Компьютерное моделирование процессов прокатки

Моделирование прокатки связано с необходимостью расчетов процесса формоизменения металла и энергосиловых параметров с учетом ряда ограничений. В работах [ 12, 52] приведено описание двух программ моделирования горячей листовой прокатки ROLLING и сортовой прокатки BALKA, которые дают возможность нс только сократить время подготовки производства, но и провести сравнение полученных вариантов расчета с точки зрения производительности и экономии энергетических затрат для технологических процессов, включающих большое количество обжатий при деформации металла.

В программе ROLLING используется математическая модель расчета оптимального режима обжатия при горячей прокатке цветных металлов и сплавов, полученная в результате теоретических и экспериментальных исследований этого процесса на реверсивных и последовательных станах.

Алгоритм программы включает формирование исходных данных, расчет геометрических размеров полосы, определение скоростного режима прокатки, температуры раската и энергосиловых параметров, проверку ограничения режимов деформации и корректировку рассчитанной высоты полосы в каждом проходе. Также в процессе разработки программы проведена аппроксимация графической информации, в результате чего получены формулы, которые включены в программу, что позволило существенно сократить количество требуемых исходных данных.

В качестве исходных данных для расчетов используется следующая информация: техническая характеристика стана; параметры, характеризующие свойства полосы; геометрические размеры слитка (длина, высота, ширина); справочные данные по среднему сопротивлению деформации для используемого в расчетах материала; начальная и конечная температура прокатки; марка прокатываемого материала.

Выходная информация выдается в виде таблицы расчета режима обжатий. Программа рассчитана на работу со сплавами: М1, М2, Л63, Л68, Л90, МН19, БрА7, Н1, Н2, НЗ, Д1, Д16, АД1, АД31, АМЦ, АМгб и др.

В программе предусмотрена имитационная модель процесса прокатки, позволяющая наглядно представить динамический режим работы прокатного стана.

В зависимости от марки материала программа содержит два алгоритма расчета режимов обжатий для мягких (типа Л63, Л90, М1, Н1, АД1, АМц и др.) и твердых сплавов (типа Д1, Д16, БрА7 и др.). Оба алгоритма включают в себя расчеты текущих размеров заготовки, параметров деформации, а также температурных и энергосиловых параметров прокатки (сила прокатки, момент прокатки и др.). Пример моделирования на ЭВМ режимов прокатки листа из сплава АМгб толщиной 6 мм из слитка размс-рами175х2 120х 1 375 мм приведен на рис. 12.2.

Программа ВАБКА позволяет моделировать формоизменение металла и рассчитывать энергосиловые параметры при сортовой прокатке стальных балок на последовательных и непрерывных прокатных станах. Графическое изображение калибровки валков (рис. 12.3) формируется программой и передается для нанесения размеров в графический пакет АЩоСАЭ, а графики полученных расчетных параметров могут быть построены с помощью средств пакета Ехсе1.

В работе [53] приведены результаты по трехмерному моделированию процесса поперечно-винтовой прокатки, выполненному с использованием программного комплекса А1М8У8/Б8-ВУ1МА. Исследовалась холодная поперечно-винтовая прокатка (рис. 12.4) сплошной медной заготовки в трех валках (рис. 12.4, а). Это позволило использовать для описания поведения материала при деформировании билинейную изотропную упругопластическую модель. Модель заготовки и пространства, в котором исследовалось течение металла, были сформированы из трехмерных твердотельных гек-саэдрических элементов (рис. 12.4, б). Для стабилизации пространственного положения заготовки во время прокатки использовалась трубчатая проводка. Проводка и прокатные валки моделировались в лагранжевой постановке с помощью абсолютно жестких оболочечных элементов. Валки и проводка, описанные лагранжевой сеткой конечных элементов, контактируют с моделью заготовки, построенной с помощью эйлеровой сетки конечных элементов. Для описания взаимодействия проводки и валков с эйлеровой средой были использованы встроенные возможности Б8-ОУЫА.

Авторами [54] был также промоделирован процесс сортовой прокатки. Для подачи заготовки в валки и инициализации устойчивого захвата полосы валками в течение первых 0,1 секунды с начала процесса прокатки к заднему торцу заготовки прикладывали силу подпора в виде распределенной нагрузки. В связи с тем, что процесс прокатки осуществляется в симметричных калибрах, при решении задачи достаточно было рассмотреть четверть твердотельной модели с соответствующими механическими граничными условиями на плоскостях симметрии. Расчетная схема процесса прокатки в фасонных калибрах и его конечно-элементная модель показаны на рис. 12.5.

Проход

Высота Я,- 1 мм

Высота Я„ мм

Обжатие dH, мм

Вы

тяжка

сум

марная

Тем

пера

тура,

°С

Угол

сколь

жения,

рад/с

Сопредельное деформирование, МПа

Время, с

Уси

лие,

МН

Мо

мент,

мнм

1

175.00

171.57

3.43

1.02

460.0

1.6

60.0

6.29

8.891

0.3640

2

171.57

167.29

4.27

1.05

454.2

1.6

60.6

6.34

9.093

0.4207

3

167.29

160.66

6.63

1.09

448.1

1.6

65.2

6.42

10.296

0.6068

4

160.66

150.75

9.91

1.16

441.1

1.7

71.8

6.55

12.002

0.8795

5

150.75

136.76

13.99

1.28

433.4

1.7

82.8

6.79

14.701

1.2878

6

136.76

120.16

16.60

1.46

425.0

2.1

89.7

6.54

16.304

1.5433

7

120.16

103.86

16.30

1.68

418.5

2.8

95.4

6.21

16.712

1.5457

8

103.86

88.36

15.50

1.98

414.1

3.2

104.5

6.27

17.568

1.5486

9

88.36

72.86

15.50

2.40

410.9

3.9

109.2

6.26

18.298

1.5362

10

72.86

57.56

15.30

3.04

409.3

4.8

117.2

6.32

19.977

1.5308

11

57.56

44.76

12.80

3.91

409.3

5.7

123.2

6.52

19.913

1.2924

12

44.76

34.26

10.50

5.11

409.3

6.5

129.0

6.88

19.913

1.0905

13

34.26

25.76

8.50

6.79

409.3

7.2

133.0

7.46

19.871

0.9719

14

25.76

19.16

6.60

9.13

409.3

7.5

138.7

8.47

19.880

0.8133

15

19.16

14.06

5.10

12.45

408.7

7.6

143.0

10.01

19.959

0.6624

16

14.06

10.26

3.80

17.06

403.9

7.7

148.6

12.18

19.961

0.5386

17

10.26

7.96

2.30

21.99

393.2

7.7

152.4

14.50

16.307

0.3387

18

7.96

6.36

1.60

27.52

375.6

7.7

156.0

17.10

14.500

0.2469

19

6.36

6.00

0.36

29.17

354.9

7.7

121.3

17.89

3.712

0.0372

Рис. 12.2. Моделирование режима прокатки листа из сплава АМгб

с помощью программы ROLLING

Количество трехмерных твердотельных гексаэдрических конечных элементов в заготовке модели Эйлера и рабочего пространства составило 107 820. Лагранжевая модель прокатного валка сформирована из 3 704 абсолютно жестких оболочечных элементов.

На рис. 12.6 представлены поля распределения эквивалентной пластической деформации и эквивалентных напряжений в заготовке, построенные по результатам МКЭ-моделирования.

Пример моделирования калибровки валков для прокатки балки 16 на последовательном стане 500 с помощью программы ВАЬКА

Рис. 12.3. Пример моделирования калибровки валков для прокатки балки 16 на последовательном стане 500 с помощью программы ВАЬКА

Установлено, что степень пластической деформации заготовки при прокатке в исследуемых калибрах достигает величины 0,98 в приконтакт-ных с валком слоях. Во внутренних слоях заготовки степень пластической деформации составляет 0,5-0,7 (рис. 12.6, я), что характерно для случая прокатки высокой полосы. Эквивалентные напряжения в очаге деформации достигают величины 170 МПа.

а б

Рис. 12.4. Модели процесса поперечно-винтовой прокатки: а - геометрическая; б - по методу конечных элементов; 1 - валок; 2 - заготовка; 3 -

проводка; 4 - пространство Эйлера

Валок

Заготовка

КЭ-сетка эйлерова пространства

б

Рис. 12.5. Процесс сортовой прокатки в фасонных калибрах: а - схема процесса;

б - модель по методу конечных элементов

В работе [55] было проведено моделирование процесса периодической прокатки труб из алюминиевого сплава Д16 с использованием программного комплекса БЕРОКМ-ЗБ с целью анализа и корректировки производственного процесса. Для решения поставленной задачи были построены конечно-элементная модель заготовки, модель процесса перио-

дической прокатки трубы на стане ХПТ и проведены расчеты параметров прокатки (рис. 12.7).

а б

Рис. 12.6. Модели полей распределения в заготовке (показана 14 часть сечения) при сортовой прокатке в фасонных калибрах: а - степени пластической деформации;

б- эквивалентных напряжений, МПа

Модель процесса прокатки с помощью программного комплекса ОЕГОЛМ-ЗО

Рис. 12.7. Модель процесса прокатки с помощью программного комплекса ОЕГОЛМ-ЗО: а - на стане ХПТ; б - результаты расчета напряжений в очаге деформации

Результаты проведенного моделирования позволили внести коррективы в действующий технологический процесс прокатки.

Приведенные примеры показывают эффективность применения компьютерного моделирования для разных видов прокатки.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >