод о влиянии всех основных параметров очага деформации на коэффициенты формоизменения.

Впервые выполнены экспериментальные исследования формоизменения при формировании тавровых профилей в открытых ребровых тавровых калибрах из стальных заготовок круглого и квадратного поперечного сечения.

Полученные теоретическим и экспериментальным путем регрессионные зависимости для определения формоизменения рассмотренной группы профилей нашли применение при расчетах калибровок валков профилей с ребрами жесткости.

Ключевые слова: математическое моделирование, деформированное состояние, профиль, калибровка, эксперимент.

S. Erschov. Theoretic and experimental study of strained state at the profiles rolling with reinforcing plates. Manuscript.

Thesis for academic degree defending of candidate of technical sciences on speciality 05. 03. 05 - «Processes and machines for the treatment by pressure», Institute of Ferrous Metallurgy, National Academy of Sciences of Ukraine, Dniepropetrovsk, 1999.

The present thesis is concerned with simulation, theoretic and experimental investigation of strained state at profiles rolling with reinforcing plates. The new method for mathematical modeling of complicated straining is developed on the basis of general construction units. Using the developed method the new mathematical models of strained state for the rolling of the following profiles were formulated: x-shaped, T-shaped, profiles with one-sided and double-sided reinforcing plates, trough-shaped, profiles for window cross casements. These models differ from earlier developed ones by taking into account the real deformation schemes used for these profiles production. The new extended theoretic investigations of strained state at the rolling of studied profiles were carried out. Theoretic and experimental dependencies obtained for the determination of shape changes for considered profiles were used for rolls calibration of profiles with reinforcing plates.

Keywords: mathematical simulation, strained state profile, calibration, experiment.

Размещено на Allbest.ru

...