Физико-металлургический Факультет
Специальность: Обработка металлов давлением
Снижение металлоёмкости оборудования и конечной продукции являются теми направлениями научных исследований, которые в условиях увеличивающегося дефицита ресурсов будут определять технический уровень промышленности любой страны. В листопрокатном производстве в большей мере получило развитие направление по снижению энерго и материалоёмкости конечной продукции - листов. Осуществлялось это за счет увеличения габаритов и усовершенствования конструкции клетей кварто и шестивалковых клетей. Увеличение габаритов, а следовательно, и массы оборудования происходило также в результате расширения сортамента листов. Это направление развития имеет два недостатка: во-первых, увеличиваются затраты и сроки изготовления оборудования, во-вторых, имеет предел, который определяется техническим уровнем машиностроительных заводов и, в третьих, увеличение габаритов цехов, где монтируется это оборудование. Конец 80-х годов отличался повсеместным применением персональных компьютеров. Относительная доступность как персональных компьютеров, так и программного обеспечения значительно повышают эффективность и качество работы исследователей. Практически единственным использованием этой техники в отечественных НИИ и ВУЗах стала разработка программного обеспечения, основу которого составляли собственные математические модели. Постоянный рост вычислительной мощности персональных компьютеров и снижение цены на них позволяют использовать более мощные программные продукты, которые недавно были доступны только для графических рабочих станций. Это относится в основном к продуктам типа CAD (computing aided design), в нашей литературе - САПР ( системам автоматизированного проектирования). Последние версии этих продуктов, например AutoCAD (фирмы Autodesk, Австрия) имеют модули трехмерного твердотельного моделирования, оснащены сравнительно мощным расчетным узлом на базе метода конечных элементов. Качество математического аппарата (разработка алгоритмов расчета по МКЭ была проведена в рамках международной программы в которой участвовали университеты США и Западной Европы) и программного обеспечения сделали возможным и реальным компьютерное моделирование разнообразных процессов: от прочностных расчетов различных деталей и узлов машин, погодных условий и сложных экологических систем. Обладая подобным инструментом (притом доступным), можно значительно повысить качество исследования не занимаясь непосредственно выводом формул и разработкой программного обеспечения. К тому же это приводит к экономии времени и ресурсов. Особенно эффективным является применение компьютерного моделирования для нового процесса, которым является прокатка в многорядной прокатной клети, что значительно снижает затраты на проведение лабораторных исследований. Особенность процесса прокатки в многорядной прокатной клети (Рис. 1) — боковые внеконтактные зоны. Влияние их на параметры прокатки изучались в своё время И.М. Павловым, А.И. Тарновским, Г.С. Никитиным и другими авторами. Было установлено как влияют боковые внешние зоны на уширение, вытяжку, энергосиловые параметры процесса. Однако, о влиянии боковых внеконтактных зон на такие важные в листопрокатном производстве параметры как форма в плане, разноширинность в опубликованных работах сведений нет.
Рисунок 1. - Многорядная прокатная клеть
Актуальность темы - Рабочая клеть - основной элемент прокатного стана. Изменение её конструкции обычно приводит к изменению технологии прокатки, и как следствие к изменению математических моделей процесса. Примером являются клети со сдвижкой валков и шестивалковые клети, более ранние - планетарные и маятниковые клети. В случае клетей со сдвижкой валков и шестивалковых клетей разрабатывали новые модели, которые учитывали осевые и радиальные перемещения рабочих и промежуточных валков на профиль полосы. Так и в случае с многорядной прокатной клетью. Новый процесс прокатки не позволяет применять существующие методики для расчета параметров формоизменения, и соответственно параметров технологии прокатки. Таким образом актуальность данной работы - в разработке методик расчета и технологии прокатки в клети новой конструкции - многорядной прокатной клети (МРПК).
Научная значимость работы: Экспериментально изучен процесс формоизменения раската при прокатке в многорядной прокатной клети по различным схемам. Экспериментально изучено влияние параметров процесса листовой прокатки с боковыми внешними зонами на поперечное течение металла на всех участках раската. Определены критические параметры процесса прокатки в многорядной клети.
Практическая ценность результатов работы: Разработана трехмерная конечноэлементная модель процесса прокатки в многорядной прокатной клети, предназначенная для компьютерного моделирования процесса прокатки. Разработана математическая модель расчета уширения листов в зависимости от параметров прокатки. Разработан алгоритм расчета рациональных режимов прокатки и технология прокатки в многорядной прокатной клети.