Донецкий Национальный Технический Университет  |
 |
 |
 |
|
|
||
 |
|
 |
| Донецкий Национальный Технический Университет |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
СТРЕЛЬНИКОВ ВІКТОР ГРИГОРОВИЧ МОД - 00Б " ВИКОРИСТАННЯ КОМП'ЮТЕРНИХ МЕТОДІВ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ ФОРМОЗМІНЕННЯ У ВИТЯЖНИХ КАЛІБРАХ" Керівник професор БЕЙГЕЛЬЗИМЕР Я.Ю. Метою магістерської роботи є: розробка комп'ютерних методів розрахунку параметрів формозмінення у витяжних калібрах(розширення, площа поперечного перетину заготівки, контактна площа).Актуальність теми В даний час, з розвитком комп'ютерних технології, інженери використовують все більш і більш складні методи розрахунку, які дають дуже високу точність розрахунку. Велике значення для отримання якісного прокату мають такі чинники , як якість металу, якість виготовлення влков і валкової арматури, точність настрій стану і кваліфікація обслуговуючого персоналу, а також правильність розрахунку калібрування валів, яке є вирішальним чинником , що визначає успішну роботу стану. Точний розрахунок розширення, площі поперечного перетину заготівки , контактній площі є важливими чинниками , які забезпечує раціональне калібрування.
Вступ Одним з найбільш важливих питань при калібруванні будь-якого профілю є розширення, від якого залежить заповнення калібру металом і, відповідно, одержання профілю заданої форми. Слід зазначити, що, незважаючи на значне число досліджень, питання про поводження металу в калібрах з розширенням усе ще недостатньо ясне, що найвищою мірою утрудняє всі розрахунки по калібруванню, зв'язані з заповненням калібрів. Більшість з відомих методик для розрахунку розширення призначені для розрахунку розширення при прокатці смуг, а рекомендації дані деякими авторами для розрахунку розширення при прокатці в калібрах найчастіше неясні. Наприклад: Б.М. Илюкович у роботі [2] рекомендує застосовувати метод приведеної смуги з поправочним коефіцієнтом. Метод приведеної смуги дозволяє привести розміри профілю до розмірів смуги, а критерієм вибору коефіцієнта є тільки вид розширення (природне чи обмежене), від виду калібру коефіцієнт не залежить. Чітких указівок на методику розрахунку немає. У роботі [3] для розрахунку розширення для систем калібрів використовується формула Б.П. Бахтинова, призначена для смуги. В.И. Зюзиным і А.М. Кривенцов и м для розрахунку розширення фасонних профілів постійного перетину в каліброваних валках (з урахуванням впливу ширини профілю і форми калібру) при гарячій прокатці запропонована формула Целикова з поправочними коефіцієнтами. Як показують подальші дослідження, ця формула з цими коефіцієнтами при розрахунках дає далеко не найкращий результат [4]. 1. Фактори , які впливають на розширення Одним з найбільш важливих питань при калібруванні будь-якого профілю є розширення, від якого залежить заповнення калібру металом і, відповідно, одержання профілю заданої форми. Розрізняють вільне, стиснуте, і змушене розширення. При вільному розширенні метал має можливість вільно переміщатися убік, перпендикулярну напрямку прокатки, додаючи бічної поверхні смуги опуклу чи увігнуту форму в залежності від того, наскільки глибоко і рівномірно поширюється деформація по перетині профілю. При цьому плину металу в поперечному напрямку перешкоджають контактні сили тертя. При рівномірній деформації бічна поверхня має плоску форму без опуклості чи увігнутості. Вільне розширення має місце при прокатці в гладких валках, де поперечний плин металу стримується тільки силами тертя. Вільне розширення характерне для прокатки аркушів і стрічок. При прокатці металу в калібрах визначення розширення значно ускладнюється. Метал, що обжимається, зустрічаючи на своєму шляху бічні стінки калібру з діаметром валків, що змінюється, перестає підкоряться закономірностям, виведеним для випадку вільного розширення, і змушений здобувати форму, утворену калібром. У подібних випадках смуга одержує стиснуте розширення. Стиснуте розширення спостерігається при прокатці в калібрах, коли плину металу в поперечному напрямку перешкоджають не тільки сили тертя, але і бічні стінки калібру. Змушене розширення має місце також при прокатці в калібрах і є результатом нерівномірної деформації по висоті і ширині смуги. Фактори, які впливають на розширення. Для того щоб з успіхом користатися формулами для розрахунку розширення, необхідно знати вплив різних факторів на розширення. Обтиснення при прокатці є одним з основних параметрів, що впливають на величину розширення. Зі збільшенням обтиснення збільшується розширення. Збільшення розширення з підвищенням обтиснення можна пояснити дією: • зміщеного по висоті обсягу металу; • подовжніх напруг, що підпирають. Діаметр валків. Зі збільшенням діаметра валків розширення збільшується. Порозумівається це тим, що при збільшенні діаметра валків при Ширина смуги. Залежність розширення від ширини смуги має складний характер, досягаючи максимуму при порівняно невеликій ширині. Це порозумівається тим, що при прокатці вузьких смуг зменшується поперечна напруга, у зв'язку з чим росте розширення. Зі збільшенням ширини смуги дія сил тертя, що підпирають, у поперечному напрямку збільшується; через це росте величина поперечної напруги. Це спричиняє зменшення розширення. В міру росту ширини смуги розширення зменшується, але до визначеної межі, після чого збільшення ширини смуги практично не позначається не величині розширення. Швидкість прокатки. Найбільше розширення має місце при прокатці близько 1,5м/с. При збільшенні швидкості прокатки понад 4м/с розширення практично залишається незмінним. Температура прокатки. Крива залежності розширення від температури при прокатці стали має складний характер із двома максимумами. Вплив температури на розширення позначається через зміну коефіцієнта тертя. Контактне тертя. У звичайних умовах прокатки зі збільшенням контактного тертя розширення підвищується. Порозумівається це тим, що з ростом коефіцієнта тертя за інших рівних умов росте надмір сил тертя в подовжньому напрямку. Це приводить до росту довжини зони випередження і, отже, до збільшення подовжньої напруги. У результаті відбувається зменшення подовжньої і зростання поперечної деформації, тобто ріст розширення. Склад металу. Досвіди по визначенню розширення великого числа марок сталей, дозволяють установити кількісний зв'язок між розширенням досліджених сталей і розширенням стали, прийнятим за одиницю. Результати дослідження показують, що леговані сталі розширюются більше, ніж вуглецеві стал і . Товщина смуги. На розширення значний вплив робить вихідна товщина смуги, причому зі збільшенням товщини смуги розширення зменшується. Число пропусків. Розширення залежить від дробност і деформації. При прокатці з однаковим сумарним обтисненням в один і кілька проходів розширення виходить різним. У першому випадку більше, у другому – менше. Пояснити це можна тим, що при прокатці з меншими обтисненнями довжина вогнищі деформації має меншу довжину в кожнім пропуску, у той же час розміри вогнища деформації в поперечному напрямку зберігаються. Об'ємний напружений стан у цьому випадку буде характеризуватися зменшенням подовжніх напруг у порівнянні з поперечними, а це буде сприяти зменшенню розширення. Унаслідок того що подібні умови будуть відповідати кожному пропуску до одержання загального обтиснення, що результ ують сумарне розширення вийде помітно меншим, чим при прокатці за один пропуск при однаковому загальному висотному обтисненні. При дробовій холодній прокатці розширення менше в порівнянні з прокаткою за один прохід. Зміна розширення в залежності від режимів при холодній прокатці пояснюється , як і при гаряч і й, зміною довжини довжини вогнища деформації при збереженні його ширини. Крім того, при холодній прокатці зростає роль тертя, що знаходитися в безпосередньому зв'язку з питомим тиском. Отже, збільшення ступеня деформації в окремому проході приведе до збільшення питомого тиску, а разом з ним і величини тертя, унаслідок чого зростає поперечна деформація металу. Натяг смуги. Передній натяг не робить помітного впливу на розширення. Заднє робить дуже істотний вплив, викликаючи утяжку смуги. Фактичне розширення при наявності заднього натягу буде значно менше, ніж при прокатці без натягу. Натяг смуги змінює співвідношення між подовжньою і поперечною напругами, при цьому відбувається зменшення подовжнього стиску. Форма калібру. Якщо смуга квадратної чи прямокутної форми прокочується в ящиковому калібрі, не стикаючись зі стінками калібру, то розширення її відбувається так само, як і при прокатці в гладких валках. При прокатці в ящиковому калібрі з клинчастою увігнутістю посередині середня частина смуги в и каз ується більш енергійно, чим бічні частини. Унаслідок нерівномірності деформації при прокатці смуги овального перетину в круглому калібрі, квадрата в овалі, ромба в квадраті, квадрата в ромбі і квадрата в квадраті розширення виходить менше, ніж при прокатці на гладкій бочці. Тому як характеристику форми інструмента (коефіцієнта форми) доцільно прийняти відношення опору деформуванню в подовжньому напрямку (опір витяжці) до опору деформуванню в поперечному напрямку (опору розширенню). Цей коефіцієнт враховує співвідношення між опорами деформуванню в різних напрямках тільки унаслідок форми інструмента, але не внаслідок зовнішнього тертя[10]. 2. Критика формул для визначення розширення В роботі [9] був проведен аналіз, існуючих на той час методик розрахунку розширення. З 26 запропонованих для розрахунку розширення різних формул, виведених на підставі деяких теоретичних чи допущень емпіричних даних, лише порівняно деякі зазнали критики. Для аналізу формул розширення були використані основні фактори, що визначають розширення при прокатці: • висотні параметри вогнища деформації; • ширина і кривизна вогнища деформації; Відповідно до запропонованого методу аналізу формул, може бути признана якісно правильної, а отже, і кількісно вірної тільки та формула, що не входить у суперечність із істинними закономірностями зміни розширення, викликуваного впливом основних і визначальних факторів. Після проведення дослідження автори прийшли до висновків [9] . Висновки. • Неправильними і непридатними для визначення розширення при прокатці варто визнати формули Бласса, Жеза, Кирхберга, Шельда, Фалька, Петрова, Тафеля, Седлачека, Седлачека-Тафеля, Чихирова, Александрова і Лашко, Эсса і Хейна. • Унаслідок неправильного обліку впливу на розширення ширини смуги і діаметра валків варто вважати непридатними формули Тринкса і Риделя. • З трьох формул – Зибеля, Золотникова і Губкина кращої є формула Губкина, що і можна рекомендувати для розрахунку розширення. Точність формули може бути підвищена, якщо в ній буде врахований вплив ширини смуги. • Формула Бахтинова, що має у своїй основі формулу Зибеля, дає кращі результати, особливо при обтисненнях 40-45% і середній ширині полови. • Недоліком в основному правильної формули Ру варто визнати наявність у ній численних постійних коефіцієнтів, значення яких необхідно уточнювати. • Порівняно більш точної є формула Экелунда, застосовна в дуже широкому інтервалі обтиснень (від 0 до 70% і вище). Цією формулою варто користатися в тих випадках, коли потрібно одержати дані підвищеної точності. • Що рекомендуються для практичного застосування формули Губкина і Экелунда доцільно піддати широкій практичній перевірці, після чого внести необхідні корективи в їхні постійні коефіцієнти. Необхідно також уточнити спосіб визначення коефіцієнта тертя, що враховується цими формулами. 3. Методики теоретичного визначення розширення Методика розроблена Смирнов им , Шилов им , Инатовичем [4] Розширення металу при прокатці по різних системах калібрів описують єдиною залежністю:
Формула Вусатовского [ 9 ] ( 3. 2)
Формула Вусатовского (метод Suppo - Izzo ) [11, 12, 13] (3 .3 )
k =1 при при
Рекомендації Зюзина [ 6 ] ( 3. 4)
Коефіцієнт К Ф враховує вплив форми калібру, був визначений експериментально для різних калібрувань.
Формула Губкина [ 9 ] ( 3. 5)
Формула Чекмарева(1) [ 14 ] ( 3. 6)
Приймають n=1 при b ср <R? і n=2 при b ср >R? Формула Бахтинова [ 7 ] ( 3. 7)
Формула Целикова [ 9 ] ( 3. 8)
Формула Чекмарева(2) [1 4 ] ( 3. 9)
4. Аналіз методик розрахунку розширення у витяжних калібрах У процесі розробки калібрування виникає необхідність вибору методики розрахунку розширення. Тому для того щоб з'ясувати яка з методик найбільше підходить при розрахунку розширення сортового прокату були проведені наступні дослідження. Виконано порівняльний аналіз розрахунку розширення по відомих методиках у системах калібрів: овал-квадрат, ромб-квадрат, овал-коло, ромб-ромб. При аналізі методик, використовувалися дані, узяті з роботи Г. Цоухара «Силові впливи при прокатці у витяжних калібрах» [1]. Дані були узяті по фотографіях темплет і в, відібраних від перших серій прокатки по кожних типах витяжних калібрів. Дані про розміри темплет і в інших серій у роботі не приведені. Зразки, що прокочуються, були виготовлені зі сталі Mst3b (аналог Стали 20). У таблицях 1 – 4 показані дослідних дані, отримані Г. Цоухаром по системах калібрів. Варто помітити, що коефіцієнт тертя був обчислений по формулі Грудева [5].
К 1 , К 2 , К 3 – коефіцієнти виправлень на матеріал валка, що прокочується металу і швидкість прокатки, визначаються по відомих рекомендаціях [6] .
Таблиця 4. 1 - Результати дослідньої прокатки в системі овал-квадрат
Таблиця 4. 2 - Результати дослідньої прокатки в системі ромб-квадрат
Таблиця 4.3 - Результати дослідньої прокатки в системі овал-круг
Таблиця 4.4 - Результати дослідньої прокатки в системі ромб-ромб
Виконано розрахунок розширення металу по всіх системах калібрів по кожній з формул. Потім для кожного пропуску по кожній з формул визначалася погрішність і середньоквадратична погрішність, що дає кожна з формул при розрахунку розширення В усіх методиках значення висоти і ширини розкату приводяться по методу «приведеної смуги». Метод «приведеної смуги» полягає в наступному[1]:
Для того щоб зменшити погрішність розрахунку вводитися для пар і систем калібрів поправочний коефіцієнт. 5. Методика визначення поправочного коефіцієнта розширенняМетодика експериментального визначення поправочного коефіцієнта досить проста і полягає в наступному. Для того щоб погрішність при розрахунку розширення була б мінімальної, до кожної формули підбирається поправочний коефіцієнт, на який помножається формула розширення. До кожної пари калібрів підбираються поправочний коефіцієнт доти, поки сумарна середньоквадратична погрішність розрахунку не стає мінімальною. У Таблиці 5 приведені погрішності які дає кожна з формул по система калібрів і по парах калібрів, а також поправочні коефіцієнти, уведені для кожної з формул.
Таблиця 5. 1 - Погрішності розрахунку розширення по формулах
Таблиця 5.2 - Поправочні коефіцієнти для пар і систем калібрів
Висновок Проведені дослідження показали, що найбільше доцільно при розрахунку розширення сортового прокату застосовувати формулу Чекмарева (7) з поправочним коефіцієнтом. Ця формула не тільки забезпечує мінімальну середню погрішність при розрахунку розширення, але і поправочний коефіцієнт для всіх пар і систем калібрів приблизно однаковий і дорівнює 0,86 .
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
відбувається збільшення довжини дуги захоплення. При цьому сили тертя у вогнищі деформації підвищуються, підвищуються і подовжні напруги, що підпирають. У поперечному ж напрямку опір плину металу не змінюється, а тому розширення смуги збільшується. 
,де 
, де 
,де 
при 
при 
,де 
, где 
, де 
; B=b; F=F пр [1]