Разработка технологии прокатки толстого листа на стане 5000 (1026122), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В частности, при недостаточно мелкой сетке эксперимент может непоказать характер сдвиговых деформаций (Рис.3.3) [96].46Рис.3.4.Деформация штифтов при прокатке на стане 5000Рис.3.5.Перемещение штифтов при прокатке на лабораторном станеИспользование засверленных штифтов возможно несколькими способами.При горизонтальном расположении небольшое количество штифтов достаточнобольшогодиаметраформоизменения.Впозволяетработесудить[100]одеформацииприведёнрезультатнаосновеихэксперимента,проведённого на стане 5000. Прокатывали два сляба толщиной 250 мм дотолщины 146 мм за 3 и 12 проходов соответственно.
При этом показано (Рис.3.4),47что в случае большего количества проходов штифты в середине прокатадеформируются слабо, что может говорить о малой накопленной деформации ине проработке сечения. Однако неравномерная деформация штифтов может бытьвызвана различным материалом основного металла и штифтов, трением междуними, схемами деформации в различных слоях по толщине. О различиинапряжённого состояния между центральными и поверхностными слоямисвидетельствуют, в частности, разрывы основного металла в центральных слоях.Диаметр горизонтальных штифтов может быть значительно меньше толщиныпроката, а количество штифтов больше, чем в предыдущем примере. В такомслучае течение металла наблюдают по перемещению штифтов.
В работе [89]проведены эксперименты на лабораторном непрерывном прокатном станегорячей прокатки с горизонтальными штифтами со скоростной видеосъёмкой.Исходная толщина полосы 45 мм, обжатие 20%. При таких условиях деформациинаблюдается искривление вертикальной линии штифтов, что свидетельствует означительнойсдвиговойдеформацииповерхностныхслоёв(Рис.3.5).Недостатком такого способа является искажение результатов из-за искривлениябоковой грани раската.Рис.3.6.Деформация вертикального штифтаШтифты,засверленныевзаготовкувертикальнокакправилоиспользуются при прокатке тонких заготовок. В работе [101] прокатана стальная48заготовка толщиной 10 мм с обжатием 40%. Искривление штифта, как и впредыдущемпримересвидетельствуетонеравномерностисдвиговыхдеформаций по толщине проката (Рис.3.6).Рис.3.7.Поля характеристик при горячей прокатке тонких полосРис.3.8.Зона затруднённой деформации при прокаткеРаспределениедеформацииможеттакжебытьисследованотеоретическими методами.
Например, в работе [103] произведён расчёт методомполей линий скольжения (Рис.3.7) и показано наличие неравномерностидеформации по толщине даже при прокатке горячекатаной полосы толщиной49менее 1,2 мм. Аналитическим методом можно определить глубину зонызатруднённой деформации (Рис.3.8) при различных параметрах прокатки [104],распределение деформаций при бесслитковой прокатке [105,106] и др.Недостатком теоретических методов исследования могут быть трудоёмкостьрасчётов и в некоторых случаях упрощенное представление процесса.Математическоемоделирование,вчастностиметодомконечныхэлементов или конечных разностей, корректно отнести к теоретическому методуисследованияпроцессовдеформации.Однаконередкоматематическоемоделирование называют «численным экспериментом».
В результате бурногоразвития вычислительных технологий эти, ранее трудоёмкие и сложные, методыприобрели новое воплощение в виде компьютерных программных комплексов судобным пользовательским интерфейсом и большими возможностями. Внастоящий момент моделирование методом конечных элементов на ЭВМявляется одним из наиболее актуальных и востребованных методов дляопределения теплового и напряжённо-деформированного состояния металла приобработке давлением, в том числе при прокатке.Результатырасчётовпозволяютподробноисследоватьпроцессдеформации при различных исходных параметрах.
В зависимости от условийконкретного процесса используется одномерное, двумерное или трёхмерноемоделирование.Наиболееиспользуемымидляпопулярнымимоделированияпрограммнымиобработкипродуктами,давлениемявляютсяABAQUS/Explicit [107,108], ANSYS/LS-DYNA [109,110] и DEFORM 3D [111114].Иногдакомпанииилиотдельныеисследователиразрабатываютсобственные программные продукты, например EVS Deform [116,116], LaySiMS[99]. Одним из преимуществ метода математического моделирование являетсявозможность детального исследования сдвиговой и накопленной деформаций.В работе [107] показано, что до нейтрального сечения сдвиговаядеформация имеет одно направление, а после – меняет его (Рис.3.9). Выделяютдве причины возникновения сдвиговых деформаций – под влиянием контактного50трения при низком очаге деформации (ℎср> 0,5) и вследствие геометрическихпараметров очага деформации при высоком очаге деформации (ℎср< 0,5)(Рис.3.10).Рис.3.9.Изменение сдвиговой деформации в очагеРис.3.10.Высокий и низкий очаги деформацииРаботы [107,108,120,123,124] посвящены исследованию распределениядеформации по толщине раската при прокатке с низким очагом деформации какдля холодной прокатки алюминия и сталей, так и горячей прокатки сталей,51легированных марганцем, кремнием и другими элементами, что характерно,например,длянепрерывныхширокополосныхстановсовмещённыхстонкослябовыми машинами непрерывного литья заготовки (литейно-прокатныхкомплексов).Рис.3.11.Влияние параметров прокатки на распределение деформации по толщинеДля низкого очага деформации характерно достаточно равномерноераспределение высотных деформаций и при этом крайне неравномерноераспределение сдвиговых деформаций.
Так, в середине проката сдвиговыедеформации отсутствуют, при этом они монотонно возрастают при движении кповерхности. Это объясняется значительным влиянием трения между металломи валками. Во многих работах отмечается, что равномерность деформацииповышается при снижении коэффициента трения, увеличении скорости и52увеличении отношения l/hср (в т.ч. увеличении диаметра валка) (Рис.3.11).Работы [109,111-113,116,117,125] посвящены исследованию распределениядеформации для высокого очага деформации применительно к прокаткенизколегированныхлабораторныхсталейпрокатныхнеравномерностинастанах.температурдеформаций.
При решенииприпромышленныхВтолстолистовыхрезультатахгорячейотмечаетсяпрокатке нанеизотермическойиливлияниераспределениезадачи, в сравнении сизотермической, наблюдается более глубокая проработка подповерхностныхслоёв за счёт холодной поверхности. Отмечается также, что наибольшаяэквивалентная деформация накапливается в подповерхностных слоях (Рис.3.11).Дополнительнуюточностьрасчётампридаётиспользованиемикроструктурных моделей, особенно это важно в случае протекания процессоврекристаллизации в стали при горячей прокатке. В работе [99] приводятсяварианты моделей, включающих расчёт микроструктуры:1. Моделирование на основе аналитических решений и моделей регрессии;2.
Конечно-элементные и конечно-разностные модели в комбинации срегрессией и базами данных;3. Конечно-элементные и конечно-разностные модели в комбинации сфизически обоснованными микроструктурными моделями;4. Конечно-элементные и конечно-разностные модели с физическимимоделями микроструктуры на клеточных автоматах и др.Отдельноможновыделитьследующиевопросы,связанныесмоделированием. В работе [108] показано насколько важно предварительноеисследование влияния дисперсности конечно-элементной сетки на результатырасчёта.
Авторы работ [120,121] предложили строить так называемыедиаграммы распределения сдвиговых деформаций (SSDD – shear straindistribution diagram) для различных слоёв по толщине, которые могут отображатьодновременно влияние геометрии очага деформации и коэффициента трения.Такой подход правильно применять для обобщения результатов моделирования.53Таблица 7.Некоторые работы по исследованию процесса прокатки методомконечных элементовАвторыПрограмма МатериалТ, °СD, ммH0,, %мм 12–502–5,3Inoue и др.
[108]ABAQUSAl сплав20до 768Roumina и др. [107]ABAQUSAl сплав2015232–25Hassan и др. [114]DEFORMAl сплав202003027Shahani и др. [110]ANSYSAl сплав45046010–5020Kawalla и др. [99]LaySiMSСтальдо 11007008054Luo и др. [117]MARCСталь1100до 3003040Sarajzadeh и др. [118]н.д.Сталь1200н.д.3815–40Сталь1100110067012Ершов и др.
[115, 116] ESVDeformNan и др. [109]ANSYSСтальдо 110010502205–15Лунев и др. [111]DEFORMСталь11501200до 315н.д.Салганик и др. [112]DEFORMСталь1200120030010–20Шмаков и др. [113]DEFORMСталь11501200300н.д.Также необходимо уделить внимание особенностям многопроходнойпрокатки. В работах [109,112] рассмотрено влияние дробности деформации,направления прокатки на итоговую накопленную деформацию. В общемпоказано, что увеличение частных обжатий благоприятно сказывается наоднородности накопленной эквивалентной деформации.На основании вышеизложенного можно выделить основные факторы,влияющие на распределение деформации при прокатке: диаметр валка, размерзаготовки, обжатие (часто эти параметры объединяются в безразмерныйкритерий); коэффициент трения между заготовкой и валками; скоростьпрокатки; температура прокатки; рекристаллизация и разупрочнение.Таким образом, очевидно, что неравномерность деформации процесснеизбежный, но им можно управлять.
В соответствии с современными54возможностями для исследования деформированного состояния металла вусловиях толстолистового стана 5000 наиболее эффективным будет применениемоделирования методом конечных элементом с использованием одного изсовременных программных продуктов.DEFORM 3D является одним из наиболее подходящих программныхпродуктов, как специально разработанный для задач обработки металловдавлениемизарекомендовавшийсебявобластиисследованийипроизводственных разработок.
К тому же в работе [111] проведена успешнаяпроверка корректности расчёта силы прокатки на клети стана 5000 с помощьюDEFORM 3D.Однако важной составляющей для корректного моделирования являетсяправильно заданная модель материала, в частности реологические свойства, атакже теплофизические константы. Реологические свойства могут бытьполучены экспериментально, например, с помощью исследовательскогокомплекса Gleeble 3800, а адаптация теплофизических коэффициентов возможнапутём непосредственных измерений температуры металла пирометром илитермопарой при лабораторной или промышленной прокатке.На основе проведённого анализа работ предлагается следующая схемаисследования влияния параметров прокатки на распределение деформации потолщине раската при исследовании методом конечных элементов (Рис.3.12).Согласно схеме на предварительном этапе необходимо обеспечить модельнеобходимыми физическими константами.
На втором этапе – разработатьмодель прокатки за один проход и провести исследования влияния различныхпараметров на распределение деформации, а также обеспечить верификациюполученных на предварительном этапе реологических свойств и констант.Третий этап может быть посвящён исследованию влияния рекристаллизации идробности обжатий при многопроходной прокатке, при этом также важнопроводить корректировку теплофизических констант.55Рис.3.12.Схема исследования влияния различных условий прокатки на неравномерностьдеформации в раскате3.2. Математическое моделирование прокатки в условиях стана 50003.2.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
