blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2023-3-376-386blackmet-2563Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND AUTOMATIC CONTROL IN FERROUS METALLURGYПараметрическая модель трехвалкового узла мини-стана радиально-сдвиговой прокаткиParametric model of a three-roll unit of radial-shear rolling mini-millhttps://orcid.org/0009-0006-9930-5403ТроицкийД. В.TroitskiiD. V.

Даниил Владимирович Троицкий, аспирант кафедры «Обработка металлов давлением»

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Daniil V. Troitskii, Postgraduate of the Chair “Metal Forming”

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

d.v.troitskiy@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6654-4236ГаминЮ. В.GaminYu. V.

Юрий Владимирович Гамин, к.т.н., доцент кафедры «Обработка металлов давлением»

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Yurii V. Gamin, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Metal Forming”

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

y.gamin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0853-3966ГалкинС. П.GalkinS. P.

Сергей Павлович Галкин, д.т.н., профессор кафедры «Обработка металлов давлением»

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Sergei P. Galkin, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair “Metal Forming”

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

glk-omd@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2629-7741БудниковА. С.BudnikovA. S.

Алексей Сергеевич Будников, к.т.н., доцент кафедры «Обработка металлов давлением»

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Aleksei S. Budnikov, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Metal Forming”

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

budnikov.as@misis.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian Federation202304072023663376386Copyright © Троицкий Д.В., Гамин Ю.В., Галкин С.П., Будников А.С., 20232023Троицкий Д.В., Гамин Ю.В., Галкин С.П., Будников А.С.Troitskii D.V., Gamin Y.V., Galkin S.P., Budnikov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2563

В статье рассмотрены основные конструктивные особенности мини-станов радиально-сдвиговой прокатки (РСП), их наиболее распространенные типоразмеры. Описан обобщенный алгоритм проектирования таких станов с применением современных CAD систем. Перечислены основные подходы к методологии программного адаптивного проектирования моделей в инжиниринге, приведены их особенности и различия. В частности, рассмотрены методологии горизонтального моделирования, моделирования с явными ссылками и устойчивого моделирования. Описана методика виртуальных пережимов, приведена основная геометрическая схема пространственного положения валков продольного профиля. Полученные в результате расчетов данные закодированы и сведены в таблицы. Приведенные формулы использованы при параметрическом проектировании валкового узла трехвалкового стана РСП на примере типоразмера «30-70» в программной среде Autodesk Inventor. Полученная параметрическая модель, используя классические формулы методики виртуальных пережимов, позволяет автоматически перестраивать очаг деформации для новых исходных параметров. Разработанная модель применима для трехвалковых станов, имеющих углы раскатки рабочих валков δ = 5 – 15° и углы подачи β = 18 – 22°. Приведены эскизы и эпюры построенной модели для различных углов раскатки – 5, 10 и 15°. При увеличении угла раскатки заметно значительное увеличение конусности валка. Обозначен вектор будущих исследований по доработке и совершенствованию полученной программной модели. Дальнейшие исследования по доработке параметрической модели будут включать в себя расширение набора имеющихся параметров для добавления в компьютерную модель станины и валковых узлов, включая опоры, подушки, крышки, нажимное и уравновешивающее устройство и т. д. 

The article discusses the main structural features of radial-shear rolling mini-mills and their most common sizes. A generalized algorithm for designing such mills using modern CAD systems is described. The main approaches to the methodology of software adaptive design of models in engineering are listed with their features and differences. In particular, the methodology of horizontal modeling, explicit modeling methodology, and resilient modeling strategy are considered. The article describes the method of virtual squeezes and presents the main geometric scheme of the spatial position of the rollers of the longitudinal profile. The data obtained as a result of the calculations were encoded and summarized in tables. The formulas presented were used in the parametric design of the roller unit of the three-roller mill 30-70 using Autodesk Inventor software. The obtained parametric model, using classical formulas of the virtual squeezes method, allows for automatic reconstruction of the deformation zone for new initial parameters. The developed model is applicable for three-roller mills with working roll angles δ = 5 – 15° and feed angles β = 18 – 22°. The article presents sketches and diagrams of the constructed model for different rolling angles – 5, 10, and 15°. As the rolling angle increases, a noticeable increase in the conicity of the roller is observed. The vector of future research on improving the obtained software model was indicated. Further research on improving the parametric model will include expanding the set of existing parameters to include the frame and full set of roller connections – neck, cover, pressing device, etc.

винтовая прокаткарадиально-сдвиговая прокатка (РСП)мини-станытехнологический пережимугол подачиугол раскаткиугол скрещиванияэксцентриситеточаг деформацииhelical rollingradial-shear rolling (RSR)mini-millstechnological squeezefeed anglerolling-offcrossingeccentricitydeformation zoneReferencesГалкин С.П., Гамин Ю.В., Алещенко А.С., Романцев Б.А. Современное развитие элементов теории, технологии и мини-станов радиально-сдвиговой прокатки. Черные металлы. 2021;(12). https://doi.org/10.17580/chm.2021.12.09Galkin S.P., Gamin Yu.V., Aleshchenko A.S., Roman­tsev B.A. Modern development of elements of radial shift rolling theory, technology, and mini-rolling. Chernye metally. 2021;(12). (In Russ.). https://doi.org/10.17580/chm.2021.12.09Галкин С.П. Технология и мини-станы радиально-сдвиговой прокатки – оптимальная техника для создания бережливого производства. Сталь. 2014;(1):39–42.Galkin S.P. Radial shear rolling as an optimal technology for lean production. Steel in Translation. 2014;44(1):61-64. https://doi.org/10.3103/S0967091214010069Naizabekov A., Lezhnev S., Arbuz A., Panin E., Koinov T. Simulation of radial-shear rolling of austenitic stainless steel AISI-321. Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2019;54(5):1086–1094.Naizabekov A., Lezhnev S., Arbuz A., Panin E., Koinov T. Simulation of radial-shear rolling of austenitic stainless steel AISI-321. Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2019;54(5):1086–1094.Arbuz A., Kawalek A., Ozhmegov K., Panin E., Magzhanov M., Lutchenko N., Yurchenko V. Obtaining an equiaxed ultrafine-grained state of the longlength bulk zirconium alloy bars by extralarge shear deformations with a vortex metal flow. Materials. 2023;16(3):1062. https://doi.org/10.3390/ma16031062Arbuz A., Kawalek A., Ozhmegov K., Panin E., Magzhanov M., Lutchenko N., Yurchenko V. Obtaining an equiaxed ultrafine-grained state of the longlength bulk zirconium alloy bars by extralarge shear deformations with a vortex metal flow. Materials. 2023;16(3):1062. https://doi.org/10.3390/ma16031062Mashekov S., Smailova G., Alshynova A., Uderbayeva A., Sembaev N., Zhauyt A. Structure formation of aluminum alloy D16 while rolling bars in the radial shear mill. Metalurgija. 2020;59(2):195–198.Mashekov S., Smailova G., Alshynova A., Uderbayeva A., Sembaev N., Zhauyt A. Structure formation of aluminum alloy D16 while rolling bars in the radial shear mill. Metalurgija. 2020;59(2):195–198.Diez M., Kim H.-E., Serebryany V., Dobatkin S., Estrin Y. Improving the mechanical properties of pure magnesium by three-roll planetary milling. Materials Science and Engineering: A. 2014;612:287–292. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.06.061Diez M., Kim H.-E., Serebryany V., Dobatkin S., Estrin Y. Improving the mechanical properties of pure magnesium by three-roll planetary milling. Materials Science and Engineering: A. 2014;612:287–292. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.06.061Naizabekov A., Lezhnev S., Panin E. Formation of a gradient structure in austenitic stainless steel AISI 321 by radial-shear rolling. Solid State Phenomena. 2021;316:246–251. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.316.246Naizabekov A., Lezhnev S., Panin E. Formation of a gradient structure in austenitic stainless steel AISI 321 by radial-shear rolling. Solid State Phenomena. 2021;316:246–251. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.316.246Негодин Д.А., Галкин С.П., Харитонов Е.А., Карпов Б.В., Харьковский Д.Н., Дубовицкая И.А., Патрин П.В. Тестирование технологии радиально-сдвиговой прокатки и предпроектный выбор мини-станов для гибкого производства титановых прутков малых сечений в условиях АО ЧМЗ. Металлург. 2018;(11):40–46.Negodin D.A., Galkin S.P., Kharitonov E.A., Karpov B.V., Khar’kovskii D.N., Dubovitskaya I.A., Patrin P.V. Testing of radial-shear rolling technology and pre-project selection of mini rolling mills for flexible production of titanium rods of small cross sections in conditions of JSC “CMP”. Metallurg. 2018;(11):40–46. (In Russ.).Mishin I., Naydenkin E., Ratochka I., Lykova O., Vinokurov V., Manisheva A. Effect of radial shear rolling and aging on the structure and mechanical properties of titanium alloy VT35. AIP Conference Proceedings. 2020;2310(1):020206. https://doi.org/10.1063/5.0034081Mishin I., Naydenkin E., Ratochka I., Lykova O., Vinokurov V., Manisheva A. Effect of radial shear rolling and aging on the structure and mechanical properties of titanium alloy VT35. AIP Conference Proceedings. 2020;2310(1):020206. https://doi.org/10.1063/5.0034081Shatalov R., Medvedev V., Bogdanov S. Development and use of an electromagnetic unit for controlling the mechanical properties along the steel vessel height at the exit from a rolling–pressing line. Russian Metallurgy (Metally). 2022;2022(6):628–633. https://doi.org/10.1134/S0036029522060210Shatalov R., Medvedev V., Bogdanov S. Development and use of an electromagnetic unit for controlling the mechanical properties along the steel vessel height at the exit from a rolling–pressing line. Russian Metallurgy (Metally). 2022;2022(6):628–633. https://doi.org/10.1134/S0036029522060210Shatalov R., Medvedev V. Effect of deformed workpiece temperature inhomogeneity on mechanical properties of thin-walled steel vessels during treatment in a rolling and pressing line. Metallurgist. 2019;63(1–2):176–182. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00807-wShatalov R., Medvedev V. Effect of deformed workpiece temperature inhomogeneity on mechanical properties of thin-walled steel vessels during treatment in a rolling and pressing line. Metallurgist. 2019;63(1–2):176–182. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00807-wStefanik A., Szota P., Mróz S. Analysis of the effect of rolling speed on the capability to produce bimodal-structure AZ31 alloy bars in the three-high skew rolling mill. Archives of Metallurgy and Materials. 2020;65(1):329–335. https://doi.org/10.24425/amm.2020.131734Stefanik A., Szota P., Mróz S. Analysis of the effect of rolling speed on the capability to produce bimodal-structure AZ31 alloy bars in the three-high skew rolling mill. Archives of Metallurgy and Materials. 2020;65(1):329–335. https://doi.org/10.24425/amm.2020.131734Галкин С.П., Фадеев В.А., Гусак А.Ю. Методика вир­туальных пережимов для расчета мини-станов радиаль­но-сдвиговой (винтовой) прокатки. Производство проката. 2016;(2):27–35.Galkin S.P., Fadeev V.A., Gusak A.Yu. Methodology of virtual squeezing for calculation of mini-mills of shear-radial (helical) rolling. Proizvodstvo prokata. 2016;(2):27–35. (In Russ.).Галкин С.П., Фадеев В.А., Гусак А.Ю. Сопоставительный анализ геометрии мини-станов радиально-сдвиговой (винтовой) прокатки. Производство проката. 2015;(12):19–25.Galkin S.P., Fadeev V.A., Gusak A.Yu. Comparative analysis of geometry of mini-mills of radial-shear (helical) rolling. Proizvodstvo prokata. 2015;(12):19–25. (In Russ.).Белевич А.В., Гончарук А.В., Даева Е., Романцев Б.А. Исследование технологических и конструктивных параметров рабочих клетей винтовой прокатки с помощью современных конечно-элементных систем. Известия вузов. Черная металлургия. 2002;45(9):32–35.Belevich A.V., Goncharuk A.V., Daeva E., Romantsev B.A. Study of technological and structural parameters of helical working stands with the help of modern finite element systems. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2002;45(9):32–35.Company P., Naya F., Contero M., Camba D.J. On the role of geometric constraints to support design intent communication and model reusability. Computer-Aided Design & Applications. 2020;17(1):61–76. https://doi.org/10.14733/cadaps.2020.61-76Company P., Naya F., Contero M., Camba D.J. On the role of geometric constraints to support design intent communication and model reusability. Computer-Aided Design & Applications. 2020;17(1):61–76. https://doi.org/10.14733/cadaps.2020.61-76Otey J., Company P., Contero M, Camba D.J. Revisi­ting the design intent concept in the context of mechanical CAD education. Computer-Aided Design & Applications. 2018;15(1):47–60. https://doi.org/10.1080/16864360.2017.1353733Otey J., Company P., Contero M, Camba D.J. Revisi­ting the design intent concept in the context of mechanical CAD education. Computer-Aided Design & Applications. 2018;15(1):47–60. https://doi.org/10.1080/16864360.2017.1353733Bodein Y., Rose B., Caillaud E. Explicit reference mode­ling methodology in parametric CAD system. Computers in Industry. 2014;65(1):136–147. https://doi.org/10.1016/j.compind.2013.08.004Bodein Y., Rose B., Caillaud E. Explicit reference mode­ling methodology in parametric CAD system. Computers in Industry. 2014;65(1):136–147. https://doi.org/10.1016/j.compind.2013.08.004Camba J.D., Contero M., Company P. Parametric CAD mode­ling: An analysis of strategies for design reusability. Computer-Aided Design. 2016;74:18–31. https://doi.org/10.1016/j.cad.2016.01.003Camba J.D., Contero M., Company P. Parametric CAD mode­ling: An analysis of strategies for design reusability. Computer-Aided Design. 2016;74:18–31. https://doi.org/10.1016/j.cad.2016.01.003Cheng Z., Ma Y. A functional feature modeling method. Advanced Engineering Informatics. 2017;33:1–15. https://doi.org/10.1016/j.aei.2017.04.003Cheng Z., Ma Y. A functional feature modeling method. Advanced Engineering Informatics. 2017;33:1–15. https://doi.org/10.1016/j.aei.2017.04.003Aranburu A., Justel D., Contero M., Camba J.D. Geometric variability in parametric 3D models: Implications for engineering design. Procedia CIRP. 2022;109:383–388. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.05.266Aranburu A., Justel D., Contero M., Camba J.D. Geometric variability in parametric 3D models: Implications for engineering design. Procedia CIRP. 2022;109:383–388. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.05.266Amadori K., Tarkian M., Ölvander J., Krus P. Flexible and robust CAD models for design automation. Advanced Engineering Informatics. 2012;26(2):180–195. https://doi.org/10.1016/j.aei.2012.01.004Amadori K., Tarkian M., Ölvander J., Krus P. Flexible and robust CAD models for design automation. Advanced Engineering Informatics. 2012;26(2):180–195. https://doi.org/10.1016/j.aei.2012.01.004Landers D.M., Khurana P. Horizontally-structured CAD/CAM modeling for virtual concurrent product and process design. Patent no. US6775581B2 USA. 10.08.2004.Landers D.M., Khurana P. Horizontally-structured CAD/CAM modeling for virtual concurrent product and process design. Patent no. US6775581B2 USA. 10.08.2004.Resilient Modeling Strategy. 2018; URL: https://www.resilientmodeling.net (Дата обращения: 15.12.2022)Resilient Modeling Strategy. 2018; URL: https://www.resilientmodeling.net (Дата обращения: 15.12.2022)Gebhard R. A resilient modeling strategy. Solid Edge University 2013. Siemens; 2013.Gebhard R. A resilient modeling strategy. Solid Edge University 2013. Siemens; 2013.Aranburu A., Cotillas J., Justel D., Contero D., Camba D.J. How does the modeling strategy influence design optimization and the automatic generation of parametric geo­metry variations? Computer-Aided Design. 2022;151:103364. https://doi.org/10.1016/j.cad.2022.103364Aranburu A., Cotillas J., Justel D., Contero D., Camba D.J. How does the modeling strategy influence design optimization and the automatic generation of parametric geo­metry variations? Computer-Aided Design. 2022;151:103364. https://doi.org/10.1016/j.cad.2022.103364Миронов Ю.М. Геометрические параметры процесса косой прокатки. Производство труб. 1962;(6):37–46.Mironov Yu.M. Geometric parameters of skew rolling. Proizvodstvo trub. 1962;(6):37–46. (In Russ.).Тетерин П.К. Теория поперечно-винтовой прокатки. Москва: Металлургия; 1971:386.Teterin P.K. Theory of Cross Rolling. Moscow: Metallurgiya; 1971:386.Будников А.С. Совершенствование процессов раскатки и калибрования труб в трехвалковых станах винтовой прокатки: Дисс. … канд. техн. наук. Москва: 2020:147.Budnikov A.S. Improvement of tube rolling and sizing processes in three-roller helical rolling mills: Cand. Tech. Sci. Diss. Moscow; 2020:147. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.