CC BY
42
Гоя[,'шинпр Н. Г. , ! нтчэн И. Р.
■УДК 621.982:539.319
Бояршинив М.Г., Гитман М.Б.
РАЦИОНАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ ПРАВКИ КРУГЛЫХ И ШЕСТИГРАННИК
ПРУТКОВ
Abstract
77te ralioruil roller leveller parameters for strightenirif> of the beams with circular and hexagonal cross section.
The r'oller level ler is a (ievide with two lines of free-rotating or' drive roller's positioned in а checker'boar'd patten. Empirical determination of the corr'ect roll tnter'mesh requires significant expenditure. Hence, a theoretical determination of the rational (near' the optimal) solution of this problem is requirtxi. In contrast to Mown paper', the authors pr'opose the original method allowing one to solve the mentioned problem using the plastic working degree of the beam cross section. The rational regimes of the becmi levelling for' the wide ring of the beam cross section sizes are determined.
Технологические операции правки длинномерных прутков на роликовых .правильных машинах <:РПМ:> обусловлены неоходимссты» снижения искривленности, получаемой прутками в результате термообработки, до значений, регламентируемых условиями последующей механической обработки. Для рассматриваемого в работе процесса правки используется правильная машина, представляющая соб<>й секцию из и роликов, расположенных в шахма тном порядке с рис Л :».
Сложность эксплуатации РПМ заключается в необходимости itpeделения точной настройки для каждого типа профиля с круг, квадрат, шестиугольник и т.п.», его размера, марки материала, видэ термообработки, величины начальной искривленности и т.д. Как правило, |ежим правки определяется экспериментально, что требует значительных затрат времени и материалов, но не
t Ь I I м<мир гчпвн и прсч(. с: ' . l-POd
гарантирует оптимальности найденных вариантов настройки РПМ.
]!дя теоретического исследования процессов знакопеременного изгиба на основе алгоритма г 1,21 создан компьютерный комплекс программ "ИЗГИБ'”, позволяющий моделировать механические процессы, происходящие в деформируемых Профилях, определять кривизну, прогибы изделия, величину деформации удлинения, силовые параметры РПМ, распределение остаточных напряжений по сеченик.! профиля. Отличительной особенностью программного комплекса “ИЗГИБ" является возможность исследования и учета истории деформации материальных частиц при их движении в процессе изгиба. Компьютерная модель реализована на ЕС ЭВМ и хвм ро/ат, снабжена сервисным обеспечением блоков подготовки данных и отображения результатов. Основными допущениями модели [1,21 является гипотеза плоских. сечений, условие одноосного Е.?;пряженн« >го состояния. Исследуемый процесс считается стационарным, квазистатическим. Для учета эффекта Баушингера при
Z
' Рис.1. Схема правки Прутков на П-роликовой правильной машине.
Бояршинов М.Г. , Гитман Н. В
■-писании знакопеременного деформирования используется модель Мазинга с Зз.
Адекватность модели знакопеременного изгиба г 1.21 доказана сопоставлением экспериментальных данных с результатами теоретических исследований процессов правки рельсов Р 65 на В-роликовой правильной машине гП, правки прутков на 7 -роликовой правильной машине £41, рихтовки арматурной проволоки в двух плоскостном роликовом устройстве с21 и ряда других.
Рассмотрим правку на РПМ круглых прутков диамечром от 5 до 21мм и шестигранных прутков £5-згг с размер "под ключ**:> из сталей йох1з и 14Х17Н2 с отожженых и термообработанных на 'твердость г'л-зг про . Диаграммы одноосного растяжения стали * приведены на рис. 2 напряжение расчитывалось относительно первоначальной площади поперечного сечения, чем объясняется наличие
ниспадающего участка диаграмма. С достаточной точностью
диаграммы сопротивления материала пластическому деформированию моху-]' быть аппроксимированы зависимостями
ь
о = а • £
&
где для отожженой стали ?.оччз
а = 676,3 МПа, Ь - 0,112;
для термообработанной стали гоул?
Т172.4 МПа, ь •. 0,0889;
;1 чя '. гожжен1)й стали I 4Х17нй,
а • 1175,0 МПа, ь 0,108;
для термпобраб! «танной стали 14Х17нй
=■ - 1357,Ь МПа, ь - 0,09997
Жданные ласЬьатмрных исследований надставлены Л.И.Рожковым з-д им. М. И. К Минина, I .Нермь'>
М/1 Г-И-ЧТ М< "Л** П1»|>. <~И'- 1*М !! лрг.ц. №.?• ' , I С1М4
Начальная кривизна прутков с по контрольным замерам:» изменяется от 0 до 0,5 м-1 с стрела прогиба от 0 до 65 мм на базе і мз.
О, МПа
Рис.2. Сопротивление стали пластической деформации I - гожіэ с отожженаяз,
2 - гохіз с термообработаннаяэ ,
3 - 14Х17Н2 сотожженаяэ,
4 - 14Х17Н2 стермообрзботаннаяэ,
О - аппроксимация формулами с I?.
Бс^ршиио» М. Г. ,, Гитиан М. Б.
В основе прзкшческмх. рекомендаций ізі по эксглузга-да РИМ лбншт прэдаоложеьш о том, что на первых. роликах необходимо поздавать значительную искривленность профиля, способствующую ■ г^ывзчшг первоначальной кривизны с благодаря значительным плэс ч:ео-ш« депортациям пс объему изделиям» и исправляемую б даяьаайьеч за счел уіфугоая&стического изгиба при огибании :ю',ле,!лувдних ролико;..- Расчеты» проведанные с помощью протрамкас-о комплекса '’ШіТЯБ” ' -'<ьзывакк‘» что на 11-роликовой правильной маііікіе ЦЄЛ=;Є00брЬЗїіС использовэгь первые 6-7 рожков для создания стзбі* ной искривленности с мало зависящей от начальной кривизны *^>, а оставимшся роликами вытравлять подучаемую искривленность. Д*я .упрощения настройки РПМ принято, что хлэремещвнил Ь ,Ь .Ь Шрвы; трзх рОЛШчОЗ верхнего ряда одинаковы.
Для олред?лзйия опгшальаой ваакинь: переметний шрвых трох роликов проведей вьгтаслигелшый эксперимент пс определению влияния разброса начальной кривизны *о прутков на .диапазон
«дзменешя остаточной кривизны
А# = тах з* - ті г. к
ОСТ _ . ОСТ - ^ ОСТ
.»<х ьо, яг о<я <0,3
р. зависимости от настройки РШ. \>ри проведении расчетов считалось, что последние четыре ролика с 4-й, 5-й, 10--й, П-й, рмсл- раъьедчкы и в процессе правки не участвуют.
Па рис. ;г, г грюедены результаты исследог. экия пл:;г>зсэ
Ж ЭКОЛерОМвДЫ >Г0 КЗГВОЭ КруГЛЫХ Прутков ДЙЗМ«Тр0М " ИЗ
термообработачнэй стали 14Х17нг. при малых перемещениях ролике» верхнею ряда сдо -1.0 ммэ деформйрованьэ происходит упруго, конечная кривизна совпадает с начальной. При больших перемещениях с-8,0...-10,0 и болэе> значительная часть объема пругка находится в пластическом состоянии, что .делает его - 1.ув« витал ькыг1 к изменению начальной искривленности, вследствие чего диапазон значений д* расширяется. Исследоваїш'' показывает, что существуют режимы, обеспечивающие наимогыаее значение д*ос . На этом же рисунке показан график
дЗ? ос т, н'1
ГР/Т,У. А 3? ест, и'1
0.4
0.3
0.2
0..1
\ .. У
1 \ ....л?' 1 й
у V 1 1
/ А _У
/ > Ч-
80
68
40
20
гр/г,х
0 -2.0 -4.0-6.0 -8.0 Ь,
Рис.З. Влияние величины заглубления роликов ь на разброс остаточной кривизны а*ост круглых са:> и шестигранных сю
прутков.
Д - разброс остаточной кривизны,
° - степень проработки сечения пластическими деформациями.
Математ . моделир. систем и проц. Ы2С2} , 1994
15
йояршиное М. Г. , Гитман М.Б.
изменения степени пластической проработки сечения прутка
РрСг.О Г? - шах —р— ,
0<и<1
г-ч7> - пясцадь части поперечного сечения, находящейся в
пластическом состоя}, ¥ - площадь поперечного сечения ПруТК**;
: длина рабочей ..юны ИМ> в зависимости от величины
перемещения роликов ы рхнеге ряда РПЫ.
Аналогичнсв исследование проведено для шестигранных прутков. На рис.3,6 показаны графики» отражающие деформирование прутков из отош;еной ста,ли 14x1/на»
Проведенное исследование позволяет сделать вывод, что найме лывему разбросу значений остаточной кривизны соответствуют тз режимы знакопеременного изгиба, при которых пластическое деформирование охватывает 45...85* площади поперечного сечения гфутка, В связи с этим степень пластической проработки сечения » может быть использована в качестве критерия при определении величины перемещений первых трех роликов верхнего ряда РШ!, обеспечивающих минимальный разброс значений остаточной кривизны.
Поиск рациональных режимов правки производится в следующее последовательности. Для прутка данного размера определяется режим правки на РПМ с 7 роликами счеты* последних считаются разведенными и в процессе не участвуют^, обеспечивающий при вменении начальной кривизны в пределах 0.,,0,5 м"1 минимальный ]доброе остаточной искривленности. Поиск такого режима производится использованием показателя степени пластической проработки о . При расчетах принимается, что ь =ь?=:
Даже, при найденных величинах ь ,ь , ь определяются перемещения Ь4 и двух последних роликов верхнего ряда, обеспечивающие снижение остаточной кривизны до минимального 1 по модулю'- значения.
В таб.1 приведены результаты определения р»чишаяьных {.«жимов, обеспечивающих правку круглых прутков, во всем диапазоне изменения начальной кривизны» а также диапазоны разброса остаточной искривленности, определенные теоретически и
э к ьпе [ 'иментально.
16 Ма7»нат. иоде чир. с-ис/ен и проц. N50 Я"> , ; ^90
Тзйлмца I
Рациональные режимы правки круглых прутков из стали 14Х17Н2, термообработка на 24--ЗЯ н»с
Диаметр прутка,мм Настройка РЇЇМ, ММ Диапазон изменения ос точкой кривизны, м"1 га -галъ-
о 3 4
расчетные значения экоперимеи ные данные
7 о О -5 П3 -5, О -4, О -г» 3 о 0-0 026
8 О 5 _сг 5 -5, - 3 о -і 5 о 0-0 о: з о 03 2-0 024
С| О —іЗ 0 -В О --о 0 -г о -і о о 0-0 036 о 004-0 01 6
. О о -о о — ?=і О --5 о -2 о —і о о 0-0 038 0 008-0 016
1 1 о -3 5 — р». ‘3 -5 р; і 3 -О в о 0-0 040 о 000-0, 033
12 о -4 О —4 о — 4 О -г о -о 5 о 0-0 037 о 004-0 О! 2
1 3 0 - 3 ';3 -3 5 -3 «V -г о -о 8 о 0-0 03 е
1 4 0 -3 о -3 О О о -О В о о с ООгЗ 0 о ! *? о 0,2 ! :
1? о -3 р -а рг; -3 -1 в -о 5 о Г-О 01 я ; 1
1 Р о _ 3 о -3 с» -3 о 1 н 6 ° 0-0 -
17 о — ^ О - 3 о ~ ;Г, V * .. і о 7 о -о ООі-З о 008- О од е
18 о - 3 о -3 о о -1 о "О — о 0 "О 008 о о о о ) о ою
1 П о -2 в „2 в ~ £11* в -1 о “О С і о 0-0 010
20 о -2 сс, -2 -а 5 -1 0 -0 5 о 0-0 он _
21 -2 *3 с:. 5 -:1 о - 0 4 о 0-0 007
Аналогичное исследованде проведено для шестигранных прутков из итожженой стали 14X1 -тг с табл. 20 и круглых прутков из отожжено* стали 20x13 с табл.3:>.
Приведенные данные показывают» что с увеличением размера прутков величины перемещений роликов следует уменьшать, поскольку возрастание размеров сечения с при неизменном шаге роликов и той же настройке РПМ:> приводит к увеличению изгибающих моментов, а следовательно - к расширению зон пластического
Чатемат. молелнр систем и проц. Ы2С2} , 1
17
Боярл-інов М. Г. , Титан М. В.
Таблица 2
Рациональные режимы правки шестигранных прутков из отожженсй стали
14X17Н2
Размер прутка "‘ПОД КЛЮЧ" мм Настройка РИМ ММ
I 9 3 4 5
5,0 -3,0 -3,0 -3,0 -3,0 -3,1
ь, о -3, о -3.0 -3, о -2, 4 -2,5
7,0 -3,0 -3,0 -3,0 -2,1 -2, 1
8,0 -3,0 "3,0 -3,0 -1 ,7 -1 , У
9,0 - 2,5 -2,5 -2,5 —І , б —1 , о
10,0 --2,5 - 2,6 -2,5 -1 , 4 -1 , 3
11,0 -2,5 -2,5 -2,5 -1 ,2 -1 , 1
1 2,0 -2,5 -2,5 -2,5 -1 ,0 -0,9
13,0 -2,0 -2,0 -2,0 -1 ,о -1 , 0
14,0 -2,0 ~2,0 -2,0 -1 .0 -0,8
15,0 -2,0 -2,0 -2,0 -1 ,0 -0,9
16,0 -2,0 —2,0 -2,0 -0,8 -0,7
17,0 -1 ,5 -1 ,5 -1 ,5 -0,8 -0,7
18,0 -1 ,5 -1 ,5 -1 ,5 -0,7 -0,7
19,0 -1 ,5 -1 ,5 -1 ,5 -0,7 -О, е
20, 0 -1 ,5 -1 ,5 -1 ,5 -0,6 -0,5
21 , 0 -1 ,0 -1 ,0 -1 ,о С I -С, 4
£2, 0 -1 , 0 -1 , 0 -1 ,0 -0, 4 -0,3
деформирования. Это» в свою очередь, увеличивает диапазон изменения д* , что снижает эффективность процесса правки.
Результаты исследования свидетельствуют об эффективности предложенного подхода к определению рациональных режимов правки прутков, учитывающего разброс начальной кривизны изделии.
Математ. моделир. систем и лроц. М2С23, 1994
Таблица 3
Рациональные режимы правки круглых прутков из отожженой стали гохгз
Лиаметр прутка, мм Настройка РПМ» мм
I 2 3 4 5
5,0 -2,0 г» , О -я, О -1 * 3 -О, Р
6,0 -2*0 -а, о -?,о -1 ,2 г , о
7 , О -2,0 -я, о -2,0 -1 , 1 ~1 ,1
в, О -1 ,5 -1 ,3 -1 ,5 -0, 75 -о * в
9 , О -1 -1 , 5 -Д ,5 -0, 9 -о, в
• Г), л - У . 5 -1 , 5 -1 ,5 -О, Я - 0, £>5
1 ,о -1 , о -1 , О -1 ,о - О, 35 -*о. %
) 4 О 1 , о -1 ,о -1,0 -О. 55 О. 7 !
] э, о - I , о -1 , о -1 , о - < >. 5 -м. ) 4 ^
14,0 -0, 75 -0, 7В -0,75 -0, 4 -0, 4
1^,0 -0,75 7'1 -0, 75 -0, 4-5 -Г), 4 5
! *. О -0,73 -о > 75 -0, 75 -0,5 -0, 5
1 7 , О -0,5 -О, ‘5 “О* 3 -О, 45 —С' у 3
; 3 , С1 —0, 5 - О, 5 -0, 5 -О, 4 -о„ з
] , О -0,5 . “0,5 -0,5 -0, 3 -0,3
гг; О , О -0,25 -0,25 --0, 2*3 -О, 3 -0, 2
г-) , О -О, 25 -О, 25 -О * 2В -0,2 1 О У]
гг > о -0,25 •■о, гв -0, 25 -0,2 -0,15
Разработанный подход и комплекс вычислительных программ "ИЗГИБ" могут быть рекомендованы для определения рациональных режимов иранки iij.ii >филей различных размеров и форм поперечного сечения из других сталей и сплавов.
МЛТ^МЛТ. М< пир. ' [|(1н М И прпц. Ий ?\ 1 о*-и I У
Література
і. Грусиь її. в.. І’ятман М.Б. Методика и результат ы ИССЛЄД0ЬЯШ1гі лапряк.'-.ні/и-двформируемиї’о СОСТОЯНИЯ, В03НИКаь;:;!рі и при праьке прокатна профилей - •'Изв. высш. учеб. заве д. Чержая металлурі ия. -Т382,. -N6 ,. -С. 47-5.!.
г . Алгоритм исследовании нанряженно-деформированої о состояния проволоки при деформировании знакопеременным изгибом «• нзтгжением/ М.Г.Бояршинов, Е.М.Киреев, Б.А.Никифоров, II.В . Тр>.ус' >ь /У Изв. высш. учеб. завед. Черная металлургия.- 1984.- N 8.
С.79-83; N 10.- -С.63-87.
з>. Москвитян В.В Щкличоскиз нагружения элементов конструкций.- М.: Наука, 1981.- 344 с.
4.Бояршинов М.Г..Гитман М.Б., Трусов П.В. Некоторою результаты теоретического исследования технологических процессии знакопеременного изгиба // Обработка металлов давлением.-Спердл<' век, 1986. - С. 8-14.
^.Ракишиц Г.С., Кузьминцев В.Н. Машинная правка прокат*, паковок и деталей. -М.: Высшая школа, 1983.- 200 с.
Пермский государственный технический университет
