Моделирование упругого последействия металла при волочении

онных воздействий не приводит к заметным изменениям. Стоит также отметить, что в случае с лентой 1 категории при относительном обжатии свыше 0,5 % площадка текучести отсутствовала. Для ленты категорий 2 и 3 минимально достаточное обжатие для исключения площадки текучести составило 1 и 1,5 %.

Проведенные комплексные исследования подтвердили принципиальную возможность управления параметрами микротопографии поверхности горячекатаной травленой ленты в процессе ее дрессировки, а также возможность обеспечения нормируемых показателей шероховатости Ra обеих поверхностей дрессированной ленты в заданных интервалах.

Список литературы

1. Куницын Г. А., Голубчик Э.М., Смирнов П.Н. Возможности оперативного управления поперечной разнотолщинностью в процессе холодной прокатки ленты из стали повышенной прочности // Сталь. 2009. № 10. С. 58-60.

2. Особенности производства горячекатаной травленой ленты с управляемой шероховатостью поверхности / В.Л. Корнилов, В.Е. Телегин, П.Н. Смирнов, В.Д. Яхонтов, Э.М. Голубчик // Сталь. 2012. № 2. С. 51.

3. Metallurgy qualimetry theory design and develorment / G.S. Gun, G.Sh. Rubin, M.V. Chukin, I.G. Gun, I.U. Mezin, A.G. Korchunov // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2013. № 5 (45). P. 67-69.

References

1. Kunitsyn G.A., Golubchik E.M., Smirnov P.N. Operational control possibilities of transverse gage interference in cold rolling strip steel process // Steel. 2009. № 10. pp. 58-60.

2. Production peculiarities of hot rolled pickled strip with controlled surface roughness / V.l. Kornilov, V.E. Telegin, E.M. Golubchik, P.N. Smirnov, V.D. Yahontov // Steel. 2012. № 2. P. 51.

3. Metallurgy qualimetry theory design and develorment / G.S. Gun, G.Sh. Rubin, M.V. Chukin, I.G. Gun, I.U. Mezin, A.G. Korchunov // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2013. № 5 (45). P. 67-69.

УДК 621.771

МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГОГО ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ВОЛОЧЕНИИ

Гун Г.С., Корчунов А.Г., Пивоварова К.Г., Ульянов А.Г.

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный

технический университет им. Г. И. Носова», г. Магнитогорск, Россия

Из производственной практики известно, что диаметр калиброванной стали после волочения несколько больше диаметра калибрующей зоны волоки в ненагруженном состоянии вследствие явления упругого последействия металла. Для определенных сочетаний технологических факторов процесса волочения величина упругого последействия металла сопоставима с полем допуска на квалитеты точности. В промышленных условиях задача обеспечения заданного квалитета точности калиброванной стали осложняется тем, что в научно-технической литературе еще нет необходимых обобщений материалов и методик по вопросу количественной оценки величины упругого последействия металла в зависимости от технологических факторов процесса волочения. Это затрудняет

проектирование и реализацию режимов производства калиброванной стали с высокой точностью размеров.

Для исследования влияния характера и величины возникающих напряжений на упругое последействие металла в программном комплексе DEFORM 3D проведено моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) в очаге деформации, при различных значениях технологических факторов.

Задача расчёта НДС решалась в цилиндрической системе координат, и сводилась к построению сетки конечных элементов, не противоречащей граничным условиям. Модель стальной заготовки состояла из 150000 элементов, 26000 поверхностных многоугольников и 28000 узлов, модель волоки состояла из 280000 элементов, 80000 поверхностных многоугольников и 68000 узлов. Контакт заготовки и волоки задавался в поверхностных узлах элементов. В области контакта шаг сетки намеренно уменьшали в 4 раза.

Изменение механических свойства стали при волочении описывали зависимостью типа <ts =<J0 +a-s", где cr0 - начальный предел текучести, а an- коэффициенты, полученные в

результате аппроксимации реальных кривых упрочнения материалов.

В результате моделирования получили эпюры распределения радиальных и полных напряжений в очаге деформации, а также распределение скорости деформации в радиальном направлении при различных значениях степени деформации, коэффициента контактного трения, угла конуса и длины калибрующей зоны волоки, начального предела текучести и диаметра калибруемой стали. Из полученных эпюр распределения радиальных иг напряжений на поверхности металла в зависимости от технологических факторов процесса волочения можно наблюдать два пика растягивающих радиальных напряжений, на входе и выходе прутка из волоки. Первый пик растягивающих радиальных напряжений, наблюдаемый у входа прутка в волоку, появляется вследствие небольшого наплыва металла на волоку в виде волны, второй пик - соответствует упругому последействию металла при выходе из калибрующей зоны волоки (рис. 1, 2). Наибольшее увеличение растягивающих радиальных напряжений, и как следствие значений относительного упругого последействия металла наблюдается с ростом степени деформации и начального предела текучести калибруемой стали. При этом наиболее интенсивный рост растягивающих радиальных напряжений наблюдается при изменении степени деформации в диапазоне от 0 до 10 %, затем величина растягивающих радиальных напряжений практически не изменяется.

С увеличением длины калибрующей зоны волоки интенсивность растягивающих радиальных напряжений на поверхности прутка снижается до значения /к / dK = ОД. После дальнейшего увеличения длины калибрующей зоны значения растягивающих радиальных напряжений практически не изменяются. С увеличением диаметра калибруемой стали, при одинаковой степени деформации, величина растягивающих радиальных напряжений пропорционально возрастает. Увеличение коэффициента трения и угла рабочего конуса волоки также увеличивают величину растягивающих радиальных напряжений, что является следствием возрастания неравномерности НДС в очаге деформации.

В результате моделирования была получена зависимость величины упругого последействия металла от растягивающих радиальных напряжений на поверхности прутка

Л = ¿^

<Го

где d1 — диаметр калиброванной стали, мм; аг - величина растягивающих радиальных напряжений на поверхности стали, МПа; <т0 — начальный предел текучести калибруемой стали, МПа.

В процессе волочения калиброванной стали волока работает в тяжело нагруженных условиях, испытывая большие распорные усилия, и упруго деформируется. Для определения влияния упругой деформации волоки на точность размеров калиброванной стали в системе DEFORM 3D было проведено моделирование.

Силовую схему иагружеиия волоки задавали с помощью приложения в поверхностных узлах элементов вектор-силы. Величина натяга обоймы принималась равной 0,02 мм. Распределение деформаций волоки в радиальном направлении при различных значениях степени деформации при волочении изображено на рис. 3.

<7. и

о, а.

а)

Рис. 1. Эпюры распределения радиальных аг напряжений на поверхности прутка в зависимости от технологических факторов процесса волочения: а - степени деформации; б - коэффициента трения

о, а0

а)

б)

Рис. 2. Эпюры распределения радиальных ст. напряжений на поверхности прутка в зависимости от технологических факторов процесса волочения: а - угла конуса волоки; б - длины калибрующей зоны волоки

Sup I

Slip 1

a

о

Рис. 3. Распределение деформаций волоки в радиальном направлении при значениях степени деформации калиброванной стали:

а - 5 % ; б - 15 %

В результате моделирования была получена зависимость упругой деформации волоки в области калибрующей зоны от среднего значения сопротивления деформации металла <т5 и

относительной длины калибрующей зоны волоки —:— (см. таблицу).

Зависимость упругой деформации волоки от сопротивления металла деформации <тв

/,

и относительной длины калибрующей зоны волоки ——

\ 1к_ \dK °Sep \ \ 0,5 0,45 0,4 0,3 0,2 0,1

300 0,0013 0,0017 0,0021 0,0025 0,0028 0,0031

400 0,0019 0,0023 0,0026 0,0030 0,0033 0,0035

500 0,0025 0,0028 0,0031 0,0035 0,0037 0,0039

600 0,0029 0,0032 0,0035 0,0039 0,0041 0,0044

700 0,0032 0,0035 0,0038 0,0042 0,0044 0,0047

800 0,0035 0,0038 0,0041 0,0045 0,0047 0,0050

В ходе моделирования было установлено, что величина упругой деформации волоки в области калибрующей зоны не превышает 3-8 % от суммарного значения упругого последействия металла в процессе волочения калиброванной стали.

Список литературы

1. Корчунов А.Г., Пивоварова К.Г., Ульянов А.Г. Определение параметров волочильного инструмента с учётом деформационной специфики обработки калиброванной стали // Производство конкурентоспособных метизов. Сб. науч. трудов / Под ред. А.Д. Носова. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. Вып. 3. С. 96-103.

2. Ульянов А.Г. Математическая модель для расчёта диаметра калибрующего пояска волоки с учётом обеспечения требуемых предельных отклонений калиброванной стали // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2010. № 1 (29). С. 43-45.

3. Ульянов А.Г., Корчунов А.Г. Исследование упругого последействия в процессе волочения калиброванной стали // Производство проката. 2011. №. 10. С. 38-42.

4. Metallurgy qualimetry theory design and develorment / G.S. Gun, G.Sh. Rubin, M.V. Chukin, I.G. Gun, I.U. Mezin, A.G. Korchunov // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2013. № 5 (45). P. 67-69.

5. Генезис научных исследований в области качества металлопродукции / Г.С. Гун, И.Ю. Мезин, Г.Ш. Рубин, А. А. Минаев, А.Е. Назайбеков, X. Дыя // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1 (46). С. 92-97.

6. Разработка теории квалиметрии метизного производства / Г.Ш. Рубин, М.В. Чукин, Г.С. Гун, Д.М. Закиров, И.Г. Гун //Черные металлы. Июль 2012. С. 15-21.

References

1. Korchunov A.G., Pivovarova K.G., Ulyanov A.G. Defining the parameters of the drawing tool, taking into account the specifics of the deformation processing of calibrated steel // Production of competitive hardware. Collection of scientific articles / Ed. by A.D. Nosov. Magnitogorsk: MSTU, 2009. Issue 3. Pp. 96-103.

2. Ulyanov A.G. A mathematical model for calculating the diameter of the girdle sizing dies with a view to ensuring the required tolerances of calibrated steel // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2010. № 1 (29). Pp. 43-45.

3. Ulyanov A.G., Korchunov A.G. Investigation of elastic aftereffect in drawing process calibrated steel //Rolled steel production. 2011. № 10. Pp. 38-42.

4. Metallurgy qualimetry theory design and develorment / G.S. Gun, G.Sh. Rubin, M.V. Chukin, I.G. Gun, I.U. Mezin, A.G. Korchunov // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2013. № 5 (45). P. 67-69.

5. Genesis of scientific researches in metal ware quality control / G.S. Gun, I.Yu. Mezin, G.Sh. Rubin, A. A. Minaev, A.E. Nayzabekov, X. Dyja. Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2014. № 1 (46). Pp. 92-97.

6. Creating the theory and practice of metal ware production / G.Sh. Rubin, M.V. Chukin, G.S. Gun, D M. Zakirov, I.G. Gun / Ferrous metals. July 2012. Pp. 15-21.