Анотація до роботи:

Кулік Т.О. Удосконалення технологій та обладнання з виробництва листового металопрокату та його штампування з використанням режимів теплого деформування. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 „Процеси та машини обробки тиском”. – Донбаська державна машинобудівна академія, Краматорськ, 2004.

Дисертація присвячена розширенню сортаменту та підвищенню якості готової металопродукції на основі розвитку методів розрахунку й автоматизованого проектування, а також розробки практичних рекомендацій з удосконалення технологій та обладнання процесів теплої прокатки, дресирування і листового штампування.

На основі рекурентних розв’язань скінчено-різницевої форми умов статичної рівноваги виділених елементарних об’ємів, розглянутих разом з рівняннями теплопровідності, розширені й уточнені чисельні математичні моделі напружено-деформованого стану металу і розподілів його температур при реалізації процесів прокатки та подальшого листового штампування з використанням режимів теплого деформування.

Стосовно до станів теплої прокатки і дресирування розроблена математична модель термо-напруженого стану робочих валків при наявності внутрішнього джерела їхнього нагрівання, розроблена методика розрахунку вихідних даних на проектування відповідних систем нагрівання, що враховує вимоги, висунуті в умовах стаціонарних і нестаціонарного температурних режимів роботи обладнання.

На основі результатів чисельного аналізу та експериментальних досліджень сформульовані і вирішені чисельно задачі з автоматизованого проектування й удосконалення технологічних режимів роботи і конструктивних параметрів обладнання для реалізації процесів теплої прокатки, дресирування і витяжки, розроблені практичні рекомендації, спрямовані на розширення сортаменту та підвищення якості відносно тонкого листового металопрокату.

У дисертації виконані нові науково-технічні розробки в області технологій і обладнання по виробництву листових заготовок і металовиробів з використанням процесів теплого деформування, що забезпечують вирішення актуальної задачі – розширення сортаменту, підвищення якості й економії матеріальних ресурсів.

1. Одним з найбільш перспективних технологічних рішень, спрямованих на розширення сортаменту готової металопродукції за рахунок виробництва з цілого ряду важкодеформуємих металів і сплавів, є більш широке використання процесів теплої прокатки, дресирування та подальшого листового штампування. При цьому використання даних процесів є також ефективним з погляду розширення технологічних можливостей по забезпеченню таких найважливіших показників якості, як точність геометричних характеристик, рівень і ступінь стабільності результуючих фізико-механічних властивостей, а також показники шорсткості поверхні традиційних видів готової металопродукції.

2. З використанням теоретико-експериментального підходу уточнена і розширена методика розрахунку опору деформації металів і сплавів у діапазоні температур їхнього теплого деформування. Стосовно до сталі 12Х18Н9, середнє вибіркове значення співвідношення розрахункових і емпіричних значень опору деформації в цьому випадку дорівнювало 1,002, а надійний інтервал ймовірностного розподілу даного співвідношення відповідав 0,963...1,041.

3. На основі чисельного розбиття зони пластичної формозміни по її довжині та висоті на скінчену безліч елементарних об’ємів і подальшого рекурентного розв’язання скінчено-різницевої форми умов їхньої статичної рівноваги, що його здійснювали разом з розрахунком відповідних розподілів температур, одержали розвиток математичні моделі процесу теплої прокатки відносно тонких стрічок, листів і штаб. Аналогічні чисельні математичні моделі були розроблені також стосовно до процесів теплої витяжки плоских і циліндричних заготовок, при цьому їхньою основною відмінністю є можливість прогнозування локальних і інтегральних показників напруженого, деформованого та температурного стану , а також ступеня використання запасу пластичності металу з врахуванням реального характеру розподілу граничних умов осередку деформації.

4. З врахуванням впливу температурного фактора уточнені методики розрахунку процесів теплого дресирування і механізму формування шорсткості поверхні заготовок при їхньому теплому деформуванні. Показано доцільність використання даного фактора з погляду розширення технологічних і конструктивних можливостей по підвищенню якості готової металопродукції.

5. Розроблено математичну модель термо-напруженного стану робочих валків станів теплої прокатки, що мають внутрішнє джерело нагрівання. На основі результатів чисельної реалізації даної математичний моделі, виконаної на прикладі спеціалізованого стану 300 для теплої прокатки відносно тонких стрічок з берилію та його сплавів, показані:

доцільність використання двох типорозмірів робочих валків діаметром 100 мм і 55 мм, що мають внутрішні циліндричні розточення діаметрами 36 мм і 18 мм, відповідно;

з врахуванням діапазону температур процесів теплого деформування берилію та його сплавів необхідна температура нагрівання поверхні робочих валків повинна відповідати приблизно 450С, що може бути забезпечене за рахунок використання електричних джерел нагрівання загальною потужністю приблизно кВт для робочих валків діаметром 55 мм і кВт для робочих валків діаметром 100 мм, час виходу на стаціонарний температурний режим роботи хвилин у першому і хвилин у другому випадку.

6. Достатній ступінь вірогідності отриманих теоретичних розв’язань і математичних моделей підтверджений експериментально, що дозволило на їхній основі досліджувати вплив вихідних технологічних і конструктивних параметрів процесів теплого деформування, а також сформулювати і вирішити задачу по їх автоматизованому проектуванню. З огляду на технологічні режими роботи спеціалізованого стану 300 теплої прокатки, зокрема, було встановлено:

при використанні робочих валків діаметром 100 мм швидкість теплої прокатки берилієвих стрічок товщиною 0,5 мм і більше, виходячи з умови забезпечення необхідної однорідності розподілів температур, не повинна перевищувати (0,01…0,02) м/с, а при теплій прокатці стрічок товщиною (0,2…0,5) мм - (0,04…0,05) м/с;

при використанні робочих валків діаметром 55 мм і стрічок товщиною, відповідно, 0,2 мм і менше максимально припустима швидкість прокатки може досягати (0,1…0,2) м/с, де верхня границя зазначених діапазонів швидкостей відповідає максимальній інтенсивності технологічних режимів обтиснень.

7. Розроблено і досліджено ряд технологічних і конструктивних рекомендацій, спрямованих на підвищення техніко-економічних показників процесів теплого деформування. Результати роботи у вигляді математичних моделей, програмних засобів і практичних рекомендацій використані на ВАТ СКМЗ, в УкрНДІметалургмаші та в ДДМА при проектуванні відповідних технологій і обладнання.

Публікації автора:

1. Математическое моделирование напряженно- деформированного состояния и температурного режима при теплой прокатке относительно тонких листов и полос / В.А. Федоринов, В.И. Шпак, Т.А. Кулик, Д.В. Морозько // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. – Краматорськ, 2000. – С. 523-527.

2. Доброносов Ю.К., Кулик Т.А., Кулик А.Н. Особенности учета реальных температурных условий процесса пластического формоизменения металла при реализации процессов обработки давлением в диапазоне температур теплой деформации // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. – Краматорськ, 2000. – С. 599-601.

3. Автоматизированный расчет и проектирование технологических режимов процесса осесимметричной вытяжки плоской заготовки / А.В. Сатонин, Т.А. Кулик, А.А. Сатонин, А.А. Бегунов // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. – ДДМА, Краматорськ, 2002. – С. 335-340.

4. Федоринов В.А., Кулик Т.А., Сатонин А.А. Численное математическое моделирование напряжений, деформаций и температурных режимов при теплой прокатке относительно тонких лент, листов и полос // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. – ДДМА, Краматорськ, 2002. – С. 442-446.

5. Численное математическое моделирование напряжений и деформаций при осесимметричной вытяжке плоской заготовки / А.В. Сатонин, А.А. Бегунов, Т.А. Кулик, А.А. Сатонин // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Луганськ: вид-во СНУ ім В.Даля, 2002. – С. 9-15.

6. Шпак В.И., Кулик Т.А., Морозько Д.В. Тепловая профилировка рабочих валков станов теплой прокатки и методика расчета компенсирующего теплового профиля // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. – ДДМА, Краматорськ, 2003. – С. 203-206.

7. Математическое моделирование степени использования запаса пластичности при реализации процесса вытяжки с утонением цилиндрическое заготовки с неоднородными по толщине механическими свойствами / Кулик Т.А., Бегунов А.А., Сатонин А.А., Касьянюк С.В., Анакин А.В. // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. – ДДМА, Краматорськ, 2003. – С. 411-416.

8. Сатонин А.В., Кулик Т.А., Сатонин А.А. Математическое моделирование напряжений и деформаций при осесимметричной вытяжке с утонением и волочении на подвижной оправке многослойных полиметаллических заготовок // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. в 2-х ч. Ч.1. – Луганськ: вид-во СНУ ім.В.Даля, 2003. – С. 11-19.

9. Математическое моделирование температурных условий реализации процесса деформации между неподвижным и приводным валками / В.Ф. Потапкин, В.А. Федоринов, Т.А. Кулик, В.И. Шпак // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. – ДДМА: Краматорськ-Слов‘янськ, 2003. – С. 62-66.

10. Математическое моделирование и экспериментальное исследование термоупругого деформированного состояния биметаллических деталей прокатных станов в диапазоне повышенных температур / Кулик Т.А., Александров И.В., Кулик А.Н., Сатонин А.А., Михеенко Д.Ю. //Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. – ДДМА: Краматорськ-Слов‘янськ, 2003. –С. 128-133.

11. Грибкова С.Н., Дворжак А.И., Кулик Т.А. Экспериментальные исследования влияния температуры нагрева заготовок на геометрические параметры плющеной ленты // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. – ДДМА: Краматорськ-Слов‘янськ, 2003. – С. 134-136.

Особистий внесок автора в працях, що опубліковані в співавторстві

[1,4,9] – розроблена методика врахування температурних факторів стосовно до визначення граничних умов розрахунку, а також поточного по довжині і висоті осередку деформації подвоєного опору зрушенню матеріалів, що прокатуються, чисельно реалізовані програмні засоби по автоматизованому розрахунку процесу теплої прокатки відносно тонких стрічок, листів і штаб;

[2] – уточнена математична модель опору металу пластичній деформації в діапазоні температур процесів теплої обробки тиском;

[3,5] – реалізована чисельно математична модель енергосилових параметрів процесу вісесиметричної витяжки плоскої заготовки, розроблена методика визначення поточних по товщині заготовки температур;

[6] – уточнена математична модель температурного поля робочих валків станів теплої прокатки;

[7,8] – уточнена методика врахування реальних температурних умов протікання процесу на ступінь використання запасу пластичності;

[10,11] – розроблена методика експериментального визначення розподілу температури в металі, що прокатується.