Введение к работе
Актуальность проблей). Улучшение качества выпускаемой продук- . цют и повышение эффективности производства являются основішші задачами промышленности.
В области металлургического машиностроения и обработки металлов давлением ота проблема заключается в повышении технического уровня машин и агрегатов, утучнений качества металлопродукции путем совершенствования теории и создания новых интенсивных технологических процессов.
Таким образом, повышение качества и точности проката, в частности, листовой продукции выдвигает крупную научно-техническую проблему, решение которой имеет важное народно-хозяйственное значение. Решение задачи повышения качества и точности листового проката связано с анализом контактного взаш.юдействял при пластическом формоизменении проката упругими валками; Теория контактного взаимодействия пластически деформируемого металла с упругим инструментом базируется на исследованиях А.И. Целикова, А.А. Ильюшина, А.П. Чекмарэва, П.И. Полухина, И.Н. Павлова, А.А. Королева, B.C. Смирнова, Е.С. Рокотяна, Н.Н. Дружинина, И.А. Кийко, А.К. Григорьева, И.М. Мееровича, А.В. Третьякова, В.П. Полухика, В^И. Зюзина, Ю.Д. Железнова, М.М. Сафьяна, М.Я. Бровмана, Г.Г. Григоряна, В.М. Клименко, B.C. Горелика,А.Л.Гру-дева, В.Н. Хлопонина, В.Л. Мазура и других исследователей.
Теория пластического формоизмененчя листового металла повышенного качества развивалась также исследованиями Ю.Н. Работнова.А.Д. Том-
ленова, И.Я. Тарновского, Г.І. Колмогорова, В.Н. Выдрина, Г.Я. Гуна, Н.Н. Малинина, В.Ф. Поталкина, Е.М. Третьякова, С.Л. Коцаря, Б.А.Дру-янова, СИ. Ковалева, А.И. Колпашникова, Р.И. Непершина, В.И. Тарновского, А.Н. Скороходова, А.В.Зиновьева, "В.Т.Жадана, Б.В.Кучеряева и др
Однако в связи с проблемой повышения качества и точности проката, совершенствованием оборудования и технологии листовых станов возник ряд новых теоретических и прикладных задач, потребовавших математическую постановку, анализ и решение задач контактного "взаимодействия с использованием ЭВМ и персональных компьютеров.
Целью работы является анализ параметров качества и точности листі вого металла во взаимосвязи с напряженно-деформированным состоянием проката путем постановки и решения задач контактного взаимодействия проката с упругими валками; анализ плоского и объемного контактных взаимодействий с упрочнением проката; разработка прикладных методов решения контактных задач при прокатке листового металла переменной то щины, создание на их основе методик и алгоритмов расчета упрочнения и точности проката во взаимосвязи с технологического, конструктивными параметрами процесса прокатки; разработка и внедрение интенсивных технологических процессов прокатки плит, листов и полос повышенного качества для машиностроения, авиационной и ракетной техники, сельхозмашиностроения, товаров народного потребления.
Научная новизна и основные положения, вынесенные на защиту. Новизна теоретических исследований состоит в разработка системы интегрально-дифференциальных уравнений контактного взаимодействия упругости валков и пластичности проката при регулировании профиля валков и волнистости полосы. Новизна прикладных- расчетов состоит в разработке методик и алгоритмов расчетов точной прокатки полос при квазиобъемном контактном взаимодействии, параметров рабочих клетей при регулировании профиля валков, упрочнения плит и листов с учетом исходной порлстости. 4
Разработана технологические, научно-конструкторские, системные основы формирования качества и точности проката.
Впервые получены результаты по снижению поперечной разнотолщин-ности и повышению качества крупногабаритных листов из высокопрочных алюминиевых сплавов с использованием новых систем регулирования профиля валков, несимметричных профилировок валковой системы, исключенном расслоений п изгибов листов. Разработаны новые способы регулирования профиля валков во взаимосвязи с технологией прокатки, новые конструкции валковых систем и рабочих клетей, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения.
На защиту выносятся следующие основные научные результаты исследований, полученные автором при решении данной научной проблемы:'
математическая модель контактного взаимодействия листового металла переменной толщины супругами валками;
анализ основных закономерностей формирования профиля и формы раската при контактном взаимодействии с валками, методика расчета технологических и конструктивных параметров точной прокатки;
закономерности температурно-скоростного и деформационного упрочнения раската при контактном взаимодействии листового металла с валками с учетом литой пористой структуры заготовок;
аналитические зависимости и методика расчета несимметричного контактного взаимодействия с изгибом листов в плоскости прокатки л в пространстве на выходе из валков;
прикладные методики расчета упругих деформаций и контактных нагрузок элементов рабочих клетей, параметров регулирования профиля и формы проката, жесткости оборудования и профилировок валков с учетом параметров прокатки;
методики расчета л проектирования технологических процессов прокатки плит, листов и полос повышенного качества из стали, преци-. эионных и алюминиевых сплавов;
- способы прокатки листов и полос, включая внедренные методы точной прокатки к термомеханические режимы деформации, защищенные авгорскими свидетельствами на изобретения.
Методы исследований. Для получения новых-результатов, сравнения теоретических и экспериментальных исследований в лабораторных и промышленных условиях использовались методы"тензометрирования, осцилло-графирования, контактного измерения параметров, механических испытаний, металлографии и.электронной фрактографии, моделирования. Обработка результатов исследований производилась на персональных компьютерах, Достоверность результатов подтверждалась опытным опробованием, промышленными экспериментами и внедрением результатов работы в производство на многих листовых станах.
Практическая ценность. В речультате проведения комплекса работ по повышению качества и точности листового проката на основе расчетов контактного взаимодействия разработаны и внедрены: системы и технология регулирования профиля рабочих валков, конструкции валковых систем 'для листовых и пшрокополосовых станов 1680, 1700, 2000, 2800, 2840, 3100 метзаводов черной, авиационной металлургии и за рубежом, обеспечивающие экономию металла и повышение выхода годной продукции; термо-механическив режимы прокатки плит, листов и полос повышенного качества из стали, прецизионных и алюминиевых сплавов на станах горячей и холодной прокатки 400, 1680, 1700, 2000, 2800, 2840, 3100, обеспечивание повышение моханосвойств проката и производительности станов; перспективные технические предложения по реконструкции станов и рабочк клетей 400, 2000, 2800, 2840^ехлологические обоснования проектов новых станов 2000, 1250, 5000, реализованные в технической документации; математические'модели, методики и алгоритмы расчетов процессов прокатки повышенного качества для металлургических и машиностроительных предприятий, учебных заведений, зарубежных предприятий при передаче на лицензионной основе. Техническая документация передавалась на мот-
заводы Катовице, Хута Ленина (ПНР), Восточно-Словацкий мэткомбинат (ЧСФР), машипостроитолышй завод Еятковице (ЧСФР), иетзавод г. Карачи (Пакистан), мотзавод г.Бокаро (Индия).
D результате внедрения мероприятий получен значитольний экономический эффект, доля автора определяется конкретным личным участием в изобретениях и внедренных работах и составляет около 2,5 млн. руб. Суммарный народнохозяйственный эффект от проведения комплекса работ составляет болоо 6,0 млн. руб. С участион С.Е.Рокотяна продано 7 лп-цопзий па правах "ноу-хау" о общим обгсчом валтлдах поступлений болоо 7,5 млн.руб. .(цеш» указаны до 1991 г.).
Апробзпия работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзной научно -технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства", Днепропетровск, 1972 г.; заседаниях Научного совета при Прозидиумо АН СССР по темам "Технология и станы производства толстолистового проката", метзавод "Азовоталь", Мариуполь, ишь 1974 г.; "Развитие листового производства па Криворожском металлургическом заводе". Кривой Рог, декабрь 1975 г.; секции прокатного оборудования научно-технического совета Мянтяямаш СССР, сентябрь 1975 г.; пестом совещании по автоматизации процессов машиностроения Комиссии АН СССР по технологии машипострозния, Москва, институт Машиноведения, декабрь 1976 г.; заседании секции "Обработка металлов давлением и термическая обработка" научно-технического совета Минчермета СССР, метзавод "Аэов~ оталь", октябрь 1979 г.; ежегодном заседапии комиссии по штампуомос-тп НТО Машпром 1974-1978 г.г.; комиссии "Черкая и цвотная металлургия" АН СССР ГКНТ,. постановление от 12.II.76 Я 74/394; научном семинаре "Пластичность" ШТУ им. Баумана, 1985 г.; научно-технических советах Мариупольского меткомбината им. Ильича, НКМЗ, БКМЗ, СМК, ЛСПЗ, НЛМ, межвузовских конференциях "Тепловые процессы при прокатке", май 1980, 1982 гг., Череповец; техсовете метзавода Бокаро, Индия, 1990 г.;
техсовещашш прокатного производства БОК, ЧСФР, 1991 г.
За цикл работ "Разработка высокоэффективных систем регулирования профиля валков и модернизация листовых станов с целью повышешш их производительности, улучшения качества продукции" и экономии металла" присвоена Государственная премия СССР 1973 г.
Публикации. Общее количество основных опубликованных работ по теме диссертации составляет 72 наименования, в том числе 5 монографий (одна на английском языке), 29 научных публикаций, 38 изобретений. Материалы диссертации содержатся в 51 отчетах по НИР и ОКР, в том числе в 26 работах, выполненных в соавторстве. Соавторство в виде соруководителя и ответственного исполнителя отмечено ссылками в диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, основных выводов. Работа изложена на 295 страницах машинописного текста, включает 92 иллюстрации, 18 таблиц, список литературы включает 233 наименований.