МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОКАТКИ ШАРОВ

Изложены результаты моделирования прокатки точных по массе шаров диаметром 93 и 125 мм в винтовых калибрах в программах компьютерного моделирования QForm-3D и DEFORM-3D, описаны этапы и исходные данные создания модели виртуального шаропрокатного стана. Проведен анализ напряженного состояния металла в характерных точках вдоль оси прокатки: интенсивность напряжений, компоненты тензора напряжений, среднее нормальное напряжение. Представлены результаты замеров массы шаров, прокатанных на новых и изношенных валках. Проведены проверка качества внутренних слоев металла и замеры твердости прокатанных шаров по вертикальной и горизонтальной осям симметрии шара. Исследование формоизменения металла при моделировании прокатки шаров показало, что нагретая заготовка в виде прутка горячекатаной стали хорошо захватывается валками, процесс прокатки происходит стабильно без пробуксовок. Металл заготовки полностью заполняет калибры. Зазора между металлом и стенками калибра не наблюдается. Перемычки, соединяющие отформованные шары, полностью отделяются непосредственно в валках стана. При этом перемычка срезается ребордой валков и вдавливается в тело шара. Отделенный шар продолжает обкатываться на отделочном участке калибра, остатки перемычки заглаживаются, и из валков выходит полностью оформленный шар, имеющий гладкую поверхность. Установлено, что при моделировании напряженно-деформированного состояния все компоненты тензора напряжений имеют отрицательное значение, то есть все компоненты тензора напряжений при прокатке шаров сжимающие. Статистическая обработка данных по взвешиванию прокатанных шаров диаметром 93 и 125 мм показала, что отклонение массы от номинальной не превышает 1 %. Замеры твердости по диаметральному сечению шаров показали отсутствие провалов твердости во внутренних слоях прокатанного металла, что говорит о хорошем качестве сердцевинной зоны. 

1. Специальные прокатные станы / А.И. Целиков, М.В. Барбарич, М.В. Васильчиков и др. – М.: Металлургия, 1971. – 336 с.

2. Грановский С.П. Новые процессы и станы для прокатки изделий в винтовых калибрах. – М.: Металлургия, 1980. – 116 с.

3. Kotenok V.I., Podobedov S.I. Energy-efficient design of rolls for ball-rolling mills // Metallurgist. 2001. Vol. 45. No. 9 – 10. P. 363 – 367.

4. Peretyatko V.N., Klimov A.S., Filippova M.V. Roller grooving in ball-rolling mills. Part 1 // Steel in Translation. 2013. Vol. 43. No. 4. P. 168 – 170.

5. Перетятько В.Н., Климов А.С., Филиппова М.В. Калибровка валков шаропрокатного стана. Сообщение 2 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 6. С. 16 – 20.

6. Романенко В.П., Сизов Д.В. Компьютерное моделирование процесса винтовой прокати крупных заготовок в двухвалковом стане // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 11. С. 13 – 16.

7. Chumachenko E.N., Aksenov S.A., Logashina I.V. Mathematical modeling and energy conservation for roling in passes // Metallurgist. 2010. No. 8. P. 498 – 503.

8. Филиппова М.В., Сметанин С.В., Перетятько В.Н. Компьютерное моделирование прокати шаров большого диаметра // Черная ме-таллургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2016. № 9. С. 75 – 78.

9. Gubanova N.V., Karelin F.R., Choporov V.F., Yusupov V.S. Study of rolling in helical rolls by mathematical simulation with the Deform 3D software package // Russian Metallurgy (Metally). 2011. No. 3. P. 188 – 193.

10. Liu F., Shan D., Lü Y. Experimental study and numerical simulation of isothermal closed die forging for aluminum alloy rotor // Trans. Nonferrous Metals Soc. China. 2005. Vol. 15. No. 2. С. 136 – 141.

11. Kapustova M., Kravarik L., Bliznak J. Computer simulation of precision die forging // Machine design. 2011. Vol. 3. No. 2. Р. 143 – 146.

12. Gohil D., Maisuria M. Computer Simulation Technique for the Closed Die Forging Process: A Modular Approach // Proceedings of the7th WSEAS International Conference on system science and simulation in engineering. 2008. Р. 61 – 66.

13. Ulik А., Kravarik L., Bernadic L. Research of metal flow in closed die in precision forging // Slovak university of technology in Bratislava. 2009. No. 27. P. 113 – 118.

14. Slagter W., Florie С., Venis А. Advances in Three-Dimensional Forging Process Modelling // Proceedings of the 15th National Conference on Manufacturing Research. 1999. Р. 73 – 78.

15. Скрипаленко М.М. Компьютерное моделирование и экспериментальные исследования прошивки слитков в двухвалковом стане винтовой прокатки // Кузнечно-штамповочное производство. 2016. № 12. С. 22 – 26.

16. Ershov A.A., Loginov Y.N., Demakov S.L. Assessing the consequences of the softening of metal during hot-working by using the software package QForm V8 // Metallurgist. 2015. Vol. 59. No. 7. P. 659 – 663.

17. Максимов В.М., Хлыбов О.С. Моделирование процессов про-шивки в стане винтовой прокатки с использованием QForm // Кузнечно-штамповочное производство. 2016. № 12. С. 17 – 21.

18. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформация, разрушение. – М.: Металлургия, 1970. – 229 с.

19. Перетятько В.Н., Климов А.С., Филиппова М.В. Калибровка валков для прокатки шара // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. 2012. Вып. 30. С. 44 – 50.

20. Перетятько В.Н. Шаровая заготовка // Заготовительное производство в машиностроении. 2012. № 3. С. 17 – 19.