Совершенствование технологии производства деталей крупногабаритных тел вращения на основе математического моделирования процессов деформирования толстых стальных листов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Чикишев, Денис Николаевич

• Чикишев, Денис Николаевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чикишев, Денис Николаевич

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Классификация и особенности изготовления ДКТВ

1.2. Особенности производства и технологии изготовления крупногабаритных толстостенных деталей методом штамповки

1.3. Особенности производства и технологии изготовления ДКТВ на листогибочных машинах

1.4. Асимметричная толстолистовая прокатка - варианты и возможности

1.5. Совмещенный процесс вертикально асимметричной прокатки и пластической гибки

1.6. Постановка цели и задач исследования

Глава 2. Адаптация конечно-элементных моделей НДС к условиям технологических процессов производства ДКТВ

2.1. Трехмерная вязко-пластическая модель НДС при горячей прокатке из слабо сжимаемого материала. Метод вязко-пластических слабо сжимаемых конечных элементов

2.2. Определение граничных условий совмещенного процесса

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии производства деталей крупногабаритных тел вращения на основе математического моделирования процессов деформирования толстых стальных листов»

Одним из приоритетных направлений развития черной металлургии является повышение эффективности производства металлоизделий, которая характеризуется получением продукции требуемого качества при высоких стабильности и производительности реализуемых технологических процессов. Это является неотъемлемым условием надежной и плодотворной деятельности предприятий в условиях существующей системы рыночных отношений. С точки зрения конкурентоспособности, важно также сочетание эффективности производства с его низкими издержками и соответственно сниженной себестоимостью.

Строительство тепловых и атомных электростанций, развитие металлургической, химической и нефтехимической промышленности вызывает расширение соответствующих отраслей машиностроения. Основные агрегаты, представляющие собой преимущественно емкости различной формы, изготавливают из крупногабаритных толстостенных деталей различными способами.

Исследования показали, что в области производства деталей крупногабаритных тел вращения (ДКТВ) из толстого листа наиболее перспективным является совмещенный процесс горячей вертикально асимметричной прокатки и пластической гибки. В определенных случаях возможно также применение процесса холодной гибки на валковой листогибочной машине. В связи с указанным, важным для производства ДКТВ является проведение исследований по совершенствованию совмещенного процесса, повышающих его надежность и обеспечивающих бездефектность продукции. Что касается холодной гибки, то актуальной является проблема отыскания таких научно-обоснованных режимов холодного деформирования, которые бы привели к повышению производительности процесса и снижению затрат на формоизменение на листогибочной машине.

Моделированию и развитию процессов производства ДКТВ и посвящена настоящая работа, структура которой представлена на рис. 1.

В первой главе работы предложена классификация процессов производства ДКТВ, рассмотрены особенности изготовления деталей различными методами. Показано, что в известных исследованиях по данному направлению имеются недостатки, снижающие эффективность рассматриваемых технологий.

На основе анализа уровней развития процессов ДКТВ и существующих проблем в первой главе выполнена постановка цели и задач исследования.

Вторая глава диссертации посвящена адаптации математических моделей определения напряженно-деформированного состояния при процессах совмещенной горячей вертикально асимметричной прокатки и пластической гибки а также холодной деформации листа на валковой листогибочной машине. Описание процессов основывалось на применении конечно-элементного подхода. Трехмерная вязко-пластическая модель определения НДС для слабо сжимаемого материала адаптирована к случаю совмещенного процесса, упруго-пластическая - для исследования процесса холодной гибки толстого листа. Показана адекватность разработанных моделей.

Третья глава посвящена моделированию напряженно-деформированного состояния и разработке технологии процессов производства ДКТВ. Для совмещенного процесса проведены исследования влияния скорости и времени начала подъема отгибающего ролика на перераспределение крутящих моментов. Для холодной гибки листа определены рациональные режимы бездефектного деформирования, основанные на данных о прочностных параметрах листогибочной машины.

Четвертая глава посвящена вопросам внедрения, промышленного опробования и использования новых технических и технологических разработок в области производства ДКТВ. Представлены выполненные на уровне изобретений решения для рассматриваемых процессов.

Совершенствование технологии производства деталей крупногабаритных тел вращения (ДКТВ) на основе математического моделирования процессов деформирования толстых стальных листов

Цель: получение ДКТВ повышенной точности по кривизне в условиях обеспечения высоких стабильности и производительности технологических процессов формоизменения

Математическое моделирование процессов горячего и холодного деформирования теория

Конечно-элементное моделирование определения НДС Е

J. для процесса горячего деформированияч>. ,' для процесса холодного деформирования4;

Вязко-пластическая модель для совмещенного процесса вертикально асимметричной прокатки и пластической гибки

Упруго-пластическая модель для гибки листа на четырехвалковой машине v технология

Развитие и совершенствование процессов производства деталей крупногабаритных тел вращения и создание комплекса технических и технологических решений

Т.

Т. для процесса горячего деформирования

Технология производства деталей крупногабаритных тел вращения на толстолистовом стане

3 патента РФ для процесса холодного деформирования*,

Технология гибки листа на четырехвалковой машине

1 патент РФ

Эффективный инструмент для анализа НДС - пакет прикладных программ на ООО «МагНИТ-центр»

Совершенствование рабочих программ по специальности «Обработка металлов давлением» в ГОУ ВПО «МГТУ им.Носова»

Ресурсосбережение - значительное сокращение времени при настройке и работе листогибочной машины на ООО «РемСтройМаш» результаты

Рис. 1. Структура диссертационной работы

1. Состояние вопроса и задачи исследования

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Чикишев, Денис Николаевич

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. Выбрана и адаптирована к совмещенному процессу горячей вертикально асимметричной прокатки и пластической гибки вязко-пластическая конечно-элементная модель для слабосжимаемой среды, отличающаяся учетом перемещения отгибающего ролика и его основных параметров (скорости, ускорения и траектории).

2. В результате расчета с использованием этой модели находили в очаге деформации поля интенсивностей напряжений, деформаций, моменты прокатки. Кроме того, определяли кривизну ДКТВ. На основе моделирования получили массивы количественных результатов, которые показывают влияние технологических параметров на напряженно-деформированное состояние металла.

3. Выбрана и адаптирована к условиям процесса холодной гибки толстого листа упруго-пластическая конечно-элементная модель, позволившая определить рациональные режимы бездефектного деформирования и снизить число проходов для листов толщиной 35 мм, шириной 2600 мм на 2 прохода, толщиной 40 мм и шириной 2000 мм - на 3, толщиной 45 мм и шириной 2400 мм - на 5.

4. Для усовершенствования технологии производства ДКТВ на толстолистовом стане выполнен комплекс научно обоснованных технических и технологических разработок, защищенных патентами РФ, отличительной особенностью которых является использование подвижного отгибающего ролика. Получен запрос фирмы "Corns Research Development & Technology" (Голландия) о сотрудничестве в создании совмещенной технологии прокат-ки-гибки ДКТВ.

5. Для повышения эффективности холодной гибки листов разработано устройство для измерения радиуса кривизны цилиндрической поверхности

ДКТВ и способ их производства, отличающиеся возможностью отказаться от использования проволочных шаблонов.

6. Разработки по усовершенствованию производства ДКТВ приняты к внедрению на листогибочной машине "Roundo" в ООО «РемСтройМаш» (г. Магнитогорск); пакеты программ для расчета технологических режимов получения ДКТВ на толстолистовых станах и листогибочных машинах - в технологическом отделе ООО «Магнитогорский научный информационно-технический центр».

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чикишев, Денис Николаевич, 2007 год

1. Мошнин Е.Н. Технология штамповки крупногабаритных деталей. -М.: Машиностроение, 1973.-240 с.

2. Горячая штамповка днищ железнодорожных емкостей в условиях Магнитогорского металлургического комбината / В.А.Некит, Э.М.Дригун // Бюллетень «Черная металлургия». 2000. 11-12. -С.68-69.

3. Бутузов Е.А. Специальные виды штамповки. -М.: Высшая школа, 1963. -205 с.

4. Победин И.С., Зверев А.Д. Производство крупногабаритных днищ. -М.: НИИНФОРМТЯЖМАШ, 1966. 75 с.

5. Любченко А.А. Горячая штамповка толстолистовых полых изделий. -Л.: Лениздат, 1967. -303 с.

6. Пихтовников Р.В., Завьялов В.И. Штамповка листового металла взрывом. -М.: Машиностроение, 1964. 176 с.

7. Мошнин Е.Н. Гибка и правка на ротационных машинах. М.: Машиностроение, 1967. -287 с.

8. Рубинов А.Д. Контроль больших размеров в машиностроении: Справочник.-Л.: Машиностроение, 1982.-С.135.

9. Асимметричные процессы прокатки анализ, способы и перспективы применения / А.Ф.Пименов, В.Н.Скороходов, А.И.Трайно и др. // Сталь. - 1982. -№ 3.- С. 53-56.

10. Кинематические и силовые параметры при асимметричной задаче толстых раскатов в валки / В.Н. Выдрин, В.Я. Тумаркин // Изв. высш. учеб. заведений. Черная металлургия. 1972. № 2. С. 100-103.

11. Изменение длины дуги захвата при асимметричной прокатке в зависимости от различных факторов / Н.А. Челышев, А.П. Лужный // Изв. высш. учеб. заведений. Черная металлургия. 1974. № 8. С. 75-78.

12. Теоретическое исследование процесса несимметричной прокатки / В.Г. Синицын, И.А. Андрющенко, Е.Б. Горбачев // Изв. высш. учеб. заведений. Черн. металлургия. 1973. № 1. С. 69-72.

13. Экспериментальное исследование процесса прокатки с различными окружными скоростями валков / В.Н. Выдрин, Л.М. Агеев, Н.В. Судаков, Г.Е. Трусов // Обработка металлов давлением. Выпуск 1. Свердловск: УПИ им. С.М. Кирова. 1973.-С. 74-77.

14. Особенности прокатки полос в валках с разношероховатыми поверхностями / В.А. Николаев, В.П. Полухин, И.Н. Авраменко и др. // Изв. вуз. Черная металлургия. 1979. № 3. С. 58-61.

15. Николаев В.А. Моменты прокатки при асимметричных условиях трения / Изв. вуз. Черная металлургия. 1978. № 2. С. 66-69.

16. Грудев А.П., Тилик В.Т. Технологические смазки в прокатном производстве. -М.: Металлургия, 1975. -368 с.

17. Исследование влияния неравномерного нагрева на асимметрию прокатки / В.А. Чичигин, И.Я. Тарновский, С.Л. Коцарь // Теория и технология прокатки: Сб. статей / Под ред. В.Н. Выдрина. Челябинск, 1972. - С. 227-234.

18. Асимметричная горячая прокатка полос на широкополосном стане «1700» / О.Н. Сосковец, А.Ф. Пименов, А.И. Трайно и др. // Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1985. № 3. С. 41-42.

19. Асимметричная прокатка полос в чистовой группе клетей непрерывного стана «2000» горячей прокатки / B.C. Горелик, Ю.В. Липухин, Б.А. Гунько и др.// Черная металлургия, 1985. № 7. -С. 51-52.

20. Управление изгибом переднего конца раската в клетях листовых станов с индивидуальным приводом валков / А.В. Феофилактов, И.В. Ширманов,

21. A.Л. Харченко, В.В. Володарский // Интенсификация производства листовой стали: Науч. тр.// ДонНИИчермет. М.: Металлургия, 1988. - С. 40 - 45.

22. Улучшение служебных свойств толстых листов путем освоения технологии асимметричной прокатки /B.C. Горелик, Г.И. Налча, А.Е. Руднев и др. // Сталь. 1991. № 11. С. 41-44.

23. Горячая прокатка толстых полос в рабочих валках разного диаметра /

24. B.А. Николаев, Б.П. Романико, А.Г. Васильев и др. // Сталь. 1992. № 11. -С. 45-47.

25. Чекмарев А.П., Нефедов А.А., Николаев В.А. Теория продольной прокатки. Харьков: ХГУ, 1965. - 210 с.

26. Влияние разницы диаметров рабочих валков на изгиб переднего конца полосы / В.А. Николаев, Н.И. Прищип, Б.П. Романико и др. // Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1992. № 10. -С. 32-33.

27. Песин A.M. Моделирование и развитие процессов асимметричного деформирования для повышения эффективности листовой прокатки / Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межрег. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2002. С. 107 - 113.

28. Салганик B.M., Песин A.M., Шабалин Ю.А. Новые способы и устройства асимметричной прокатки // Чёрная металлургия: Бюл. ин-та "Черметинфор-мация". М., 1990. - Вып. 9. - С. 61-63.

29. Песин A.M. Новые технологические решения на основе моделирования асимметричной прокатки // Сталь, 2003. № 2. С. 66-68.

30. Салганик В.М., Дригун Э.М., Песин A.M., Трахтенгерц Е.Л. Новая технология производства деталей крупногабаритных тел вращения/ Труды четвертого конгресса прокатчиков (Магнитогорск, 16-19 октября 2001), М.: 2002.1. C. 325-326.

31. Дригун Э.М., Салганик В.М., Песин A.M. и др. Асимметричная толстолистовая прокатка крупногабаритных тел вращения // Тр. третьего конгресса прокатчиков. Международный союз прокатчиков. АО «Черметинформация ». М., 2000.

32. Салганик В.М., Песин A.M., Трахтенгерц Е.Л. и др. Внедрение новых технологий асимметричной прокатки на ОАО «ММК» / Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межрег. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2002. С. 128 133.

33. Влияние несимметрии деформации на распределение крутящих моментов прокатки полос / В.А.Николаев, И.А.Волков // Изв. высш. учебн. заведений. Черная металлургия. 1993.№3.-С. 56-57.

34. Бровман М.Я. Моменты прокатки рабочих клетей толстолистовых станов / Производство толстолистовой стали: Тематич. отрасл. сб. Редактор С.И. Назарова. / Министерство черной металлургии СССР. М.: Металлургия, 1981. №5.-С. 10-13.

35. Выдрин В.Н., Тумаркин В.Я. Влияние угла задачи слитка в валки на момент прокатки. Сообщение 1 // Изв. высших учебных заведений. Черная металлургия. № 3. С. 85 88.

36. Бровман М.Я. Исследование равномерности нагрузки валков листовых станов / Производство толстолистовой стали: Тематич. отрасл. сб. Донецк: ДонНИИЧерМет, 1977. № 2. - С. 11 - 18.

37. Свинчинский А.Г., Мазур В.Л., Бинкевич Е.В., Голубченко А.К. Расчет и управление процессом несимметричной горячей прокатки методами линий скольжения и нелинейного программирования // Металлы. 1993. № 6. С. 70 -79.

38. Бровман М.Я. Исследование асимметричной прокатки. Сообщение 1 // Изв. вузов. Черная металлургия. 1982, № 3. С. 50 53.

39. Бровман М.Я. Исследование асимметричной прокатки. Сообщение 2 // Изв. вузов. Черная металлургия. 1982, № 5. С. 38 41.

40. Бровман М.Я., Горелик B.C., Гринчук П.С. В кн.: Тезисы докладов III Всесоюзной конференции «Теоретические проблемы прокатного производства». Днепропетровск, изд. ДметИ, 1980. С. 196 - 197.

41. Бровман М.Я. Применение теории пластичности в прокатке. М.: Металлургия, 1965.-248 с.

42. Колмогоров B.JI. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986.-688 с.

43. Томсон Э., Янг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов. М.: Машиностроение, 1968. - 504 с.

44. Коновалов Ю.В., Егоров А.И., Корохов В.Г. Определение мощности деформации методом верхней оценки при прокатке толстых листов с неравномерным распределением температуры по толщине // Изв. высш. учебн. заведений. Черная металлургия. № 6. С. 26 27.

45. Бровман М.Я., Выдрин В.Н., Римен В.Х. Энергосиловые параметры при прокатке с различными окружными скоростями валков // Изв. вузов. Черная металлургия. 1975. № 11. С. 76 80.

46. Сафьян М.М., Кармазин Ю.Я. Аналитическое исследование распределения моментов между валками при несимметричном процессе прокатки // Изв. вузов. Черная металлургия. 1978. № 4. С. 77 80.

47. Борисов Л.П., Воробьев Г.М., Мазур В.Л. Влияние асимметричности условий прокатки на текстуру листовой стали //Изв. вузов. Чер. металлургия. 1979. №2. С. 92.

48. Друянов Б.А., Непершин Р.И. Теория технологической пластичности. М.: Машиностроение, 1990.

49. Синицын В.Г. Несимметричная прокатка листов и лент. М.: Металлургия, 1984.

50. Горелик B.C., Налча Г.И., Руднев А.Е. и др. Улучшение служебных свойств толстых листов путем освоения технологии асимметричной прокатки //Сталь. 1991. № 11. С. 41.

51. Салганик В.М., Лесин A.M., Трахтенгерц Е.Л. и др. Внедрение новых технологий асимметричной прокатки на ОАО «ММК» / Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межрег. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2002. С. 128 133.

52. Песин A.M. Моделирование и развитие процессов асимметричного деформирования для повышения эффективности листовой прокатки: Дис. на соис. учен. степ. докт. техн. наук. -Магнитогорск, 2003. -395 с.

53. Дригун Э.М., Салганик В.М., Песин A.M. и др. Асимметричная толстолистовая прокатка крупногабаритных тел вращения // Тр. третьего конгресса прокатчиков. Международный союз прокатчиков. АО «Черметинформация». М., 2000.

54. Osakada, К., Nakano, J. and Mori, К., Finite Element Method for Rigid-Plastic Analysis of Metal Forming Formulation for Finite Deformation, Int. J. Mech. Sci.,24, 1982, P. 459-468.

55. Mori, K., Osakada, K. and Oda, Т., Simulation of Plane-Strain Rolling by the Rigid-Plastic Finite Element Method, Int. J. Mech. Sci., 24,1982, P. 519-527.

56. Huber, M.T., Wlasciwa praca odksztalcenia jako miara wytezenia ma-teryalu, Czasopismo Techniczne, 22, 1904, P. 81-83.

57. Грудев А.П. Теория прокатки: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1988. - 240 с.

58. Mori, К., Osakada, К., Finite Element Simulation of Three-Dimensional Deformation in Shape Rolling, Int. J. Numer. Meth. Eng., 30, 1990, P. 1431-1440.

59. Chen, C.C., Oh, S.I. and Kobayashi, S., Ductile Fracture in Axisymmetric Extrusion and Drawing, Part 1: Deformation Mechanics of Extrusion and Drawing, Trans. ASME, J. Eng. Ind., 101, 1979, P. 23-35.

60. Салганик B.M. Кинематика асимметричного очага деформации при листовой прокатке // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. -Магнитогорск: Магнитогорск, горно-мет. академия, 1994. С. 24-31.

61. Cocroft, M.G. & Latham, D.J. 1968. Ductility and the workability of metals. J. Inst. Metals, No 96,33-40.

62. Cocroft, M.G. 1968. Ductility. ASM, Metals Park, Ohio, 199-203.

63. Пат. 2254943 РФ, МПК7 В 21В 1/22. Устройство для асимметричной прокатки толстолистового металла / A.M. Песин, В.М. Салганик, Э.М. Дригун, Д.Н. Чикишев (РФ). -2004103203/02. Опубл. 27.06.2005. Бюл. № 18.

64. Развитие технологии совмещенного процесса прокатки и пластической гибки / A.M. Песин, Э.М. Дригун, Д.Н. Чикишев // Труды шестого конгресса прокатчиков (Липецк, 18-21 октября 2005 г.), М.: Объединение прокатчиков, 2005.-С. 76-81.

65. Пат. 54831 РФ, МПК В21В 1/22. Устройство для асимметричной прокатки толстолистового металла / A.M. Песин, В.М. Салганик, Д.Н. Чикишев и др. -2006101040/22. Опубл. 27.07.2006. Бюл. № 21.

66. Пат. 38646 РФ, МПК7 В 21В 1/22. Устройство для асимметричной прокатки толстолистового металла / A.M. Песин, В.М. Салганик, Э.М. Дригун, Д.Н. Чикишев (РФ). 2004102882/20. Опубл. 10.07.2004. Бюл. № 19.

67. Пути совершенствования производства крупногабаритных тел вращения / Д.Н. Чикишев, A.M. Песин // Тезисы докладов международной научнотехнической конференции молодых специалистов ОАО «ММК». Магнитогорск, 2004.-С. 50-51.

68. Литовченко Н.В., Антонов С.А., Бояршинов М.И., Плотников П.И. Производство толстолистовой стали. М.; Металлургия, 1964. - С. 34.

69. Совершенствование технологии производства деталей крупногабаритных тел вращения на основе математического моделирования / A.M. Песин, В.М. Салганик, Д.Н. Чикишев // Производство проката. 2007. № 3. С. 34-40.

70. Пат. 56592 РФ, МПК8 G01B 11/255. Устройство для измерения радиуса кривизны цилиндрической поверхности крупногабаритных деталей / A.M. Песин, Д.Н. Чикишев, С.В. Блинов и др. 2006108046/22. Опубл. 10.09.2006. Бюл. № 25.