Разработка, компьютерное моделирование и исследование новой технологии прокатки толстых полос в рельефных валках

Цель исследования:
на основе компьютерного моделирования исследовать процесс асимметричной прокатки в рельефных валках с равным отношением выступов к впадинам.
Задачи исследования:
осуществить построение геометрических моделей;
создать проект в Simufact Forming и импортировать в него модели;
задать граничные условия в проекте;
осуществить моделирования прокаток в рельефных валках с равным отношением выступов к впадинам симметричным и асимметричным способами;
осуществить сравнительный анализ результатов моделирования прокатки

В ходе обзора научно-технической и патентной литературы были рассмотрены методы и способы достижения сдвиговой и знакопеременной деформаций. Например, обжатие в бойках с волнистой поверхностью (а) и равноканальное угловое прессование (б). Также были ознакомлены со способом асимметричной прокатки, который будет использоваться далее.
а
б

Сущность асимметричной прокатки и её преимущества
Асимметричная прокатка заключается в том, что металл прокатывается валками, окружные скорости которых разные.
При использовании такого способа прокатки улучшаются свойства прокатываемого металла, а также уменьшается нагрузка на инструмент.

Для данного эксперимента было выбрано компьютерное моделирование в программе Simufact Forming, которое основано на методе конечных элементов. В качестве материала для заготовки выступил латунный сплав Л63, который был заменён на CuZn39Pb2 из-за схожести состава.

Перед моделированием мною были созданы геометрические модели валков, заготовки и толкателя, которые были импортированы в Simifact Forming, где после были заданы граничные условия: разбиение модели на конечные элементы (2мм), задание температуры (20°C), начальных усилий, силы трения, заданы скорости валков (для симметричного способа – 60 и 60 об/мин, асимметричного – 90 и 60).

Сначала было проведено моделирование симметричной прокатки, а затем асимметричной, где скорость верхнего валка в 1,5 раза выше скорости нижнего. После этого был проведён сравнительный анализ результатов моделирования обоих способов прокатки.

При симметричном способе прокатки высота прокатанной заготовки по критическим точкам составила 18,7 мм, а при асимметричном – 18,9 мм, а также произошёл изгиб заготовки на 43,83°.

Эффективная пластическая деформация при асимметричном способе прокатки (б) на 45,46% больше, чем при симметричном (а), что говорит о большей проработке материала
а
б

В процессе прокатки обе заготовки значительно нагрелись. При симметричном способе заготовка нагрелась в среднем до 110-120°C, а при асимметричном – до 240-270°C. Температура при асимметричном способе прокатки примерно на 150° выше, чем при симметричном.

Усилия прокатки при асимметричном способе прокатки в среднем на 36% ниже, чем при симметричном способе, что говорит нам о том, что при данной технологии экономится значительное количество энергоресурсов. После некоторых расчётов, я пришёл к выводу, что энергосиловые параметры асимметричной прокатки на 6% ниже, чем при симметричном способе.