автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Обоснование конструктивных параметров и режимов работы валкового оборудования новой конструкции

005014177

национальная академия наук кыргызской

РЕСПУБЛИКИ ИНСТИТУТ МАШИНОВЕДЕНИЯ пан кр Диссертационный совет Д 05.11.043

На правах рукописи УДК 621.73.01

ГОТМАН ЕРП'С ?ЕШ1ЕЛОВИЧ

констгукщга

05.02.03 - «Технология нянтмостроетш»

л " . ч - —,

1 и [.ы?

Автореферат ■дисссгтяцпи на соискянги' ученой степени '^пдидятя тгапчесадп ПЯУК

Бишкек 2012

Работа выполнена в Казахском национальное технической! университете имени К.И. Сатпаева (КазНТУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Машсков С.А.

Официальные oniioiieuru: доктор технических наук, профессор

Муслн.чоь А.П.

кандидат технических наук Самсолиеа A.A.

Бедущаи организации: Казахстанско-Британсшй технический

университет

Защита состоится «16» марта 2012 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д.05.11.043 при Институте машшюведгшш Национальной академии Наук Кыргызской Республики, г. Бишкек, ул. Скрябина, 23.

С диссертацией мочага ознакомиться в библиотеке Института машиноведения HAH Кыргызской Республики

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной гербовой печатью организации, просим направлять по адресу: 720055, г. Бишкек, ул. Скрябина, 23, Институт ыашшюведения HAH KP, Диссертационный совет Д 05.11.043, а также по e-mail: imash_kg@mail.ru.

Автореферат разослан «_7_» «¡авраля 2012 г.

Телефон для справок (0312) 541149 Факс (0312) 562785

Ученый секретарь диссертационного совета Д 05.11.043, к. т. п., с.н.с.

С.И. Кыш:о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В связи с высоким спросом на рынке металлопродукции тонкого холоднокатаного листа, современное производство тонкой полосы на непрерывных станах холодной прокатки характеризуется стремлением к увеличению производительности и высокими требованиями к качеству поверхности проката.

Необходимо отметить, что с ростом производства и потребления листового металла повышаются требования к планшетности и разнотолщинноста проката. Планшетная полоса - это абсолютно плоская полоса без каких-либо геометрических дефектов. Неудовлетворительная планшетность и разнотолщинность полос, применяемых при производстве трансформаторной динамной стали, в телевизионной и электронной технике приводит к нарушению стабильности работы приборов и повышенному расходу элеетроэнергии, неблагоприятно сказывается на процессах автоматической листовой штамповки, прессовании и глубокой вытяжке, вызывая износ и разрушение рабочего инструмента, ухудшая качество изделий. Нарушение планшетности и разнотолщинноста листового металла при прокатке приводит к повышенной отбраковке продукции и ее правке на правильных агрегатах, что в два раза повышает стоимость

листового металла.

Одним из основных направлений повышения качества прокатываемых полос является обеспечение минимальной продольной и поперечной разнотолщинноста, а также планшетной формы полосы. В настоящее время для прокатки полос с заданной толщиной, профилем и планшетной формой ведутся работы, направленные на совершенствование прокатного оборудования, по созданию новых конструкций прокатных станов и валковых систем, разработке автоматических систем управления толщиной, профилем и планшетностью прокатываемых полос, созданию новых способов прокатки и валковых систем для их реализации. В связи с этим, исследования, направленные на совершенствование технологии прокатки для производства листов повышенного качества металлообрабатывающей промьгчленности, а также конструирования новых инструментов и оборудования являются актуальными.

Связь темы с планом научных работ. Работа выполнена в рамках 'научно-технической программы № 723 УГМ.09. «Новые технолопга для'углеводородного и горно-металлургического секторов и связанных с ними сервисных отраслей», а также в рамках госбюджетной

тематики в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева.

Цель работы: Исследование напряженно-деформированного состояния заготовки и обоснование конструктивных параметров нового стана, разработка технологии обработки тонких полос.

Задачи исследования:

- обоснование конструкции нового стана, обеспечивающей получение холоднокатаных полос высокого качества и обоснование рациональных конструктивных и прочностных характеристик клетей нового стана;

- изучение закономерностей распределения напряженно-деформированного состояния (НДС) при прокатке холоднокатаных полос и за счет вариации деформационных режимов прокатки, разработка новых технологий, обеспечивающих улучшение качества холоднокатаных полос из сталей и сплавов;

- изучение закономерностей влияния технологических режимов прокатки на изменение поперечной разнотолщинности, а также планшетной формы полосы.

Научная новизна полученных результатов. В работе представлены результаты изменения НДС заготовки и • основных элементов нового стана. Впервые:

-получены количественные данные и установлены основные зависимости изменения НДС и прочностных характеристик основных элементов клетей нового стана при прокатке;

-установлены основные зависимости изменения НДС и температуры заготовки, а также энергосиловых параметров при прокатке в новом стане;

-выявлены зависимости изменения поперечной разнотолщинности, а также планшетной формы при прокатке полос на новом стане.

Практическая значимость полученных результатов работы заключается в том, что на основе проведенных исследований разработана новая конструкция стана и технология прокатки тонких полос, позволяющих получить изделия требуемого качества.

г Методика исследований базируется на использовании теории напряженно-деформированного состояния, конечно-элементном моделировании процессов прокатки. Для теоретического расчета использованы программные комплексы МБС.8ирегРог£еМзиаШазЦ,ап 4Б.

)

Объектами иссле дования были технология холодной прокатай, стан новой конструкции и холоднокатаные полосы, деформированные на предлагаемом стане.

Достоверность получепных результатов ; достигается обоснованным использованием известных методик, теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задачи моделирования, а также применением современных математических методов и средств вычислительной техники.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

-количественные данные и основные зависимости изменения НДС и прочностных характеристик основных элементов клетей нового стана при прокатке;

- основные зависимости изменения НДС и температуры заготовки, а также энергосиловых параметров при прокатке в новом стане;

- зависимости изменения поперечной разнотолщинноста, а также планшетной формы при прокатке полос на новом стане.

Личный вклад автора состоит в определении рациональных конструктивных и прочностных параметров нового стана и исследовании напряженно-деформированного состояния в очаге деформации при прокатке холоднокатаных полос на этом стане, а также анализе полученных данных в разработке новой технологии.

Апробация результатов диссертации. Основные положения, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: IV международная научно-практическая конференция «№ук8/Ысеше I пайка Ьег дгашс - 2008» (Ргшпуз1 2008г.); Вторая международная - научно-техническая конференция «Павловские чтения» Москва, ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН, 26-27 октября 2010 г, г.-Москва); VI Международной ^ научно-технической конференции «Инновационные технологии обработки металлов давлением» (Москва, МИСИС, 2011); Международная научно-практическая конференция «Проблемы инновационного развития нефтегазовой индустрии» (Алматы, КБТУ, 2009 г.); научный семинар кафедры «Станкостроение, материаловедение и технология машиностроительного производства», «Металлургические машины и оборудование» и «Стандартизация, сертификация1 и технология машиностроения» Института Машиностроения КазНТУ им. К.И.Сатпаёва, 2011 г., Алматы.

Полнота отражения результатов диссертации в публикациях. По результатам выполненных исследований опубликовано 17 печатных работ. Получены 2 инновационных патента Республики Казахстан.

, Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных источников, включающего 142 наименований. Объем диссертации - 168 страниц машинописного текста, 83 рисунков, 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, отражены научная новизна и практическая ценность.

Первая глава посвящена анализу проблем и перспектив совершенствования технологии и оборудования листовой прокатки. Рассмотрены основные направления совершенствования непрерывной разливки и прокатки стали, тенденции улучшения конструкции непрерывного стана холодной прокатки (НСХП), технологические способы предупреждения образования дефектов и повышения качества при холодной прокатке тонких полос, основные направления улучшения производства горяче- и холоднокатаных тонких полос.

Во второй главе предлагается стан новой конструкции для прокатки холоднокатаных тонких полос из сталей и сплавов. Данный стан содержит рабочие клети, электродвигатель, муфту, опорные неприводные валки, рабочие приводные валки, станину, опорную плиту, анкерные болты. Клети, имеющие приводы от одного двигателя переменного тока, и которые содержат рабочие и опорные валки постоянного диаметра. В последовательно расположенных клетях диаметр рабочих валков уменьшается в направлении прокатки. При этом вращение валков осуществляют через общую цепную передачу, индивидуальную муфту и зубчатую передачу. Диаметры рабочих и опорных валков определяют по формуле:

А« • ",+> и+) ; л,., ■ пн (1 + V,)

где А„ Ъ] - толщина прокатываемой полосы в 1-ой или/-ой клети;«/ и л, -частота вращения валков этих клети; N - порядковый номер клети; 5, и - опережение на выходе из валков /-ой илиу'-ой клети.

В предлагаемом стане горизонтальные оси верхних и нижних валков первых трех клетей без нажимного механизма смещены от оси прокатки в вертикальном направлении на величину

Дх( = 0,25 • к„-аД где £>р, - диаметр новых рабочих валков /-ой

клети, мм; к„ - коэффициент переточки; а, - допускаемый угол захвата для валков г-ой клети.

Необходимо отметить, что диаметры делительной окружности колес каждой клети равны диаметрам рабочих валков соответствующей клети, а заданное расстояние между рабочими валками от одной клети к другой увеличено на величину опережения. ;

Произведен расчет усилия прокатки на новом стане по существующей методике. Распределение усилий прокатки и допустимых усилий, а так же рабочие и допустимые моменты по клетям приведены в диссертации. Результаты расчета показали, что:

- при прокатке на стане новой конструкции усилия, рабочие моменты и мощности прокатки уменьшаются от одной клети к другой в направлении прокатки;

- снижение усилия, рабочих моментов, действующих на валки, а также повышение жесткости стана дает возможность уменьшить размеры клетей и мощность привода с одной стороны и повысить точность прокатываемой полосы с другой стороны.

Основным параметром, характеризующим размер прокатных валков, является номинальный диаметр бочки и ее длина. Диаметр и длину бочки валков нового стана выбирали с учетом прочности валков на изгиб и допустимого их прогиба при прокатке. При этом во избежание чрезмерного прогиба при выборе валков учитывали и длину бочки валка.

Учитывая, что наибольшие размеры сопряженных с рабочим валком деталей, т.е. подушек, не должны превышать его минимальный диаметр, определили высоту подушки по формуле: Н, = Э, -10 (мм)

Для подбора подшипников произвели расчет его наружного диаметра по формуле: Бпод <Н,-0,050 (мм). Остальные, необходимые

для вычерчивания узла валка размеры, назначили конструктивно.

Все силовые элементы клетей рассчитали на прочность.

Все давление металла на валки, возникающее при прокатке, воспринимается станинами, поэтому при конструировании и изготовлении станин особое внимание уделено их прочности и жесткости.

Исходными данными для расчета являются твердотельная геометрическая форма, условия закрепления конструкции клетей прокатного стана и силы, прилол -чные к ним.

При расчете произвели построение геометрической и конечно-элементной модели рассчитываемой конструкции, приложили силы, произвели расчет напряженно-деформированного состояния и оценили прочность силовых элементов конструкции.

Методику расчета реализовали с использованием программы конечно-элементного анализа Autodesk Inventor, которая позволяет исследовать кинематику и динамику механизмов с возможностью расчета напряженно-деформированного состояния, как отдельных элементов, так и конструкции в целом.

Сборочная трехмерная геометрическая модель клетей (рис. 1), была построена в CAD программе inventor. Данный подход позволяет улучшить связь этапов автоматизированного проектирования сложных конструкций», Для возможности автоматической коррекции геометрии модели инструмента был использован метод параметризации геометрических размеров конструкции.. Данный метод позволяет по результатам расчета на прочность вносить соответствующие изменения в конструкцию клетей.

Верхняя поперечина

Опорные подушки валков

Стойки станины Нижняя поперечина

Рис. 1. Сборочная трехмерная конечно-элементная модель клетей

В качестве материала из базы данных материалов Autodesk Inventor для станины была выбрана сталь марки ЗОЛ с механическими свойствами: модуль упругости 2,Ы(Г5МПа, предел прочности 350 МПа, коэффициент Пуассона 0,3.

Проведенные на конечно-элементных моделях расчеты показали: -максимальное эффективное напряжение, равное 16,0 МПа, и максимальная деформация:, равная 6,4-10"0 05, не превышает допустимое для данногЬ материала значение предела прочности равного 150 МПа. При эт<М Максимальные концентрации напряжений и деформаций наблюдаются в стойках и поперечинах станины;

- картина распределения суммарных перемещений в трех направленйях согласуется с деформированной формой конструкции. Максимальное смещение на 0,0049 мм наблюдается в серединной части поперечины;

- распределение запаса прочности по наиболее нагруженным конструкциям в целом удовлетворяет условию прочности при принятом коэффициенте запаса прочности.

Исследованы эквивалентные деформации и напряжения валков при прокатке на новом стане. Методику расчета реализовали с использованием программы конечно-элементного анализа MSC.visualNastran 4D Эта система также позволяет .исследовать кинематику, динамику механизмов с возможностью расчета напряженно-деформированного и тепловое состояние, как отдельных звеньев, так и механизма в целом.

Исходными данными для расчета являются твердотельная геометрическая форма конструкции стана, силы и условия закрепления, приложенные к ним, а также условия сопряжения кинематических пар конструкции клетей.

Сборочная трехмерная геометрическая модель стана была построена в CAD программе Inventor и с помощью встроенного транслятора импортирована в среду MSC.visualNastran 4D с принятыми кинематическими связями. Данный подход позволяет улучшить связь этапов автоматизированного проектирования сложных механизмов. Для возможности автоматической коррекции геометрии модели стана был использован метод параметризации геометрических размеров конструкции. Данный метод позволяет по результатам расчета на прочность, вносить соответствующие изменения в конструкцию инструмента.

При создании конечно-элементной модели валка был использован трехмерный объемный элемент CTETRA (четырехузловой тетраэдр), применяемый для моделирования трехмерных тел. На рис. 2 представлена трехмерная модель валка.

Рабочий валок

Вектор распределения усилия прокатки 'Закрепление модели

Рис. 2. Трехмерная модель валка

к

В ходе предварительного анализа работы стана, исходя из условия симметрии работы элементов конструкции, а также для упрощения расчетной схемы, были приняты к расчету наиболее нагруженные силовые элементы конструкции, такие как валки, нажимные механизмы, клети и шейка валков.

Для определения прогиба рабочих и опорных, НДС валков произвели расчет динамической модели процесса прокатки в упругой постановке.

Назначаемый материал валка - инструментальная сталь У7. Для расчетов модель рабочего валка была закреплена, к ней приложена нагрузка на бочку валка и задано усилие деформирования, полученное в предыдущем расчете.

Распределение усилия деформирования по времени является симметричным, поэтому можно упростить расчетную модель, принимая в расчет лишь верхний рабочий валок.

В МБСлазиаШазйап 40 инструменты принимаются абсолютно жесткими и обеспечивают свойства теплопроводности и теплопередачи, т.е. удельная теплопроводность, удельная теплоемкость и плотность приняты во внимание. Плотность и тепловые свойства для материалов валка программа назначила по умолчанию.

Взаимодействие между жестким валком и деформируемым материалом заготовки моделируется с помощью контактных поверхностей, которые описывают контактные условия между поверхностями валков и поверхностью толстого листа. В процессе моделирования контактные условия постоянно обновляются, отражая вращение валков и деформацию материала, что позволяет моделировать скольжение между валком и материалом обрабатываемой заготовки. Контакт между валком и толстым листом смоделирован трением по Кулону, коэффициент трения был принят 0,5. Из базы данных материалов для прокатываемой полосы назначали материал Б20С (сталь Ст.Овкп по стандарту стран СНГ)- Упругие свойства и диаграмма деформирования данной стали в зависимости от степени и скорости деформации представлены в диссертации.

Температурный режим при прокатке состоит из обмена тепла между валком, тонким слябом и окружающей средой, а также из теплового эффекта за счет деформации металла. Процесс прокатки проходит при комнатной температуре, поэтому начальную температуру валка приняли равной 20 °С.

На рис. 3 и 4 приведены результаты расчета усилия прокатки, возникающего в различных направлениях осей координат х, у, г (направление оси х совпадает <; направлением оси прокатки), а также

эквивалентные напряжения и деформации валков при прокатке на новом стане. Действительные значения эквивалентных напряжений и деформаций приведены в цифровом виде на соответствующих цветовых эпюрах. Из рисунков видно, что в нестационарной стадии во всех направлениях деформируемой полосы, усилие прокатки возрастает, а в установившейся стадии полоса деформируется при постоянном усилии. Проведенные на конечно-элементных моделях расчеты показали: - при проходе заготовок от одной клети к другой усилие прокатки уменьшается и равняется следующим значениям: 150000; 70000; 45000; 20000; 10000 Н соответственно для первой, второй, третьей, четвертой и пятой клетей (рис. 3).

0 004 0 008 0 012 0 016 0 02 0 024 0 028 0 032 0 036 0 04 Время, сек

Рис. 3. Распределение усилия прокатки на новом пяти клетевом

стане

К ^

«Г 1 52*1(Гб Я 1 44*1(Г6

2 1 ггчгб а! 12'10"б

2 960000 3- кчеть

а

_£ 800000

640000 4- к четь д 480000 § 320000 ^ 160000

2- к тел-

I - кчеть

- максимальное эквивалентное напряжение в бочке валков равняется 2,76-107 Па (рис. 4), 1,35-107 Па, 1,32-107 Па, 1,55-107 Па и 2,36-107 Па, а для шейки валков - 1,01-10* Па, 4,95-Ю7 Па, 3,63-107 Па, 3,41-107 Па и 2,95-107 Па соответственно при прокатке в первой, второй, третьей, четвертой и пятой клети предлагаемого стана. Причем максимальное эквивалентное напряжение возникает на шейке валков. Максимальное эквивалентное напряжение, равное 4,95-107 Па, не превышает допустимое для данного материала значение предела прочности 1.380-109 Па;

- под действием приложенных вертикальных сил валки прогибаются в направлении действия силы, а шейка валков упруго деформируется в этом же направлении, причем максимальные эквивалентные деформации (рис. 5) составляют для бочки валков 0,000008, 0,0000057, 0,000007, 0,0000052, 0,0001 мм, для шейки валков - 0,00044, 0,000209, 0,000154, 0,00013, 0,0001 мм соответственно первой, второй, третьей, четвертой и пятой клети предлагаемого стана.

I V.?

1

1 з; ■>:

1 55 ».7

1 « «.7

33 «>6

е: к

Ра

Я 7 67 в*7 3 7 03 ««7

Т5 31 >«7 Я1 72 «♦/ (а 13«»? 3 3 54 9.7 3295 ;.7

3;- эб!»?

11 77 е+7 1113 е*7 159 .«. ■ С

3 2 97 »+7

Ых

,31 3? е+7 Ш99

||з '4

Рис. 4. Картина распределения эквивалентных напряжений (а), второй (б), третьей (в), четвертой (г) и пятой (о) клети

-д) валков первой нового стана

10ШЕ6

аошвг зо.ом 1 ашм<

ода -,0£Ш« -100132 'ОССОЕЗ

Рис. 5. Картина распределения эквивалентных деформаций валков первой (а), второй (б), третьей (в), четвертой (г) и пятой (д) клети нового стана

- максимальное усилие, возникающее в направлении оси_у, т.е. в вертикальном направлении, приводит к возникновению максимальных упругих перемещений (изгибу) в этом же направлении прокатки;

- картина распределения суммарных упругих перемещений в трех направлениях (рис. 6) согласуется с деформированной формой валков. Максимальное значение перемещения составляет для серединной части валков 0,0165, 0,00938, 0,00945, 0,00936 и 0,0143 мм, а для шейки валков - 0,0066, 0,00402, 0,00315, 0,00218, 0,0026 мм соответственно первой, второй, третьей, четвертой и пятой клети предлагаемого стана;

Рис. 6. Картина распределения суммарных перемещений валков первой (а), второй (б), третьей (в), четвертой (г) и пятой (д) клети нового стана

- в целом величина упругой деформации элементов валков невелика, что свидетельствует о достаточно высокой жесткости узла валков рабочей клети. Это гарантирует получение поперечной разнотолщинности и планшетности прокатываемых полос в пределах требуемых допускаемых отклонений.

В третьей главе исследовано напряженно-деформированное состояние заготовки при холодной прокатке на новом стане. Задача исследования объемного НДС заготовки в процессе холодной прокатки является контактной, упругопластической, нелинейной, с учетом температурного режима деформирования.

Для этих целей применяем программный продует конечно-элементного (КЭ) анализа нелинейных, нестационарных процессов

обработки металлов давлением. Расчет проводим в объемной постановке с учетом температурного поля.

Трехмерная геометрическая модель прокатываемого сравнительно толстого листа была построена в CAD программе Inventor и импортирована в CAE программу MSC.SuperForge. При создании конечно-элементной модели тонкого сляба был использован трехмерный объемный элемент CTETRA, применяемый для моделирования трехмерных тел.

Для расчета НДС использовали техническую характеристику рабочих клетей предлагаемого стана, представленную в главе 2. Для холодной листовой прокатки полосы 0,7*150 мм на непрерывном 5-ти клетевом стане использовали подкат толщиной Л0 = 4 мм.

С целью снижения вычислительных затрат и уменьшения размерности конечно-элементной модели необходимо уменьшить длину прокатываемой полосы на величину приблизительно (0,13 - 0,15)*¿ (мм), где Ь - ширина прокатываемой полосы. Данное упрощение позволит моделировать процесс прокатки на уровне установившегося режима без больших вычислительных затрат.

В MSC.SuperForge инструменты принимаются абсолютно жесткими и обеспечивают только свойства теплопроводности и теплопередачи, т.е. удельная теплопроводность, удельная теплоемкость и плотность приняты во внимание, а механические свойства игнорируются. Из базы данных материалов назначаем материал инструмента Н13. Плотность и тепловые свойства для материалов валка программа назначила по умолчанию.

Взаимодействие между жестким валком и деформируемым материалом заготовки моделируется с помощью контактных поверхностей, которые описывают контактные условия между поверхностями валков и поверхностью толстого листа. В процессе моделирования контактные условия постоянно обновляются, отражая вращение валков и деформацию материала, что позволяет моделировать скольжение между валком и материалом обрабатываемой заготовки. Контакт между валком и толстым листом смоделирован с учетом трения по Кулону, коэффициент трения был принят 0,5. Из базы данных материалов назначали материал S20C.

Температурный режим при прокатке состоит из обмена тепла между валком, сравнительно толстой заготовкой и окружающей средой, а также из теплового эффекта за счет деформации металла. Процесс прокатки проходит при комнатной температуре, поэтому начальную температуру валка приняли равной 20 °С.

Процесс прокатки на предлагаемом стане, можно разделить условно на четыре стадии. Поэтому для наглядности отображения результатов расчёта были взяты данные для трех стадий деформирования, т.е. были выбраны следующие стадии прокатки: первая стадия: t = 0,02, вторая стадия: * = 0,03 и третья стадия: г = 0,04, где 7 - время прокатки.

На основе полученных результатов численного моделирования

установлено:

1) при проходе заготовки от первой до пятой клети интенсивность деформаций (Г) и напряжения (<т,) в начальный момент прокатки сосредотачиваются в зонах захвата металла валками стана (рис. 7 и 8). С увеличением времени прокатки зоны с большими величинами Г и сг, локализуются на участках максимального обжатия валками металла прокатываемого листа. При этом в процессе прокатки из-за перемещения зоны с максимальными величинами обжатия по длине деформируемого листа происходит перемещение и участков с максимальными величинами интенсивности деформаций и напряжений. Данное перемещение направлено противоположно направлению прокатки;

2) на участках сосредоточение напряженно-деформируемого состояния интенсивность деформаций и напряжений распределяются равномерно цо высоте деформируемого листа. Такое равномерное распределение НДС и его перемещение по длине деформируемой полосы по ходу прокатки приводит к равномерному деформированию всего листа, что позволяет получать полосы повышенного качества.

3) в процессе прокатки на предлагаемом стане температура в зонах контакта «холодный , металл - валки» увеличивается. На последующих этапах прокатки за счет выделения тепла при формоизменении и трения, температура по очагу деформаций сравнительно выравнивается. Однако в конце прохода сравнительно сильно нагреваются участки с максимальной величиной интенсивности

напряжений и деформации;

4) при прокатке в первой, второй, третьей, четвертой и пятой клетях зоны повышения температуры перемещаются вместе с очагом деформации от начала до конца прохода. При этом определенно сильно повышается температура в зоне локализации деформации, и понижается температура зон листа, выходящего из очага деформации.

В четвертой главе приведен порядок монтажа металлоконструкции нового стана и разработана оптимальная технология прокатки тонких полос из углеродистой и низкоуглеродистой стали.

Полученный расчетным путем оптимальный режим обжатия по клетям при холодной прокатке профиля 0,8x150 мм опробован на новом стане. Для холодной прокатки использовали заготовки размером 4x150х 500 мм. Перед прокаткой произвели настройку прокатных валков в регулируемых клетях. Прокатку произвели по следующему режиму: 1 клеть: г = 20 %; 2 клеть: е = 20 %; 3 клеть: в = 20 %; 4 клеть: 8 = 15 %; 5 клеть: г = 10 %. где е = (Ь, — Ь!+1)/Ь1 -100%.

(^ = 0,02) (/ = 0,03) (I = 0,04)

Рис. 7. Картина распределения интенсивности напряжении в заготовке

(первая клеть)

1- ~ *—' р-

(/ = 0,02) (/ = 0,03) (/ = 0,04)

Рис. 8. Картина распределения интенсивности деформаций в заготовке

(первая клеть)

В лабораторных условиях дефекты планшетности полосы и разнотолщинность измеряли при свободном расположении листа на контрольном столе с помощью ультразвукового толщиномера «ВЗЛЕТ УТ».

Анализ поперечной разнотолщинности холоднокатаных полос показал, что минимальное их значение для полос толщиной 0,7 ... 1,2 мм лежит в пределах от 0,02 до 0,015 мм. Среднее значение поперечной разнотолщинности холоднокатаных полос составляет 0,017 мм.

Поперечная разнотолщинность холоднокатаных полос, прокатываемых на исследуемом стане, удовлетворяет требованиям стандартов СНГ на 100 % длины полосы, за исключением концевых участков (95 %).

Статистическое исследование планшетности прокатанных полос для предлагаемого непрерывного стана показало, что среднее значение

амплитуды дефектов планшетности составляет 2,5- ... 4,7 мм и уменьшается по мере увеличения толщины прокатываемых полос.

Таким образом, применение нового стана холодной прокатки позволяет снизить поперечную разнотолщинность полос.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

В результате выполненных исследований решена актуальная задача по исследованию напряженно-деформированногр состояния заготовки и обоснованию элементов конструкций нового стана, по разработке технологии обработки полос, позволяющих повысить

качество тонких полос.

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

1. Обоснованы рациональные конструктивные размены основных узлов нового прокатного стана, обеспечивающие снижение энергосиловых параметров прокатки и повышение качества тонких полос.

2. Получены количественные данные и установлены основные

зависимости изменения НДС валков и станин стана новой конструкций.

3. Показано, что максимальные значения эффективного напряжения и максимальные деформаций не превышают допустимое значение предела прочности для материала валков и станин.

4. Установлено, что картина распределения суммарных перемещений в трех направлениях согласуется с деформированной формой конструкции валков, а максимальное перемещение

наблюдается в, средней части валков и на шейках валков.

5. Доказано, что распределение запаса прочности по конструкции валков и станин в целом удовлетворяет условию прочности (рассчитанный запас прочности не превышает принятый коэффициент запаса прочности). -

6. Установлено, что величина упругой деформации элементов валков невелика, что свидетельствует о достаточно высокой жесткости узла валков рабочей клети..Это способствует образованию поперечной разнотолщинности и планшетности прокатываемых полос в пределах требуемых допускаемых отклонений.

7. Рассчитаны и успешно апробированы усовершенствованные режимы, холодной прокатки, обеспечивающие -снижение усилия прокатки, расхода энергии при прокатке и повышение точности размеров холоднокатаных полос.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Нугман, Е.З. Непрерывный стан для прокатки полос из сталей и сплавов [Текст] / С.А.Машеков, Ж.А. Ашкеев, Е.З. Нугман // патент № 59430 Опубл. 11.05.2007. бюл. № 3. -2с: ил

2. Нугман, Е.З. Проблемы и перспективы развития прокатных станов [Текст] / С.А. Машеков, Е.З. Нугман, Н.С. Сембаев // Материалы 1У международной научно-практической конференции «Wyksztalcenie I nauka bez granic - 2008», nauka I studia 2008. - Przemysl, 2008. - C. 5 - 9.

3. Нугман, E.3. Прогресс в производстве тонких стальных полос [Текст] / Ж.Ж. Байгунчеков, Б.Н. Абсадыкор, Г.А. Смайлова, Е.З. Нугман // Труды мевдународного форума «Наука и инженерное образование без границ». - Алматы, КазНТУ, 2009. Т. 2.-С. 159-162.

, 4. Нугман, Е.З. Сборник трудов проблемы инновационного развития нефтегазовой индустрии (Сообщение 1) [Текст] / Б.Н. Абсадыков, Е.З. Нугман, Г.А. Смайлова, Л.А. Курмангалиева // Вторая Международная научно-практическая конференция. Прогресс в производстве тонких стальных полос. - Алматы, КБТУ, 2009. Т. 1. - С. 41-47.

5. Нугман, Е.З. Сборник трудов проблемы инновационного развития нефтегазовой индустрии (Сообщение 2) [Текст] / Б.Н. Абсадыков, Е.З. Нугман, Г.А. Смайлова, Л.А. Курмангалиева // Вторая Международная научно-практическая конференция. Прогресс в производстве тонких стальных полос. - Алматы, КБТУ, 2009. Т. 1. - С. 48-53.

6. Нугман, Е.З. Расчет силовых элементов конструкции нового прокатного стана на прочность с применением msc.visualnastran 4d

. [Текст] / Е.З. Нугман // Вестник КазАТК. - Алматы, 2010. № 4. - С. 6773.

7. Нугман, Е.З. Исследование напряженно-деформированного состояния заготовки при прокатке в непрерывном стане тонких полос с применением msc.superforge [Текст] / С.А. Машеков, А.Е. Нуртазаев, Е.З. Нугман // Вестник КазГАСА. - Алматы, 2010. № 2 (36). - С. 115122,;,

8. Нугман, Е.З. Расчет прогиба рабочих и опорных валков клетей нового прокатного стана с применением программы msc.visualnastran 4d [Текст] / С.А. Машеков, А.Е. Нуртазаев, Е.З. Нугман// Научный периодический журнал «Системы Методы Технологии». - Братск, 2010. №4 (8). - С. 114 -125.

9. Нугман, Е.З. Кдоылымы жаца илемдеу орнагында энергиякуштк параметрлерд1 есептеу нэтижелерш талдау [Текст] / Е.З. Нугман, Г.А. Смаилова // Бipiншi хальщаралык гылыми-техникальш, конференциясьшьщ ецбектерг «Бвдекжасау, материалтану жэне машинажасау евд1р1сшщ автоматты жобалауындагы жацалык». -Алматы, К|аз¥ТУ, 2010. - Т.1. 55-57 бет.

10. Нугман, Е.З. Расчет суммарных перемещений валков при прокатке в новом стане с применением программы тзслтБиаказЦап 4с1 [Текст] / Е.З. Нугман // Журнал «Наука и новые технологии». - Бишкек, 2011.№3.-С. 16-21.

И. Нугман, Е.З. Расчет эквивалентных деформаций и напряжений валков при прокатке, в ■ новом стане с применением программы тзс.тащОпагзйап 4<1 [Текст] / е.З. Нугман // Журнал «Наука и новые технологии». - Бишкек, 2011. № 3. - С. 33-39.

12. Нугман, Е.З. Система автоматического регулирования скоростного режима прокатной клети нового стана горячей прокатки тонких полос с обеспечением минимального натяжения в межклетевых промежутках (Сообщение 1) [Текст] / С.А. Машеков, Ш.А. Бекмуханбетова, Е.З. Нугман // Научный журнал «Известия ВУЗов». -Бишкек, 2011. № 3, - С. 32-37.

13. Нугман, Е.З. Система автоматического регулирования скоростного режима прокатной клети нового стана горячей прокатки тонких полос с обеспечением минимального натяжения в межклетевых промежутках (Сообщение 2) [Текст] / С.А. Машеков, Ш.А. Бекмуханбетова, Е.З. Нугман// Научный журнал «Известия ВУЗов». -Бишкек, 2011. № 3, - С. 48-52.

14. Нугман, ЕЗ. Конструкция нового стана прокатки горячей прокатки тонких полос с обеспечением минимального натяжения в межклетевых промежутках [Текст] / С А. Машеков, ША Бекмуханбетова, Е.З. Нугман., Г.Ж.Нуржанова // Научный журнал «Известия ВУЗов». - Бишкек, 2011. № 3, - С. 56-59.

15. Нугман, Е.З. Исследование напряженно-деформированного состояния валков непрерывного стана с применением МвС. УКиАЬЫАЗТ!^ 4Б [Текст] / С.А. Машеков, А.Е. Нуртазаев, Е.З. Нугман// Сборник докладов международной научно-технической конференции «Инновационные технологии обработки металлов давлением». - М., 2011. - С. 193-202.

16. Нугман, ЕЛ. Непрерывный стан для прокатки тонких полос из сталей и сплавов [Текст] / СА Машеков, А.Е. Нуртазаев, Е.З. Нугман, АС. Машекова, Ш.А. Бекмухамбетова, Н.С. Сембаев // патент № 70132 Опубл. 15.09.2011, бюл. №9. -2с: ил.

17. Нугман, Е.З. Расчеты рабочих клетей непрерывного стана новой конструкции на прочность с применением программы «Autodesk inventor» [Текст] / Е.З. Нугман, А.Н. Дауренбекова, А.К. Нугман // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Подготовка кадров для реализации программы развития горнометаллургического комплекса на 2012-2014 годы», посвященной 80 -летнему юбилею видного ученого, государственного деятеля Такежано-ва Саука Темирбаевича. - Алматы: КазНТУ им. К.И.Сатпаева, 2011. - С. 208-215.

РЕЗЮМЕ

Нугман Ерик Зеинеловичтин техникалык илимдер кандидаты илимий даражасына ээ болуу учун, 05.02.08 - «машина куру технологиясы» кесипчилигине тиешелуу «Убелуктуу жабдыктьш жацы конструкция-сынын иштее шарты жаны контрукциялык мунездемесун негиздев» темасында жазылган диссетациясьшын негизги пикири.

Маанилуу сездвр: тензордук чьщалуу, тензордук майышуу, чьщалуу, майышуу, тец маанилуу майышуу, тец маанилуу чьщалуу, стан, убелук, жаюу, тилке, тасбайыр, тестулку, жаздыкча, чынжырлуу бергич, тиштуу бергич.

Диссертадиялык жумунггун нзнлдев аймагы муздак убелукгеенун технологиясы, жацы конструкциянын станы жана муздак убелуктеиген тилкелер болот.

Иштин максаты болуп чьщалып-майышкандагы даярдаманы абалын изилдве жана жацы стандьш контрукциялык мунвздвгучтерун Нешздвв, жука тилкени иштетуунун технологиясын иштеп чыгуу.

Изилдвв ыкмасы чьщалып-майышкандагы абалдын теориясын. колдонууга, убелуктев жараяндарын чектуу-элементуу улгулееге негизделет. Теориялык эсептер учун MSC.SuperForge/visualNastran 4D прогршмалык комплекса колдонулду.

Иште биринчи жолу сандык кврсвткучтвр алынды жана НДСтин взгерушунун негизги кез карандылыгы, убвлуктввдвгу жацы стандьш тасбайырынын негизки элементеринин бекемдик мунездемвсу жана даярдаманьш температурасы тургузулду. Жацы станды колдонуу энергокучтук мунвздемелерун азайтууга жол берээри кврсвтулду. Узатасьшан жана туурасынан кеткен кальщцыктарынын взгвруусунун кез карандылыгы ошондой эле жаны станда такталык калпта тилкени убелуктев аныкталды

РЕЗЮМЕ

диссертации Нугман Ерика Зеинеловича на тему: «Обоснование конструктивных параметров и режимов работы валкового оборудования новой конструкции» на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - «Технология машиностроения»

Тензор напряжений, тензор деформации, напряжение, деформация, эквивалентное деформация, эквивалентное напряжение, стан, валок, прокатка, полоса, клеть, станина, подушка, цепная передача, зубчатая передача.

Объектами исследования диссертационной работы является технология холодной прокатки, стан новой конструкции и холоднокатаные полосы.

Целью работы является исследование напряженно-деформированного состояния заготовки и обоснование конструктивных параметров нового стана, разработка технологии обработки тонких полос.

Методика исследований базируется на использовании теории напряженно-деформированного состояния, конечно-элементном моделировании процессов прокатки. Для теоретического расчета использованы программные комплексы МЗС-ЗирегРо^еЛчвиаДОазиап 40.

В работе епервые получены количественные данные и установлены основные зависимости изменения НДС, прочностных характеристик основных элементов клетей нового стана, а также температуры заготовки при прокатке. Показано что применение нового стана позволяет снизить энергосиловые параметры при прокатке. Выявлены закономерности изменения продольной и поперечной разнотолщинности, а также планшетной формы при прокатке полос на новом стане.

THE SUMMARY

of dissertations Nugman Eric Zeinelovich on a theme "The Rationale for the design parameters and operating modes of the equipment roll-new design" for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.02.08 -"Mechanical Engineering"

Key words: tensor of pressure, tensor of deformations, pressure, deformations, equivalent the deformation, an equivalent pressure, mill, roll, rolling, strip cage, bed, pillow, chain transfer, gear drive.

Ojects of research thesis are cold rolling technology mill and cold-new construction and cold-rolled strip.

The aim is a comprehensive study of the pressure-deformations state of preparation and the structural element of the new mill, technology development of strips process.

The research is based on the theory of the pressure-deformations state, finite-element simulation of rolling processes. For theoretical calculations MSC.SuperForge / visual Nastran 4D program complexes are used.

Scientific novelty of this paper is the first quantitative data and identified the key VAT changes depending on the and the strength characteristics of the main elements of the new mill stands during rolling, as weir as energy-power parameters of the rolling mill and the new finding is a longitudinal patterns of change and cross-gage, as well as tablet form by rolling strips in the new mill.

Подписано к печати 26.01.2012г. Формат бумаги 60х84'/8. Бумага офс. Печать офс. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. г. Бишкек, ул, Сухомлинова, 20. ИЦ "Текшие" КГТУ, т.: 54-29-43 E-mail: beknur@mail.ru