автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка метода автоматизированного расчета и внедрение оптимальных технологических режимов прокатки швеллеров



УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕН ПОЛИТЕХ[йЧЕСШ $ ИНСТИТУТ им.С.И.КИРОВА

На правах рукописи

Фомин Анатолий Валентиневкч

УДК 631.771.251

РАЗРАБОТКА !£2ТОДА АВТОУЛТШИРОВЯШОГО РАСЧЕТА И ВНЕСЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ТИПОЛОГИЧЕСКИХ РЕШОЗ НРСКАТКИ ШВЕЛЛЕРОВ

Специальность 05.I6.C5 - Обработка ио'тпллоз дааясккем

Автореферат диссертации на ссиснаиие учзяоЯ степэни ::адцидата технических туи

Свердловск 1990

Работа ктолкена па кафедре обработки металлов давлением Уральского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института sau С.М.Кирова, г. Свердловск.

Научней руководитель: заслуженной дея.тепь науки и техники PCI'C?, доктор технических наук, профессор CtÄKiOB В.К.

Официальные оппо.ч-нти: доктор технических наук,

профессор ЗУДОЗ Е.Г.;

кандидат технических наук., доцент ДУЕВДСКИЛ е.С.

Ведущее предприятие: Нйкнетг.гсигъсх;:?. металлургический

комбинат имени Б.И.Ленина.

Защита днссер • ацик состоится " " 1220 г.

в ч на заседании слециалпг!г;оЕа1п-;эго согета

К 063.14,02 но присуждение ученой степени каь:дндата технических наук в Уральском политехническом институте пм.С.М.Кнрош по адресу: 620002, г.Свердловск, К-2, УПИ ¡ы.С.М.КироЕа.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Еаа отзыв, окропленный печатью организации, проезд направи по указанному адресу ученому секретарю col-та института, тел. 44-85-74.

Авторе-*ера'- разослан " " ¿ój/ttv? 19Э0 г.

Ученый секретарь специализированного совета, ¿

доктор технических наук, уг^ А.ь.ПОЫВ

профессор -

Б^Г-"' :'1. .' (ЩДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

д.".Я-^Актуальность роботы. Оснащение вычислительной техникой

Отдел ~

щРзсЁдя&ЙеЬс предприятий, н ауч н о -): с с л ед о 2 д.т с л ь с к их и проектных

институтов, а также зузоз выдвигает задачу создания и применения автоматизированных систем проектирования технологических процессов. Решение ухазашой задачи в прокатном производстве к, в частности, при прокатке спеллеров непосредственно связано с создание« на основе теоретических и экспериментальных исследований комплексной научно обоснованной математической модели процесса прокатки, разработкой по этой модели программ» расчетов на ЭВМ и использование ее в автоматизированных системах проектирования оптимальных технологических режимов прокатки швеллеров»

Диссертационная работа выполнялась по тематике целевой комплексной научно-технической программы 0Ц.О27, утвержденной постановлением ГКНТ СССР, Госплана СССР и АН СССР № 474/150/132 от 12.12.80 г. (задание 05.33).

Цель работы. Разработка научно обоснованной математической модели процесса прокатки швеллеров и использование ее в автоматизированных расчетах при совераенствовакии действующих и проектировании новых оптимальных технологические ре-тимов прокатки пвеллеров.

Научная новизна. Разработана математическая модель процесса прокатки швеллеров, позволившая Еперв^е учесть вахнейзие особенности прокатки в прямополочнкх калибрах с изогнутой стенкой: разновременность захвата элементов профиля, выпуск калибра, стесненное уширение и др. Установлены закономерности изменения технологических характеристик от всего комплекса безразмерных параметров, однозначно характеризующих форму и размеры очага деформации. Показано, что существуют оптимальные значения выпусков дейстБИ-

3

тельных фланцев, при которых достигаются минимальные усилия прокатки и наименьший расход энергии и Еалков.

Практическая ценность и реализация работы. Разработай алгоритм и программа расчета на ЭЕМ калибровок валков и технологических режимов при прокатке швеллеров. Программа внедрена в вычислительной центре Западно-Сибирского металлургического комбината (ЗСЫК) и используется в Уральском политехническом институте при обучении студентов специальности IL03 - Обработка металлов давлением. Разработашая программа и предложенная методика оптимизации применены для совершенствования ренетов прокатки швеллеров на стане 450 ЗСЫК за счет использования заготовок увеличенного сечения, для определения оптимального по быстродействии режима прокатки швеллера № 12 на стане 600 Салдинского металлургического завода (CJ¿3) и при проектировании оптимальной по расходу электроэнергии калибровки валков при прокатке швеллера № 6,5 на стане 320/150 завода "Амурсталь". Фактический экономический эффект от внедрения оптимального рехшма прокатки швеллера р 12 на стане 600 СЫЗ составил 20,7 тыс.руб., долевой эффект авторе. - 10,35 тыс.руб. Оаадаешй экономический эффект от применения заготовок увеличенного сечения на станс 450 ЗСМК составит 97,1 тыс.руб.', долезой эффект atvopa 30,4 тыс.руб.

Апробацид работы. По основным разделам работы сделаны доклады на всесоюзной.научно-технической конференции "Математическое кодели^оиакие технологических процессов обработки металлов", Пермь, 1987 г.; на 1У Всесоизной научно-технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства", Днепропетровск, 1983 г.? на Всесоюзной научно-технической конфереидеи "Новые технологические процессы прокатки как средство интенсификации производства и повышения качества продукции", Челябинск, 1989 г.

4

Публикации. По материалам работы имеется 8 публикаций.

Объем работы. Диссертация состоит из введения. 4 глав, заключения, списка литературы из 90 наименований, 8 приложений к содержит 120 страниц основного гдоинописного текста, 42 ри- • сушеа и 8 таблиц»

СОДЕРЖАЩЕ РАБОМ I. Состояние вопроса и задает исследования

Исследовании процесса прокатки в ивеллеркьа- калибрах по-свящеш работа Б.П.Бахтиноза, М.М.Штернова, А.П.Чекмарвва, Е.З.Дио1ицоиа, Н.Р-. ЛитоЕчеияо, Д.И.Старченко, И.И.Кучхо, З.З.Мэ-рекина, Ü.H.TajHoccKoro, Б.М.КлтжоЕича, А.Н.Скороходом, В.Т.На-дапа, И.М.Кочетова, Н.П.Скрябина и других ученых.

СумеетБутане метода расчета формоизменения и онергссило-вых параметре-, в некоторых случзях даят большие погркпкости, так как не учитывают действительную форму очага деформации, либо учитывают ее весьма приближенно. Применяемые на практике эмпирические и полуэмпирические истоды расчета калибровок валков при прокатке швеллеров не всегда могут быть применены для автоматизирование расчетов на 3BÜ из-за недостаточно полного математического списания.

Применение ЭВМ при расчетах калибровок валков создало возможности для автоматизации проектирования оптимальнее технологических процессов прокатки швеллеров, однако эти возможности до настоящего Бремени в полной мере не используется звиду отсутстгия достаточно полной ыатематичзехой модели прокатки.

3 результате аналитического обзора сформулированы следующие задачи диссертационной работы:

- разработать геометрическую модель очага деформации, учитызаэ-яуя действительную) форму ездазаемой полоса и калибра при

5 .

прокатке швеллеров, построить кинематически возможное поле скоростей,. определить составлявшие вариационного уравнения принципа минимума полной мощности и решить его численны:.: методом ш ОБЫ;

- получить по результатам численного резения аппроксимирующие формулы для расчета характеристик формоизменения и знергоси-яошх параметров при прокатке швеллеров;

- для проверки адекватности полученных фор-гул провести комплексные экспериментально исследования процесса прокатки ивелле-ров в реальном диапазоне изменения условия прокатки;

- выполнить статистические исследования действующ»; калибровок валков при прокатке швеллеров и на их основе получить уравнения регрессии, вираяакцие закономерности изменения по проходам коэффициентов деформации металла и других параметров калибровки;

- на осноье теоретических, экспериментальных и статистических исследований разработать научно обоснованнур методику проектирование калибровки валков и реализовать ее в воде программы расчетов не- ЭВМ;

- применить полученнуь методику и программу расчетов на ЭВМ для совершенствования действующих и проектирования новых технологических резошов прокатки швеллеров на линейных, последователь них и непрерывных станах, а также при обучении в вузах студентов по специальности "Обработка металлов давлением".

2. Теоретическое исследование процесса прокатки швеллеров Для постановки и решения задачи по определению парг-летров процесса прокатки использовалась методика теоретического исследования, разработанная в Уральской политехническом институте и основанная на применении вариационного принципа минимума полной модности. 5

При построения геометрической модели очага деформации учтены основные особенности прокатки з пвелдсрных калибрах (рисунок). Заготовка а форме пвеллера с изогнутой шейкой и пряг-^ши фланцами, имеющими у ¡слон по наружным и внутренним граня»«, задается а швеллерный калибр с таким же уклоном (выпуском) фланцев. При входе полосы в калибр вначале происходит отгибание действительных и ложных фланцев, боковое обнатие их, а затем деформация всего профиля. Принято допущение, что деформируемый металл обладает свойстьгми жестко-пластическсй среды.

Длл однозначного описания форш и размеров очага деформации при лрскатко металла в швеллерном калибре с изогнутой вейкой и прямы?« полками Еыбраш семнадцать безразмерных параметров (рксунс.'. ): приведенный диаметр валков А "(В0"с1)/({ ; приведенная, ширина шейки ?и"?у/(1 • приведенная высота действительного фланца кф-К^/с! ; приведенная толщина действительного фланца у вершин 5. - &/А ; приведенная толщина действительного фланца у основания 6Г6/А ; вьтуск действительного фланца ; приведенные размеры ложных фланцев ¡1Л - ЬА /с! ,

ЬА* М , аА-й./с1 ; коэффедиент обгатия шейки 4/п -¿М ;

1 ' ** коэффициенты обратил действительного ( , ^^»й'/й.. )

и .южного ( , /о* , фланцев;

коэффициент стесненного упирегая »гЯки * » относи-

тельное приращение действительного фланца - г ^ -! 3 (Ь?-1г7)/а , являющееся варьируемым (искомым) параметром;

С использованием безразмерных параметров составлены уравнения поверхностей Еалкоз , ксн , ¡1л£ , , , Ь.^ • Например, на участке шейки профиля

на участке фланцев профиля

ï

Схема очага деформации при прокатке в стсдлерном калибре

0,5 X2

е t /• ^гпг'^ где о„- ои /с!3 ^ ^ сирина горизонтальной проекции зе^ки;

& = ^ ^ ^ - прогиб сейхи; '

~ приведен*1^ рад:г,-с развертывания пзйки; 5.-Х/сI - координата по оси X ; у 5- координата по оси . Било принято допущение о тем, что з процессе деформации контур назуккэс к внутренних Йокоеых граней полосы перемещается по мер: улиренил металла пг-ргллс-льно своему лоло.тенкя, достигнутому после отгибания действнтзль:«« и лозных флакцев. Исходя из этого, были получены безразмерна выражения для поверхностей отогнутых наружных и внутренних граней фланцев полосы; например, для наружной поверхности отогнутого действительного фланца

"С *(> (3)

где й - котангенс угла наклона отогнутой паружкой грая действительного фланца.

Уравнение для определения текгтцэй г-.;ркну пейгк получили путей аппрохеюоцик действительного бегового контура полосы э очаге деформации

где ?с - /А - пр.'-воде.ч.чая дтаяа очага деформации по шейке; хс - абсцисса точка соприкосновения полосы с бохозой стенкой калибра.

Для описания кривых изменения шеоты действительного и ложного фланцев получены сл едущие уравнения:

9

г*

где и ^ - соответственно приведенная длина очага деформации на участках действительного к ложного фланцев.

■ Уравнения остальных характерных линий, ограничивающих очаг деформации, были получены в результате совместного реиения уравнений поверхностей валка с соответети поверхностями полосы. Такое образом, при постановке задачи впервые учтены выпуски калибров, уширение шейки с учетом его стеснения, разновременность захшта фланцев и шейки полосы, вследствие чего длина очага деформации по этим элементам профиля различна. Очаг деформации описан с точность» до одного неизвестного параметра е^ .

При решении задачи вссь очаг деформации разбивали на 14 характерных зон, из которых 7 являлись подконтактными. В калдэй зоне было построено непрерывное кике;лат»1чески возможное пае скоростей течения металла с учетом гипотезы плоских сечений -VяРя>йЗС вертикалей - ^^(х,^) и гипотезы о линейной зависимости вертикальной составлтоп;ей скорости от аппликаты I ""ё ' ^шеи£тически возможное поле скоростей опре-

делено с точностью до 2 неизвестных параметров: относительного ушкрения действительного фланца е^ и коэффициента опережения ^ = V, /Ц^* . где - скорость полосы в сечении выхода ме-

талла ;:з валков, - окружная скорость валка по шейке про-

филя.

При формировании граничных условий принято допущение, что на всей контактной поверхности происходит скольжение металла относительно валков. При этом среднее напряжение трения Х^

10

составляет доли от предела текучести металла на сдвиг: ^тр'^^з» где - показатель трения, зависящий от температуры металла, шероховатости валков и соотношения параметров очага деформации. Уравнение нейтральной линии, разделяющей контактную поверхность на зоны отставания и опережения, аппроксимировали ломаной линией, причем рассматривали три варианта расположения нейтральной линии на участках шейки и фланцев полосы.

В соответствии с общей методикой для определения неизвестных параметров и использовали систему уравнений, включающую уравнение баланса мощностей

N*M*Ncp-Ww-Hw-0 (б)

и вариационное уравнение принципа минимума полной мощности

«(Ни*Мер-N„-NwV0 , (7)

где N|H - мощность внутренних сил, НСр- мощность сил среза, - мощность напряжений трения ка скоростях скольжения, - подводимая валками мощность. Составляющие полной мощности определяются по известной методике УПИ.

Для решения системы уравнений (б)-(7) численным методом был разработан специальный алгоритм и программа расчетов на ЭВМ, позволяющие по заданным безразмерным параметрам определить варьируемые параметры и затем рассчитать коэффициент вытяжки, коэффициент напряженного состояния, крутящий момент деформации и другие технологические характеристики.

Программа написана на языке Ф0£ТРАН-1У и реализовала в операционной системе ОС ЕС ЭВМ, а также адаптирована для персональной ЭЗУ типа IEM PC/AT. Время расчетов при одном сочетании безразмерных параметров составляет примерно 60 мин.

В результате расчетов на ЭВМ впервые установлены закономерности изменения коэффициента приращения действительных фланцев

II

, коэффициента напряженного состояния Пс и коэффициента мощности прокатки И от всего комплекса независимых безразмерных параметров. Выявлено, что имеется оптимальные значения выпусков действительных фланцев, при которых обеспечиваются минимально возможные значения усилия прокатки. Указанные значения выпусков фланцев находятся в пределах 25 — 40*.

В результате обработки расчетных данных на ЭВУ получены аппроксимирующие форцулы для определения:

- коэффициента ус прения (пркрааения) действительного фланца

У (|) ^ :.(б)

- крутящего момента прокатки

«^=0,2®» 6 <1 , (9)

где

- контактного давления и усилия прокатки

р «М5бпв , , (И)

где коэффи^знт напряженного состояния

5 - сопротивление деформации, определяемое по методу термо-механипееккх коэффициентов.

3. Экспериментальные исследования Для проверки точности полученных аппроксимирующих формул проведено комплексное экспериментальное исследование в пироком диапазоне изменения условий прокатки швеллеров на средне? крупносортных и рельсобал очных станах.

В результате анализа 20 действующих заводских калибровок валков при прокатке пвеллероэ от № 5 до !? 40 был установлен реальный диапазон изменения безразмерных параметров и составпе-на матрица полного факторного эксперимента при изменении каждого из параметров на 3 уровнях. Для реальных сочетаний параметров были изготовлены валки и проведены опыты на лабораторных станах 200 и 130 по определению приращения действительных фланцев, усилий, крутящих моментов прокатки и контактной площади очага деформации. По результатам опытов получены аналитические формулы для определения контактной площади очага деформации со стороны действительного и ложного фланцев в безразмерном виде:

- приведенные значения контактной площади со стороны нижнего и верхнего валков соответственно;

. 1Г, , Р. . С.. . - приведенные длины очага дефор-

с /7 л/ — I

мации по основным элементам профиля ( = «•/«. );

ординаты характерных точек на кривых пересечения поверхностей полосы и валков в очаге деформации ( >- = 1,2,3,... ,9). ¿срыулы для определения длин очага деформации, а тагае ординат характерных точек получены из геометрических соотношений в очаге деформации и имеют следующий вид:

?с -\1о,5А('УО ,_ (I»

г л/л .

кг 'V +-- ) , (17)

^ »д/ 2(0,5^84^X^-0,5 -1у«1Ч>„), (1В)

"V2 (-8 * к.« -8 -0.5) , СИ) -Ь ^Ь'^м) , (20)

у, * 1„ ♦ 0,5ь1а1рм ♦ , ^ = * (.

Здесь и - половика горизонтальной проекции ширины

шейки полосы до и после прохода,

»/ р/ ^11гУрц ? -р

г г*« » Ь* " " »

Ь к - приведенная высота действительных и ложных

фланцев после юс отгибания.

о г 24-ц , • Ь

В диссертации приводится анализ экспериментальных зависимостей в,' , Р , М , ^ . РЛ от безразмерных параметров.

Опытные данные использованы для экспериментальной проверки полученных формул и формул других авторов. В результате установлено, что формулы (9) и (II) обладают более высокой точностью

14

по сравнению с известными формулами для расчета формоизменения и энергосиловых параметров, '.г;о позволяет рекомендовать их для использования в автоматизированных системах и при инженерных расчетах калибровок валков и технологических режимов прокатки швеллеров.

4. Методика проектирования оптимальных калибровок валков и технологических режимов прокатки пгс-ллероз и се практическое использование

Полученные аппроксимирующие формулы позволяют рассчитывать формоизменение и энергосиловые параметры для отдельных калибров, в то время как для расчета калибровки валков в целом необходимо определить суммарное коэффициенты деформации ,

' ^1«. и зак0Н0меРН0С,ги распределения их по проходам. Поэтому для создания полной математической модели расчета калибровки швеллеров было проведено статистическое исследование 28 заводских калибровок, позволившее обобщить накопленный опыт калибровки швеллеров и разработать методику проектирования калибровок валков, пригодную для автоматизированных расчетов. В результате корреляционно-регрессионного анализа производственных данпых получены формулы для определегля суммарных частных коэффициентов деформации металла по элементам профиля:

^: одеьА.Ч.МПад-ОИММ-^ ) (21)

% « 0,275 % 0,574 Пки-0,Щ , (22)

ЧаЧ*'''Р-Г0."!'^♦0.01б(,'^-01<52(,^0/25Г1К1;С1о«А/0153 , (23) ■ 0,ОаМкц-01005М^-0050'.ГЗл,^,64 ^ ,11 , (24)

4,1^-0,15 0,0125^-0,051 , (25)

¥¡t " \+o,J^V0'0077f|tkf 0,211 Я6)

ыг

где К - номер швеллера; - номер швеллерного калибра

против хода прокатки; Пкы - число швеллерных калибров по калибровке; кл - приведенный диаметр валков в чистовой клети. Кроме того, для развернутых калибров получены уравнения для определения радиуса и высоты развертывания фланцоз и других параметров. Всего предложено 19 уравнений регрессии, значимость которых проверена по критериям Зишера и Стьюдента. На основе полученных теоретических формул (tí) - (12) и статистических зависимостей разработана математическая модель и алгоритм расчета калибровок валков душ прокатки швеллеров, который был реализован в виде программы "Швеллер". Программа записана в вычислительном центре- 3CI.K, в Уральском политехническом институте, а также в региональном центре АСУП АП1/.0 "Урглчерыет". Программа "Швеллер" бы-.-п применена для оптимизации технологических рехимов прокатки швеллеров. При этом в качестве целевых функций использовались критерии производительности

Тт -=•' rain- , va — niax , (27)

максимальное сечение исходной заготовки

(i)0 — max , (28)

затраты энергии и расход валков, необходимые для производства единицы продукции,

Qj— mia , Б&—núa . (29)

Здесь Тт - такт прокатки; V^ - конечная скорость прокатки;

C¡0 - сечение исходной заготовки; Qs - удельный расход электроэнергии; Е>» - удельный расход валков.

С целью получения аналитической зависимости для определения Bj проводили специальное статистическое исследование износостойкости 261 комплекта стальных и чугунных валков при прокатке швеллеров. Материал валкоз характеризовали коэффициентом ^ , принимающим значенияI,I для полутвердых чугунных вал-

kod сер::и СПХК, 1,0-для отбеленных чугук-ioc годков cop:i:i СП и 1,25-для стальных валков. 3 результате пслу^:-;;; уравнение регрессии для расхода валков:

Ье 118,4ЩС'/г) - 5,63N " !,!ЗА + ад0,03S[■ J-1 0,0В1Г Д*

* U5 h* /igt г3,54 % - 29,9 , (30)

где t - температура металла, Uf - окружная скорость зраго-н/.я валков. Абсолютное значзкке удельного расхода валков в каждой клети стана ГЛ. i0 , где П. - масса одного комплекта ьалков, кг. Общий расход валков прокатного стана ложно определить суммирован:*.-.-.! расхода валкоз ? каудоЗ клети: ßg = 51 С>т; ,

J-1

д = 1,2,..., Пк- номер рабочей клети. Усгановл-.-но, ■•то cysßctry-ет сятималько-з значение выпуска калибра < яри котором

достигается минимум расхода валков.

В качестве ограничений при оптимизации использованы следуйте ограничения:

сСЧсО, ^Фи ,

% &, Hnpi!V , ^ , (31)

где сС и - фактический и допустимый углы захвата; ,

МГ1р - усилие и крутящий момент прокатки; f^cn и М.оп - допустимо значения усилия и крутящего момента прокатки по условиям прочности оборудования; Кгс, - коэффициент загрузки электродвигателя привода рабочей клети; , - соответственно минимально и максимально допустимые скорости вращения вг.лкоз по Паспортным данным стана.

Для поиска •¡.;к1.-:!мума целевых функций использовали ме"од упорядоченного перебора.

Программа "Швеллер" и изложенная выше методика оптимизации были применены-для совершенствования действующих и проектирования новых технологических режимов прокатки на прокатных станах ЗСМК, СЫЗ и завода "Амурсталь". ^

На первом в отечественной практике непрерывно:-! срод;;есорт-ном стане 450 швеллеры 10 и № 12 прокатывал;: из заготовки сечением 150x150 мм, а швеллер № 16 - из заготовки сечением 150л200мм. Анализ энергосиловой загрузки на ЭВМ показал, что энсргосиловыо ресурсы стана используются неполностьп. Поэтому была пройдена оптимизация технологического процесса прокатки указанных швеллеров с целью упеличе1ия сечения исходной заготовки по критерию

0)0 . В результате установлено, что максимально иозможал сечением для швеллеров № 10 и " 12 является прямоугольник 150x200 мм, для швеллера ,7 16 - кврдрат 200x200 га. Режимы прокатки из заготовок увеличенного сечения -'или реализованы на стане 450 для швеллера У- 10 и приняты для внедрения для швеллеров )? 12 и № 16. Сскздасыый экономический эффект составит 97,1 тыс.руб., а долевой • эффект аьтора - 30,4 тыс.руб..

Оптимизация ре.кжа прокатки швеллера !' 12 на лннеЛном стане 600 СМЗ, состоящем из 4 рабочих клетей с общим приводом, проводом с целью повышен;!л производительности стана за счет ужесточения перекрытий проходов и уменьшения такта прокатки 1т . В результате был установлен оптимальный по быстродействии реяим перекрытий, позволяющий на 7 с сократить такт прокатки. Рассчитанный оптимальный режим прокатки был успешно внедрен в 1969 г. При этом фактическая среднечасовая производительность стака зозросла на 7,2%. Фактический экономический эффект составил 20,7 тыс.руб., а долевой эф^кт автора - 10,35 тыс.руб.

С применением программы "Швеллер" рассчитана калибровка валков для прокатки швеллера I* 6,5 на стане ЗЛ0/150 завода "Амур-сталь" с оптимизацией по двум критериям: минимально возможному расходу электроэнергии ( пин ) к максимально возможной производительности стана ( и'ц-^ТЮХ ). На первом этапе удовлетворяли критерии , используя з качестве управления выпуск калибра.

18

На ¿¡тором зтало для рассчитанной калибровки путем моделирования скоростного режима прокатки при ззда1шсм формоизменении определяли максимально возможную коночную скорость прокатки 1Га , допустимую по условиям ограничен;:.*} (31), и тем самым удовлетворяли'критерия получения максимально возможной производительности стана. Максимально возможная конечная скорость прокатки составила 12 м/с по сравнении с проектной 8 м/с. Для анализа рассчитанной калибровки езлк.ов по критерию <3Э проведено ее сравнение с калибровкой иьеллера .V 6,5 па аналогичном станс 320/150 Белорусского металлургического завода. Показано, что прим знание олтимзльгелс ¿илускоз действительных .фланцев обеспечит снижение онергосплопк параметров прокатки и позволит на 15* сократить суммар^й расход электроэнергии. Рассчитанная оптимальна:: калибровка валков принята для внедрения. Опытная прокатка помечена на конец 1990 г.

основные вывода

1. Задачи повышения эффективности производства и качества проката, в частности, фланцевых профилей предъявляют повитагпнке требования к точности методов расчета параметров формоизменения и эноргссилоЕьк затрат, что требует создания научно обосновашси математических моделей и разработки на :сс основе прогрела акто-матизированных расчетов калибровки валков и технологических режимов прокатки.

2. Выполнено теоретическое исследование процесса прокатки швеллеров с применением вариационного принципа минимума полиса мощности и численных методов расчета на ЭВМ. При отсм впервые учтены важнейшие особенности процесса деформации швеллеров: разновременность захвата палками различных элементов профиля, влияние выпуска действительных фланцев и степени стеснения упи-рения шейки боковыми граням!! калибра. Установлены закономерности

19

изменения коэффициента приращения действительного фланца, усилия и крутящего цемента прокатки в зависимости от всего комплекса параметров, характеризующих условия деформации металла в швеллерных калибрах с изогнутой шейкой и прямыми фланцами. Показано, что существуют оптимальные значения выпусков действительных фланцев, при которых достигаются минимальные усилия прокатки. Получены аппроксимирующие формулы, выражающие установленные закономерности и позволяющие рассчитывать формоизменение и энергосиловые параметры при проектировании калибровок валков.

3. Получены экспериментальные данше по формоизменения и энергосиловым параметра:,! при прокатке шр.еллеров в реальном диапазоне изменения условий деформации. По этим данньгм проведена просэрка достоверности полученных аппроксимирующих формул. Установлено, что формулы обладают брлее высокой точность» по сравнению с известными формулами других авторов, что позволяет рекомендовать их для расчетов калибровок валков и технологических режимов прокатки швеллеров.

4. Проведен статистический анализ на ЭЗМ действующих калибровок валков и технологических режимов прокатки швеллеров, в результате которого получены уравнения регрессии, выражающие закономерности изменения по проходам коэффициентов деформации элементов профиля и являющиеся обобщением опыта калибровок валков отечественных станов. По этим уравнениям построены номограммы, удобные для инженерных расчетов.

5. С применением полученных аппроксимирующих формул и уравнений регрессии разработан алгоритм расчета калибровок валков и технологических режимов прокатки швеллеров, пригодный как для автоматизированных, так и для "ручных" методов проектирования. По этому алгоритму составлена программа "Швеллер", реализованная на

20

ЭЗМ серии ЕС и адаптированная для персональных ЭВМ типа IBM PC/AT. Программа внедрена в вычислительном центре ЗСМК на ЭВМ EC-I045 и используется в Уральском политехническом институте при обучении студентов специальности IL08 - Обработка металлов давлением.

6. Предложена методика оптимизации калибровок Еалков и технологических рекимоз прокатки швеллеров с использованием в качестве целевых функций критериев быстродействия прокатного стана (производительность, скорость прокатки), максимального сечения исходной заготовки и экономии материально-энергетических ресурсов (расход электроэнергии, валков). Для получения зависимости расхода валков от технологических параметров прокатки проведено статистическое исследование расхода валков при прокатке ивеллероЕ на непрерывном среднесортном стане 450 ЗСМК. Для поиска оптимального решения применен метод целенаправленного перебора.

7. Программа "Швеллер" и предложенная методика оптимизации Применены для совершенствования режимов прокатки шьеллсров " 10, !? 12, 16 на стане 450 ЗСКК за счет использования заготовок увеличенного сечения, для определения оптимального по быстродействию режима прокатки швеллера !? 12 на стане 600 СМЗ и при проектировании оптимального по расходу электроэнергии калибровки валков для прокатки швеллера !' 6,5 на стане 320/150 завода "Амурсталь".

Фактический долевой экономический эффект от внедрения оптимального режима прокатки швеллера !/ 12 на стане 600 C!.D составил 10,35 тыс.руб. Ожидаемый долевой экономический эффект от применения заготовки увеличенного сечения на стане 450 ЗСМК составит 30,4 тыс.руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I. Шилов В.А., Фомин A.B., Бенько И.5. Статистическое исследова-

21

ние расхода валков при прокатке швеллеров // Кзв.вузов. Черная металлургия. 1984. U 8. С.74-79.

2. Статистический анализ и разработка математической модели калибровки швеллеров / В.Л.Шилов, В.К.Смирнов, Л.В.Фомин, И.Ф.Бзнько//Изв. вузов. Ч- рная металлургия. 1980. № б.

3. Нетодкса расчета формоизменения металла при прокатке швеллеров / А.В.Фомин, В.А.Шилов, В.К.Смирнов, И.Ф.Бенько // Обработка металлов давлением: Межвузовский сборник. Свердловск, 1936. С.93-98.

4. Оптимизация технологического режима прокатки швеллера " 12 на стане 600 СМЗ / В.А.Шилов, А.В.Фомин, Н.В.Телешов и др.// Сталь. 1990. !?• 4. С. 46-47.

5. Беспалов В.К., Коломников С.Г., Фомин A.B. Разработка и освоение технологии прокатки сортовсй стали из заготовок увеличенного сечения на непрерывных станах ЗСМК // Новые технологические процессы прокатки как средство интенсификации производства и повышения качества продукции: Тез.докл.Все-совзной научно-технической конференции. Челябинск, 1989. C.I38-I39.

6. Моделирование на ЭВМ и интенсификация технологических режимов прокатки фасонных профилей на линейных станах заводов Уралчермета / С.Е.Меркурьев, А.М.Михайленко, Н.В.Телеиов, А.В.Фомин // Новые технологические процессы прокатки как средство интенсификации производства и повышения качества продукции: Тез.докл.Всесоюзной научно-технической конференции. Челябинск, 1989. С. 180-I.8I.

7. Сиделышков С.Б., Фомин A.B. Исследование процесса прокатки двутавров и шзеллеров с применением вариационных методов //

Теоретические проблему прокатного производства: Тез.докл. 1У Всесоюзно;! научно-тсхническсЛ конференции. Днепропетровск, 1533. С.142-143. 8. Фомин Л.Б., Беспалов З.Н., Нсхоропев А.Н. Комплекс прогр.?.:ет для расчета калибровок валков грк прокатке фланце иве профи-

сов обработки металлов чзехой конференции.

одслироьанио технологически:-: проце 'Тез. дскл. Всесоаз V, 1287. C.25-2G

Тез.дскл.Всесоюзной научно-тзхни-

/ '.'V-hJ

Полгсс.тлс з печать St.W.'M НС 2C-U6 Copra? GCxat 1/ifi Fi.y.vara писчая Плоска печать Усл.п.л. [,.19

Уч.-изд.л. I,C5 - Тирах ICO Заказ Б05 Яосплагно '

Гедяг:1-к:нио^издатольски;1 отдел УШ1 им.С.К.Кироца G2LC02, Ст;ердлоБСК, УН".', 8-й учебний корпус 1-отапрпнг Л Г/1. 62GCC2, Свердловск, УП;1, G-!i учебний корпус