CC BY
63
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
УДК 621.771.23
Найзабеков А.Б., Талмазан В.А., Ержанов А.С.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫКАТЫВАЕМОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПОЛОС ТИПА «ВДАВ» ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ
Аннотация. Повышение качества металлопродукции является одной из основных задач современного прокатного производства, а также занимает особое место в научно-производственной деятельности промышленных предприятий.
В области машиностроения постоянно повышаются требования к качеству поверхности листа, в связи с этим обеспечение бездефектной продукции, а также исследование процесса дефектообразования и формоизменения дефектов поверхности остается актуальной задачей.
В данной работе приведены результаты исследований о возможности улучшения качества поверхности холоднокатаной полосы за счет повышения выкатываемости поверхностных дефектов типа «вдав» при помощи ЭВМ.
Ключевые слова: холодная прокатка, поверхностный дефект, моделирование, метод конечных элементов, выкатывае-мость, формоизменение, исследование, прокатный стан, относительная глубина дефекта, рабочий валок, суммарное обжатие, коэффициент трения, напряженное состояние, регрессионная модель, координатная сетка.
Naizabekov A.B., Talmazan V.A., Yerzhanov A.S.
MATHEMATICAL MODELING OF A BURNISHING OF SUPERFICIAL DEFECTS OF THE «DENT» TYPE COLD ROLLING
Abstract. Improvement of quality of steel products is one of the main objectives of modern rolling production, and also takes a special place in research-and-production activity of the industrial enterprises.
In the field of mechanical engineering requirements to quality of a surface of a leaf, in this regard providing faultless production constantly raise, and also research of process of a defectform and a formchange of defects of a surface remains an actual task.
Results of researches are given in this work about possibility of improvement of quality of a surface of a cold rolling strip at the expense of increase of a burnishing of superficial defects of the «dent» type by means of the COMPUTER.
Keywords: cold rolling, surface defect, simulation, finite-element method, flattening, forming, exploration, the rolling mill, relative depth of flaw, work roll, net reduction, coefficient of friction, case-hardening, regression a sample piece, a reference grid.
Моделирование промышленных процессов в лабораторных условиях является трудоемким процессом. Применение ЭВМ в значительной степени облегчает данный процесс моделирования.
В данной работе моделировали процесс холодной прокатки полос с поверхностными дефектами типа «вдав» при помощи специализированного программного комплекса «БеГогшЗБ».
Проводили моделирование процесса формоизменения объемных поверхностных дефектов типа «вдав» при холодной прокатке полос на непрерывном пятиклетевом стане 1700. С целью увеличения точности расчетов и в соответствии с сортаментом стана 1700 смоделирована небольшая область (50x100 мм) вязкопластичной полосы толщиной 4,5 мм. На поверхность полосы дефекты наносились в виде углублений.
Принимали материал рабочих валков сплошным с несжимаемым диаметром 600 мм. Материал полосы -сталь 08кп. На полосе смоделированы три поверхностных дефекта цилиндрической формы (рис. 1) с различной начальной относительной глубиной 801И0.
Согласно исследованиям работ [1-5] на практике встречаются поверхностные дефекты с относительной глубиной 30/к0 = 0,37. С целью расширения области исследования предельную относительную глубину поверхностного дефекта решено увеличить на 13%. Та-
ким образом, относительные начальные глубины дефектов варьировали в пределах 10-50% от толщины полосы. Моделирование проводили при постоянной скорости прокатки. С целью снижения времени расчетов задали на полосу оптимальную координатную сетку (100 тысяч элементов). Исследования проводили при минимальном / = 0,03) и среднем коэффициентах трения (/ = 0,07) при холодной прокатке. Результаты формоизменения поверхностных дефектов полосы с различной начальной относительной глубиной д0/к0, прокатанной с разными суммарными обжатиями ег и при разных коэффициентах трения /, приведены в таблице.
Рис. 1. Профиль поперечного сечения полосы с дефектом цилиндрической формы типа «вдав»: Ьо - толщина полосы, мм; 5о - глубина дефекта, мм
Математическое моделирование процесса выкатываемости.
Найзабеков А.Б., Талмазан В.А., Ержанов А.С.
Формоизменение поверхностных дефектов
Начальная относительная глубина дефекта бо/ґіо
Начальный вид дефекта
Коэффициент трения
Г = 0,03
Г = 0,07
0,1
дефект выкатан
Єї = 35,11%
дефект выкатан
дефект выкатан
0,3
Єї = 19,18%
Єї = 45,56%
0,5
Єї = 19,18%
еі = 35,11%
Так как при холодной прокатке уширение очень мало, то в процессе исследований уширение полосы с дефектами не учитывалось.
Исследовали напряженное состояние внутренней части поверхностных дефектов. В области дефектов выбирали точки, как показано на рис. 2. Также проводили отслеживание напряженного состояния в указанных точках (рис. 3).
Рис. 2. Схема отслеживания напряжения в дефектах
3.62 Time (sec)
Рис. 3. Напряженное состояние в точках дефекта
На рис. 4 приведена зависимость относительной глубины дефекта типа «вдав» от суммарного обжатия.
Рис. 4. Зависимость относительной глубины дефекта «вдав» от суммарного обжатия
Анализ полученных данных показывает, что точки, расположенные на грани поперечного сечения объемного поверхностного дефекта типа «вдав» (точка 3 на рис. 2), испытывают наибольшее напряжение по сравнению с точками в узлах граней и на донной поверхностях (точки 2 и 1 соответственно на рис. 2). Относительно большая разность напряжений в точках 1 и 3 (см. рис. 3), составляющая 171 МПа, объясняется наличием двойного концентратора напряжений, что обусловлено геометрическим строением дефектов цилиндрической формы.
По результатам моделирования получена регрессионная модель, отражающая характер воздействия технологических параметров на выкатываемость поверхностных дефектов.
d = -0,002 • е - 0,85 • f + 0,35
(1)
Результаты таблицы свидетельствуют о положительной роли внешнего трения на процесс формоизменения поверхностных дефектов. Внешние силы трения активизируют напряжения в точках, расположенных на гранях (точка 3 рис. 2), тем самым увеличивают формоизменение дефекта. С увеличением сил трения усиливается процесс «выпучивания» донной части дефекта.
Выводы. Методом конечных элементов проведено моделирование процесса холодной прокатки полосы с поверхностными дефектами типа «вдав». Проанализировано напряженное состояние в зоне дефекта. Получена модель зависимости относительной глубины дефекта от параметров прокатки.
Список литература
1. Зенченко Ф.И., Чернов П.П., Мазур В.Л. Предупреждение порывов при холодной прокатке полос // Прокатное производство. 1990. №3. С. 35-42.
2. Скороходов В.Н., Бармин Г.Ю., Чернов П.П. Выкатываемость дефектов поверхности при холодной прокатке и качество полосы // Сталь. 1991. №5. С. 45-48.
3. Зильберг Ю.В. Исследование закономерностей формоизменения поверхностных дефектов при прокатке // Сталь. 1997. №10. С. 44-46.
4. Зильберг Ю.В., Миленин А.А. Теоретическое и экспериментальное исследование формоизменения поверхностных впадин при прокатке // Изв. вузов. Черная металлургия. 1998. №11. С. 27-29.
5. 5. Ершов В.Н. Исследование интенсивности выработки поверхностных дефектов металла при прокатке // Изв. вузов. Черная металлургия». 1985. №12. С. 48-50.
References
1. Zenchenko F.I., Chernov P.P., Masur V.L. The prevention of gusts at cold rolling of strips. Minfermet the USSR, the Karaganda integrated iron-and-steel works and the Institute of Steel and Iron. «Plate rolling». 1990. №3. P. 35-42.
2. Skorohodov V.N., Barmin G.J., Chernov P.P. Flattening of surface defects at cold rolling and quality of a strip. The Karaganda integrated iron-and-steel works and the Institute of Steel and Iron. «Steel». 1991. №5. P. 45-48.
3. Zilberg J.V. Exploration of regularities of a forming of surface defects at rolling. The state metallurgical academy of Ukraine. «Steel», 1997. №10. P. 44-46.
4. Zilberg J.V., Milenin A.A. Theoretical and an experimental research of a forming of superficial caves at rolling. The state metallurgical academy of Ukraine. «Informations of higher educational institutions. Iron and steel industry». 1998. №11. P. 27-29.
5. Ershov V.N. Exploration of intensity of galling of surface defects of metal at rolling. «Informations of higher educational institutions. Iron and steel industry», 1985. №12. P. 48-50.
