УДК 621.771.23

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫКАТЫВАЕМОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПОЛОС ТИПА «НАКОЛ» ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ

А.Б. Найзабеков, В.А. Талмазан, И.Ю. А.С. Ержанов.

(г.Темиртау, Карагандинский государственный индустриальный университет)

Экспериментальное моделирование промышленных процессов прокатки полосы с дефектами является трудоемким процессом. В значительной степени применение ЭВМ облегчает процесс моделирования.

В настоящей работе проведено моделирование процесса холодной прокатки полос с поверхностными дефектами типа «накол» при помощи специализированного программного комплекса «DeForm3D».

Смоделирован процесс формоизменения объемных поверхностных дефектов типа «накол» при холодной прокатке полос на непрерывном пятиклетевом стане 1700. С целью увеличения точности расчетов и согласно сортаменту стана 1700 смоделирована область (50×100 мм) вязкопластичной полосы толщиной 4,5 мм. Дефекты наносились в виде углублений на поверхности полосы.

Материал рабочих валков принимали сплошной, несжимаемый диаметром 600 мм. Материал полосы – сталь 08кп. На полосе смоделировано три поверхностных дефекта конической формы (рисунок 1) с различной начальной относительной глубиной δ₀/h₀.

h₀ – толщина полосы, мм; δ₀ – глубина дефекта, мм.

Рисунок 1. Профиль поперечного сечения полосы с дефектом конической формы типа «накол»

По результатам исследования работы [1-5] на практике поверхностные дефекты встречаются с относительной глубиной δ₀/h₀ = 0,37. В связи с расширением области исследования принято увеличить на 7% предельную относительную глубину поверхностного дефекта. Таким образом, начальные относительные глубины дефектов варьировали в пределах 10-44% от толщины полосы. Исследования проводили при постоянной скорости прокатки. С целью снижения времени расчетов на полосу задали оптимальную координатную сетку (100 тысяч элементов). Коэффициент трения принимали равным 0,03 и 0,07. Формоизменение поверхностных дефектов с различной начальной относительной глубиной δ₀/h₀, прокатанных с разными суммарными обжатиями ε_Σ и при разных коэффициентах трения f приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Формоизменение поверхностных дефектов

Начальная относительная глубина дефекта δ0/h0	Начальный вид дефекта		Коэффициент трения
			f = 0,03	f = 0,07
0,1			εΣ = 19,18%
				дефект выкатан
			εΣ = 35,11%
			дефект выкатан	дефект выкатан
0,23			εΣ = 19,18%
			εΣ = 35,11%
			εΣ = 45,56%
			дефект выкатан	дефект выкатан
0,44			εΣ = 19,18%
			εΣ = 35,11%
			εΣ = 45,56%

Изменение ширины дефектов в процессе исследований не учитывалось.

Проведен анализ напряженного состояния внутренней части поверхностных дефектов. При этом в области дефектов выбирали точки, как показано на рисунке 2. Далее проводили отслеживание напряженного состояния в данных точках (рисунок 3).

Рисунок 2. Схема отслеживания напряжения в дефектах

Рисунок 3. Напряженное состояние в точках дефекта

На рисунке 4 представлена зависимость относительной глубины дефекта типа «накол» от суммарного обжатия.

Рисунок 4. Зависимость относительной глубины дефекта «накол» от суммарного обжатия

Анализ полученных данных показывает, что точки, расположенные на грани поперечного сечения объемного поверхностного дефекта типа «накол» (точка 2 на рисунке 2), испытывают наибольшее напряжение по сравнению с точками в узлах граней (точка 1 на рисунке 2). Относительно большая разность напряжений в точках 1 и 2 (рисунок 3), составляющая 123 МПа, объясняется наличием своеобразного концентратора напряжений, что обусловлено геометрическим строением дефектов конической формы.

По данным моделирования корреляционно-регрессионым анализом определена модель, характеризующая влияние выкатываемости поверхностных дефектов от параметров прокатки.

(1)

Результаты таблицы 1, свидетельствуют о положительной роли внешнего трения на процесс формоизменения поверхностных дефектов. Внешние силы трения активизируют напряжения, в точках расположенных на гранях (точка 2 рисунка 2), тем самым увеличивают формоизменение дефекта. С увеличением сил трения усиливается процесс «выпучивания» донной части дефекта.

Выводы. Проведено математическое моделирование процесса холодной прокатки полосы с поверхностными дефектами типа «накол». Проведен анализ напряженного состояния в зоне дефекта. Определена модель зависимости относительной глубины дефекта от параметров прокатки.