Разработка методики расчета остаточных напряжений и параметров пружинения листа на роликовой правильной машине

Показано, что практически все технологические процессы изготовления металлопродукции методами пластической деформации связаны с формированием в готовых изделиях самоуравновешенной системы остаточных напряжений. Уровень остаточных напряжений является во многих случаях важным параметром, определяющим качество изделий, полученных в результате пластического деформирования. Причины образования остаточных напряжений многообразны: неоднородность пластической деформации, температурного поля, фазовые превращения и др. По своей величине они могут превосходить напряжения от внешних нагрузок. В настоящее время к металлопродукции предъявляют дополнительные требования с целью создания машин и конструкций, работающих в условиях высоких нагрузок и скоростей, резких колебаний параметров внешней среды. Опыт эксплуатации конструкций в различных областях техники и результаты многочисленных экспериментов показывают, что остаточные напряжения существенно влияют на надежность и долговечность машин и механизмов. На основе теории о разгрузке А.А. Ильюшина получены аналитические зависимости для расчета эпюры изменения остаточных напряжений по толщине листа при изгибе под роликами правильной машины (РПМ), а также угла пружинения. Рассмотрено образование эпюры остаточных напряжений по толщине листа при правке для второго, третьего и последующих роликов РПМ. Установлено, что в результате принципа суперпозиции эпюра остаточных напряжений под вторым и третьим роликами складывается, образуя суммарную эпюру после второго и третьего роликов. Для четвертого, пятого, шестого и последующих роликов РПМ также происходит алгебраическое сложение эпюр остаточных напряжений. Показано, что для листа из стали 45 толщиной 10 мм, шириной 500 мм, r/h = 200 максимальные растягивающие остаточные напряжения 200 МПа наблюдаются на расстоянии Z/h = 0,3 от нейтральной линии по толщине листа. Сравнительный анализ показал, что для данного листа расхождение между опытными и расчетными значениями остаточных напряжений составляет 10 – 26 %, что позволяет рекомендовать методику расчета остаточных напряжений при правке листа на РПМ для оценки качества выправляемых листов.

роликовая правильная машина, листовой прокат, остаточные напряжения, параметры пружинения листа после правки

1. Соколов И.А., Уральский В.А. Остаточные напряжения и качество металлопродукции. М.: Металлургия, 1981. 96 с.

2. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: УГТУ, 2002. 234 с.

3. Давиденков Н.Н. Рентгенография в применении к исследованию материалов. М.: ОНТИ, 1963. 248 с.

4. Богатов А.А., Тропотов А.В. О влиянии начальной поврежденности металла на длительную прочность и долговечность // Проблемы прочности. 1983. Вып. 11. С. 345–348.

5. Ильюшин А.А. Пластичность. Основы общей математической теории. М.: Академия наук, 1963. 272 с.

6. Шелест А.Е., Юсупов В.С., Перкас М.М., Шефтель Е.Н., Просвирнин А.С., Акопян К.Э. Разработка методики определения геометрических параметров металлических листов на роликовых машинах // Производство проката. 2016. № 7. С. 3–8.

7. Недорезов И.В. Моделирование процессов правки проката на роликовых машинах. Екатеринбург: Аква-пресс, 2003. 256 с. Семененко Ю.Л. Машины для правки проката. М.: ГНТИ, 1961. 205 с.

8. Королев А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. М.: Металлургия, 1985. 376 с.

9. Kaiser R. Simulation of the roller straightening process with respect to residual stresses and curvature // Materials Science Forum. 2014. Vol. 768–769. P. 456–463. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.768-769.456

10. Grüber M., Oligschläger M., Hirt G. Adjusting of roller levelers by finite element simulation including a closed–loop control // Advance Materials Research. 2014. Vol. 1018. P. 207–214. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1018.207

11. 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. 651–653. P. 1023–1028. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1018.207

12. Grüber M., Hirt G. A strategy for the controlled setting of flatness and residual stress distribution in sheet metals via roller leveling // Procedia Engineering. 2017. Vol. 207. P. 1332–1337. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.892

13. Trusov K.A., Mishnev P.A., Garber E.A., Bolobanova N.L., Nushtaev D.V., Ardatov K.V. Investigation of blank bow defect after roller leveller by finite element analysis // IOP Conference Series: Journal of Physics. 2018. Vol. 1063. No. 1. Article 012192. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1063/1/012192

14. Trusov K.A., Mishnev P.A., Kopaev O.V., Nushtaev D.V. Numerical simulation of roller leveling using SIMULIA Abaqus // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 287. No. 1. Article 012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/287/1/012014

15. Behrens B.A., Krimm R. Controlled sheet metal straightening // TMS Annual Meeting. 2008. Vol. 3. P. 129–136.

16. Liu Z., Luo Y., Wang Y., Liao T. A new curvature analytical method in plate leveling process // ISIJ International. 2018. Vol. 58. No. 6. P. 1094–1101. https://doi.org/10.2355/isqinternational.ISIJINT-2017-738

17. Silvestre E., Sáenz de Argandoña E., Galdós L., Mendiguren J. Testing and mod-eling of roll leveling process // Key Engineering Materials. 2014. Vol. 611-612. P. 1753–1762. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.611-612.1753

18. Morris J.W., Hardy S.J., Thomas J.T. Some fundamental considerations for the control of residual flatness in tension leveling // Journal of Materials Processing Technology. 2002. Vol. 120. No. 1-3. P. 385–396. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(01)01175-X

19. Liu Z., Wang Y., Yan X. A new model for the plate leveling process based on curvature integration method // Int. Journal of Mechanical Sciences. 2012. Vol. 54. No. 1. P. 213–224. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2011.10.011