РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ ДВУТАВРОВЫХ ПРОФИЛЕЙ В УНИВЕРСАЛЬНЫХ КАЛИБРАХ
|
Актуальность темы. Одним из наиболее распространенных видов проката строительного назначения являются горячекатаные стальные двутавровые балки. Профильный и марочный сортамент этих балок достаточно разнообразен: двутавровые балки с уклонами внутренних граней полок, двутавры с параллельными гранями полок (нормальные, широкополочные, колонные), тонкостенные балки с узкими полками, балки специального назначения и др. Размерный ряд этих профилей также весьма широк, например, высота балки - от 80 до 1000 мм, а ширина полки - от 55 до 400 мм.
В зависимости от типа и размеров профиля, двутавры прокатывают на среднесортно-балочных, крупносортных, универсальных балочных и рельсобалочных станах. Характерной особенностью всех этих станов является применение универсальных рабочих клетей с четырехвалковым универсальным калибром, образованным двумя горизонтальными и двумя вертикальными валками. Универсальные калибры создают наиболее благоприятные условия для равномерной деформации элементов двутаврового профиля, что необходимо для получения высокого качества прокатываемых балок.
На современных универсальных рельсобалочных станах устанавливают непрерывно-реверсивные группы тандем, состоящие из двух универсальных клетей и расположенной между ними горизонтальной клети дуо. Такие станы являются наиболее экономичными и позволяют прокатывать наиболее широкий сортамент двутавров. В России первые станы такого типа установлены и в настоящее время осваиваются на ОАО «ЕВРАЗ-ЗСМК» (г. Новокузнецк) и на Челябинском металлургическом комбинате (г. Челябинск ОАО «Мечел»). Эффективность работы указанных станов зависит главным образом от рациональности и оптимальности технологических режимов прокатки в универсальных клетях. Поэтому при разработке калибровок валков и режимов обжатий в группах универсальных клетей необходимо использовать современные достижения теории. Исследованиям процесса прокатки двутавров в универсальных калибрах посвящены работы П.И. Полухина, А.П. Чекмарева, М.И. Бояршинова, Н.Ф. Грицука, И.Я. Тарновского, А.Н. Скороходова, Ф.Е. Долженкова, В.К. Смирнова и др. ученых. Однако по современным требованиям теория прокатки двутавровых профилей в универсальных калибрах развита недостаточно. До настоящего времени при проектировании калибровок валков и технологических режимов прокатки применяются эмпирические формулы и эвристические приемы, а также методы соответственной полосы. Не рассчитывается и не анализируются температурные поля и напряженно- деформированное состояние (НДС) металла в элементах двутаврового профиля, отсутствуют критерии равномерности деформации металла в поперечных сечениях раската. Теоретические исследования, выполненные И.Я. Тарновским, А.Н. Скороходовым, Б.М. Илюковичем, Ю.И. Няшиным и др. с применением вариационных методов механики деформируемого тела, проведены с рядом допущений и упрощений вычислительного характера и не представлены в виде инженерных формул, позволяющих проводить практические расчеты при анализе и проектировании технологических режимов. Современные вычислительные и программные средства (пакеты программ Пе£огш-3П, Ма111саб) ещё не нашли широкого применения для теоретических исследований процессов прокатки в универсальных калибрах.
Таким образом, существующее состояние теории прокатки в универсальных балочных калибрах ограничивает возможность создания научно обоснованной методики проектирования калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавровых профилей.
Изложенное выше позволило сформулировать цель диссертационного исследования: на основе применения вариационных принципов механики деформируемого тела и современных вычислительных и программных средств разработать математическую модель процесса прокатки двутавровых профилей в универсальных балочных калибрах и с использованием её создать новую, научно обоснованную методику проектирования калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавров на современном универсальном рельсобалочном стане.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- поставить и решить вариационную задачу по определению параметров формоизменения металла и энергетических воздействий при прокатке двутавровых профилей в универсальном балочном калибре с равномерной деформацией (одинаковыми коэффициентами вытяжки) по стенке и полкам;
- по результатам численного решения указанной задачи определить закономерности изменения параметров формоизменения и силовых воздействий в зависимости от исходных данных, характеризующих условия прокатки двутавров на сортовых и рельсобалочных станах. Получить систему инженерных формул для определения коэффициентов обжатия и приращения фланцев, контактного давления, усилий, крутящих моментов и мощности прокатки;
- провести проверку теоретических решений по экспериментальным данным;
- на основе полученных результатов теоретических исследований разработать новую методику расчета калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавров, обеспечивающую получение равномерной деформации металла по элементам прокатываемого профиля;
- применить разработанную методику для проектирования калибровки валков и технологического режима прокатки заданного двутаврового профиля на современном универсальном рельсобалочном стане, снабженном непрерывно-реверсивной группой тандем;
- провести компьютерное моделирование рассчитанного технологического режима с анализом температурных полей и напряженно-деформированного состояния металла.
Работа проводилась в соответствии со следующими государственными планами и программами: «Разработка научных основ физики и механики обработки металлов давлением с целью создания энерго- и ресурсосберегающих инновационных технологий производства металлургической продукции ответственного назначения» (государственное задание в сфере научной деятельности №11.1369.2014/К от 18.07.2014, № гос. регистрации 114122470051); «Создание новых технологических процессов, машин и систем автоматизированного проектирования в области обработки металлов давлением на основе современных достижений механики, прикладной математики и информатики» (программа Минвуза РФ, 2011-2013 г.); «Инновационные технологические процессы обработки металлов давлением» (Президентская программа повышения квалификации инженерных кадров, № гос. per. 55-2013-3- ЭФ, приказ по Минобрнауки России № 328 от 30.04.2013).
Методы исследования: вариационные методы механики деформируемого тела; методы планирования рационального вычислительного эксперимента; статистическая обработка результатов вычислительного эксперимента с использованием аппарата корреляционно-регрессионного анализа; методы МКЭ- моделирования процесса прокатки двутавровых профилей в универсальных калибрах в программном комплексе Deform-3D.
Научную новизну и теоретическую ценность представляют следующие разработки диссертации:
- постановка и решение вариационной задачи по определению формоизменения металла и энергосиловых параметров при прокатке двутаврового профиля в универсальном балочном калибре с равномерным распределением деформации по стенке и фланцам профиля при постоянном, заданном коэффициенте вытяжки;
- закономерности изменения характеристик формоизменения (обжатие и приращение фланцев) и энергетических затрат (крутящий момент, мощность деформации) при прокатке в универсальных калибрах сортовых и рельсобалочных станов при изменении исходных условий прокатки в широких пределах, соответствующим промышленным прокатным станам;
- новый метод расчёта контактных давлений и усилий прокатки в универсальном балочном калибре, основанный на использовании физических уравнений связи напряженного и деформированного состояния металла в очаге деформации;
- система инженерных формул для расчёта формоизменения металла (обжатие и приращение фланцев) и энергосиловых параметров (контактные давления, силы, крутящий момент и др.), а также для определения основных параметров калибровки валков универсальных балочных станов.
Практическую ценность диссертации составляют следующие результаты:
- новая методика проектирования калибровок валков и технологических режимов при прокатке двутавровых профилей в универсальных калибрах, обеспечивающая получение равномерной деформации металла по элементам прокатываемого профиля и высокое качество двутавров;
- алгоритм расчёта калибровок валков непрерывно-реверсивных групп клетей тандем современных универсальных рельсобалочных станов с определением скоростного и температурного режима прокатки, проверкой ограничений и моделированием в программном комплексе 1)е1'огт 31);
- новый способ прокатки двутавровых профилей в непрерывно-реверсивной группе тандем универсальных рельсобалочных станов;
- пример расчёта по разработанной методике калибровки валков и технологического режима прокатки двутавра №35Б2 в непрерывно-реверсивной группе тандем универсального рельсобалочного стана Челябинского металлургического комбината (УРБС ЧМК);
- результаты моделирования в программном комплексе 1)е1'огт 31) температурных полей и напряженно-деформированного состояния металла при прокатке по разработанной калибровке (эпюры температурных полей, напряжений и деформаций в поперечных сечениях прокатываемых полос в каждом проходе).
На защиту выносятся:
- математическая модель процесса прокатки двутавровых профилей в универсальных калибрах;
- методика расчёта калибровок валков и технологических режимов при прокатке двутавровых профилей на универсальных рельсобалочных станах;
- закономерности изменения формоизменения металла и энергосиловых параметров прокатки в универсальных балочных калибрах;
- новый способ расчёта контактных давлений при прокатке в универсальных калибрах;
- тестовый пример расчёта калибровки валков и технологических режимов прокатки двутавра №35Б2 в условиях универсального рельсобалочного стана ОАО «ЧМК».
Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается проверкой расчетных параметров по опытным данным других авторов и соответствием рассчитанной тестовой калибровки ограничениям в условиях универсального рельсобалочного стана ОАО «ЧМК».
В целом разработанные научные положения и результаты диссертации направлены на решение задачи развития теории и технологии процесса прокатки двутавровых профилей на универсальных рельсобалочных станах с целью повышения качества продукции.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке учебного пособия по расчету калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавров в непрерывно-реверсивных группах клетей тандем современных универсальных балочных станов для студентов, обучающих по направлению «Металлургия».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 10-я международная научно-техническая конференция «Современные металлические материалы и технологии» (СММТ’ 13). СПбГПУ: - г. Санкт-Петербург, 2013. Седьмая международная молодежная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении»: - г. Екатеринбург, 2013. Международный научно-технический конгресс «ОМД-2014. Фундаментальные проблемы. Инновационные материалы и технологии»: -г. Москва, 2014. XV международная научная конференция «Новые технологии и достижения в металлургии и инженерии материалов и процессов»: - г. Ченстохова (Польша), 2014. Восьмая международная молодежная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении»: - г. Екатеринбург, 2014. X международный конгресс прокатчиков: - г. Липецк, 2015.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 11-ти печатных трудах, в том числе в 5-ти рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Одна статья вошла в международную базу Scopus.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и изложена на 191 странице машинописного текста, включая 45 рисунков, 15 таблиц, 4 приложения и библиографический список из 139 наименований.
В зависимости от типа и размеров профиля, двутавры прокатывают на среднесортно-балочных, крупносортных, универсальных балочных и рельсобалочных станах. Характерной особенностью всех этих станов является применение универсальных рабочих клетей с четырехвалковым универсальным калибром, образованным двумя горизонтальными и двумя вертикальными валками. Универсальные калибры создают наиболее благоприятные условия для равномерной деформации элементов двутаврового профиля, что необходимо для получения высокого качества прокатываемых балок.
На современных универсальных рельсобалочных станах устанавливают непрерывно-реверсивные группы тандем, состоящие из двух универсальных клетей и расположенной между ними горизонтальной клети дуо. Такие станы являются наиболее экономичными и позволяют прокатывать наиболее широкий сортамент двутавров. В России первые станы такого типа установлены и в настоящее время осваиваются на ОАО «ЕВРАЗ-ЗСМК» (г. Новокузнецк) и на Челябинском металлургическом комбинате (г. Челябинск ОАО «Мечел»). Эффективность работы указанных станов зависит главным образом от рациональности и оптимальности технологических режимов прокатки в универсальных клетях. Поэтому при разработке калибровок валков и режимов обжатий в группах универсальных клетей необходимо использовать современные достижения теории. Исследованиям процесса прокатки двутавров в универсальных калибрах посвящены работы П.И. Полухина, А.П. Чекмарева, М.И. Бояршинова, Н.Ф. Грицука, И.Я. Тарновского, А.Н. Скороходова, Ф.Е. Долженкова, В.К. Смирнова и др. ученых. Однако по современным требованиям теория прокатки двутавровых профилей в универсальных калибрах развита недостаточно. До настоящего времени при проектировании калибровок валков и технологических режимов прокатки применяются эмпирические формулы и эвристические приемы, а также методы соответственной полосы. Не рассчитывается и не анализируются температурные поля и напряженно- деформированное состояние (НДС) металла в элементах двутаврового профиля, отсутствуют критерии равномерности деформации металла в поперечных сечениях раската. Теоретические исследования, выполненные И.Я. Тарновским, А.Н. Скороходовым, Б.М. Илюковичем, Ю.И. Няшиным и др. с применением вариационных методов механики деформируемого тела, проведены с рядом допущений и упрощений вычислительного характера и не представлены в виде инженерных формул, позволяющих проводить практические расчеты при анализе и проектировании технологических режимов. Современные вычислительные и программные средства (пакеты программ Пе£огш-3П, Ма111саб) ещё не нашли широкого применения для теоретических исследований процессов прокатки в универсальных калибрах.
Таким образом, существующее состояние теории прокатки в универсальных балочных калибрах ограничивает возможность создания научно обоснованной методики проектирования калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавровых профилей.
Изложенное выше позволило сформулировать цель диссертационного исследования: на основе применения вариационных принципов механики деформируемого тела и современных вычислительных и программных средств разработать математическую модель процесса прокатки двутавровых профилей в универсальных балочных калибрах и с использованием её создать новую, научно обоснованную методику проектирования калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавров на современном универсальном рельсобалочном стане.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- поставить и решить вариационную задачу по определению параметров формоизменения металла и энергетических воздействий при прокатке двутавровых профилей в универсальном балочном калибре с равномерной деформацией (одинаковыми коэффициентами вытяжки) по стенке и полкам;
- по результатам численного решения указанной задачи определить закономерности изменения параметров формоизменения и силовых воздействий в зависимости от исходных данных, характеризующих условия прокатки двутавров на сортовых и рельсобалочных станах. Получить систему инженерных формул для определения коэффициентов обжатия и приращения фланцев, контактного давления, усилий, крутящих моментов и мощности прокатки;
- провести проверку теоретических решений по экспериментальным данным;
- на основе полученных результатов теоретических исследований разработать новую методику расчета калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавров, обеспечивающую получение равномерной деформации металла по элементам прокатываемого профиля;
- применить разработанную методику для проектирования калибровки валков и технологического режима прокатки заданного двутаврового профиля на современном универсальном рельсобалочном стане, снабженном непрерывно-реверсивной группой тандем;
- провести компьютерное моделирование рассчитанного технологического режима с анализом температурных полей и напряженно-деформированного состояния металла.
Работа проводилась в соответствии со следующими государственными планами и программами: «Разработка научных основ физики и механики обработки металлов давлением с целью создания энерго- и ресурсосберегающих инновационных технологий производства металлургической продукции ответственного назначения» (государственное задание в сфере научной деятельности №11.1369.2014/К от 18.07.2014, № гос. регистрации 114122470051); «Создание новых технологических процессов, машин и систем автоматизированного проектирования в области обработки металлов давлением на основе современных достижений механики, прикладной математики и информатики» (программа Минвуза РФ, 2011-2013 г.); «Инновационные технологические процессы обработки металлов давлением» (Президентская программа повышения квалификации инженерных кадров, № гос. per. 55-2013-3- ЭФ, приказ по Минобрнауки России № 328 от 30.04.2013).
Методы исследования: вариационные методы механики деформируемого тела; методы планирования рационального вычислительного эксперимента; статистическая обработка результатов вычислительного эксперимента с использованием аппарата корреляционно-регрессионного анализа; методы МКЭ- моделирования процесса прокатки двутавровых профилей в универсальных калибрах в программном комплексе Deform-3D.
Научную новизну и теоретическую ценность представляют следующие разработки диссертации:
- постановка и решение вариационной задачи по определению формоизменения металла и энергосиловых параметров при прокатке двутаврового профиля в универсальном балочном калибре с равномерным распределением деформации по стенке и фланцам профиля при постоянном, заданном коэффициенте вытяжки;
- закономерности изменения характеристик формоизменения (обжатие и приращение фланцев) и энергетических затрат (крутящий момент, мощность деформации) при прокатке в универсальных калибрах сортовых и рельсобалочных станов при изменении исходных условий прокатки в широких пределах, соответствующим промышленным прокатным станам;
- новый метод расчёта контактных давлений и усилий прокатки в универсальном балочном калибре, основанный на использовании физических уравнений связи напряженного и деформированного состояния металла в очаге деформации;
- система инженерных формул для расчёта формоизменения металла (обжатие и приращение фланцев) и энергосиловых параметров (контактные давления, силы, крутящий момент и др.), а также для определения основных параметров калибровки валков универсальных балочных станов.
Практическую ценность диссертации составляют следующие результаты:
- новая методика проектирования калибровок валков и технологических режимов при прокатке двутавровых профилей в универсальных калибрах, обеспечивающая получение равномерной деформации металла по элементам прокатываемого профиля и высокое качество двутавров;
- алгоритм расчёта калибровок валков непрерывно-реверсивных групп клетей тандем современных универсальных рельсобалочных станов с определением скоростного и температурного режима прокатки, проверкой ограничений и моделированием в программном комплексе 1)е1'огт 31);
- новый способ прокатки двутавровых профилей в непрерывно-реверсивной группе тандем универсальных рельсобалочных станов;
- пример расчёта по разработанной методике калибровки валков и технологического режима прокатки двутавра №35Б2 в непрерывно-реверсивной группе тандем универсального рельсобалочного стана Челябинского металлургического комбината (УРБС ЧМК);
- результаты моделирования в программном комплексе 1)е1'огт 31) температурных полей и напряженно-деформированного состояния металла при прокатке по разработанной калибровке (эпюры температурных полей, напряжений и деформаций в поперечных сечениях прокатываемых полос в каждом проходе).
На защиту выносятся:
- математическая модель процесса прокатки двутавровых профилей в универсальных калибрах;
- методика расчёта калибровок валков и технологических режимов при прокатке двутавровых профилей на универсальных рельсобалочных станах;
- закономерности изменения формоизменения металла и энергосиловых параметров прокатки в универсальных балочных калибрах;
- новый способ расчёта контактных давлений при прокатке в универсальных калибрах;
- тестовый пример расчёта калибровки валков и технологических режимов прокатки двутавра №35Б2 в условиях универсального рельсобалочного стана ОАО «ЧМК».
Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается проверкой расчетных параметров по опытным данным других авторов и соответствием рассчитанной тестовой калибровки ограничениям в условиях универсального рельсобалочного стана ОАО «ЧМК».
В целом разработанные научные положения и результаты диссертации направлены на решение задачи развития теории и технологии процесса прокатки двутавровых профилей на универсальных рельсобалочных станах с целью повышения качества продукции.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке учебного пособия по расчету калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавров в непрерывно-реверсивных группах клетей тандем современных универсальных балочных станов для студентов, обучающих по направлению «Металлургия».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 10-я международная научно-техническая конференция «Современные металлические материалы и технологии» (СММТ’ 13). СПбГПУ: - г. Санкт-Петербург, 2013. Седьмая международная молодежная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении»: - г. Екатеринбург, 2013. Международный научно-технический конгресс «ОМД-2014. Фундаментальные проблемы. Инновационные материалы и технологии»: -г. Москва, 2014. XV международная научная конференция «Новые технологии и достижения в металлургии и инженерии материалов и процессов»: - г. Ченстохова (Польша), 2014. Восьмая международная молодежная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении»: - г. Екатеринбург, 2014. X международный конгресс прокатчиков: - г. Липецк, 2015.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 11-ти печатных трудах, в том числе в 5-ти рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Одна статья вошла в международную базу Scopus.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и изложена на 191 странице машинописного текста, включая 45 рисунков, 15 таблиц, 4 приложения и библиографический список из 139 наименований.
В результате выполненной работы достигнута поставленная цель и получены следующие результаты:
1. Разработана математическая модель численного решения вариационной задачи по определению формоизменения металла и энергосиловых параметров при прокатке двутаврового профиля в универсальном балочном калибре с получением равномерного распределения деформации по стенке и полкам.
2. Разработан новый метод расчёта контактного давления и усилий прокатки в универсальном балочном калибре, основанный на использовании физических уравнений связи напряжённого и деформированного состояния металла в очаге деформации.
3. Проведены спланированные численные расчёты по определению закономерностей изменения характеристик деформации (обжатие и приращение фланцев) и энергосиловых параметров (давление, крутящий момент, мощность деформации) в зависимости от исходных критериев, характеризующих условия прокатки на рельсобалочных и сортовых станах. Получена система инженерных формул для расчёта указанных параметров при проектировании технологических режимов прокатки.
4. Проведён статистический анализ действующих калибровок валков универсальных балочных станов. Получены уравнения регрессии для определения характерных параметров калибровки: числа универсальных калибров, средних и суммарных коэффициентов вытяжки, распределения коэффициентов вытяжки по проходам и др.
5. На основе разработанных математических моделей и полученных регрессионных зависимостей разработана новая, научно обоснованная методика расчёта калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавровых профилей. Составлен алгоритм расчёта калибровок валков непрерывно-реверсивных групп тандем современных универсальных рельсобалочных станов с учётом скоростных режимов и системы ограничений.
6. Разработан способ прокатки двутавровых профилей в непрерывно-реверсивной группе тандем современного рельсобалочного стана. Направлена в Роспатент РФ заявка на изобретение № 2014130562 с приоритетом от 22.07.2014. Определены критерии использования этого способа в зависимости от требований к технологическому процессу.
7. Разработана методика компьютерного моделирования в программном комплексе 1')е1'огт-31') температурных режимов и напряжённо-деформированного состояния металла при прокатке двутаврового профиля.
8. С применением созданной методики расчёта калибровок валков и нового способа прокатки балок разработана калибровка валков и технологический режим прокатки двутавра 35Б2 в непрерывно-реверсивной группе тандем современного рельсобалочного стана, применительно к условиям УРБС Челябинского металлургического комбината.
9. Проведено компьютерное моделирование температурных полей и напряженно-деформированного состояния металла при прокатке по разработанной калибровке. Получены эпюры температурных полей, напряжений и деформаций в поперечных сечениях раската для каждого прохода. Установлены закономерности изменения температурного и напряжённо-деформированного состояния металла по длине и в поперечных сечениях. Предложен способ охлаждения полок прокатываемого профиля с целью уменьшения температурной неоднородности в месте стыка шейки и полок.
10. Показано, что деформированное состояние металла при прокатке по разработанной калибровке характеризуется равенством интенсивности деформаций по шейке и фланцам в каждом универсальном калибре. Доказано, что это равенство достигается за счёт того, что в основу методики расчёта калибровок валков заложено равенство коэффициентов вытяжки по шейке и фланцам. Таким образом, это условие является необходимым для получения равномерной деформации металла по элементам двутаврового профиля.
11. По материалам диссертации составлено учебное пособие по разработке калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавров в непрерывно-реверсивных группах клетей современных универсальных рельсобалочных станов для студентов, обучающихся по направлению «Металлургия».
Перспективы дальнейшей разработки темы. Разработанные в диссертации основные положения и методики расчета рекомендуется в перспективе использовать для проектирования технологии прокатки двутавровых профилей различных типов, а также других фасонных профилей (швеллеров, уголков, рельсов) на непрерывно-реверсивных станах рассмотренного типа.
В целом в диссертационной работе решена задача развития теории и совершенствования методики расчёта технологических режимов прокатки двутавровых профилей за счёт применения фундаментальных положений теории пластичности и современных средств математического моделирования, что имеет существенное значение для теории и практики обработки металлов давлением.
1. Разработана математическая модель численного решения вариационной задачи по определению формоизменения металла и энергосиловых параметров при прокатке двутаврового профиля в универсальном балочном калибре с получением равномерного распределения деформации по стенке и полкам.
2. Разработан новый метод расчёта контактного давления и усилий прокатки в универсальном балочном калибре, основанный на использовании физических уравнений связи напряжённого и деформированного состояния металла в очаге деформации.
3. Проведены спланированные численные расчёты по определению закономерностей изменения характеристик деформации (обжатие и приращение фланцев) и энергосиловых параметров (давление, крутящий момент, мощность деформации) в зависимости от исходных критериев, характеризующих условия прокатки на рельсобалочных и сортовых станах. Получена система инженерных формул для расчёта указанных параметров при проектировании технологических режимов прокатки.
4. Проведён статистический анализ действующих калибровок валков универсальных балочных станов. Получены уравнения регрессии для определения характерных параметров калибровки: числа универсальных калибров, средних и суммарных коэффициентов вытяжки, распределения коэффициентов вытяжки по проходам и др.
5. На основе разработанных математических моделей и полученных регрессионных зависимостей разработана новая, научно обоснованная методика расчёта калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавровых профилей. Составлен алгоритм расчёта калибровок валков непрерывно-реверсивных групп тандем современных универсальных рельсобалочных станов с учётом скоростных режимов и системы ограничений.
6. Разработан способ прокатки двутавровых профилей в непрерывно-реверсивной группе тандем современного рельсобалочного стана. Направлена в Роспатент РФ заявка на изобретение № 2014130562 с приоритетом от 22.07.2014. Определены критерии использования этого способа в зависимости от требований к технологическому процессу.
7. Разработана методика компьютерного моделирования в программном комплексе 1')е1'огт-31') температурных режимов и напряжённо-деформированного состояния металла при прокатке двутаврового профиля.
8. С применением созданной методики расчёта калибровок валков и нового способа прокатки балок разработана калибровка валков и технологический режим прокатки двутавра 35Б2 в непрерывно-реверсивной группе тандем современного рельсобалочного стана, применительно к условиям УРБС Челябинского металлургического комбината.
9. Проведено компьютерное моделирование температурных полей и напряженно-деформированного состояния металла при прокатке по разработанной калибровке. Получены эпюры температурных полей, напряжений и деформаций в поперечных сечениях раската для каждого прохода. Установлены закономерности изменения температурного и напряжённо-деформированного состояния металла по длине и в поперечных сечениях. Предложен способ охлаждения полок прокатываемого профиля с целью уменьшения температурной неоднородности в месте стыка шейки и полок.
10. Показано, что деформированное состояние металла при прокатке по разработанной калибровке характеризуется равенством интенсивности деформаций по шейке и фланцам в каждом универсальном калибре. Доказано, что это равенство достигается за счёт того, что в основу методики расчёта калибровок валков заложено равенство коэффициентов вытяжки по шейке и фланцам. Таким образом, это условие является необходимым для получения равномерной деформации металла по элементам двутаврового профиля.
11. По материалам диссертации составлено учебное пособие по разработке калибровок валков и технологических режимов прокатки двутавров в непрерывно-реверсивных группах клетей современных универсальных рельсобалочных станов для студентов, обучающихся по направлению «Металлургия».
Перспективы дальнейшей разработки темы. Разработанные в диссертации основные положения и методики расчета рекомендуется в перспективе использовать для проектирования технологии прокатки двутавровых профилей различных типов, а также других фасонных профилей (швеллеров, уголков, рельсов) на непрерывно-реверсивных станах рассмотренного типа.
В целом в диссертационной работе решена задача развития теории и совершенствования методики расчёта технологических режимов прокатки двутавровых профилей за счёт применения фундаментальных положений теории пластичности и современных средств математического моделирования, что имеет существенное значение для теории и практики обработки металлов давлением.
Подобные работы
- РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ ДВУТАВРОВЫХ ПРОФИЛЕЙ В УНИВЕРСАЛЬНЫХ КАЛИБРАХ
Диссертации (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 4365 р. Год сдачи: 2015
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
Каталог работ (149577)
- Бакалаврская работа (38342)
- Диссертация (978)
- Магистерская диссертация (22138)
- Дипломные работы, ВКР (60355)
- Главы к дипломным работам (2138)
- Курсовые работы (10522)
- Контрольные работы (6265)
- Отчеты по практике (1357)
- Рефераты (1481)
- Задачи, тесты, ПТК (631)
- Ответы на вопросы (155)
- Статьи, Эссе, Сочинения (942)
- Бизнес-планы (51)
- Презентации (106)
- РГР (84)
- Авторефераты (РГБ) (1692)
- Диссертации (РГБ) (1882)
- Прочее (458)
Новости
06.01.2018
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь в выполнении учебных и научных работ на заказ ОФОРМИТЬ ЗАКАЗ
дальше»» Все новости
Статьи
- Где лучше заказывать диссертации и дипломные?
- Выполнение научных статей
- Подготовка диссертаций
- Подводные камни при написании магистерской работы
- Помощь в выполнении дипломных работ
»» Все статьи
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
