Способ прокатки металлической заготовки

Изобретение относится к способам производства проката и может быть использовано при прокатке длинномерных металлических заготовок между валками, в том числе при проявлении материалом заготовки сверхпластических свойств. Технический результат - повышение качества получаемого изделия и снижение энергозатрат на его производство. Способ прокатки металлической заготовки между профильными валками в последовательно стоящих прокатных клетях включает выбор профиля рабочей поверхности прокатных валков посредством имитационного компьютерного моделирования при установившейся стадии пластического течения металла в очаге деформации с учетом состояния сверхпластичности. Осуществляют деформирование заготовки в прокатных валках последовательно установленных прокатных клетей с изменением скорости деформирования заготовки в каждой прокатной клети за счет выбора профиля рабочей поверхности валка последующей прокатной клети на основе оптимального профиля предыдущей прокатной клети. При этом профиль рабочей поверхности прокатного валка выбирают с учетом распределения скоростей течения металла заготовки в очаге деформации в направлениях, перпендикулярных направлению прокатки, и взаимосвязанной с этими скоростями скорости течения металла заготовки в направлении прокатки, которую вычисляют по математическому выражению. 2 ил.

 

Изобретение относится к способам производства проката и может быть использовано при прокатке длинномерных металлических заготовок между валками, в том числе при проявлении материалом заготовки сверхпластических свойств.

При прокатке длинномерной заготовки, имеющей простую конфигурацию поперечного сечения, в длинномерный полуфабрикат изделия с более сложной конечной конфигурацией поперечного сечения, заготовка обрабатывается определенным количеством парных валков (в прокатных клетях). На каждой паре таких валков, прокатной клети, производится часть общей деформации заготовки или подкат ее поперечного сечения под последующие операции обработки (прокатки) для бездефектного получения требуемого полуфабриката изделия. Самой низкоэффективной и трудоемкой операцией в такой технологии является выбор профиля деформирующего контура инструмента (валков) на первой операции прокатки.

Использование современных способов компьютерного моделирования процесса деформирования для интерактивной оптимизации технологических параметров и назначения выбора оптимальной геометрии деформирующего инструмента должно обеспечить высокое качество получаемого изделия и снизить энергозатраты на его производство.

Известен способ объемной штамповки заготовок в состоянии сверхпластичности, опубликованный в статье - Чумаченко Е.Н., Кривонос Г.А., Макарова Л.Т., Соломатин B.C. - Определение рациональных скоростных режимов штамповки в условиях сверхпластичности. «Кузнечно-Штамповочное Производство», Машиностроение, 1987 г, №3, с 16-17.

В соответствии с известным способом объемной штамповки заготовок в состоянии сверхпластичности на основе анализа напряженно-деформированного состояния заготовки и энергосиловых параметров процесса ее деформирования при компьютерном моделировании вводят критериальную функциональную зависимость между функциями изменения скорости деформирования, скорости и степени деформации металла в очаге деформации, структурным параметром и степенью изменения усилия деформирования. Все критерии связаны между собой функционально математическими выражениями, позволяющими, применяя пошаговые итерации, осуществить компьютерное моделирование, позволяющее определить те изменения скорости деформирования заготовки, которые обеспечат режим сверхпластического течения ее материала.

Недостатками данного способа являются:

- невозможность определения поля скоростей течения металла заготовки в направлении перпендикулярном основной плоскости движения деформирующего инструмента и, таким образом, невозможность определения оптимальной конфигурации деформирующего инструмента посредством компьютерного моделирования в 3-мерном пространстве очага деформации;

- применяемый в аналоге математический метод составления алгоритма моделирования не может реализоваться применительно к 3-мерному пространству очага деформации при установившейся стадии течения металла в очаге деформации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ прокатки металлической заготовки между валками (J.J.Park, S.I.Oh " Application of three dimensional finite elements to shape rolling processes." Опубликованной в журнале - Transaction of the ASME J. Engg. Ind. - 1990. - Vol.112. - FEBRUARY. - p.36-46 - «Применение 3-мерных конечных элементов при моделировании процессов прокатки»). В этом способе определение его технологических параметров - определение геометрии рабочей поверхности деформирующего инструмента, распределение напряжений и скоростей течения материала в очаге деформации осуществляется посредством имитационного компьютерного моделирования пластического течения металла в очаге деформации, включающего:

- выбор компьютерной программы для моделирования конфигурации деформирующего контура инструмента и его оптимизации с обработкой вводимых в нее данных;

- выбор эмпирической конфигурации деформирующего контура прокатных валков начальной прокатной клети и ввод ее в программу моделирования и оптимизации;

- выбор и ввод в программу для моделирования и оптимизации алгоритма, определяющего в объеме текущего очага деформации шаг моделирования, количество шагов в очаге деформации и параметр точности оптимизации с выделением в очаге деформации двух направлений моделирования - вдоль направления прокатки - ось Z, и перпендикулярно направлению прокатки - плоскость Х-Y;

- ввод в компьютерную программу алгоритма, определяющего на каждом шаге моделирования напряженно деформированное состояние среды в виде функционала;

- ввод в программу моделирования алгоритма построения в объеме каждого шага моделирования и в объеме всего очага деформации, на первой, начальной операции, N- мерных конечных элементов со свойствами твердого вязкопластичного материала и с их перестройкой на каждом шаге моделирования и оптимизации конфигурации рабочей поверхности прокатных валков, а также включающий моделирование и оптимизацию конфигурации рабочей поверхности прокатных валков на последующих операциях прокатки заготовки до получении готового изделия, при условии использования, в качестве начальной конфигурации прокатного валка, оптимальный контур, полученный на предыдущей операции моделирования прокатки заготовки, с возможностью изменения скорости прокатки через изменение геометрических параметров деформирующего инструмента и динамических параметров его привода.

К недостаткам данного способа процесса прокатки с оптимизацией конфигурации прокатного инструмента - валка посредством моделирования следует отнести:

- низкая эффективность применения моделирования применительно к производственным процессам по причине существенного возрастания затрат машинного и операционного времени по следующим причинам:

- большая размерность системы определяющих уравнений и, как следствие, большое количество неизвестных требует для получения результата или ввод дополнительных допущений, необходимых для достижения требуемого результата за счет снижения его точности, или существенного увеличенная времени перестройки 3-х мерных конечных элементов (ТКЭ) на каждом шаге моделирования по всему объему очага деформации и обработки задачи по каждому узлу ТКЭ;

- допущение в разделении течения материала заготовки в очаге деформации по двум независимым направлениям моделирования так, что составляющая скорости движения любой точки металла в очаге деформации не зависит от ее координаты в поперечном направлении, что потребует дополнительного времени обработки алгоритма для согласования результатов моделирования в целом по всему очагу деформации.

Следующий недостаток - это принятие при моделировании максимального значения трения в очаге деформации, что может привести к искажению результатов оптимизации профиля рабочей поверхности прокатного валка.

При прокатке в очаге деформации есть зоны контакта металла с поверхностью валков с существенным относительным проскальзыванием, т.е. с коэффициентом трения меньше 1,0. Это зона захвата валком металла заготовки и зона выхода металла заготовки из очага деформации. Третья зона, располагающаяся между указанными зонами есть так называемое нейтральное сечение, в которой отмечается эффект прилипания металла заготовки к поверхности валка за счет выравнивания линейных скоростей каждой точки рабочего профиля прокатного валка и прокатываемой заготовки. Геометрические параметры и расположение третей зоны очага деформации относительно центра вращения валков хорошо проработаны в работах по прокатке акад. А.И.Целикова, в которых показана существенность влияния геометрических параметров валка и динамики его привода на геометрию зоны нейтрального сечения и возможности управления распределением скоростей перемещения частиц металла в очаге деформации. Последние факторы, не используются в аналоге-прототипе, при моделировании оптимальной конфигурации деформирующего контура прокатного валка.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является оптимизация технологических режимов деформирования с обеспечением высокого качества получаемого полуфабриката изделия и снижением энергозатрат на его производство посредством выбора оптимальной геометрии рабочего профиля прокатного валка каждой прокатной клети.

Поставленная техническая задача решается в способе прокатки металлической заготовки между профильными валками в последовательно стоящих прокатных клетях, включающий выбор профиля рабочей поверхности прокатных валков посредством имитационного компьютерного моделирования при установившейся стадии пластического течения металла в очаге деформации, с учетом состояния сверхпластичности, и деформирование заготовки в прокатных валках последовательно установленных прокатных клетей с изменением скорости деформирования заготовки в каждой прокатной клети за счет выбора профиля рабочей поверхности валка последующей прокатной клети на основе оптимального профиля валка предыдущей прокатной клети. При этом профиль рабочей поверхности прокатного валка выбирают с учетом распределения скоростей (Vx,Vy)k течения металла заготовки в очаге деформации в направлениях, перпендикулярных направлению прокатки и взаимосвязанной с этими скоростями скорости (Vz)k течения металла заготовки в направлении прокатки, которую вычисляют по математическому выражению:

, при условии Z Δ Z k ,

где:

Ck, принимаемую за постоянную величину равную ε / z - скорости деформации в направлении прокатки для каждого элементарного объема ΔZk, определяют по минимому математического выражения:

S σ z d x d y + 2 ( t g α ± η ) Г σ n d Г σ z H S ξ , при условии Z∈ΔZk,

где:

- ξ - малое, наперед выбираемое число, стремящееся к нулю, но не равное нулю;

X, Y - координаты, перпендикулярные направлению прокатки;

Z - координата, совпадающая с направлением прокатки;

- K - номер элементарного объема ΔZk, на которые разбивают объем очага деформации;

- ∈ - означает принадлежность координаты Z элементарному объему ΔZk очага деформации;

- σ z H - напряжение натяжения металла заготовки на выходе из очага деформации, при его возникновении;

- S - текущая площадь поперечного сечения заготовки относительно элементарного объема ΔZk очага деформации;

- Г - боковая поверхность элементарного объема ΔZk очага деформации;

- 2(tgα±η) - множитель, учитывающий трение на границе металл

заготовки - инструмент, где: η - коэффициент по закону Кулона и α - угол контакта металла заготовки с инструментом для каждого элементарного объема ΔZk очага деформации;

- σn - нормальные напряжения, действующие на боковую поверхность Г элементарного объема ΔZk очага деформации;

- σz - напряжение, действующее вдоль направления прокатки - ось Z, в элементарном объеме ΔZk очага деформации, зависящее от конфигурации боковой поверхности элементарного объема ΔZk очага деформации, величины накопленного в нем гидростатического давления σ* и показателя сжимаемости материала заготовки;

- fk - слагаемое, используемое в качестве поправки определяемой скорости (Vz)k частиц элементарного объема ΔZk очага деформации относительно скорости перемещения частиц металла заготовки в нейтральном сечении очага деформации, при этом, шаг определения скоростей, для каждого элементарного объема ΔZk очага деформации, по каждой прокатной клети определяют из интервала:

10 < Z B Δ Z k < 300 ,

где ZB - длина очага деформации в направлении прокатки.

Чертежи, поясняющие заявляемое изобретение:

- на фиг.1 показана схема очага деформации (пространственная схема одной четверти заготовки) при продольной прокатке с частью рабочей поверхности валка;

на фиг.2 показана схема распределения напряжений по поверхностям элементарного объема ΔZk в очаге деформации.

Способ осуществляется следующим образом.

При имитационном компьютерном моделировании объемного распределения в очаге деформации скоростей перемещения частиц металла заготовки очаг деформации программно разбивается на два взаимосвязанных и ортогональных направления:

- первое направление в плоскости Х-Y, перпендикулярное направлению прокатки - ось Z, и имеющее элементарное приращение в направлении оси Z толщиной ΔZk, образующее элементарный объем ΔZk очага деформации, характеризуемый неизменным квазистатическим течением металла заготовки, соответствующего вязко пластичной среде, и в плоскости этого направления, посредством программного кода формы, строится сетка 2-у мерных конечных элементов (ДКЭ) для компьютерного моделирования распределения скоростей Vx, Vy, определяемое алгоритмом конечно-элементной аппроксимации, и располагающееся в очаге деформации по направлению прокатки с координатой Zk относительно центра вращения валка, спроецированного на ось Z, как начала координат, где k - номер элементарного объема очага деформации;

- второе - направление, совпадающее с направлением оси Z, направлением прокатки, по которому характеристики относительной скорости перемещения частиц металла в элементарном объеме ΔZk очага деформации принимаются равными постоянной величине, аналитически выраженной в виде функционала.

Полная картина распределения в объеме очага деформации относительных скоростей частиц деформируемого металла и напряжений получается после компьютерной интеграции напряженно деформированных состояний по каждому элементарному объему ΔZk, распределенных в длине очага деформации с заранее выбранным шагом. Полученные результаты используются в построении смоделированной конфигурации рабочего профиля прокатных валков каждой прокатной клети.

Сравнивая результаты компьютерного моделирования с требованиями бездефектного заполнения металлом рабочего профиля прокатных валков каждой прокатной клети, оценивают оптимальность смоделированного контура.

При невыполнении требований бездефектного заполнения смоделированного рабочего профиля прокатных валков каждой прокатной клети металлом заготовки, моделирование конфигурации рабочего профиля прокатных валков каждой прокатной клети переходит на повторный шаг моделирования при изменении или эмпирически выбранного контура прокатных валков, или характерного размера прокатных валков по элементу контура, или скоростного параметра привода прокатных валков, или одновременно всех перечисленных параметров.

При выполнении бездефектного заполнения металлом заготовки смоделированного рабочего профиля прокатных валков, контур принимают оптимально смоделированным для данной операции и считают исходным контуром для моделирования по такому же алгоритму последующих операций прокатки заготовки для получения требуемого полуфабриката изделия на выходе из последней клети.

Таким образом, без существенной потери точности вычислений, задавая одно из относительных перемещений металла в очаге деформации в аналитическом виде, получают малое число неизвестных параметров, уменьшающее количество разрешающих уравнений и позволяющее свести решение объемной задачи к некоторой последовательности решений обобщенных двумерных задач.

Для упрощения изложения сущности заявляемого изобретения, рассмотрим решение поставленной задачи на примере продольной прокатки металлической полосы (на основании симметрии рассматривается четверть сечения очага деформации прокатываемой полосы - фиг.1).

Задача формоизменения в очаге деформации решается в скоростях перемещения с принятием ряда допущений:

- формоизменение в очаге деформации происходит медленно -квазистатический процесс, т.е. динамическими эффектами пренебрегают и течение частиц металла в очаге деформации считают установившимся, при этом, весь временной интервал разбивают на под- интервалы Δt, внутри которых изменение скорости перемещений не происходит;

- рассматривают бесконечно малый элементарный объем очага деформации - ΔZk - на расстоянии Zk от проекции на ось Z координаты центра прокатного валка;

- на основании полуаналитического метода конечных элементов (МКЭ), для элементарного объема ΔZk значение скорости деформации ε / z вдоль оси Z принимают равной постоянной величине, а именно:

ε Z / | Z = Z = C k , при условии Z∈[Zk, Zk+ΔZk],

где ∈ обозначает принадлежность переменной Z промежутку - [Zk, Zk+ΔZk].

Отсюда, в каждой точке (х, y, z) очага деформации, в любой момент времени t, должна быть найдена функция Vzk (х, у, z, t), характеризующая скорость перемещения материала в произвольно выбранной точке. При этом, в каждом конечном элементарном объеме ΔZk сечения очага деформации компоненты скорости перемещения частиц материала заготовки будут определяться следующими функциями:

Vx=Vx(x,y); Vy=Vy(x,y); Vz=Ckz.

Таким образом, пространственное, трехмерное поле скоростей перемещения частиц материала в очаге деформации, в том числе и в элементарном объеме - ΔZk сечения очага деформации разделяют на два составляющих поля:

- (Vx, Vy)k - поле скоростей в плоскости Х-Y, перпендикулярной оси Z для каждого элементарного объема ΔZk очага деформации, рассчитываемое по обобщенной плоской, двумерной задаче с помощью МКЭ или конечно элементной аппроксимацией;

- (Vz)k - поле скоростей вдоль оси Z, рассчитываемое из условия минимизации функционала, вычисляемого на основании уравнения равновесия для каждого элементарного объема ΔZk очага деформации в соответствующий момент времени.

Рассматривая условия баланса всех сил, действующих в направлении прокатки на элементарный объем ΔZk, выделенный сечениями Zk и Zk+dz, получают общее выражение для функционала

Ф ( C k ) = S σ Z d x d y + 2 ( t g α ± η ) Г σ n d Г σ z H S ,

который определяется, при компьютерном моделировании, для каждого k-го элементарного объема ΔZk очага деформации с учетом рабочего профиля прокатного валка, полученного на k-1 шаге моделирования, принимается постоянной величиной, приравниваемой скорости деформации в виде - ε Z / | Z = Z = C k и содержит следующие влияющие параметры:

σn - нормальные напряжения, действующие на боковую поверхность элементарного объема ΔZk по контуру поверхности Г (фиг.1), определяемые выражением

σ n = [ 2 μ V x x + ( K Δ t 2 3 μ ) ( V x x + V y y ) + σ * ] n x + μ ( V x x + V y y ) n y ,

где

μ = μ ( ε u , ε ˙ u , T ) функция, определяемая экспериментально и характеризующая физические свойства прокатываемого материала в зависимости от деформации εu, скорости деформации ε ˙ u и температуры Т;

K - коэффициент объемного сжатия (константа материала);

nx и ny - направляющие косинусы нормали к полосе в зоне контакта с валками (определяются для k-го шага по решению на k-1 шаге);

Δt - шаг решения, определяемый из (Vz)k Δt=ΔZk, при этом, в зависимости от требуемой точности моделирования, величину ΔZk выбирают из соотношения - 10 < Z B Δ Z k < 300 или с учетом рекомендации - Z B Δ Z k = 100 , в которых ZB - геометрический размер очага деформации в направлении прокатки;

σ* - накопленное гидростатическое напряжение в элементарном объеме ΔZk очага деформации, определяемое из выражения - σ * = K [ θ ˙ Δ t + 0 t θ ˙ d t ] = K i = 0 k 1 Δ t i θ ˙ i , в которой θ ˙ = V x x + V y y + V z z ;

σz - напряжение, действующее вдоль оси Z, перпендикулярно к поверхности - S элементарного объема ΔZk - зависит от рабочего профиля прокатного валка в зоне элементарного объема ΔZk и величины накопленного гидростатического давления σ* в том же ΔZk очага деформации, определяемое соотношением:

σ z = ( K Δ t 2 3 μ ) ( V x x + V y y ) + σ * ;

σ z H - возможный натяг полосы за счет рассогласования скоростей соседних валков при проходе полосы в системе калибров;

2(tgα±η) - множитель, учитывающий трение η по закону Кулона на границе металл заготовки - инструмент и угол α контакта металла заготовки с валком для каждого элементарного объема ΔZk очага деформации.

При этом, применение знака ±, применительно к продольной прокатке, обусловлено учетом возникающих сжимающих напряжений вдоль оси Z вблизи входного сечения очага деформации и растягивающих напряжений вблизи выходного сечения очага относительно нейтрального сечения в нем.

Минимум же модуля функционала, обозначенного выше и позволяющего найти значения (Vz)k для каждого элементарного объема ΔZk очага деформации, определяется в виде

|Ф(Ck)|≤ξ,

где

ξ - малое, наперед заданное число, стремящееся к нулю, но не равное нулю, и позволяющее обеспечить необходимую точность решения при определении Ck в процессе компьютерного моделирования при оптимизации, например, эмпирически выбранного деформирующего контура прокатного валка (инструмента).

Поле скоростей (Vx,Vy)k определяют, с учетом начальных и граничных условий, решением ниже представленных дифференциальных уравнений:

{ σ i j , j = 0 σ i j = μ ( V x x + V y y ) + [ ( K Δ t 2 3 μ ) u p , p + σ * ] δ i j ,

где

δij - символ Кронекера.

Координата размещения Z* нейтрального сечения, применительно к прокатке, по длине очага деформации зависит от геометрии деформирующего контура инструмента, от угла контактирования прокатного валка с прокатываемым материалом для каждого элементарного объема ΔZk, скорости вращения прокатных валков и определяется из выражения

Z * = R 2 ( Z B R 1 R + h H R η ) ,

где

R - радиус валка;

Н, h - соответственно высота полосы проката на входе и на выходе из валков;

После того как получено решение функционала во всех k-х элементарных объемах ΔZk очага деформации, переходят к определению скоростей перемещения материала заготовки по всему очагу деформации в направлении прокатки (Vz)k.

Значения скоростей (Vz)k вычисляют для каждого элементарного объема ΔZk из соотношения

( V z ) k = C k Z + f k ( z ) , при условии Z Δ Z k ,

где: fk(z) - скорость перемещения элементарного объема ΔZk в очаге деформации, определяемая по:

f k ( z ) = f 0 + n = 1 k 1 C n Z n ,

где:

k - номер сечения очага деформации;

f0 - скорость входа полосы в валки прокатного стана, определяемая по скорости нейтрального сечения в очаге деформации - Z*, угловой скорости валков Ω и их радиуса R по выражению

f m ( z * ) = f 0 + n = 1 m C n Z * = Ω R sin β ,

где m - номер элементарного объема сечения, в котором расположено нейтральное сечение с координатой Z*;

β = arcsin Z * R - угол, определяющий нейтральное сечение в очаге деформации при прокатке (соответствует положению Z* относительно центра валка).

Таким образом, производят определение распределения скоростей по всему объему очага деформации заготовки относительно текущей операции. При этом, применительно к продольной прокатке, для текущего решения относительно текущей клети, начальной конфигурацией деформирующего контура инструмента является профиль деформирующего контура инструмента, полученный в предыдущей клети прокатного стана.

При осуществлении компьютерного моделирования и оптимизации конфигурации рабочего профиля прокатных валков на последующих операциях деформирования заготовки в качестве начальной конфигурации деформирующего контура инструмента используют оптимальный контур, полученный на предыдущей операции моделирования прокатки заготовки, с возможностью изменения скорости прокатки через изменение геометрических параметров прокатных валков и динамических параметров их привода.

Пример эффективности применения заявляемого способа при компьютерном моделировании оптимальной конфигурации калибра деформирующего инструмента - прокатных валков прокатного стана в сопоставлении со способом компьютерного проектирования конфигурации такого же инструмента на основе 3-х мерных конечных элементов (ТКЭ).

В прототипе представлялась трехмерная модель компьютерного моделирования прокатки в калибрах с применением трехмерных конечных элементов и использованием программы SHPROL. С помощью ТКЭ в указанной программе задавали конфигурацию профиля валка и, в процессе компьютерного моделирования процесса прокатки полосы, прослеживали постепенность ее деформации в требуемый профиль. Моделирование производилось с выполнением условий изотермического деформирования.

По заявляемому изобретению были поставлены аналогичные численные эксперименты (компьютерное моделирование) по прокатке в калибрах с использованием программного пакета SPLEN (Caliber), в котором применяли МКЭ метод с двумерными конечными элементами. Численные эксперименты поводили с таким же изделием, что и авторы статьи - прототипа - полоса прямоугольного сечения 50,8× 50,8 мм.

Сравнительный численный анализ был проведен как в гладких, так и в профильных валках. Материал полосы - Ст.45 - аналог стали AISI- 1045, которая использовалась в статье - прототипа. Температура нагрева для моделирования принималась 1100°С и температурные условия деформирования изотермические.

В расчетах с помощью SHPROL, выполненными, в силу осевой симметрии сечения полосы, на четверти ее сечения, использовано разбиение модели на 640 пространственных, трехмерных элементов с 1025 узлами. При этом, вычисления проводились на компьютере VAX-11/750, для получения решения потребовалось 2600 итераций, что заняло порядка 175 часов вычислений.

Численные эксперименты по моделированию конфигурации валков при прокатке с помощью SPLEN (Caliber) с использованием заявляемого способа. Было выбрано сто сечений очага деформации (k=1÷100) по 352 конечных элемента в каждом сечении. Время расчета на Pentium 4 заняло порядка 100 мин. Ошибки вычислений не превышали 6…8%.

Для получения распределения нормальных напряжений на прокатываемой полосе в расчетах авторов [2] потребовалось: 1000 ТКЭ с 1476 узлами и 3200 итераций, что вылилось в 470 часов работы компьютера VAX-11/750 (достаточно мощная вычислительная техника).

Получение аналогичной информации, при численных экспериментах по заявляемому способу, с использованием программы SPLEN (Caliber) на компьютере Pentium 4 потребовалось не более 5 мин. Приведенное в примерах компьютерное оборудование по основным системным требованиям имело почти одинаковые показатели.

Заявляемый способ прокатки металлической заготовки между валками позволяет оптимизировать технологические режимы прокатки с обеспечением высокого качества получаемого полуфабриката изделия и снизить энергозатраты на его производство посредством выбора, с использованием компьютерного моделирования, оптимальной геометрии рабочей поверхности прокатных валков каждой прокатной клети.

Способ прокатки металлической заготовки между профильными валками в последовательно стоящих прокатных клетях, включающий выбор профиля рабочей поверхности прокатных валков посредством имитационного компьютерного моделирования при установившейся стадии пластического течения металла в очаге деформации с учетом состояния сверхпластичности и деформирование заготовки в прокатных валках последовательно установленных прокатных клетей с изменением скорости деформирования заготовки в каждой прокатной клети за счет выбора профиля рабочей поверхности валка последующей прокатной клети на основе оптимального профиля предыдущей прокатной клети, отличающийся тем, что профиль рабочей поверхности прокатного валка выбирают с учетом распределения скоростей (Vx,Vy)k течения металла заготовки в очаге деформации в направлениях, перпендикулярных направлению прокатки, и взаимосвязанной с этими скоростями скорости (Vz)k течения металла заготовки в направлении прокатки, которую вычисляют по математическому выражению:
, при условии Z Δ Z k ,
где Ck - постоянная, равная скорости деформации в направлении прокатки для каждого элементарного объема ΔZk очага деформации, определяемая по минимуму математического выражения:
S σ z d x d y + 2 ( t g α ± η ) Г σ n d Г σ z H S ξ , при условии Z∈ΔZk,
ξ - малое, наперед выбираемое число, стремящееся к нулю, но не равное нулю;
X, Y, - координаты, перпендикулярные направлению прокатки;
Z - координата, совпадающая с направлением прокатки;
k - номер элементарного объема (ΔZk), на которые разбивают объем очага деформации;
∈ - принадлежность координаты Z элементарному объему ΔZk очага деформации;
σ z H - напряжение натяжения металла заготовки на выходе из очага деформации при его возникновении, МПа;
S - текущая площадь поперечного сечения заготовки относительно элементарного объема очага деформации ΔZk, мм2;
Г - боковая поверхность элементарного объема очага деформации ΔZk, мм2;
2(tgα±η) - множитель, учитывающий трение η по закону Кулона на границе металл заготовки - валок, угол α - угол контакта металла заготовки с валком для каждого элементарного объема очага деформации ΔZk, град.;
σn - нормальные напряжения, действующие на боковую поверхность элементарного объема очага деформации ΔZk, МПа;
σz - напряжение, действующее вдоль направления прокатки ось Z, в элементарном объеме ΔZk очага деформации, зависящее от конфигурации боковой поверхности элементарного объема ΔZk очага деформации, величины накопленного в нем гидростатического давления σ* и показателя сжимаемости материала заготовки, МПа;
fk - слагаемое, используемое в качестве поправки определяемой скорости (Vz)k частиц элементарного объема очага деформации ΔZk относительно скорости перемещения частиц металла заготовки в нейтральном сечении очага деформации, мм/с;
при этом шаг определения скоростей для каждого элементарного объема очага деформации ΔZk по каждой прокатной клети определяют из интервала 10 < Z B Δ Z k < 300,
где - ZB длина очага деформации в направлении координаты Z, мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и предназначено для управления подачей и поворотом трубы на станах холодной прокатки труб. .

Изобретение относится к прокатному стану, управляющему устройству с замкнутой или разомкнутой системой управления и способу регулирования толщины на выходе (Н3, Н3') раската (G), в частности - горячекатаной полосы, которая проходит через многоклетьевую линию (2) прокатного стана (1), где первый участок (G-1) раската (G) прокатывают до первой толщины на выходе (Н3), и второй участок (G-2) раската (G) прокатывают до второй толщины на выходе (Н3'), которая отличается от первой толщины на выходе (Н3).

Изобретение относится к области прокатки и предназначено для автоматической настройки скоростей клетей при заправке полосы в непрерывной группе листового прокатного стана.

Изобретение относится к способу и управляющему устройству для проведения способа установки состояния (S1, S2, S3) прокатываемого материала (G, GX), в частности, черновой полосы, которое задано, по меньшей мере, клиновидностью и/или серповидностью прокатываемого материала (G, GX), при этом прокатываемый материал (G, GX) переводят из начального состояния (S1) посредством прокатки с помощью прокатной клети (1), в частности черновой клети, и за счет внесения напряжения ( ) в прокатываемый материал (G, GX) с помощью дополнительных обрабатывающих средств (7, 8), в промежуточное состояние (S2), и при этом прокатываемый материал (G) переводят из промежуточного состояния (S2) с помощью, по меньшей мере, одного обрабатывающего агрегата (A1, A2, A3, , AN) в конечное состояние (S3).

Изобретение относится к способу и управляющему устройству для проведения способа установки состояния (S1, S2, S3) прокатываемого материала (G, GX), в частности, черновой полосы, которое задано, по меньшей мере, клиновидностью и/или серповидностью прокатываемого материала (G, GX), при этом прокатываемый материал (G, GX) переводят из начального состояния (S1) посредством прокатки с помощью прокатной клети (1), в частности черновой клети, и за счет внесения напряжения ( ) в прокатываемый материал (G, GX) с помощью дополнительных обрабатывающих средств (7, 8), в промежуточное состояние (S2), и при этом прокатываемый материал (G) переводят из промежуточного состояния (S2) с помощью, по меньшей мере, одного обрабатывающего агрегата (A1, A2, A3, , AN) в конечное состояние (S3).

Изобретение относится к устройству для боковой проводки катаной полосы, предпочтительно горячекатаной полосы, транспортируемой на рольганге, перед намоточным устройством с предусмотренными по обе стороны катаной полосы первой и второй параллельными боковыми направляющими линейками, перемещаемых с помощью регулируемых независимо друг от друга средств для их перестановки в направлении друг к другу или друг от друга.

Изобретение относится к прокатному производству. .

Изобретение относится к способу ускоренного охлаждения и прямого закаливания горячекатаного металла, в частности стальных полос или листов, и устройству для регулируемого охлаждения горячекатаного металла в форме листов или полосы с использованием устройств для зонально-разделительного впрыскивания для удержания охлаждающей текучей среды на верхней поверхности листа или полосы в одной области, которые являются регулируемыми в зависимости от величины расхода потока наносимого охладителя, что обеспечивает хорошую плоскостность охлажденных листов или полос

Способ содержит этапы, на которых измеряют расстояния до металлической полосы 1 посредством совокупности бесконтактных датчиков 3, предоставляющих результаты измерений расстояний; формируют профиль искривления, основанный на результатах измерений расстояний; разлагают профиль искривления на некоторое количество базовых форм и управляют профилем искривления посредством совокупности бесконтактных исполняющих устройств (, , ..., , ..., и , , ..., , ..., причем управление содержит предоставление для каждой из базовых форм соответствующей комбинации профилей сил. На этапе управления профилем искривления оптимизируют комбинации профилей сил, прикладываемых в нескольких поперечных сечениях таким образом, чтобы минимизировать среднеквадратическую амплитуду искривления металлической полосы. Система содержит множество бесконтактных датчиков (3), измеряющих расстояние до металлической полосы (1), средство для формирования профиля искривления на основе результатов измерений расстояний, средство для управления профилем искривления посредством множества бесконтактных исполняющих устройств, выполненное с возможностью минимизации среднеквадратической амплитуды искривления металлической полосы. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к автоматизации прокатного производства и может быть использовано для горячей и/или холодной прокатки полосы. В процессе прокатки осуществляют усреднение технологических параметров, относящихся к части полосы, на которой потребительские свойства находятся в заданных пределах. Полученные усредненные технологические параметры используют в качестве эталона при прокатке названной части полосы того же или близкого сортамента. При прокатке участков полосы, на которых потребительские свойства выходят за заданные пределы, определяют отклонения усредненных технологических параметров от заданных пределов и по ним осуществляют коррекцию технологических параметров прокатки этих участков полосы. При этом уточнение технологических параметров на новой полосе осуществляют путем алгебраического суммирования усредненных отклонений и соответствующих усредненных технологических параметров, относящих к доле длины полосы, на которой значения потребительских свойств находятся в заданных пределах. Обеспечивается повышение точности косвенного регулирования потребительских свойств и снижения доли некондиционной продукции на концевых участках полосы. 2 ил., 1 табл.

Изобретение предназначено для повышения качества проката. Способ включает непрерывную прокатку в нескольких клетях. Плавность выведения/введения прокатных клетей для замены валков обеспечивается за счет того, что при выведения одной (1'') из прокатных клетей (1, 1'') из непрерывного прокатного стана во время прокатки прокатываемого материала (2) осуществляются следующие действия: локально одновременно с разгрузкой выводимой прокатной клети (1'') по меньшей мере одна другая прокатная клеть (1, 1') непрерывного прокатного стана нагружается в соответствии с определенным временным процессом нагрузки. Процесс разгрузки выводимой и нагрузки другой прокатной клети (1, 1') согласованы друг с другом таким образом, что конечные свойства прокатываемого материала (2) остаются сохраненными. Окружная скорость (vU'') рабочих валков (3'') выводимой клети (1'') до ее полной разгрузки регулируется таким образом, что скорость (v'') выпуска прокатываемого материала (2) в любое время соответствует заданной скорости (v''*) выпуска. После разгрузки выводимой клети (1'') сохраняется соответствие окружной скорости (vU'') рабочих валков (3'') заданной скорости (v''*) выпуска, рабочие валки (3'') выводимой прокатной клети (1'') приподнимают от проката и клеть останавливается. Для введения одной (1') из прокатных клетей (1, 1', 1'') в непрерывный прокатный стан во время прокатки (2) осуществляют инверсные действия. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к прокатке с минимальным натяжением или подпором проката в непрерывной подгруппе черновых клетей широкополосного стана горячей прокатки. Осуществляют регулирование натяжения полосы для каждой группы, состоящей из вертикальной и горизонтальной клетей, в режиме свободной прокатки металла в вертикальной клети. До захвата металла валками горизонтальной клети измеряют и запоминают среднее значение тока свободной прокатки двигателя вертикальной клети и поддерживают скорость электропривода валков горизонтальной клети в соответствии с зависимостью, приведенной в описании. После захвата металла валками горизонтальной клети, в процессе совместной прокатки металла в вертикальной и горизонтальной клетях осуществляют стабилизацию тока статической нагрузки двигателя вертикальной клети путем подачи корректирующего сигнала, определяемого по зависимости, приведенной в описании. Адаптивную коррекцию уставки скорости по запомненной последней скорости осуществляют также для электропривода валков вертикальной клети. Повышается точность размеров сечения полосы за счет исключения взаимного влияния вертикальных и горизонтальных клетей в процессе совместной прокатки. 2 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления стальных арматурных стержней, нарезанных по длине в соответствии с заказом клиента. Способ включает получение непрерывного стального прутка с прокатного стана, резку непрерывного стального прутка на последовательные сегменты, каждый из которых имеет длину, кратную заданной длине арматурных стержней, резку указанных сегментов установленными в линию ножницами холодной резки, сначала на длину, равную двум длинам арматурных стержней, а затем резку пополам на длины, равные длинам арматурных стержней, при сохранении непрерывности получения стального прутка с прокатного стана, и обвязку арматурных стержней, нарезанных в заданный размер, для их выпуска с прокатного стана с формированием пакетов арматурных стержней. Раскрыто устройство для изготовления стальных арматурных стержней и их пакетирования. Обеспечивается снижение потерь металла и возможность поставки отрезанных в размер арматурных стержней в конкретных количествах без дополнительных затрат. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области прокатного производства, в частности к системам управления процессами горячей и холодной прокатки полосы. Система управления процессом прокатки содержит систему сбора результатов измерений, блок статистической обработки, блок расчета и коррекции технологических параметров, блок адаптации и обучения, блок вычисления уставок, блок задания уставок, регуляторы технологических параметров управления, датчики технологических параметров, систему сбора результатов измерений, систему управления, блок вычисления уставок. Система снабжена дополнительными блоками вычисления параметров прокатки по уравнениям моделей, синхронизации, вычисления линейной скорости полосы, задания интервалов замеров, вычисления длины участков полосы, распределения технологических параметров по длине, сохранения параметров прокатки предыдущей полосы и подсистемой документирования и индикации. Обеспечивается синхронизация времени подачи корректирующих воздействий на каждый из регуляторов технологических параметров с временем прокатки соответствующего участка полосы. 1 ил.

Способ предназначен для повышения мобильности управления многоклетьевым прокатным станом холодной прокатки. Устройством определения усилия прокатки определяют действительное усилие прокатки последней прокатной клети и подают его на устройство регулирования, где определяют и выдают по меньшей мере одно регулирующее воздействие (δs1*, δv'), непосредственно после последней прокатной клети определяют действительную толщину (d) полосы и подают на устройство регулирования толщины, которым воздействуют на последнюю прокатную клеть. Динамичность отработки ошибок толщины полосы обеспечивается за счет того, что посредством другого устройства измерения толщины, расположенного перед последней прокатной клетью, определяют другую действительную толщину (d') полосы, устройствами определения скорости определяют скорости (v, v'), с которыми полоса входит в последнюю прокатную клеть и выходит из нее, скорости (v, v') и заданную конечную толщину (d*) подают на устройство определения номинального значения толщины (d'*), при этом на другое устройство регулирования толщины подают номинальную толщину (d'*) и другую действительную толщину (d') и устройством регулирования толщины воздействуют на предпоследнюю прокатную клеть (3) прокатного стана холодной прокатки. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается способа регулирования боковой направляющей металлической полосы (1), в частности, на входе или выходе прокатных клетей или перед подающими устройствами. Технический результат - сокращение повреждения линеек и металлической полосы. Боковая направляющая содержит с каждой из двух сторон металлической полосы (1) линейку (2, 4), расположенную сбоку от металлической полосы (1). Эти линейки (2, 4) могут двигаться независимо друг от друга. При этом одна из этих линеек (2) работает с регулированием по положению, а вторая из этих линеек (4) работает с регулированием по усилию, при этом усилия, оказываемые металлической полосой (1) на первую линейку (2) и на вторую линейку (4), измеряются. Расчетное усилие S2 для второй, регулируемой по усилию линейки (4) задается в зависимости от измеряемого усилия К1, действующего на первую, регулируемую по положению линейку (2). Причем при возрастании усилия, действующего на первую, регулируемую по положению линейку (2), расчетное усилие S2 для второй, регулируемой по усилию линейки (4) уменьшается. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам производства проката и может быть использовано при прокатке длинномерных металлических заготовок между валками, в том числе при проявлении материалом заготовки сверхпластических свойств

Наверх