Анотація до роботи:

Дворжак А.І. Удосконалення технології та обладнання для реалізації процесу плющення заготовок зі складним профілем поперечного перерізу

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 “Процеси та машини обробки тиском”. – Донбаська державна машинобудівна академія, Краматорськ, 2003.

Дисертація присвячена розвитку методів автоматизованого розрахунку і проектування, а також розробці практичних рекомендацій з удосконалення технологій і устаткування для реалізації процесу плющення заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу.

У роботі на основі чисельних інтерпретацій методу верхньої оцінки, методу полів ліній ковзання і рекурентного рішення скінчено-різницевої форми умови статичної рівноваги одержали розвиток методи розрахунку напружено-деформованого стану при реалізації різних технологічних схем процесу плющення, що дозволяють врахувати реальну геометрію осередку деформації, неоднорідність розподілів механічних властивостей і асиметрію пластичного плину металу.

З використанням методів передаточних коефіцієнтів, граничних оцінок і імітаційного моделювання розроблений комплекс математичних моделей, що дозволяють прогнозувати точність геометричних характеристик, а також рівень і ступінь стабільності механічних властивостей одержуваних плющених заготовок.

На основі результатів теоретичного аналізу та експериментальних досліджень сформульовані і вирішені задачі по автоматизованому проектуванню технологій і устаткування, а також розроблені і апробовані практичні рекомендації, спрямовані на розширення сортаменту, підвищення якості і зниження собівартості плющених заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу.

У дисертації виконані нові науково-технічні розробки в області технологій і устаткування плющильного виробництва, що забезпечують рішення актуальної задачі, — економії матеріальних ресурсів, розширення сортаменту і підвищення якості при виробництві довгомірних заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного переріза.

1. Подальший розвиток плющильного виробництва нерозривно пов'язаний з удосконаленням діючих, а також з розробкою і промисловим освоєнням нових технологій і устаткування, що забезпечують максимальне наближення геометричних параметрів, механічних властивостей і показників якості поверхні одержуваних заготовок до аналогічних показників готової металопродукції. Реалізація даних заходів при мінімальних питомих капітальних витратах робить актуальним подальший розвиток методів автоматизованого розрахунку і проектування, а також розробку практичних рекомендацій, що забезпечують підвищення техніко-економічних показників технологій і устаткування процесу плющення.

2. На основі методу верхньої оцінки і методу полів ліній ковзання в їхній чисельній інтерпретації уточнені на 20-30% і розширені в обсязі наданої інформації математичні моделі НДС металу при реалізації процесу плющення відносно товстих заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного перерізу. Реалізований у цьому випадку чисельний підхід дозволив прогнозувати траєкторію пластичного плину металу, можливість виникнення дефектів суцільності при одночасному урахуванні реального характеру розподілів геометричних параметрів і механічних властивостей в об‘ємі всього осередку деформації.

3. Стосовно до процесу плющення відносно тонких складнопрофільних заготовок коректне урахування реального характеру розподілів граничних умов при математичному моделюванні НДС було здійснено на основі чисельного рекурентного рішення скінчено-різницевої форми умови статичної рівноваги виділених елементарних об‘ємів, одержуваних шляхом розбиття зони пластичного формозмінення, як у подовжньому, так і в поперечному напрямках.

4. З використанням детермінованих математичних моделей НДС металу при їхній організації відповідно до методів передаточних коефіцієнтів, граничних оцінок і імітаційного моделювання одержали розвиток математичні моделі точності геометричних характеристик, а також рівня і ступеня стабільності механічних властивостей складнопрофільних заготовок, що були одержані при реалізації різних технологічних і конструктивних схем процесу плющення.

5. На основі результатів чисельної реалізації отриманих математичних моделей і відповідних їм програмних засобів встановлене наступне:

• збільшення кута нахилу активних утворюючих робочих валків і інтенсивності деформаційного зміцнення матеріалу оброблюваної заготовки, а також зменшення коефіцієнтів зовнішнього тертя призводять до збільшення ступеня асиметрії пластичного плину металу в поперечному напрямку, при цьому кількісно даний ступінь стосовно центра ваги результуючого поперечного перерізу може досягати 0,15-0,18 від його ширини;

• при кутах нахилу активних утворюючих робочих валків понад , де менші значення зазначеного діапазону відповідають меншим значенням коефіцієнтів зовнішнього тертя, має місце підвищена імовірність бічного викиду оброблюваної заготовки, що вимагає використання технологічних натягувань або спеціальних калібрувань і посилених проводкових систем;

• при співвідношенні ширини контакту до середньої товщини менш ніж 0,5 має місце підвищена імовірність порушення суцільності матеріалу в осьовій зоні, довжина якої у відносному вимірі може досягати =0,1...0,25;

• процес плющення характеризується зниженими значеннями співвідношення модуля жорсткості заготовки при її пластичному формозміненні і модуля жорсткості робочої кліті , унаслідок чого коефіцієнт відбиття радіального биття робочих валків досягає 0,6...0,8, а це посилює вимоги на точність виготовлення і монтажу механічного устаткування, вимагає зниження і робить ефективним використання каліброваних, попередньо напружених по буртах робочих валків, що забезпечують підвищення точності в 2,0-3,5 рази.

6. Достатній ступінь вірогідності отриманих теоретичних рішень підтверджений експериментально, при цьому надійні інтервали співвідношення розрахункових і емпіричних значень склали 0,93...1,04 по силі і 0,96...1,03 по геометричних характеристиках процесу плющення. Експериментально також показана можливість зміни результуючих геометричних параметрів на 30-40% тільки за рахунок зміни температури заготовки, що піддається плющенню.

7. З урахуванням виявленого впливу вихідних технологічних і конструктивних параметрів процесу плющення заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного переріза сформульовані і вирішені програмно задачі по їхньому автоматизованому проектуванню, запропоновані і досліджені практичні рекомендації, спрямовані на розширення сортаменту, підвищення якості і зниження собівартості плющених стрічок. Дані результати використані на АТ Старокраматорський машинобудівний завод, Українському НДІ металургійного машинобудування і у Донбаській державній машинобудівній академії при створенні технологій і устаткування, а також при виробництві дослідно-промислових партій плющених стрічок.

Публікації автора:

1. Потапкин В.Ф., Касьянюк С.В., Дворжак А.И. Численная одномерная математическая модель процесса волочения труб // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении. – Краматорск: ДГМА. – 1998. – С.12-16.

2. Потапкин В.Ф., Касьянюк С.В., Дворжак А.И. Одномерная математическая модель процесса вдавливания в фильеру провода контактного // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. – Краматорськ: ДДМА. – 1999. – С.149-151.

3. Проектирование технологических режимов процесса волочения на волочильной машине ВЛ-1...6 / С.В. Касьянюк, С.К. Добряк, А.И. Дворжак, И.Н. Шеремет // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. – Краматорськ: ДДМА. – 1999. – С.194-195.

4. Численная одномерная математическая модель процесса волочения монометаллических заготовок, основанная на энергетическом подходе / А.В. Сатонин, С.В. Касьянюк, А.И. Дворжак , Ю.В. Моисеева // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. – Краматорськ: ДДМА. – 2000. – С.364-367.

5. Численная одномерная математическая модель процесса волочения труб, основанная на энергетическом подходе / В.Ф. Потапкин, С.В. Касьянюк, А.И. Дворжак, В.А. Найден // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. – Краматорськ-Слов’янськ: ДДМА. – 2000. – С.47-50.

6. Касьянюк С.В., Дворжак А.И., Найден В.А. Численная одномерная математическая модель процесса горячего прессования трубных заготовок на неподвижной оправке // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. – Краматорськ: ДДМА. – 2001. – С.463-465.

7. Грибкова С.Н., Добряк С.К., Дворжак А.И. Автоматизированное проектирование технологических режимов и конструктивных параметров механического оборудования для получения лент плющеных с заданными показателями качества // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. – Краматорськ: ДДМА. – 2001. – С.555-558.

8. Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Дворжак А.И. Математическое моделирование энергосиловых параметров при реализации процесса плющения относительно толстых заготовок с асимметричным профилем поперечного сечения // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. – Краматорськ-Хмельницький: ДДМА. – 2002. – С.438-441.

9. Дворжак А.И., Бегунов А.А., Кокотько М.Е. Двухмерный анализ напряжений и деформаций при полистовой прокатке и плющении асимметричных профилей. // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. – Краматорськ-Хмельницкий: ДДМА. - 2002. - С.341-344.

10. Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Дворжак А.И. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния при реализации процесса плющения относительно тонких заготовок с асимметричной формой поперечного сечения // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні.– Луганськ: СНУ iм. В. Даля. – 2002. – С.3-8.

11. Потапкин В.Ф., Сатонин А.В., Дворжак А.И. Расчет энергосиловых параметров и деформированного состояния металла при реализации процесса плющения заготовок с асимметричным профилем поперечного сечения // Металлургическая и горнорудная промышленность, №8-9. – Днепропетровск: ОАО “НИИ УКРМЕТАЛЛУРГИНФОРМ”, НМетАУ. – 2002. – С.199-204.

12. Моделирование механизмов образования внутренних дефектов при плющении относительно толстых заготовок с асимметричной формой поперечного сечения / С.В. Новоселов, С.Н. Грибкова, А.И. Дворжак, В.В. Лысенко // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. – ДДМА: Краматорськ. – 2003. – С.104-106.

Особистий внесок автора в працях, які опубліковані в співавторстві

[1, 2, 4, 5] – уточнені математичні моделі, розроблені і реалізовані чисельно програмні засоби по автоматизованому розрахунку процесів волочіння заготовок для їх наступного плющення;

[3, 7] – розроблені і реалізовані чисельно програмні засоби по автоматизованому проектуванню технологічних режимів процесів волочіння і плющення;

[6] – уточнена и реалізована чисельно математична модель енергосилових параметрів при гарячому пресуванні трубних заготовок на нерухомій оправці;

[9] – уточнена і реалізована чисельно математична модель енергосилових параметрів процесів прокатки і плющення, заснована на використанні методу полів ліній ковзання;

[8, 10, 11, 12] - уточнені математичні моделі, розроблені і реалізовані чисельно програмні засоби по автоматизованому розрахунку процесів плющення заготовок зі складним асиметричним профілем поперечного переріза.