Совершенствование метода моделирования процесса прокатки кольцевых заготовок на радиально-осевом кольцепрокатном стане

На базе радиально-осевой прокатки кольцевых заготовок созданы ресурсосберегающие технологии обработки металлов д нием. Определение рациональных параметров этого процесса при освоении новых профилей является актуальной научно-технической задачей. Метод трехмерного конечно-элементного моделирования процесса является наиболее эффективным инструментом совершенствования технологических режимов процесса прокатки колец. Однако, как показала практика, метод конечно-элементного моделирования требует адаптации применительно к каждому процессу обработки металлов давлением. Этому вопросу и посвящена настоящая работа. Обоснована целесообразность использования для конечно-элементного моделирования процессов прокатки колец зависимости для расчета напряжения течения металла, разработанной на базе теории, учитывающей химический состав конструкционной углеродистой стали, ее температуру, скорость деформации, накопленную деформацию, а также процессы динамического преобразования структуры металла при горячей прокатке. Создана компьютерная программа автоматизированного определения параметров зависимости. Выполнен анализ точности полученной зависимости по отношению к экспериментальным данным. В ходе этих расчетов использовали метод автоматизированного определения напряжения течения металла путем сплайн-интерполяции экспериментальных данных, входящих в компьютерную базу цифровой информации для конкретной марки стали. Средняя относительная погрешность расчетных значений напряжения течения металла относительно экспериментальных составила 8 %. Предложен усовершенствованный метод выполнения расчетов параметров процесса прокатки кольцевых заготовок и выхода на требуемую скорость роста диаметра кольца. Метод реализуется в системе конечно-элементного моделирования, который аналогичен способу работы системы управления кольцепрокатным станом при решении этой же задачи (выхода на требуемую скорость роста диаметра кольца) при осуществлении соответствующей прокатки на практике. При вычислении величин обжатий использовали итерационный процесс и метод половинного деления. Средние отклонения расчетных величин параметров процесса прокатки кольцевых заготовок от экспериментальных не превысили 12,4 %, что дает возможность применения предложенного подхода для изучения закономерностей процесса прокатки колец и совершенствования технологии их прокатки.

прокатка кольцевой заготовки, кольцепрокатный стан, метод конечно-элементного моделирования, напряжение течения металла, промышленный эксперимент, скорость роста диаметра кольца

1. Gorbatyuk S.M., Kochanov A.V. Method and equipment for mechanically strengthening the surface of rolling-mill rolls // Metallurgist. 2012. Vol. 56. No. 3 – 4. Р. 279 – 283.

2. Снитко С.А., Яковченко А.В., Сотников А.Л. Влияние схем штамповки колесных заготовок на силовые режимы работы формовочного пресса и износ инструмента деформации // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 5. С. 385 – 392.

3. Efremov D.B., Gerasimova A.A., Gorbatyuk S.M., Chichenev N.A. Study of kinematics elastic-plastic deformation for hollow shapes used in energy absorption devices // CIS Iron and Steel Review. 2019. Vol. 18. No. 2. P. 30 – 34.

4. Belevitin V.A., Smyrnov Y.N., KovalenkoS.Y. etc. Modeling of the energy potential saving in the production of seamless pipes // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2017. Vol. 52. No. 4. P. 718 – 723.

5. Zakharov A.N., Gorbatyuk S.M., Borisevich V.G. Modernizing a press for making refractories // Metallurgist. 2008. Vol. 52. No. 7 – 8. P. 420 – 423.

6. Смирнов Е.Н., Смирнов А.Н., Скляр В.А. и др. Оценка технологической целесообразности снижения температуры начала прокатки в условиях стана с обжимными клетями трио // Сталь. 2018. № 6. С. 21 – 26.

7. Gorbatyuk S.M., Pavlov S.M., Shapoval A.N., Gorbatyuk M.S. Experimental use of rotary rolling mills to deform compacts of refractory metals // Metallurgist. 1998. Vol. 42. No. 5 – 6. P. 178 – 183.

8. Смирнов Е.Н., Скляр В.А., Смирнов А.Н. и др. Исследование влияния температурного состояния торцевой области кратной непрерывнолитой сортовой заготовки на растрескивание торцов раската при прокатке // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 7. С. 539 – 547.

9. Горбатюк С.М., Морозова И.Г., Наумова М.Г. Разработка рабочей модели процесса реиндустриализации производства термической обработки штамповых сталей // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 5. С. 410 – 415.

10. Seitz J., Schwich G., Guenther S., Hirt G. Investigation of a composite ring rolling process by FEM and experiment // The 12 th Int. Conference on Numerical Methods in Industrial Forming Process (NUMIFORM) 2016, 4 – 7.7.2016, Troyes (France). – Troyes: Curran Associates, Inc., 2016. P. 622 – 629.

11. Gorbatyuk S.M., Osadchii V.A., Tuktarov E.Z. Calculation of the geometric parameters of rotary rolling by using the automated design system autodesk inventor // Metallurgist. 2011. Vol. 55. No. 7 – 8. P. 543 – 546.

12. Lee K.H., Ko D.C., Kim D.H. etc. Design method for intermediate roll in multi-stage profile ring rolling process: the case for excavator idler rim // Int. Journal of Processing and Manufacturing. 2014. Vol. 15. No. 3. P. 503 – 512.

13. Seitz J., Jenkouk V., Hirt G. Manufacturing dish shaped rings on radial-axial ring rolling mills // Production Engineering. 2013. Vol. 7. No. 6. P. 611 – 618.

14. Li L., Yang H., Guo L., Sun Z. A control method of guide rolls in 3D-FE simulation of ring rolling // Journal of Materials Processing Technology. 2008. Vol. 205. No. 1 – 3. P. 99 – 110.

15. Park M., Lee Chanjoo, Lee Jungmin etc. Development of L-sectioned ring for construction machines by profile ring rolling process // Int. Journal of Processing and Manufacturing. 2016. Vol. 17. No. 2. P. 233 – 240.

16. Sun B., Xu J., Xing C. Numerical and experimental investigations on the effect of mandrel feeding speed for high-speed rail bearing inner ring // The Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 100. No. 5 – 8. P. 1993 – 2006.

17. Giorleo L., Ceretti E., Giardini C. Speed roll laws influence in a ring rolling process // Key Engineering Materials. 2013. Vol. 554 – 557. P. 337 – 334.

18. Giorleo L., Ceretti E., Giardini C. Speed idle roll law optimization in a ring rolling process // Key Engineering Materials. 2015. Vol. 651 – 653. P. 248 – 253.

19. Allegri G., Giorleo L., Ceretti E., Giardini C. Driver roll speed influence in ring rolling process // 12 th Int. Conference on the Technology of Plasticity (ITCP), 17 – 22.9.2017, Cambridge (United Kingdom). – Cambridge: Procedia Engineering. P. 1230 – 1235.

20. Giorleo L., Giardini C., Ceretti E. Validation of hot ring rolling industrial process 3D simulation // Int. Journal of Material Forming. 2013. Vol. 6. No. 1. P. 145 – 152.

21. Zhou P., Zhang L., Gu S. etc. Mathematic modeling and FE simulation of radial-axial ring rolling large L-section ring by shape axial roll // Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 72. No. 5 – 8. P. 729 – 738.

22. Kang J.H. Research on filling limit of profile ring rolling on circumferential surface // Int. Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2014. Vol. 4. No. 12. P. 40 – 45.

23. Deform 3D v6.1. Ring Rolling System Manual. – Columbus: Scientific Forming Technologies Corporation, 2007. – 30 p.

24. Солод В.С., Бейгельзимер Я.Е., Кулагин Р.Ю. Математическое моделирование сопротивления деформации при горячей прокатке углеродистых сталей // Металл и литье Украины. 2006. № 7 – 8. С. 52 – 56.

25. Яковченко А.В. Экспериментальные исследования энергосиловых и температурных параметров при нестационарном процессе прокатки колец // Металл и литье Украины. 1997. № 1. С. 44 – 45.

26. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Cправочник. – М.: Металлургия, 1976. – 488 с.

27. Яковченко А.В., Снитко С.А., Ивлева Н.И.Методы компьютерного моделирования напряжения течения металла в процессах горячей пластической деформации: Учеб. пособие. – Донецк: ДонНТУ, 2018. – 197 с.