Моделирование напряжений при правке горячекатаных полос в условиях циклической знакопеременной деформации

Основной завершающей стадией производства горячекатаного проката является правка на роликовых правильных машинах (РПМ) в условиях циклической знакопеременной деформации. Из-за высвобождения остаточных напряжений, неравномерно распределенных по объему металла, при резке листа с применением высокотехнологичных методов он может искривляться. Подавляющее большинство моделей расчета процесса правки в условиях циклической знакопеременной деформации не обеспечивает адекватной оценки и прогнозирования остаточных напряжений в тонком стальном листе. В работе обоснована актуальность дальнейшего развития описания напряженного состояния полосы при правке на основе применения вычислительной среды конечно-элементного анализа SIMULIA Abaqus. Описана реализация модели процесса правки горячекатаной полосы на РПМ. Установлена адекватность получаемых в результате моделирования значений усилий правки стальных полос экспериментальным данным. Экспериментально подтверждена сходимость результатов моделирования с данными измерений неплоскостности полосок, получаемых после раскроя листов плазмой. Определено, что после правки на верхней поверхности листа остаются растягивающие продольные остаточные напряжения, на нижней – сжимающие, в середине по толщине они равны нулю, а в остальных частях сечения значения напряжений противоположны по знаку. Установлено, что одинаковые параметры процесса правки полос разных категорий прочности приводят к различным отклонениям напряжений по толщине. Рост предела текучести полосы приводит к увеличению отклонений напряжений по толщине полосы. Метод моделирования процесса правки предлагается использовать для исследования напряженно-деформированного состояния горячекатаного проката и проектирования усовершенствованных режимов правки полос с обеспечением минимальных отклонений листов после их высокотехнологичной обработки.

1. Гарбер Э.А., Болобанова Н.Л., Трусов К.А. Применение метода конечных элементов для выявления причин потери плоскостности горячекатаных стальных листов в процессе их лазерной резки // Металлы. 2018. № 1. С. 103 – 108.

2. Целиков А.И., Полухин П.И., Гребеник В.М. Машины и агрегаты металлургических заводов. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. – М.: Металлургия, 1988. – 576 с.

3. Слоним А.З., Сонин Л.А. Машины для правки листового и сортового проката. – М.: Металлургия, 1987. – 232 с.

4. Недорезов И.В. Моделирование процессов правки проката на роликовых машинах. – Екатеринбург: АКВА-пресс, 2003. – 255 с.

5. Шинкин В.Н. Приближенные методы расчета (2n+1)-роликовой листоправильной машины. Часть 1. Первое приближение // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2017. № 2 – 1. С. 40 – 44.

6. Шелест А.Е., Юсупов В.С., Перкас М.М. и др. Разработка методики определения геометрических и деформационных параметров правки металлических листов на роликоправильных машинах // Производство проката. 2016. № 7. С. 2 – 8.

7. Салганик В.М., Зайцев Д.А. Математическое описание процесса холодной правки толстых листов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2016. Т. 1. № 1. С. 56 – 59.

8. Максимов Е.А., Шаталов Р.Л., Васильев Ю.С. Уточнение методики расчета параметров правки толстых листов на роликовой правильной машине // Сталь. 2017. №1. С. 35 – 38.

9. Grüber M., Oligschläger M., Hirt G. Adjusting of roller levellers by finite element simulations including a closed-loop control // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 1018. P. 207 – 214.

10. Behrens B.-A., Nadi T.El., Krimm R. Development of an analytical 3D-simulation model of the leveling process // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Vol. 211. No. 6. P. 1060 – 1068.

11. Madej L., Muszka K., Perzyński K. etc. Computer aided development of the levelling technology for flat products // CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2011. Vol. 60. No. 1. P. 291 – 294.

12. Liu Z. A new curvature analytical method in plate levelling process // ISIJ International. 2018. Vol. 58. No. 6. P. 1094 – 1101.

13. Chen W.A 2.5-dimensional analytical model of cold levelling for plates with transverse wave defects // Journal of Iron and Steel Research International. 2015. Vol. 22. No. 8. P. 664 – 671.

14. Doege E., Menz R., Huinink S. Analysis of the levelling process based upon an analytic forming model // CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2002. Vol. 51. No. 1. P. 191 – 194.

15. Silvestre E., Sáenz de Argandoña E., Galdós L., Mendiguren J. Testing and modeling of roll levelling process // Key Engineering Materials. 2014. Vol. 611 – 612. P. 1753 – 1762.

16. Grüber M., Hirt G. Numerical investigation of a process control for the roller levelling process based on a force measurement // Materials Science Forum. 2015. Vol. 854. P. 249 – 254.

17. Grüber M., Oligschläger M., Hirt G. The effect of the initial stress and strain state in sheet metals on the roller levelling process // Key Engineering Materials. 2015. Vol. 651. P. 1023 – 1028.

18. Grüber M., Hirt G. A strategy for the controlled setting of flatness and residual stress distribution in sheet metals via roller levelling // Procedia Engineering. 2017. Vol. 207. P. 1332 – 1337.

19. Гарбер Э.А., Болобанова Н.Л., Трусов К.А. Выявление и устранение причин потери плоскостности горячекатаных стальных листов в процессе их лазерной резки // Производство прокатa. 2017. № 6. С. 11 – 15.

20. Гарбер Э.А., Болобанова Н.Л., Трусов К.А. Моделирование напряжений и деформаций в плоской стальной полосе при ее правке в роликовой правильной машине // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2018. № 1. С. 68 – 73.