Математическое моделирование процесса непрерывного прессования Конформ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Освоение производства высокопрочного проката... Никифоров Б.А., Салганик В.М.,Денисов С.В., Степанов П.А.

грузовых и пассажирских автомобилей // Материалы семинара по разработке и применению микролегированной горячекатаной листовой и полосовой стали. Обзор уровня техники. М., 1996.

5. Денисов С.В., Карагодин H.H., Кутуева Р.Я. Методика определения основных технологических параметров контролируемой прокатки, обеспечивающих получение требуемых потребительских свойств // Прогрессивные толстолистовые стали для газонефтепроводных труб большого диаметра и металлоконструкций ответственного назначения : Сб. докл. М.: М еталлургшдат, 2004. C. l1l-115.

УДК 519.8:621.777

А. Е. Экк, М. Ю. Семашко, В. Г. Шеркунов

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ КОНФОРМ

Впервые способ непрерывного прессования за счет активных сил трения был опробован Р.Грином в 1971 году. Устройство непрерывного прессования Конформ (рис. 1) состоит из движущегося контейнера (колеса) и неподвижного инструмента (называемого башмаком), который вместе с колесом создает закрытый калибр. Заготовка задается в зазор между башмаком и колесом, силами трения втягивается в зону перед матрицей, где подвергается интенсивному пластине -скому деформированию. По мере поворота колеса давление перед матрицей увеличивается и за счет этого заготовка прессуется через матрицу [ 1].

Большинство работ, посвященных методу Конформ, описывают технологию непрерывного прессования, а вопросы, связанные с проектированием новых устройств для получения изделий с мелкодисперсной структурой без изменения поперечного сечения, не рассматривались. Мало уделено внимания влиянию геометрии инструмента на силовые параметры процесса.

Для математического моделирования процесса, а в частности для определения влияния геометрии инструмента на силовой параметр процесса (момент приложенный к колесу М, Н/мм), из всего разнообразия факторов были выделены основные, что позволило упростить математическую модель и анализ результатов.

В качестве геометрических факторов были выбраны: радиус колеса Я угол обхвата колеса заготовкой уь (град); угол обхвата колеса башмаком уе (град); угол пересечения канала прессования и выходного канала Ф (град). Размеры поперечного сечения канала, образованного колесом и башмаком, приняли неизменными и равными 12^12 (мм). Размеры сечения заготовки такие же, как и у калибра. Такой выбор обеспечивает наиболее благоприятные условия для протекания процесса, так как обеспечиваются условия полного контакта заготовки со стенками канавки колеса.

На силовые параметры процесса большое влияние оказывают механические свойства де-

формируемого материала (напряжение сдвига as, МПа), а также скоростная характеристика (угловая скорость колеса Vk рад/с). Так как процесс протекает только за счет сил трения, значимым фактором является коэффициент трения f.

Для проведения численного эксперимента был составлен план полного факторного экспе-римента и взята дробная реплика от него, представленная в таблице, там же приведены величины верхнего, нижнего и основного уровней варьируемых параметров.

После обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии для опре -деления момента на приводном колесе, которые представлены ниже.

Относительная ошибка определения момента на приводном колесе при моделировании процесса в программе Deform 3D и при помощи полученных зависимостей не превышает 15%.

На графике рис. 2 приведены зависимости момента на рабочем колесе от радиуса колеса установки Сплошная линия - зависимость для угла пересечения канала 135°, точки - для 90°. Для построения графика были использования

прессования Конформ:

1 - рабочее колеоо; 2 - П-образная канавка; 3 - башмак;

4 - кольцевая вставка; 5 - упор; 6 - заготовка; 7 - изделие

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВДАВЛЕНИЕМ

1/4 реплика от ПФЭ типа 26-2

Факторы Ук (рад/с) фб (град) ф к (град) (мм) і аз (МПа)

Хо Хі Х2 Хз Х4 Х5 Хб

Основной уровень 0,325 60 100 300 0,15 600

Интервал варьирования 0,175 15 25 100 0,05 200

Верхний уровень 0,5 75 125 400 0,2 800

Нижний уровень 0,15 45 75 200 0,1 400

1 + - - - - - -

2 + - - - - + +

3 + + + + + - -

4 + + + + + + +

5 + + + - - - -

6 + - - + + - -

7 + + + - - + +

8 + - - + + + +

9 + + - + - - +

10 + - + - + - +

11 + + - + - + -

12 + - + - + + -

13 + + - - + + -

14 + - + + - + -

15 + + - - + - +

16 + - + + - - +

следующие постоянные данные: напряжение

сдвига 0і=4ОО МПа; коэффициент трения /=0,1; угол обхвата колеса заготовкой ^к=125°; угол об -хвата колеса башмаком ^6=75°. Нижняя линяя -для скорости вращения колеса ¥к=0,15 рад/с, верхняя для ¥¿=0,5 рад/с.

Из графиков следует, что из двух параметров (скорости вращения колеса и радиуса колеса) значимым является радиус, так как при увеличении радиуса значительно увеличивается крутящий момент, особенно при угле пере -сечения каналов 90°. Скорость вращения колеса, в принятом диапазоне изменения, влияет незначительно, и увеличение скорости вращения приводит к увеличению крутящего момента на постоянную величину независимо от радиуса колеса, что следует из параллельности графиков для раз ных с коросте й

На рис. 3 также приведены зависимости момента на рабочем колесе от радиуса колеса установки при тех же условиях, только изменяемым фактором выступает коэффициент трения /, а скорость колеса принята постоянной ¥¿=0,15. Из графиков видно, что увеличение коэффициента трения ведет к росту момента более интенсивно с увеличением радиуса колеса.

Уравнение момента на приводном колесе для угла пересечения каналов 90°:

М = -81627462 + 3222611 • ¥к +

1181791

3858247

Фк +

20947911

25

+131027900 • / +

100

1803986

25

• Кк +

15

Фъ +

+ (11990331 -¥к -3896857)•(20• /-3) +

699436

■фъ - 8393232

+ (-2151702• ¥к +699303)

-125516

фъ +150661192 ]•(20• /-3) +

■фк -116523620• /-3) + 1

• Кк-873927

200

50 2848802 25

• Як -854640620 • / - 3 ) + фк -11395208 1

Уравнение момента на приводном колесе для угла пересечения каналов 135°:

М = -40539589 + 7399377 -У, +

1478228

15

Фъ +

3950086

Фі

+151153160• / +

25 1381291 25

к

5508551 „

+-----------Кк +

100

+

7 • 10'

6 • 10'

5 • 10'

4 • 10

3 • 10

200

250

300

Я(іі)

350

400

Рис. 2. Г рафики зависимости момента от радиуса колеса при разных скоростях вращения колеса

7

2-10

Математическое моделирование процесса непрерывного прессования... Экк АЕ„ Семашко МЮ., Шеркунов ВГ.

+ (3636640• ¥к -1181908)•(20• /-3) + (636412 , .......,Л ( 1

15

■фь - 2545648 1 +

+ (-2812131 -Ук + 913942)

-164041

Як-981102

0+ 8-107

7-107

- 3|+

У л 6-107

- 31+

) -О 5-107

3)+ 4-107

3-107

)+

2-107

Як-8843448 ]•(20 • / - 3) + ■фк -11791264 1

300 Я(П )

Рис. 3. Г рафики зависимости момента от радиуса колеса при разных коэффициентахтрения (ст.,=400 МПа)

нять для оценки момента на приводном колесе при проектировании технологической оснастки непрерывного равноканального прессования способом Конформ, для получения длинномер-Данные результаты позволяют сделать вы- Н^1Х изделий поперечного сечения, равного

вод, что полученные в результате математиче- 12х 12 мм, а также проследить влияние каждого

ского моделирования формулы можно приме факторанаэтотсиловой параметр процесса.

Библиографический список

1. КорниловВ.Н. Непрерывное прессованиесосваркойалюминиевых сплавов. Красноярск: Изд-вопед. ин-та, 1993. 216 с.

2. Рыбин Ю.И., Рудской А.И., Золотов А.М. Математическое моделирование и проектирование технологических процессов обработки металлов давлением. СПб.: Наука, 2004. 644 с.

УДК 519.8:621.7

А. А. Минаев, Е. Н. Смирнов, И. В. Лейрих, В. В. Зуб

ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПОР В НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОМ МЕТАЛЛЕ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Одним из условий успешной хозяйственной деятельности и развития металлургической отрасли в Украине является производство конкуре нго-способных высокорентабельных ввдов продукции. Решение данной проблемы невозможно без постоянного роста объемов проката, произведенного из непрерывно-лигых заготовок.

В то же время более широкое использование непрерывно-лигой сортовой заготовки требует и дальнейшего проведения исследований, связанных с прогнозированием качества готовой металлопродукции. При этом существенное влияние на уровень служебных свойств оказывают дефекты заготовки, связанные с процессом непрерывной разливки, и в первую очередь поры, размер которых в ряде случаев достигает миллиметра и более. Известно, что большое их количество существен-

ным образом снижает деформируемость стали при последующем волочении [ 1], а предварительная деформация непрерывно-литого металла не всегда способствует их залечиванию [2-4].

Целью настоящей работы является оценка возможности прогнозирования поведения пор в непрерывно-литом металле при пластической деформации с использованием современных методов математического моделирования.

В качестве объекта исследования была выбрана технология производства сварочной проволоки (сталь 07Г1НМА) из не прерывно-лиг ой заготовки, произведенной в условиях высокоскоростной сортовой МНЛЗ ЗАО «ММЗ «Ис-тил-Украина» [5].

В рамках единой технологической цепочки «сталь-прокатка катанки-волочение» («С-ПК-В»)