Розмір шрифту: 

Розвиток металургійного виробництва неможливий без детального дослідження і удосконалення технологічних процесів прокатування, на що потребуються великі витрати енергоресурсів. Останнім часом активний розвиток інформаційних технологій зробив можливим їх широке використання в розробці процесів оброблення металів тиском, що дозволяє вирішити проблему підвищення ефективності прокатного виробництва і забезпечення випуску конкурентоспроможної продукції необхідної якості при мінімальних витратах енергії.
Великими можливостями у моделюванні процесу прокатування володіє комп’ютерна програма DEFORM 3D, яка призначена для аналізу складних тривимірних процесів пластичного деформування металу при його обтисненні. В експериментах було приділено особливу увагу розподілу зусиль прокатування та витрат енергії на процес при гарячій обробці товстих листів.
Вихідні дані для дослідження: розміри початкової заготовки – висота h0 моделювалась в межах від 300 до 500 мм; ширина b0 залишалася постійною і дорівнювала 1000 мм; довжина l0 = 1000 мм; обтиснення ∆h змінювалося в межах від 30 до 100 мм; початкова швидкість прокатування υ0 змінювалася в межах від 3 до 10 м/c; радіус валків RB = 400 мм. Температура прокатування дорівнювала 1000 оС. В якості оброблюваного матеріалу використовувалась низьковуглецева сталь.
Проведено дослідження процесу деформації на початку процесу прокатування: за допомогою комп’ютерної програми розташовано об’єкти у просторі, відстань між валками визначалася з врахуванням розмірів заготовки та величини обтиснення (рис.1), вказано реологічну модель деформуємого матеріалу, де було прийнято жорстко-пластичне середовище.


Рис. 1. Схема розташування прокатних валків та оброблюваного матеріалу

При моделюванні для розкату використовували пластичну модель, а для прокатних валків було обрано жорстку модель матеріалу. Поведінка матеріалу заготовки описувалась за допомогою діаграми «Напруження-деформація». Визначені механічні властивості матеріалу заготовки та їх зміни під впливом температури, задано коефіцієнт тертя між заготовкою та валками, який дорівнює 0,3; виявлено контактну взаємодію між інструментом та заготовкою, задано температуру гарячого прокатування, швидкість деформації було прийнято на початку обробки, яка дорівнює 3 мм/с. Розрахунок процесу деформації було розбито на 90 кроків.Матеріал оброблюваної заготовки визначено з бібліотеки комп’ютерної програми. В дослідженнях використовувався матеріал з вуглецевої сталі AISI-1015_(20-1200C). Визначено пружні властивості матеріалу (модуль Юнга та коефіцієнт Пуассона), які відповідно дорівнюють 0,3 та 1,5х105, які є постійною величиною.
На рис. 2 наведено графік зміни зусилля, що діє на інструмент в початковий момент прокатування, де видно, що воно змінюється в межах від 0 до 4,1 МПа, а поля переміщення діють в межах до 27 мм.


Рис.2. Зміна зусиль, що діють на інструмент

Під час обробки тиском на оброблюваний матеріал діють нерівномірні напруження, які викликають нерівномірну пластичну деформацію. Визначено, що при прокатуванні виникають як дотичні, так і нормальні напруження. Досліджено зміну напруження під час деформації (рис. 3). Встановлено, що при гарячому прокатуванні великі обтиснення, що досягають більше 10 мм, зменшують вплив нерівномірності напружень на якість виробу.

Рис 3. Зміна напруження під час деформації

Розподіл діючого напруження за величиною наведено на рис. 4, де видно, що його значення в осередку деформації досягає 37 МПа і зменшується при зменшенні величини обтиснення.



Рис. 4. Розподіл діючого напруження в осередку деформації

Дослідження дозволили визначити витрати енергії на процес прокатування в залежності від режимів обтиснення, що забезпечило раціональні режими обробки. Результати дослідження занесено в табл. 1.
Таблиця 1 – Результати дослідження енергосилових параметрів процесу гарячого прокатування*


* h0, h1,– відповідно початкова і кінцева товщина смуги; b0 – початкова ширина смуги; υв – швидкість валків; σт0,2 – границя пластичності металу.

Такі дослідження дозволяють раціональні режими обтиснення (табл. 1) використовувати при розробці технологічного процесу виготовлення товстих листів гарячим прокатуванням, що забезпечує розвиток металургійної промисловості.