Совершенствование и проектирование калибровок простых сортовых профилей на основе анализа показателей формоизменения и энергосиловых параметров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Кинзин, Дмитрий Иванович

• Кинзин, Дмитрий Иванович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кинзин, Дмитрий Иванович

Введение

Методы расчета показателей формоизменения и энергосиловых параметров при сортовой прокатке

1.1. Методы определения показателей формоизменения при прокатке в калибрах

1.2. Основные подходы к определению энергосиловых параметров

Разработка методик расчета показателей формоизменения и энергосиловых параметров на основе количественной формулировки принципа наименьшего сопротивления

2.1. Количественная формулировка принципа наименьшего сопротивления

2.2. Расчет показателей формоизменения при прокатке в калибрах на основе количественной формулировки принципа наименьшего сопротивления

2.3. Расчет среднего контактного напряжения на основе количественной формулировки принципа наименьшего сопротивления

2.4. Расчет поля контактных напряжений с применением матричного описания очага деформации

2.5. Ограничения и сфера применения разработанных методик

2.6. Выводы

3. Экспериментальное исследование разработанных методик расчета показателей формоизменения и энергосиловых параметров

3.1. Реализация методик расчета на ЭВМ

3.2. Экспериментальная проверка и сравнительный анализ расчета показателей формоизменения

3.3. Влияние основных факторов на формоизменение

3.4. Экспериментальная проверка и сравнительный анализ расчета среднего контактного напряжения

3.5. Выводы

4. Реализация возможностей разработанной методики на примере стана 300 № 3 ОАО «ММК» с целью расширения сортамента прокатываемых профилей

4.1. Определение направления эффективного использования разработанной методики

4.2. Описание технологии и оборудования стана

300 № 3 ОАО «ММК»

4.3. Расчет калибровок новых профилей для стана

300 № 3 ОАО «ММК»

4.4. Разработка технологических режимов прокатки для новых калибровок

4.5. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование и проектирование калибровок простых сортовых профилей на основе анализа показателей формоизменения и энергосиловых параметров»

Калибровка прокатных валков является важнейшим элементом технологии сортовой прокатки. Основой для расчета калибровки валков является достоверное определение формоизменения металла при прокатке в калибрах. Ошибки расчета показателей формоизменения могут привести к существенным издержкам при освоении новых калибровок (поломкам оборудования прокатного стана, получению различных дефектов прокатываемого профиля, повышению расхода валков на период освоения, потерям времени на устранение допущенных ошибок и т. д.).

Несмотря на большое количество научных методов расчета калибровок сортовых профилей по-прежнему сохраняется необходимость в простых и надежных инженерных методах, позволяющих быстро и точно проводить расчеты в соответствии с требованиями производства. На протяжении долгого времени этим вопросом занималось большое количество ученых. Однако до сих пор наблюдается дефицит простых и надежных методов расчета показателей формоизменения и энергосиловых параметров при прокатке металла в калибрах.

Данная ситуация свидетельствует о недостаточной изученности основных законов течения металла.

При этом по утверждению многих ученых, одним из важнейших принципов, которому подчиняется течение металла, является принцип наименьшего сопротивления. Однако в литературе он имеет лишь качественную формулировку, которая гласит, что металл течет в сторону наименьшего сопротивления, и не имеет количественной формулировки, которая позволяла бы определить количество металла, смещаемого в том или ином направлении. Хотя нужно отметить, что данный принцип все же находит применение в вариационных методах расчета, но сложность этих методов не позволяет разработать простые и универсальные методики 5 определения формоизменения и энергосиловых параметров при прокатке в калибрах.

В связи с этим в данной работе представлена разработка выражения, связывающего смещенные объемы металла с напряжениями, которое можно рассматривать как вариант количественной формулировки принципа наименьшего сопротивления. На основе данной формулировки были разработаны простые и точные инженерные методики расчета показателей формоизменения и энергосиловых параметров при прокатке в калибрах, а также компьютерные программы, позволяющие проектировать калибровки сортовых профилей простой формы при прокатке на станах с двух- и трехвалковыми клетями.

1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ И ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ СОРТОВОЙ ПРОКАТКЕ

В настоящее время известно большое количество методов определения показателей формоизменения и энергосиловых параметров в различных процессах обработки металлов давлением. Эти методы имеют в своей основе различные подходы и границы применимости, обладают достоинствами и недостатками. Рассмотрим основные из этих подходов и методов.

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Кинзин, Дмитрий Иванович

4.5. Выводы

1. Разработаны рекомендации по использованию программных средств при расчете и анализе калибровки. Программное обеспечение применено при выполнении хоздоговорных НИР № 2001-4 и 2001-5 между МГТУ и ОАО «ММК» и используется на практике в калибровочном бюро ОАО «ММК» для расчета калибровки валков стана 300 № 3.

2. На основе разработанной методики с использованием разработанного программного обеспечения и на основании рекомендаций отчета по НИР № 2001-5 в калибровочном бюро ОАО «ММК» рассчитана калибровка для прокатки новых круглых профилей 011, 13, 14 и 15 мм, расширяющих сортамент стана 300 № 3 ОАО «ММК». Калибровка профиля 011 мм была успешно опробована на стане и внедрена в производство.

95

3. Разработаны технологические рекомендации, вошедшие в отчет по НИР № 2001-4 между МГТУ и ОАО «ММК» и заключающиеся в определении скоростного режима и схемы движения прокатных шайб, что позволило эффективно использовать полученные результаты обслуживающему персоналу стана при освоении новых профилей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования можно сделать следующие основные выводы.

1. С использованием матричного метода описания процесса формоизменения и предложенной формулировки принципа наименьшего сопротивления получены новые формулы для расчета показателей формоизменения и энергосиловых параметров при прокатке в калибрах. Определены границы применения данных формул - двух- и трехвалковые калибры простой формы с двумя или тремя осями симметрии.

2. При помощи сравнительного анализа разработанных методик расчета контактных напряжений и показателей формоизменения с известными методиками В.К.Смирнова, А.П.Чекмарева и ВНИИМЕТМАШа показано, что они дают достаточно близкие результаты для известных типовых систем калибров.

3. В результате экспериментального исследования методики расчета показателей формоизменения в типовых и нетиповых системах калибров, предложенной автором, установлено, что средние отклонения расчетных значений R, от опытных для двухвалковых калибров составило 2,54%, а для трехвалковых калибров 1,45% соответственно.

4. Установлено, что при прокатке в типовых и нетиповых системах калибров предложенная методика расчета среднего контактного напряжения позволяет получать результаты, отличающиеся от опытных не более чем на 19-28%.

5. Разработаны пакеты программ «DEFORM» и «DRUCK» для расчета и анализа калибровки. Программное обеспечение применено при выполнении хоздоговорных НИР № 2001-4 и 2001-5 между МГТУ и ОАО «ММК» и используется на практике в калибровочном бюро ОАО «ММК» для расчета калибровки валков стана 300 № 3.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кинзин, Дмитрий Иванович, 2003 год

1. Метц Н. Горячая прокатка и калибровка валков. М.: Металлургиздат, 1937. 43 с.

2. Павлов И.М. Теория прокатки. Ленинград: Изд. КУБУЧ, 1934. 366 с.

3. Целиков А.И. Влияние внешних зон на уширение и распределение скоростей и напряжении по ширине прокатываемой полосы // Проблемы металлургии: Сб. науч. тр. М.: Изд-во АН СССР, 1953.

4. Целиков А.И. Основы теории прокатки. М.: Металлургия, 1965. 247 с.

5. Тарновский И .Я., Поздеев А.А. Проблемы механики очага деформации при прокатке // Труды конференции «Технический прогресс в технологии прокатного производства». Свердловск, 1960. С. 5-10.

6. Тарновский И.Я. Распределение уширения по длине очага деформации // Сб. Уральского политехнического института «Расчет и конструирование заводского оборудования». Свердловск: Машгиз, 1953. Вып. 48. 436 с.

7. Тарновский И.Я. Формоизменение при пластической обработке металлов. -М.: Металлургиздат, 1954. 532 с.

8. Чекмарев А.П., Фирсов П.В. Уширение при прокатке углом захвата больше угла трения // Научные труды института черной металлургии АН УССР, «Прокатное производство». -Днепропетровск: Изд-во АН УССР, 1957. Вып. 1.

9. Старченко Д.И. Теоретическое исследование уширения при прокатке с нормальными и сверхвысокими обжатиями // Сб. трудов Ждановского металтургического института. Харьков: Металлургиздат, 1960. Вып. 5.

10. Старченко Д.И. Уширение при прокатке на блюминге // Сталь, 1954, № 1. С. 12-15.

11. Клименко В.И. Формулы для определения уширения в прямоугольных калибрах // Сб. «Научные труды института черной металлургии». Киев: Изд-во АН УССР, 1957.

12. Калинин В.П. Метод определения продольной и поперечной деформации, среднего давления и коэффициента трения при горячей прокатке с натяжением по аналитическому выражению удельного давления // Сб. «Теория прокатки». М.: Металлургиздат, 1962.

13. Выдрин В. И. Распределение уширения в очаге деформации. // Сб. «Обработка металлов давлением». Свердловск: Металлургиздат, 1956.

14. Голубев Г.М. Распределение пластической деформации // Теория и практика металлургии, 1937, № 1. С. 54-63.

15. Северденко В.П., Jleyc И.С. Коэффициент трения при холодной прокатке тонкой полосы // Сб. физ. техн. института АН БССР «Пластичность и обработка металлов давлением» - Минск: Наука и техника, 1966.

16. Северденко В.П. Теория обработки металлов давлением. Минск: Высшая школа, 1966. 280 с.

17. Бахтинов В.Б. Технология прокатного производства. М.: Металлургия, 1983. 488 с.

18. Бахтинов Б.П. Некоторые вопросы теории прокатки // Сталь, 1946. № 4 5.

19. Бахтинов Б.П., Штернов М.М. Калибровка прокатных валков. — М.: Металлургиздат, 1953. 780 с.

20. Гришков А.И. Исследование уширения при прокатке в гладких валках // Сб. трудов МВТУ им. Баумана «Прокатные станы и технология прокатки». М.: Машгиз, 1958. Вып. 84.

21. Чижиков Ю.М. Закономерности уширения при прокатке и анализы формул для его определения // Сталь, 1948, № 11. С. 18-22.

22. Чижиков Ю.М. Логарифмические формулы для уширения при прокатке // Сб. «Обработка металлов давлением». М.: Металлургиздат, 1954. Вып 3.

23. Чижиков Ю.М. Моделирование процесса прокатки. М.: Металлургиздат, 1963.

24. Полухин П.И. Анализ уширения при прокатке // Сталь, 1947, № 7. С. 23-26.

25. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Т. I. — М.: Металлургиздат, 1961. 376 с.

26. Смирнов B.C., Богоявленский К.И., Павлов Н.Н. Калибровка прокатных валков по методу соответственной полосы. М.: Металлургиздат, 1953. 328 с.

27. Головин А.Ф. Прокатка. Ч. 1. -М.: Металлургиздат, 1933.

28. Диомидов Б.Б., Литовченко Н.В. Калибровка прокатных валков. -М.: Металлургия, 1970. 310 с.

29. Литовченко Н.В., Диомидов Б.Б., Курдюмова В.А. Калибровка валков сортовых станов. -М.: Металлургиздат, 1963. 636 с.

30. Поляков М.Г., Никифоров Б.А., Гун Г.С. Деформация металла в многовалковых калибрах. М.: Металлургия, 1979. 240 с.

31. Поляков М.Г. Деформация металла в многовалковых калибрах: Дис. д-ра техн. наук. Магнитогорск, 1970. 248 с.

32. Зибель Э. Обработка металлов в пластическом состоянии. М.: ОНТИ, 1934.

33. Мутьев М.С. Вывод формул уширения при прокатке на гладкой бочке // Сб. трудов Днепропетровского металлургического института «Обработка металлов давлением». М.: Металлургиздат, 1960. Вып. XXXIX.

34. Зарощинский M.JI. Исследование уширения при прокатке // Сталь, 1949, № 11.

35. Мутьев М.С. Калибровка черновых валков. М.: Металлургия, 1964. 191 с.

36. Врацкий М.В. Калибровка подготовительных линий. М.: Металлургиздат, 1941. 346 с.

37. Синельников Ю.И. Определение контактной площади при прокатке в простых и фасонных калибрах // Известия вузов. Черная металлургия. 1969. № 4. С. 80-87.

38. Синельников Ю.И. Теория расчета параметров очага деформации методом статических моментов // Известия вузов. Черная металлургия. 1976. № 4. С. 120-123.

39. Минкин А.В. Расчет систем вытяжных калибров. М.: Металлургия, 1989. 207 с.

40. Березкин В.Г. Формоизменение при обработке металлов давлением. -М.: Машиностроение, 1973. 152 с.

41. Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургиздат, 1947. 267 с.

42. Шарапин Е.Ф. Элементы теории обработки металлов давлением. -М.: Металтургиздат, 1961. 154 с.

43. Шадрин В.А. Инженерные методы расчетов деформации металла при прокатке. М.: Металлургия, 1973. 110 с.

44. Смирнов В.К., Шилов Ю.А., Инатович Ю.В. Калибровка прокатных валков. -М.: Металлургия, 1987. 368 с.

45. Поздеев А.А., Трусов Г.В., Няшин Ю.И. Большие упруго-пластические деформации. М.: Наука, 1986. 230 с.

46. Смирнов В.К., Шилов В.А., Литвинов К.И. Деформации и усилия в калибрах простой формы. -М.: Металлургия, 1982. 144 с.

47. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 1965.608 с.

48. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1968. 684 с.

49. Гун Г .Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. -М.: Машиностроение, 1980. 450 с.

50. Теория обработки металлов давлением / И.Я.Тарновский, А.А.Поздеев, О.А.Ганаго и др. -М.: Металлургиздат, 1963. 668 с.

51. Берковский B.C., Жадан В.Т., Шишко В.Б. Аналитическое описание формы калибров // Тр. ин-та / Мое. ин-т стали и сплавов. 1979. Вып. 118. С. 13-18.

52. Жадан В.Т., Берковский B.C., Брюхов А.Н. Математическая модель процесса формоизменения при прокатке сортовых профилей // Известия вузов. Черная металлургия. 1978. № 11. С. 25-27.

53. Применение конечно-элементного анализа к процессу прокатки в калибрах / Е.Н.Чумаченко, Н.Н.Машкова, С.А.Тулупов и др. // Вестник машиностроения. 1998. № 3. С. 556-563.

54. Моделирование процесса прокатки в калибрах / Е.Н.Чумаченко, Н.Н.Машкова, В.А.Чередников и др. // Известия вузов. Черная металлургия. 1996. № 11. С. 37-42.

55. Заверюха В.Н., Салганик В.М., Румянцев М.И. Решение задач теории пластичности методом тонких сечений и методом конечных элементов: Уч. пособие. Свердловск: Изд. УПИ, 1986. 58 с.

56. Воронцов A.JI. О целесообразности использования метода конечных элементов на примере учета прочностной неоднородности материала в расчетах процессов обработки давлением // Производство проката. 2002. № 2. С. 5-9.

57. Эффективность деформации сортовых профилей / С.А.Тулупов, Г.С.Гун, В.Д.Онискив и др. М.: Металлургия, 1990. 280 с.

58. Тулупов С.А. Матричный способ представления процесса формоизменения при прокатке в калибрах простой формы. Сообщение 2 // Известия вузов. Черная металлургия. 1990. № 2. С. 48-50.

59. Тулупов С.А., Тулупов О.Н. Матрично-статистическая модель формоизменения / Магнитогорск. горно-металлург. ин-т. Магнитогорск, 1988. Деп. в ин-те Черметинформация. №3/Д-1412

60. Тулупов С.А. Разработка математической модели формоизменения металла в вытяжных калибрах на базе векторно-матричного способа представления процесса II Краевые задачи: Межвуз. сб. научн. трудов. Пермь, 1988.

61. Мельцер В.В., Пышенков И.А. Матричный метод расчета профилирования валков станов кварто // Известия вузов. Черная металлургия. 1965. № 10. С. 94-100.

62. Тулупов С.А., Заверюха В.Н. Матричный способ представления профилей и формоизменения металла в процессах обработки металлов давлением // Известия вузов. Черная металлургия. 1989. № 9. С. 62-65.

63. Чекмарев А.П., Борисенко Г.П., Горбанев А.А. Уширение металла при прокатке в трехвалковых калибрах // Известия вузов. Черная металлургия. 1972. № 11. С. 80-83.

64. Минкин А.В., Ласкин А.В. Расчет калибровки трехвалковых проволочных блоков // Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1973. № 12. С. 45—48.

65. Бояршинов М.И., Поляков М.Г., Пацекин П.П. Применение многовалковых калибров при обработке металлов давлением // Обработка металлов давлением. Свердловск: Металлургиздат, 1962. С. 5-21.

66. Выдрин В.Н., Барков J1.A., Соловьев А.В. Геометрия прокатки в многовалковых калибрах // Известия вузов. Черная металлургия. 1970. № 6. С. 87-94.

67. Прокатка малопластичных металлов с многосторонним обжатием / Л.А.Барков, В.Н.Выдрин, В.В.Пастухов и др. Челябинск: Металлургия, Челябинское отд., 1988. 304 с.

68. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М.: Металлургиздат, 1962. 495 с.

69. Протасов А.А Калибровка прокатных валков. М.: Металлургиздат, 1963. 330 с.

70. Чекмарев А.П., Нефедов А.А., Николаев В.А. Теория продольной прокатки. Харьков: Изд. Харьковского университета, 1965. 212 с.

71. Грудев А.П. Теория прокатки. М.: Металлургия, 1988. 240 с.

72. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных цехов. -М.: Металлургия, 1975. 548 с.

73. Хофф X., Даль Т. Прокатка и калибровка: Пер. с нем. М.: Металлургиздат, 1957.

74. Цоухар Г. Силовые воздействия при прокатке в вытяжных калибрах. -М.: Металлургиздат, 1963. 208 с.

75. Вусатовский 3. Основы прокатки. М.: Металлургия, 1967. 582 с.

76. Сравнительное исследование матричного и вариационного методов расчета усилия прокатки / Д.И.Кинзин, О.Н.Тулупов, Д.В.Колясов О.Н. // Материалы и технологии XXI века: Сб. тр. Всеросс. науч.-техн. конф. 4.2. Пенза 2001. С. 60-61.

77. Кинзин Д.И. Расчет полей контактных напряжений при прокатке в калибрах // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Сб. научн. тр. аспирантов и соискателей. -Магнитогорск: МГТУ, 2000. С. 142-151.

78. Тулупов О.Н., Кинзин Д.И. Расчет контактных напряжений при прокатке в калибрах // Электронный журнал «Исследователь», 1999. № 12.

79. Тулупов О.Н., Кинзин Д.И. Оценка распределенных характеристик на контактной поверхности при деформации в калибрах // Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции. Новокузнецк, 1998.

80. Исследование температурного режима прокатки для уточнения методов оценки энергозатрат на штрипсовом стане / В.Г.Логинов, Р.Г.Загитов, Д.И.Кинзин, А.А.Завьялов. Деп. ВИНИТИ. 1998. № 992-98.

81. Кинзин Д.И. Формализованная запись закона наименьшего сопротивления // Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века», Пенза, 2001, С. 133.

82. Общая электротехника / А.Б.Блажкин, В.А.Бесекерский, Е.А.Фабрикант и др. Ленинград: Энергоатомиздат, 1986. 592 с.

83. Рабинович Э.А. Сборник задач и упражнений по общей электротехнике. -М.: Энергия, 1972. 312 с.

84. Кинзин Д.И. Расчет формоизменения металла при прокатке на основе закона наименьшего сопротивления // Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы: получение и технологии обработки», Красноярск, 2001, С. 128.

85. Тулупов О.Н., Тулупов С.А., Рашников В.Ф. Матричные модели в оценке эффективности калибровки валков. -М.: 1996. 82 с.

86. Тулупов С.А. Применение адаптивных моделей формоизменения для совершенствования процесса сортовой прокатки. МГМИ: УДЭНТП. Челябинск, 1990.

87. Теория прокатки / А.И.Целиков, А.Д.Томленов, В.И.Зюзин и др. -М.: Металлургия, 1982. 335 с.

88. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. М.: Металлургия, 1980. 320 с.

89. Прокатное производство / П.И.Полухин, Н.М.Федосов и др. М.: Металлургия, 1982. 695 с.