Автор: Шинкин Владимир Николаевич

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №8 (88) апрель-2 2015 г.

Дата публикации: 17.04.2015

Статья просмотрена: 258 раз

Библиографическое описание:

Шинкин В. Н. Математическая модель правки стальной полосы на пятироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. — 2015. — №8. — С. 344-349.

Предложен математический метод определения оптимальных параметров холодной правки стального листа из горячекатаного рулона на листоправильной машине испанской фирмы Fagor Arrasate. Расчеты позволяют определить вид и кривизну нейтральной линии стального листа при правке, а также остаточную кривизну листа после правки в зависимости от радиуса рабочих роликов, шага между роликами правильной машины, величины обжатия листа верхними роликами, толщины листа, а также модуля Юнга, предела текучести и модуля упрочнения металла листа. Результаты исследований могут быть использованы на металлургических заводах при производстве стального листа из горячекатанного рулона.

Ключевые слова: горячекатаный стальной рулон, остаточные напряжения, кривизна поверхности листа, многороликовые листоправильные машины, модель упругопластической среды.

 

Производство труб большого диаметра из широкого толстого стального листа. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и газа является важнейшей частью экономики России. Магистральные трубопроводы состоят из последовательно сваренных труб большого диаметра, которые производят из широкого толстого стального листа. Листовой прокат обязательно правят в листоправильных многороликовых машинах для устранения дефектов поверхности листа [1-6]. Для обеспечения высоких требований к эксплуатации магистральных трубопроводов в практике трубного производства утвердился процесс формовки трубной заготовки из стального листа по схеме JСOE, разработанный немецкой фирмой SMS Meer [1-3, 7-20].

Дефект образования гофра продольной кромки стального листа на кромкогибочном прессе SMS Meer изучался в работах [1, 2, 7-16], вредное влияние остаточных напряжений в стенке стального листа после трубоформовочного пресса SMS Meer на процесс экспандирования трубы − в [1, 2, 18], дефект «точка перегиба» при изгибе стального листа на трубоформовочном прессе SMS Meer − в [1, 2, 19], дефект несплавления сварного продольного шва при сборке трубы − в [1, 2, 21], дефект стального листа раскатной пригар с риской - в [1, 2, 22]. Процессы прокатки стального листа для производства труб изучались в работах [23-27], энергосиловые параметры при формовке листовых заготовок - в [1-3, 12, 28-33].

Правка листа на пятироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate. Основная задача технологии правки листа − рассчитать оптимальные режимы обжатия листовой заготовки рабочими роликами листоправильных машин таким образом, чтобы на выходе из машины лист имел минимальные остаточные напряжения и кривизну.

На рис. 1 показана кинематическая схема линии предварительной правки стального листа из горячекатаного рулона, где 1 − гидроцилиндры, 2 − передвижной разматыватель рулона с четырехсекционным барабаном для фиксации рулона, 3 − горячекатаный стальной рулон, 4 − прижимная балка с приводным роликом и наружной подшипниковой опорой, 5 − механизм для исправления кривизны рулона, 6 − устройство с выдвижным столом для раскрытия рулона и проводки листа, 7 − тянущие подающие ролики, 8 − направляющие листа, 9 − пятироликовая листоправильная машина (верхние два ролика имеют независимое вертикальное перемещение, нижние три ролика неподвижны), 10 − машина сухой щеточной очистки листа.

Рис. 1. Кинематическая схема линии предварительной правки стального листа из горячекатаного рулона фирмы Fagor Arrasate

 

Пусть t − шаг между нижними роликами, H2 и H4 − величины обжатия срединной поверхности стального листа на втором и четвертом роликах, h − толщина стального листа, R − радиус рабочих роликов, R0 = R + h/2; σT, E, Пр и Пс − предел текучести, модуль Юнга и модули упрочнения стали при растяжении и сжатии; ρi и εi = 1/ρi − радиусы кривизны и кривизна срединной линии листа в точках касания листа с роликами, φi − углы точек касания листа и роликов (i = 1 … 5) (рис. 2).

Рис. 2. Правка стального листа между пятью роликами листоправильной машины

 

Коэффициент пружинения нейтральной линии листа при радиусе кривизны ρ равен

Введем пять локальных прямоугольных декартовых систем координат yz в точках касания листа с рабочими роликами листоправильной машины. Оси z направим по касательной к поверхности роликов слева направо, а оси y − перпедикулярно к оси z в сторону центров соответствующих роликов. Будем аппроксимировать в этих системах координат нейтральную линию листа (между соседними точками касания листа и роликов) с помощью кубических полиномов вида y(z) = a z2b z3 (метод Шинкина). Отметим, что первые два коэффициента этих полиномов равны нулю, так как лист касается роликов в начале систем координат. Обозначим ai и bi − коэффициенты кубических полиномов в i − ой системе координат. Составим уравнения для коэффициентов кубических полиномов, кривизны и радиусов кривизны нейтральной линии листа в точках касания листа с роликами.

Первый и второй ролики

Второй и третий ролики

Третий и четвертый ролики

Четвертый и пятый ролики

Граничные условия задачи имеют вид

Результаты расчетов. Решая систему уравнений при t = 0,27 м, R = 0,125 м, h = 0,01 м, E = 2∙1011 Па, σT = 500∙106 Па, H2 = 0,024 м, H4 = −0,002 м и ρ1 = ∞ м, получаем ρ2 = 0,172 м, ρ3 = −0,295 м, ρ4 = 2,482 м, ρ5 > 1010 м, φ1 = 16,89°, φ2 = −3,89°, φ3 = 10,80°, φ4 = 1,93° и φ5 = −0,31°. На рис. 3 показана зависимость кривизны нейтральной линии листа при правке на пятироликовой листоправильной машине. По оси абсцисс отложена продольная ось листа, а по оси ординат − кривизна продольных волокон срединной линии листа. Точки локальных экстремумов кривизны соответствуют точкам касания листа с рабочими роликами листоправильной машины.

Рис. 3. Кривизна срединной линии листа при правке на пятироликовой листоправильной машине

 

Деформация листа на участке 1−2−3-ий ролики служит для частичного снятия остаточных напряжений внутри листа и приведения кривизны листа на третьем ролике к некоторому почти постоянному значению вне зависимости от начальной кривизны листа на первом ролике. Деформация листа на участке 3−4−5-ый ролики служит для придания листу плоской формы после его правки на пятироликовой листоправильной машине.

 

Литература:

 

1.      Шинкин В.Н. Механика сплошных сред для металлургов. - М: Изд. Дом МИСиС, 2014. - 628 с.

2.      Шинкин В.Н. Сопротивление материалов для металлургов. - М: Изд. Дом МИСиС, 2013. - 655 с.

3.      Шинкин В.Н. Сопротивление материалов. Простые и сложные виды деформаций в металлургии. - М: Изд. Дом МИСиС, 2008. - 307 с.

4.      Шинкин В.Н. Математическая модель правки тонкого стального листа на пятнадцатироликовой листоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Производство проката. 2015. № 1. С. 42-20.

5.      Шинкин В.Н. Расчет технологических параметров правки стального листа на одиннадцатироликовой листоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Производство проката. 2014. № 8. С. 26-34.

6.      Шинкин В.Н., Барыков А.М. Расчет технологических параметров холодной правки стального листа на девятироликовой машине SMS Siemag металлургического комплекса стан-5000 // Производство проката. 2014. № 5. С. 7-15.

7.      Шинкин В.Н. Гофр продольной кромки листа при его формовке на кромкогибочном прессе // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2009. Вып. 6. С. 171−174.

8.      Шинкин В.Н., Коликов А.П. Формовка листовой заготовки в кромкогибочном прессе и условие возникновение гофра при производстве труб магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011. № 4. С. 14−22.

9.      Шинкин В.Н., Коликов А.П. Упругопластическое изменение металла на кромкогибочном прессе при формовке труб большого диаметра // Сталь. 2011. № 6. С. 53-56.

10.  Shinkin V.N., Kolikov A.P. Elastoplastic shaping of metal in an edge-ending press in the manufacture of large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 6. P. 528-531.

11.  Шинкин В.Н., Коликов А.П. Модель пластического формоизменения кромок листовой заготовки при производстве труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Известия вузов. Черная металлургия. 2011. № 9. С. 45-49.

12.  Шинкин В.Н. Математическое моделирование процессов производства труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. № 4 (62). Вып. 4. С. 69−74.

13.  Шинкин В.Н., Коликов А.П., Барыков А.М. Технологические расчеты процессов производства труб большого диаметра по технологии SMS Meer // Металлург. 2011. № 11. С. 77−81.

14.  Shinkin V.N., Kolikov A.P. Engineering calculations for processes involved in the production of large-diameter pipes by the SMS Meer technology // Metallurgist. 2012. Vol. 55. Nos. 11-12. P. 833-840.

15.  Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процесса формовки заготовки для труб большого диаметра // Сталь. 2011. № 1. С. 54−58.

16.  Shinkin V.N., Kolikov A.P. Simulation of the shaping of blanks for large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 1. P. 61-66.

17.  Шинкин В.Н., Барыков А.М. Расчет формы трубной заготовки при гибке на кромкогибочном и трубоформовочном прессах фирмы SMS Meer при производстве труб большого диаметра по схеме JCOE // Производство проката. 2014. № 12. С. 13−20.

18.  Шинкин В.Н., Коликов А.П., Мокроусов В.И. Расчет максимальных напряжений в стенке трубы при экспандировании с учетом остаточных напряжений заготовки после трубоформовочного пресса SMS Meer // Производство проката. 2012. № 7. С. 25−29.

19.  Шинкин В.Н. Критерий перегиба в обратную сторону свободной части листовой заготовки на трубоформовочном прессе SMS Meer при производстве труб большого диаметра // Производство проката. 2012. № 9. С. 21−26.

20.  Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процессов экспандирования и гидроиспытания труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011. № 10. С. 12−19.

21.  Шинкин В.Н., Барыков А.М., Коликов А.П., Мокроусов В.И. Критерий разрушения труб большого диаметра при несплавлении сварного соединения и внутреннем давлении // Производство проката. 2012. № 2. С. 14−16.

22.  Шинкин В.Н., Мокроусов В.И. Критерий разрыва труб газонефтепроводов при дефекте раскатной пригар с риской // Производство проката. 2012. № 12. С. 19-24.

23.  Бельский С.М., Третьяков В.А., Барышев В.В., Кудинов С.В. Исследование процесса формирования ширины сляба в черновой группе широкополосного стана // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1998. № 1. С. 24-29.

24.  Скороходов В.Н., Чернов П.П., Мухин Ю.А., Бельский С.М. Математическая модель процесса свободного уширения при прокатке полос // Сталь. 2001. № 3. С. 38−40.

25.  Скороходов В.Н., Мухин Ю.А., Бельский С.М., Мазур С.И. Особенности профилировок рабочих валков для клетей с осевой сдвижкой. Сообщение 1 // Производство проката. 2007. № 12. С. 17−19.

26.  Скороходов В.Н., Мухин Ю.А., Бельский С.М., Мазур С.И. Особенности профилировок рабочих валков для клетей с осевой сдвижкой. Сообщение 2 // Производство проката. 2008. № 1. С. 21-24.

27.  Бельский С.М. О некоторых эффектах применения осевой сдвижки рабочих валков // Производство проката. 2008. № 7. С. 21−24.

28.  Бровман Т.В. Определение усилий при вдавливании цилиндрического пуансона в заготовку // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1997. № 1. С. 44-47.

29.  Бровман Т.В. Определение усилий при листовой штамповке // Вестник машиностроения. 2004. № 3. С. 60-61.

30.  Бровман Т.В. Энергосиловые параметры при деформации листовых заготовок» // Производство проката. 2012. № 6. С. 27-32.

31.  Бровман Т.В., Васильев М.Г. Модель численных расчетов искусственной анизотропии при деформации тонколистового материала // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Прикладная математика. 2014. № 2. С. 25-32.

32.  Бровман Т.В., Кутузов А.А. О выборе режимов изгиба при вальцовке заготовок // Производство проката. 2014. № 12. С. 29-32.

33.  Бровман Т.В., Кутузов А.А. Определение усилий подгибки в штампах кромок стальных кольцевых заготовок // Производство проката. 2015. № 2. С. 18-23.

Основные термины (генерируются автоматически): стального листа, Шинкин В.Н, Производство проката, труб большого диаметра, правки стального листа, касания листа, линии листа, фирмы fagor arrasate, листоправильной машине, точках касания листа, срединной линии листа, Коликов А.П, толстого стального листа, пятироликовой листоправильной машине, нейтральной линии листа, поверхности листа, кривизны листа, Скороходов В.Н, линии стального листа, стального листа раскатной.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос