В основу математичного моделювання НДС металу в кожному поперечному перерізі при <2,5…3,0 була покладена чисельна побудова і наступний аналіз кінематично можливих полів характеристик у фізичній площині і площині годографа швидкостей. При цьому, за аналогією з традиційними схемами процесу плющення, у якості основного було використане допущення про винятково поперечний пластичний плин металу в рамках кожного окремого перерізу. Крім того, у наслідок симетрії відносно осі Z, наступний кількісний аналіз здійснювали по відношенню тільки до верхньої половини осередку деформації.

Безпосередньо математичне моделювання локальних і інтегральних показників НДС металу полягало в розбивці всієї довжини зони пластичного формозмінення на елементарні поперечні перерізи (j-ий цикл), що є паралельними площині осей обертання робочих валків, і в наступному чисельному аналізі кожного з них (i-ий цикл).

Виходячи з відомих значень товщин і кута нахилу утворюючої , геометричні координати особливих точок кінематично можливих полів у фізичній площині ZY відповідали:

 (1)

Вважаючи спочатку геометричну координату умовно відомою, визначали кутові характеристики , звідки, виходячи з принципу ортогональності характеристик у фізичній площині ZY і площини годографа швидкостей геометричні координати особливих точок 4, 5 і 7 можуть бути визначені як:

(2)

метал плющення деформований асиметричний

де - вертикальна складова швидкості переміщення деформуючого інструмента, що задається кількісно у вигляді масштабу побудови кінематично можливого поля характеристик.

Власне побудову кінематично можливих полів характеристик було зведено до визначення геометричної координати , що відповідає мінімуму сумарної потужності зсуву , яке визначали наступним чином:

(3)

де - поточні по довжині осередку деформації значення опору зсуву металу на відповідних границях зони пластичного формозмінення.

Безпосереднє визначення геометричної координати здійснювали ітераційно на основі методу цілеспрямованого перебору варіантів в рамках факторного простору =0,0…1,0. Визначаючи мінімальне значення сумарної потужності зсуву і відповідних йому геометричних координат всіх особливих точок кінематично можливих полів характеристик, робили розрахунок дотичних і нормальних контактних напружень , а також значень сили і моменту плющення, що діють у рамках даного j-го перерізу осередку деформації.

З аналізу отриманих розподілів випливає, що кількісна оцінка координати при нерівності показників опору зсуву зміщується у бік границі пластичної зони, яка характеризується більшими значеннями , зазначене приводить до видозміни геометричної структури кінематично можливих полів характеристик, і, як наслідок, обумовлює зниження чи збільшення приведеного до одиниці ширини значення сили плющення. Ступінь уточнення по енергосилових параметрах в цьому випадку може досягати 20-30% і більше.

В рамках даної роботи була також вирішена задача з розрахунку траєкторії переміщення заготовки. При цьому було використане допущення про співнаправленість відношення об`ємів, що зміщуються, на (j+1) ділянці і відношення добутку площ і швидкостей переміщення відповідних жорстких зон, наданих полем характеристик у фізичній площині і площині годографа швидкостей, на j-ділянці. Це дозволило врахувати наявність асиметрії у вертикальній площині не тільки з погляду напружень, деформацій і механічних властивостей, а і з погляду траєкторій пластичного плину заготовки, що деформується.

Критеріально методика, заснована на використанні чисельної інтерпретації методу верхньої оцінки, була перевірена з використанням методу полів ліній ковзання. Власне побудову характеристик у цьому випадку робили також чисельно і ітераційно, виходячи з умови рівноваги гідростатичних напружень в особливій точці 1, отриманих, виходячи з умови статичної рівноваги відповідних зовнішніх зон.

При цьому порівняльний аналіз рішень, отриманих на основі методів верхньої оцінки і полів ліній ковзань, показав, що ступінь розходження не перевищив 8%.

За аналогією з розглянутим вище математичним моделюванням енергосилових параметрів процесу плющення відносно товстих заготовок, в основу математичного моделювання механізму утворення внутрішніх дефектів була покладена чисельна інтерпретація методу верхньої оцінки. Відмінною рисою отриманих у цьому випадку теоретичних рішень є врахування наявності зони потенційної несуцільності загальною довжиною , у межах якої опір розриву матеріалу є меншим за аналогічний показник для іншого матеріалу заготовки. Рівняння (3) було доповнено складовою , а отримані результати показали, що зі зниженням напружень і геометричного відношення вірогідність внутрішніх дефектів суцільності підвищується досить істотно.

Математичне моделювання НДС металу при було здійснено на основі чисельного рекурентного рішення скінчено-різницевої форми умови статичної рівноваги виділеного елементарного об`єму осередку деформації:

(4)

де - значення нормальних осьових і нормальних контактних напружень для лівого ad і правого bc граничних перерізів виділеного елементарного об`єму, що мають товщини і , відповідно;

- коефіцієнти зовнішнього тертя, що змінюються як по довжині осередку деформації (j-цикл), так і по ширині кожного окремого поперечного перерізу (i-цикл), що має крок розбиття .

З урахуванням початкових умов, умов зв'язку і інженерного варіанту умови пластичності рішення рівняння (4) було зведено до визначення однієї невідомої , стосовно якої маємо:

, (5)

де - поточне значення подвоєного опору зсуву металу заготовки, що визначається для кожного елементарного перерізу з урахуванням його вихідних і результуючих геометричних параметрів.

Крім рекурентного рішення (5) чисельне математичне моделювання НДС при реалізації процесу плющення відносно тонких заготовок з асиметричних профілем поперечного переріза містило в собі організацію ще ряду процедур, основними з який є наступні:

- ітераційна процедура по визначенню довжини ділянок із взаємно протилежним напрямком дотичних контактних напружень , реалізована для кожного поперечного перерізу і яка припускає рівність нулю нормальних осьових напружень по бічних кромках даного перерізу;

- розрахунок у залежності від довжин зазначених вище ділянок траєкторії переміщення і деформованого стану металу заготовки;

- чисельне інтегрування, що забезпечує визначення сили і моменту процесу плющення;

- ітераційна процедура по урахуванню пружного сплющування робочих валків і оброблюваної заготовки.

Як приклад представлені розрахункові розподіли основних компонентів НДС при плющенні складнопрофільної заготовки зі сталі 65Г, а аналіз даних і аналогічних їм результатів показав на досить складний характер отриманих розподілів. В цьому випадку зі збільшенням кута нахилу утворюючих поверхонь робочих валків ступінь неоднорідності розподілу напруженого стану по ширині істотно зростає. Відзначене підтверджує доцільність використання чисельних підходів з погляду підвищення як обсягів, так і ступеня вірогідності наданої інформації.

Аналогічний підхід, заснований на чисельному рекурентному рішенні скінчено-різницевої форми умови статичної рівноваги виділених елементарних об`ємів був також реалізований стосовно процесу правки довгомірних заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу. Реалізацію даного технологічного процесу, необхідність якого обумовлена перерозподілом витяжок і появою серповидності, було запропоновано здійснювати в неприводній трьохроликовій системі, яку встановлюють за приводними робочими валками плющильного стану.

Математичне моделювання основних показників якості плющених заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу

Крім прогнозованої імовірності появи внутрішніх дефектів суцільності як основні показники якості довгомірних плющених заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу були розглянуті точність їхніх геометричних характеристик, а також рівень, характер розподілу і ступінь стабільності результуючих механічних властивостей. В інженерному варіанті математичне моделювання даних параметрів було здійснено на основі методу передаточних коефіцієнтів, що припускає кінцево-різницеву інтерпретацію диференціального рівняння, яке характеризує вплив стохастичних приростів вихідних технологічних параметрів. Аналогічна задача була вирішена і на основі методу граничних оцінок, що дозволяє прогнозувати діапазони зміни результуючих характеристик з урахуванням відповідних мінімальних і максимальних значень початкового діаметра заготовки, вихідних механічних властивостей, коефіцієнтів зовнішнього тертя і величини попереднього міжвалкового зазору, яка враховує радіальні биття робочих валків.

Чисельно, не тільки з огляду на граничні оцінки, а і на реальні закони ймовірних розподілів вихідних параметрів у їх взаємозв'язку, математичне моделювання основних показників якості було здійснено імітаційно, тобто з використанням об'єднаних загальною концепцією методу Монте-Карло програмних модулів по генеруванню псевдовипадкових розподілених чисел, ітераційного рішення пружно-пластичної системи "робоча кліть-заготовка" і статистичної обробки масивів наданої інформації.

Як цільові функції у всіх зазначених випадках використовували детерміновані математичні моделі НДС металу при реалізації процесу плющення заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу, при цьому відмінними рисами отриманих теоретичних рішень є можливість урахування стохастичної зміни результуючих геометричних параметрів внаслідок відповідної зміни траєкторії пластичного плину металу, урахування можливості реалізації процесу плющення в попередньо напружених робочих клітях, а також можливість прогнозування ступеня стабільності геометрії як по товщині, так і по довжині одержуваних довгомірних заготовок.

Експериментальні дослідження процесу плющення заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу.

Маючи за мету уточнення вихідних передумов і оцінку ступеня вірогідності отриманих теоретичних рішень експериментальні дослідження процесу плющення складнопрофільних заготовок були проведені як у лабораторних умовах на базі прокатно-плющильних станів 100х100 і 105/260х250 ДДМА, так і в промислових умовах на базі плющильно-волочильного стану 280х200 АТ СКМЗ. Плющенню піддавали дріт і катанку діаметрами 1,0...18,0 мм з алюмінію, міді, сталей 08кп, 20, 45, У8, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т та інших матеріалів. Перекіс утворюючих поверхонь робочих валків на контрольовану величину кута здійснювали за допомогою диференційованого відпрацьовування натискних механізмів лівої і правої станин, а також з використанням відповідних калібрувань.

Статистична обробка отриманих результатів показала, що по силі і моменту плющення надійний інтервал співвідношення розрахункових і емпіричних значень склав 0,93-1,04, а по результуючих геометричних параметрах -- 0,96-1,03. Достатній ступінь вірогідності результатів імітаційного математичного моделювання основних показників якості підтверджений з використанням критеріїв Смирнова і Уілкоксона.

При холодній деформації з малими обтисканнями безперервнолитих мідних заготовок діаметром 18мм в осьовій зоні мало місце порушення суцільності матеріалу, що підтверджує вірність теоретичних рішень, отриманих з використанням методу верхньої оцінки. У випадку ж використання великих кутів нахилу утворюючих поверхонь робочих валків спостерігали неконтрольований зсув заготовки в поперечному напрямку. Як показали результати порівняльного чисельного математичного моделювання відзначене обумовлено наявністю в поперечних перерізах тільки зон однобічного ковзання і, як наслідок, виключенням стабілізуючого впливу дотичних контактних напружень .

На прикладі реалізації процесу плющення алюмінієвого дроту з різними температурами показана можливість використання даного фактору для додаткового регулювання результуючих геометричних характеристик одержуваних заготовок, при цьому діапазон зазначеного регулювання може досягати 30-40%.

З погляду підвищення точності геометричних характеристик при значних радіальних биттях робочих валків експериментально підтверджена доцільність не підвищення, а навпаки зниження модуля жорсткості робочих клітей плющильних станів. Ефективним у цьому випадку є використання попереднє напружених по буртах робочих валків, що призводить до зниження подовжньої різнотовщинності і різноширинності за рахунок реалізації даного технічного рішення у 2,0-3,5 разів.

Розробка рекомендацій з удосконалення і програмних засобів по автоматизованому проектуванню технологій і устаткування процесу плющення заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу

В основу аналізу впливу вихідних технологічних і конструктивних параметрів процесу плющення заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу були покладені результати чисельної реалізації отриманих математичних моделей і відповідних їм програмних засобів. При цьому було встановлено, що зі збільшенням кута нахилу утворюючих поверхонь робочих валків, зі зменшенням коефіцієнтів зовнішнього тертя, а також у випадку плющення заготовок з матеріалів з високою інтенсивністю деформаційного зміцнення ступінь асиметрії пластичного плину зростає убік більших значень кінцевої товщини. Відзначене приводить до зміни геометричних параметрів результуючого профілю поперечного перерізу. Виходячи з викладеного вище, була сформульована і вирішена програмно задача по автоматизованому проектуванню технологій і устаткування для реалізації процесу плющення складнопрофільних заготовок, що полягає у визначенні вихідного діаметра, а також настроювання робочих валків і проводкової системи, що забезпечують необхідну геометрію готової металопродукції.

Кількісно було також встановлено, що максимальна імовірність порушення суцільності матеріалу має місце при і малих значеннях напружень . При цьому відносна довжина зони несуцільності може досягати .

Сформульовано рекомендації з вибору раціональних рівнів технологічних натягувань і термічних режимів виробництва плющених стрічок.

Стосовно точності результуючих геометричних параметрів установлені діапазони ефективних значень радіусів робочих валків і модуля жорсткості робочих клітей, а також сформульовані вимоги на точність виготовлення і монтажу механічного устаткування плющильних станів. Запропоновані калібрування робочих валків, що враховують можливість створення попередньо напружених робочих клітей.

Результати роботи були використані при проектуванні технологій і устаткування на плющильно-волочильному стані 280х200 АТ СКМЗ стосовно до виробництва заготовок для дозуючих рам щебнеочищувачів, а також на прокатно-плющильних станах 300 УкрНДІметалургмаша і 105/260х250, 55/260х200, 100х100 ДДМА.

Висновки

У дисертації виконані нові науково-технічні розробки в області технологій і устаткування плющильного виробництва, що забезпечують рішення актуальної задачі, -- економії матеріальних ресурсів, розширення сортаменту і підвищення якості при виробництві довгомірних заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу.

1. Подальший розвиток плющильного виробництва нерозривно пов'язаний з удосконаленням діючих, а також з розробкою і промисловим освоєнням нових технологій і устаткування, що забезпечують максимальне наближення геометричних параметрів, механічних властивостей і показників якості поверхні одержуваних заготовок до аналогічних показників готової металопродукції. Реалізація даних заходів при мінімальних питомих капітальних витратах робить актуальним подальший розвиток методів автоматизованого розрахунку і проектування, а також розробку практичних рекомендацій, що забезпечують підвищення техніко-економічних показників технологій і устаткування процесу плющення.

2. На основі методу верхньої оцінки і методу полів ліній ковзання в їхній чисельній інтерпретації уточнені на 20-30% і розширені в обсязі наданої інформації математичні моделі НДС металу при реалізації процесу плющення відносно товстих заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу. Реалізований у цьому випадку чисельний підхід дозволив прогнозувати траєкторію пластичного плину металу, можливість виникнення дефектів суцільності при одночасному урахуванні реального характеру розподілів геометричних параметрів і механічних властивостей в об`ємі всього осередку деформації.

3. Стосовно до процесу плющення відносно тонких складнопрофільних заготовок коректне урахування реального характеру розподілів граничних умов при математичному моделюванні НДС було здійснено на основі чисельного рекурентного рішення скінчено-різницевої форми умови статичної рівноваги виділених елементарних об`ємів, одержуваних шляхом розбиття зони пластичного формозмінення, як у подовжньому, так і в поперечному напрямках.

4. З використанням детермінованих математичних моделей НДС металу при їхній організації відповідно до методів передаточних коефіцієнтів, граничних оцінок і імітаційного моделювання одержали розвиток математичні моделі точності геометричних характеристик, а також рівня і ступеня стабільності механічних властивостей складнопрофільних заготовок, що були одержані при реалізації різних технологічних і конструктивних схем процесу плющення.

5. На основі результатів чисельної реалізації отриманих математичних моделей і відповідних їм програмних засобів встановлене наступне:

- збільшення кута нахилу активних утворюючих робочих валків і інтенсивності деформаційного зміцнення матеріалу оброблюваної заготовки, а також зменшення коефіцієнтів зовнішнього тертя призводять до збільшення ступеня асиметрії пластичного плину металу в поперечному напрямку, при цьому кількісно даний ступінь стосовно центра ваги результуючого поперечного перерізу може досягати 0,15-0,18 від його ширини;

- при кутах нахилу активних утворюючих робочих валків понад , де менші значення зазначеного діапазону відповідають меншим значенням коефіцієнтів зовнішнього тертя, має місце підвищена імовірність бічного викиду оброблюваної заготовки, що вимагає використання технологічних натягувань або спеціальних калібрувань і посилених проводкових систем;

- при співвідношенні ширини контакту до середньої товщини менш ніж 0,5 має місце підвищена імовірність порушення суцільності матеріалу в осьовій зоні, довжина якої у відносному вимірі може досягати =0,1...0,25;

- процес плющення характеризується зниженими значеннями співвідношення модуля жорсткості заготовки при її пластичному формозміненні і модуля жорсткості робочої кліті , унаслідок чого коефіцієнт відбиття радіального биття робочих валків досягає 0,6-0,8, а це посилює вимоги на точність виготовлення і монтажу механічного устаткування, вимагає зниження і робить ефективним використання каліброваних, попередньо напружених по буртах робочих валків, що забезпечують підвищення точності в 2,0-3,5 рази.

6. Достатній ступінь вірогідності отриманих теоретичних рішень підтверджений експериментально, при цьому надійні інтервали співвідношення розрахункових і емпіричних значень склали 0,93-1,04 по силі і 0,96-1,03 по геометричних характеристиках процесу плющення. Експериментально також показана можливість зміни результуючих геометричних параметрів на 30-40% тільки за рахунок зміни температури заготовки, що піддається плющенню.

7. З урахуванням виявленого впливу вихідних технологічних і конструктивних параметрів процесу плющення заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного переріза сформульовані і вирішені програмно задачі по їхньому автоматизованому проектуванню, запропоновані і досліджені практичні рекомендації, спрямовані на розширення сортаменту, підвищення якості і зниження собівартості плющених стрічок. Дані результати використані на АТ Старокраматорський машинобудівний завод, Українському НДІ металургійного машинобудування і у Донбаській державній машинобудівній академії при створенні технологій і устаткування, а також при виробництві дослідно-промислових партій плющених стрічок.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Потапкин В.Ф., Касьянюк С.В., Дворжак А.И. Численная одномерная математическая модель процесса волочения труб // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении. - Краматорск: ДГМА. - 1998. - С. 12-16. Уточнені математичні моделі, розроблені і реалізовані чисельно програмні засоби по автоматизованому розрахунку процесів волочіння заготовок для їх наступного плющення.

2. Потапкин В.Ф., Касьянюк С.В., Дворжак А.И. Одномерная математическая модель процесса вдавливания в фильеру провода контактного // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА. - 1999. - С. 149-151.

3. Проектирование технологических режимов процесса волочения на волочильной машине ВЛ-1...6 / С.В. Касьянюк, С.К. Добряк, А.И. Дворжак, И.Н. Шеремет // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА. - 1999. - С. 194-195. Розроблені і реалізовані чисельно програмні засоби по автоматизованому проектуванню технологічних режимів процесів волочіння і плющення.

4. Численная одномерная математическая модель процесса волочения монометаллических заготовок, основанная на энергетическом подходе / А.В. Сатонин, С.В. Касьянюк, А.И. Дворжак , Ю.В. Моисеева // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА. - 2000. - С. 364-367.

5. Численная одномерная математическая модель процесса волочения труб, основанная на энергетическом подходе / В.Ф. Потапкин, С.В. Касьянюк, А.И. Дворжак, В.А. Найден // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. - Краматорськ-Слов'янськ: ДДМА. - 2000. - С. 47-50.

6. Касьянюк С.В., Дворжак А.И., Найден В.А. Численная одномерная математическая модель процесса горячего прессования трубных заготовок на неподвижной оправке // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА. - 2001. - С. 463-465. Уточнена и реалізована чисельно математична модель енергосилових параметрів при гарячому пресуванні трубних заготовок на нерухомій оправці.

7. Грибкова С.Н., Добряк С.К., Дворжак А.И. Автоматизированное проектирование технологических режимов и конструктивных параметров механического оборудования для получения лент плющеных с заданными показателями качества // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА. - 2001. - С. 555-558.

8. Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Дворжак А.И. Математическое моделирование энергосиловых параметров при реализации процесса плющения относительно толстых заготовок с асимметричным профилем поперечного сечения // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. - Краматорськ-Хмельницький: ДДМА. - 2002. - С. 438-441. Уточнені математичні моделі, розроблені і реалізовані чисельно програмні засоби по автоматизованому розрахунку процесів плющення заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу.

9. Дворжак А.И., Бегунов А.А., Кокотько М.Е. Двухмерный анализ напряжений и деформаций при полистовой прокатке и плющении асимметричных профилей. // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. - Краматорськ-Хмельницкий: ДДМА. - 2002. - С. 341-344. Уточнена і реалізована чисельно математична модель енергосилових параметрів процесів прокатки і плющення, заснована на використанні методу полів ліній ковзання.

10. Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Дворжак А.И. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния при реализации процесса плющения относительно тонких заготовок с асимметричной формой поперечного сечения // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні.- Луганськ: СНУ iм. В. Даля. - 2002. - С. 3-8.

11. Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Дворжак А.И. Расчет энергосиловых параметров и деформированного состояния металла при реализации процесса плющения заготовок с асимметричным профилем поперечного сечения // Металлургическая и горнорудная промышленность, №8-9. - Днепропетровск: ОАО "НИИ УКРМЕТАЛЛУРГИНФОРМ", НМетАУ. - 2002. - С. 199-204.

12. Моделирование механизмов образования внутренних дефектов при плющении относительно толстых заготовок с асимметричной формой поперечного сечения / С.В. Новоселов, С.Н. Грибкова, А.И. Дворжак, В.В. Лысенко // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. - ДДМА: Краматорськ. - 2003. - С. 104-106.

Анотація

Дворжак А.І. Удосконалення технології та обладнання для реалізації процесу плющення заготовок зі складним профілем поперечного перерізу

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 "Процеси та машини обробки тиском". - Донбаська державна машинобудівна академія, Краматорськ, 2003.

Дисертація присвячена розвитку методів автоматизованого розрахунку і проектування, а також розробці практичних рекомендацій з удосконалення технологій і устаткування для реалізації процесу плющення заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу.

У роботі на основі чисельних інтерпретацій методу верхньої оцінки, методу полів ліній ковзання і рекурентного рішення скінчено-різницевої форми умови статичної рівноваги одержали розвиток методи розрахунку напружено-деформованого стану при реалізації різних технологічних схем процесу плющення, що дозволяють врахувати реальну геометрію осередку деформації, неоднорідність розподілів механічних властивостей і асиметрію пластичного плину металу.

З використанням методів передаточних коефіцієнтів, граничних оцінок і імітаційного моделювання розроблений комплекс математичних моделей, що дозволяють прогнозувати точність геометричних характеристик, а також рівень і ступінь стабільності механічних властивостей одержуваних плющених заготовок.

На основі результатів теоретичного аналізу та експериментальних досліджень сформульовані і вирішені задачі по автоматизованому проектуванню технологій і устаткування, а також розроблені і апробовані практичні рекомендації, спрямовані на розширення сортаменту, підвищення якості і зниження собівартості плющених заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу.

Ключові слова: процес плющення, асиметричний профіль, технологія, устаткування, математичне моделювання, напруження, деформації, якість, автоматизоване проектування, рекомендації з удосконалення.

Аннотация

Дворжак А.И. Совершенствование технологий и оборудования для реализации процесса плющения заготовок со сложным профилем поперечного сечения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 "Процессы и машины обработки давлением". - Донбасская государственная машиностроительная академия, Краматорск, 2003.

Диссертация посвящена развитию методов автоматизированного расчета и проектирования, а также разработке практических рекомендаций по совершенствованию технологий и оборудования для реализации процесса плющения заготовок со сложным асимметричным профилем поперечного сечения.

В работе на основе численных интерпретаций метода верхней оценки, метода полей линий скольжения разработаны математические модели напряженно-деформированного состояния металла при реализации процесса плющения относительно толстых заготовок со сложным асимметричным профилем поперечного сечения, позволяющие учесть реальную геометрию очага деформации, неоднородность распределения механических свойств и асимметрию пластического течения при одновременном обеспечении возможности прогнозирования вероятности появления внутренних дефектов сплошности в зависимости от геометрических параметров очага деформации.

Аналогичная задача применительно к процессу плющения относительно тонких заготовок была решена на основе численного рекуррентного решения конечно-разностной формы условия статического равновесия выделенных элементарных объемов, полученных путем разбиения зоны пластического формоизменения на их конечное множество как в продольном, так и в поперечном направлениях, что позволило учесть реальный характер распределений геометрических параметров, механических свойств и условий контактного трения для каждого отдельного поперечного сечения очага деформации.

С использованием детерминированных теоретических решений напряженно-деформированного состояния металла при их организации в соответствии с методами передаточных коэффициентов, предельных оценок и имитационного моделирования разработан комплекс математических моделей, позволяющих прогнозировать точность геометрических характеристик, а также уровень и степень стабильности механических свойств получаемых плющеных заготовок.

Достаточная степень достоверности полученных теоретических решений подтверждена экспериментально. Кроме того были получены эмпирические оценки степени влияния уровней технологических натяжений и исходных температур нагрева заготовки, подвергаемой плющению, а также степени влияния условий контактного трения.

На основе результатов численной реализации полученных математических моделей и соответствующих им программных средств выявлены предельно возможные и наиболее эффективные диапазоны условий реализации процесса плющения заготовок с асимметричным профилем поперечного сечения. Установлено количественно влияние угла наклона активной образующей рабочих валков, интенсивности деформационного упрочнения материала заготовки и условий внешнего трения на напряженно-деформированное состояние и степень асимметрии пластического течения металла в поперечном направлении.

Дана количественная оценка степени эффективности различных конструктивных исполнений предварительно напряженных рабочих клетей и рабочих клетей плющильных станов с изменяемым модулем жесткости.

Предложены рекомендации по назначению научно обоснованных требований на точность изготовления и монтажа механического оборудования плющильных станов.

Сформулированы и решены задачи по автоматизированному проектированию и совершенствованию технологических режимов работы и конструктивных параметров механического оборудования плющильных станов, разработаны практические рекомендации, направленные на расширение сортамента, повышение качества и снижение себестоимости получаемых плющенных заготовок со сложным асимметричным профилем поперечного сечения, максимально приближенных по геометрическим параметрам, механическим свойствам и показателем качества поверхности к аналогичным показателям готовой металлопродукции.