автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование систем калибров на основе структурно-матричного подхода для снижения неравномерности формоизменения при сортовой прокатке

Введение.

1. Состояние моделирования калибровки валков сортовых станов

1.1. Анализ существующих способов моделирования калибровки валков.

1.2. Существующие методы оценки неравномерности формоизменения в моделях калибровки валков.

1.3. Цели и задачи исследования.

2. Совершенствование структурно-матричного подхода для моделирования формоизменения металла в калибрах

2.1. Построение модели формоизменения металла в калибрах.

2.2. Моделирование формоизменения металла в калибрах.

2.3. Определение геометрических и кинематических параметров формоизменения.

2.4. Структура формоизменения в соответствии с разработанной моделью.

2.5. Выводы по второй главе.

3. Моделирование закономерностей формоизменения металла в калибрах простой формы

3.1. Определение неравномерности формоизменения металла в калибрах.

3.2. Совершенствование показателей неравномерности формоизменения.

3.3. Интегральные показатели неравномерности формоизменения.

3.4. Методика построения контуров в двух и четырехвалковых калибрах.

3.5. Выводы по третьей главе.

На Южном Урале расположены крупные металлургические предприятия, продукция которых включает в себя широкий сортамент сортового проката. В условиях рыночных отношений необходимо поддерживать высокий уровень производства, хотя для многих металлургических предприятий характерны устаревшее оборудование и технологии. Тем не менее, сохраняется устойчивая потребность России во всех видах сортовой металлопродукции.

Для быстрого реагирования предприятий на удовлетворение покупательского спроса и быстрой перенастройки прокатного стана с профиля на профиль актуальной задачей является создание инструмента, с помощью которого можно совершенствовать калибровку валков, и оперативно в условиях производства прорабатывать различные технологические схемы получения сортового проката и выбирать из них наиболее рациональные.

Для решения задачи целенаправленной коррекции контура калибров, вплоть до полного изменения их формы с целью достижения плавного формоизменения, необходим сквозной анализ действующей калибровки, исходя из целесообразности применения той или иной системы, которую можно оценить по степени неравномерности обжатия по ширине калибра.

По нашему мнению, для экспериментального промышленного подтверждения достоверности разработанных методик и моделей наиболее показательна технологическая схема прокатки сталемедной катанки (стальной сердечник, плакированный медной оболочкой), которая в процессе деформации реагирует на любые изменения неравномерности формоизменения.

Таким образом, в данной работе сделана попытка создания методики совершенствования калибровки валков, которую можно эффективно использовать на металлургических предприятиях.

5.3. Выводы по пятой главе

1. Предложена методика анализа размеров сталемедной катанки для определения разнотолщинности плакирующей оболочки и проведено сравнение точности прокатки действующей и предлагаемой схемы калибровки.

2. Проведенный анализ показал, что колебания сердечника, наружного диаметра, толщины оболочки сталемедной катанки в 5-м, 7-м и 9-м проходах подчиняются нормальному закону распределения.

3. Показано что с уменьшением неравномерности формоизменения происходит повышение точности прокатки сталемедной катанки на стане «320» для предлагаемой калибровки предчистовых калибров круг - овал -круг.

Заключение

В результате проведения данной работы была достигнута цель, путем решения поставленных задач.

Для решения поставленных задач, была разработана математическая модель формоизменения металла в калибрах. В этой модели формоизменение рассматривается как движение векторного пространства, с использованием уравнения движения контура поперечного сечения раската, представленное в виде блочной диагональной матрицы преобразования исходного профиля в конечный профиль. Это позволило классифицировать формоизменения по видам движения, которое обобщает преобразования одного сечения в другое.

Классификация формоизменения позволила провести анализ калибров с помощью выделения неравномерного движения, которое определяет многообразие схем калибров. В соответствии с классификацией были предложены критерии, которые показывают насколько соответствующее движение контура отличается от равномерного.

Полученные критерии оценки неравномерности формоизменения металла в калибрах позволили разработать методику сравнительного анализа неравномерности формоизменения для различных n-валковых систем и находить системы, в которых происходит наиболее равномерная деформация.

На основе предложенных критериев была разработана методика целенаправленного изменения и построения новых схем калибровок с возможной комбинацией различных типов калибров, позволяющая снизить неравномерную составляющую движения контура поперечного сечения раската. На основе этой методики, на ЭВМ, была разработана система проектирования различных типов калибров для прокатки в них профилей простой формы.

С помощью разработанной математической модели, был проведен анализ калибров стана «320» ОАО «МММЗ» и найдены калибры, которые не обеспечивают равномерное формоизменение в технологической линии прокатки сталемедной катанки.

144

Вместо систем калибров обеспечивающих неравномерное формоизменение, с помощью модели, предложены и рассчитаны контуры калибров, которые уменьшают неравномерную составляющую формоизменения сталемедной катанки.

Для проверки методики совершенствования формоизменения металла в калибрах, было проведено экспериментальное сравнение точности прокатки действующей и предлагаемой схемы прокатки сталемедной катанки.

Результат эксперимента показал, что разработанная методика позволяет целенаправленно уменьшать неравномерность формоизменения сталемедной катанки при деформации ее в калибрах. В результате целенаправленного воздействия на схему калибровки, происходит повышение точности прокатки сталемедной катанки на стане «320» для предлагаемой схемы предчистовых калибров круг - овал - круг.

1. Соловьев А.В. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса прокатки в 4-х валковых калибрах с гладкой бочкой. Дис. канд. техн. наук. - Челябинск, 1971. - 163 с.

2. Выдрин В.Н., Барков Л.А., Соловьев А.В., Брышко П.А. Площадь контакта при сортовой прокатке в калибрах с четырьмя валками//Теория и технология прокатки. 1970. - Ч.З. Вып. 67. С.60-66

3. Коковихин Ю.И., Несмеев Ю.А. Расчет четырехвалковой системы круг-квадрат//Изв.вузов.Черная металлургия. 1973. - N°5. - С.68-72

4. Коковихин Ю.И., Поляков М.Г., Несмеев Ю.А. Расчет геометрии четырехвалковых калибров//Учебное пособие. Магнитогорск, 1975,- 88 с.

5. Выдрин В.Н., Сердега Ю.П. Момент и мощность при прокатке в многовалковых калибрах. В кн.: Теория и технология прокатки. Вып. 76, Челябинск, 1971, с.80-85.

6. Выдрин В.Н., Барков Л.А., Шеркунов В.Г. Исследование прокатки круглых профилей в многовалковых калибрах//Теория и технология прокатки. Вып. 102, Челябинск, 1972, с. 138 146.

7. Чекмарев А.П., Борисенко Т.П., Горбанев А.А. Уширение при прокатке металла в 3-х валковых калибрах//Изв. вузов. Черная металлургия, 1972, № 11, С.80 83

8. Бояршинов М.И., Поляков М.Г., Пацекин П.П. Применение многовалковых калибров при обработке металлов давлением//Обработка металлов давлением. Свердловск. Металлургиздат, 1962, С.5-21.

9. Поляков М.Г. Деформация металла в многовалковых калибрах. -Дис. на соиск. учен. степ, д-ра техн. наук Магнитогорск, 1970. - 248 с.

10. Соловьев А.В., Выдрин В.Н., Барков Л.А. Закономерности изменения вытяжки вдоль очага деформации при прокатке в 4-х валковыхкалибрах//Теория и технология прокатки. Ч.З, вып. 67. Магнитогорск, 1970, С. 76-84.

11. Выдрин В.Н., Барков Л.А., Соловьев А.В. Геометрия прокатки в многовалковых калибрах.//Изв. Вузов. Черная металлургия, 1970, №б, С. 87-94.

12. Площади контакта в трехвалковых калибрах / Барков Л. А., Соловьев А. В., Горячев Е. А. и др. В кн.: Теория и технология прокатки. Вып. 76, Челябинск, 1971, с. 97-99.

13. Методика расчета площади контакта металла с валками при горячей калибровке круглой стали в блоке трехвалковых клетей / Гладков Г.А., Сергеев С.Т., Калинович С.В., Зайков М.А.- В кн.: Теория прокатки. М.: Металлургия, 1975, с. 424-428.

14. Никифоров Б.А., Мустафин Ф.Т. Зависимости для определения параметров калибровки при прокатке в многовалковых калибрах с незаполнением, В кн.: Теория и практика производства метизов. Вып. 7, Магнитогорск, 1974, с. 34-46.

15. Ткаченко А.П. Исследование холодной прокатки проволоки и разработка методики расчета режимов деформации на непрерывном стане с трехвалковыми калибрами Дис. на соиск. учен. степ. к. т. н. - Магнитогорск, 1980.-295 с.

16. Барков Л.А., Выдрин В.Н., Пастухов В.В., Чернышев В.Н. Прокатка малопластичных металлов с многосторонним обжатием, Изд. "Металлургия", 1988.-304 с.

17. Берковский B.C., Жадан В.Т., Шишко В.Б. Аналитическое описание формы калибров // Тр. ин-та / Мое. ин-т стали и сплавов. 1979. - Вып. 118. -С.13-18.

18. Жадан В.Т., Берковский B.C., Брюхов А.И. Математическая модель процесса формоизменения при прокатке сортовых профилей // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1978. -№ 11. - С.25-27.

19. Берковский B.C. Аналитическая характеристика формы калибра и геометрические параметры очага деформации // Пластическая деформация сталей и сплавов: Сб. науч. тр. / МИСиС. М., 1996. - С.84-89.

20. Суяров Д.И. Механика пластической среды, Красноярск, 1976.

21. Суяров Д.И. Физико-механические основы расчетов параметров пластической обработки металлов, Красноярск, 1984.

22. Бахтинов Б.П., Штернов М.М. Калибровка прокатных валков.-М.: Металлургиздат, 1953.

23. Вусатовский 3. Основы прокатки: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1967. - 582 с.

24. Чекмарев А.П., Мутьев М.С., Машковцев Р.А. Калибровка прокатных валков. -М.: Металлургия. 1971. 509 с.

25. Мутьев М.С. Калибровка черновых валков. М.: Металлургия, 1964. - 191 с.

26. Рвачев B.JI. Теория R-функций и некоторые ее приложения. Киев: Наукова думка, 1982. - 534 с.

27. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. М. : Машиностроение, 1980. - 450 с.

28. Пластическое формоизменение металлов / Гун Г.Я., Полухин И.И., Полухин В.П. и др. М.: Металлургия, 1968. - 413 с.

29. Слукин Е.Ю., Шилов В.А. Моделирование формы калибров в системах автоматизированного проектирования технологии сортовой прокатки // Известия ВУЗов. Черная металлургия. -1991. № 4. - С.37-39.

30. Слукин Е.Ю., Шилов В.А. Алгоритм и программа автоматизированного построения калибра произвольной формы // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1991. -№ 6. - С.36-38.

31. Рождественский Ю.В., Ляхов А.Л. Общая методика расчета площади контакта раската с прокатными валками // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1995. - № 3. - С.31-33.

32. Осадчий В.А., Жадан В.Т., Михайлов А.И. Аналитическое описание формы калибра и металла // Теория и технология деформации металлов: Сб. науч. тр. / МИСиС. М.: Металлургия, 1988. - С. 62-68.

33. Писаренко Ф.А., Яковченко А.В., Литвиненко А.Ю. Описание единой аналитической функцией поверхности очага деформации при прокатке сложных фасонных профилей // Известия АН СССР. Металлургия. 1979. -№ 3. - С.103-109.

34. Аналитическое описание контуров калибров произвольной формы / B.C. Медведев, В.Я .Шлиомовичус, Е.Н. Бут, К.В. Любимый // Совершенствование технологии производства сортового проката и гнутых профилей: Сб.науч.тр. Харьков, 1989. - С. 53-55.

35. Технология процессов обработки металлов давлением / Полухин П.И., Хензель А., Полухин В.П. и др.; Под ред. Полухина П.И. М.: Металлургия, 1988. - 408 с.

36. Жадан В.Т., Берковский B.C., Брюхов А.Н. Математическая модель процесса формоизменения при прокатке сортовых профилей // Изв. ВУЗов. Черная металлургия, 1978, № 11, с.25-27.

37. Смирнов B.C., Богоявленский К.И., Павлов Н.Н. Калибровка прокатных валков по методу соответственной полосы. М.: Металлургиздат, 1953.- 328 с.

38. Врацкий М.В. Калибровка подготовительных линий. М.: Металлургиздат, 1941. - 346 с.

39. Синельников Ю.И. Определение контактной площади при прокатке в простых и фасонных калибрах // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1969. - N4. - С.80-87.

40. Синельников Ю.И. Теория расчета параметров очага деформации методом статистических моментов // Известия ВУЗов. Черная металлургия. -1976.-N4.-С.120-123.

41. Смирнов В.К., Шилов В.А., Инатович Ю.В. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургия, 1987. - 368 с.

42. Смирнов В.К., Шилов В.А., Литвинов К.И. Деформации и усилия в калибрах простой формы. М.: Металлургия, 1982. - 144 с.

43. Шилов В.А., Смирнов В.К., Инатович Ю.В. САПР "Сортовая прокатка" и опыт ее использования // Прокатное производство. -М.: Ин-т Черметинформация, 1988. Вып.4. 21 с.

44. Методика расчета формоизменения металла при прокатке швеллеров / А.В.Фомин, В.А.Шилов, В.К.Смирнов, И.Ф.Бенько // Межвузовский сб.науч.тр./Уральский политехнический институт. Свердловск, 1986.-С. 9398.

45. Эффективность деформации сортовых профилей / С.А. Тулупов, Г.С. Гун, В.Д. Онискив, В.А. Курдюмова, K.JI. Радюкевич. М. : Металлургия, 1990.-280 с.

46. Тулупов О.Н., Тулупов С.А., Рашников В.Ф. Матричные модели в оценке эффективности калибровки валков. М.: - 1996. - 82 с.

47. Тулупов С.А. Разработка моделей и алгоритмов расчета формоизменения при сортовой прокатке с целью проектирования новых и совершенствования действующих калибровок: Дис. док. тех. наук. М, 1995. -369 с.

48. Тулупов О.Н. Анализ и совершенствование систем вытяжных калибров сортовых станов на базе векторно-матричной модели формоизменения: Дис. канд. техн. наук. Магнитогорск, 1993. - 153 с.

49. Моллер А.Б. Адаптируемая матричная модель для повышения точности непрерывной сортовой прокатки: Дис. . канд. техн. наук. -Магнитогорск, 1996. 158 с.

50. Тулупов С.А. Матричный способ представления процесса формоизменения при прокатке в калибрах простой формы. Сообщение 1. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1989. - № 12. - С. 63-65.

51. Тулупов С.А. Матричный способ представления процесса формоизменения при прокатке в калибрах простой формы. Сообщение 2. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1990. - № 2. - С. 48-50.

52. Тулупов С.А., Чумаченко Е.Н., Машкова Н.Н. Об одном алгоритме приближенного анализа объемного течения металла при прокатке // Изв. вузов. Черная металлургия. 1994. -№ 11. - С. 26-27.

53. Моделирование процесса прокатки в калибрах / Е.Н. Чумаченко, Н.Н. Машкова, В.А. Чередников и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. 1996. -№ 11. - С.37-42.

54. Применение конечно-элементного анализа к процессу прокатки в калибрах / Е.Н. Чумаченко, Н.Н. Машкова, С.А. Тулупов и др. // Вестник машиностроения. 1998. -№ 3. - С. 556-563.

55. Дукмасов В.Г., Выдрин В.Н., Тищенко О.И. Производство точного проката. М.: Металлургия, 1990,- 168 с.

56. Минкин А.В. Расчет систем вытяжных калибров. М.: Металлургия, 1989.- 368 с.

57. Стрюков С.Б. Автоматизированное проектирование оптимальных калибровок валков черновых групп клетей сортовых станов с целью повышения эффективности производства: Дисс. на соискание уч. степени канд. техн. наук. МИСиС.- Москва, 1991.

58. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов, том 1. М.: Металлургиздат, 1961. - 376 с.

59. Сборник научных трудов № 162, Теория и технология прокатки, Издание УПИ, Свердловск, 1967г., М.И. Бояршинов, М.Г. Поляков, Ю.И. Коковихин. Опережение и критический угол при прокатке в четырехвалковом калибре, стр. 56.

60. Сборник научных трудов № 162, Теория и технология прокатки, Издание УПИ, Свердловск, 1967г., М.Г. Поляков, Ю.И. Коковихин. Удельное и полное давление при прокатке в четырехвалковых калибрах, стр. 63.

61. Сборник научных трудов № 162, Теория и технология прокатки, Издание УПИ, Свердловск, 1967г., М.И. Бояршинов, М.Г. Поляков, Ю.И. Коковихин. Формоизменение при прокатке в четырехвалковом и двухвалковом калибрах, стр. 73.

62. Сборник научных трудов № 162, Теория и технология прокатки, Издание УПИ, Свердловск, 1967г., М.И. Бояршинов, М.Г. Поляков. Момент прокатки в четырехвалковых калибрах стана с парой холостых валков, стр. 82.

63. Сборник научных трудов № 162, Теория и технология прокатки, Издание УПИ, Свердловск, 1967г., Г.Э. Аркулис, В.Г. Дорогобид. О пределах текучести многослойных металлов, стр. 184.

64. Сборник научных трудов № 162, Теория и технология прокатки, Издание УПИ, Свердловск, 1967г., М.И. Бояршинов, Х.Н. Белалов, Г.А. Бричко, М.Г. Поляков. Осадка биметаллической полосы с мягким замкнутым покрытием, стр. 192.

65. Сборник научных трудов № 14, Металлургия черных металлов, Свердловск 1958 г., М.И. Бояршинов, Средние удельные давления металлы на валки при прокатке биметалла, стр. 184.

66. Сборник научных трудов № 14, Металлургия черных металлов, Свердловск 1958 г., Г.Э. Аркулис, Закономерности совместной пластической деформации разнородных металлов (К соотношениям между деформациями), стр. 200.

67. Бояршинов М.И., Поляков М.Г., Пацекин П.П. Применение многовалковых калибров при обработке металлов давлением.- В кн.: Обработка металлов давлением. Свердловск. Металлургиздат, 1962, с.5-21.

68. Поляков М.Г. Деформация металла в многовалковых калибрах. -Дис. на соиск. учен. степ, д-ра техн. наук Магнитогорск, 1970. - 248 с.

69. Сборник научных трудов, выпуск 20, Обработка металлов давлением, Свердловск 1960 г.,: М.И. Бояршинов, Влияние трения между слоями биметалла на сопротивление деформации при прокатке, стр. 5.

70. Сборник научных трудов, выпуск 20, Обработка металлов давлением, Свердловск 1960 г.,: Г.Э. Аркулис, Совмещение кривых упрочнения для построения диаграмм упруго пластического равновесия многослойных тел, стр. 16.

71. Сборник научных трудов, выпуск 20, Обработка металлов давлением, Свердловск 1960 г.,: М.И. Бояршинов, М.Г. Поляков. Исследование системы калибров квадрат-овал при прокатке медестальной катанки, стр. 140.

72. Тарновский И.Я., Формоизменение при пластической обработке металлов. Металлургиздат, 1954.

73. Привалов В.А., Формоизменение при осадке, Сборник Ижевского механического института: Исследование процессов обработки металлов153давлением, выпуск 1, под редакцией В.И. Казаченка, Изд. Удмуртия , Ижевск -1966.

74. Кузема И.Д., К вопросу о неравномерной деформации. «Обработка металлов давлением», вып. 3, Металлургиздат, 1954.

75. Привалов В.А. Деформация при прокатке в гладких валках, Сборник Ижевского механического института Исследование процессов обработки металлов давлением, выпуск 1, под редакцией В.И. Казаченка, Изд. Удмуртия, Ижевск 1966.

76. Куприн М. И., Куприна М.С. Основы теории прокатки. М.: Металлургия, 1978. 184 с.

77. Александров П. С. Лекции по аналитической геометрии. Наука, гл. ред. физ. - мат. лит., М.: 1963. - 911 с.

78. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц.-4-е изд. доп.,- М.: Наука 1988 548 с.

79. Столетний М.Ф., Клемперт Е.Д. Точность труб. М.: Металлургия, 1975.-240 с.

80. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. Уч. пособ. 2 изд. - М.: Высш. шк., 1988 - 238 с.