Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Manufacturing Technology >> Производственный процесс

Оптимизация дизайна каток для точного профилирования стали

Дизайн каток (Roll Pass Design)

Длинные продукты обычно прокатчивают в нескольких проходах, число которых определяется соотношением начального сечения заготовки (квадратный или круглый блум/бillette) и конечного сечения готового продукта. Площадь поперечного сечения уменьшается на каждом проходе, и форма и размер прокатываемого материала постепенно приближаются к желаемому профилю.

Прокатка осуществляется между профилированными валами. Две противоположные канавки в взаимодействующих валах образуют проход, соответствующий ожидаемой форме поперечного сечения заготовки после прохода. После каждого прохода сечение уменьшается, форма сближается с формой конечного продукта. Разработка последующих форм проходов и их правильное размещение на валах называется дизайном каток.

Дизайн каток — неотъемлемая часть процесса прокатки длинных продуктов, так как они прокатчиваются между профилированными валами в станах длинной прокатки. Дизайн каток в общем означает вырезание канавок в теле вала, через которые сталь последовательно проходит для получения нужного контура и размеров.

Основная цель дизайна каток — обеспечить выпуск продукта правильного профиля в допусках, без дефектов, с хорошим качеством поверхности и требуемыми механическими свойствами. Кроме того, должны выполняться экономические условия: максимальная производительность при минимальных затратах, оптимальное использование энергии, удобные условия для прокатчиков и минимальный износ валов.

Дизайн каток — набор методов определения размеров, формы, числа и типа расположения прокатных проходов. Также включает расчет прессовых сил и их распределения по проходам. Для каждого профиля делается несколько проходов; квадратный или круглый блум/бillette последовательно приобретает заданную форму. Проходы проектируют так, чтобы избегать избыточных напряжений в прокатываемой стали, так как они могут привести к трещинам и другим дефектам.

Дизайн каток основан на характеристиках исходной заготовки (вес блума/бillette, марка стали, температура до и во время прокатки), характеристиках готового продукта (размеры сечения, допуски, спецификации по механическим свойствам и чистоте поверхности) и характеристиках прокатного стана (число стойк, диаметр валов, прочность валов, скорость прокатки, доступная мощность привода, доступное оборудование стана). Другие важные факторы: прокатная нагрузка, усадка, деформация, скорость теплообмена — влияют на пластическое течение стали. Форма сечения в конкретном проходе должна обеспечивать свободный поток стали в вальцепромежуток/канавку. Подбор подходящего угла конусности/канавки необходим для избежания заклинивания стали в валах.

Традиционно дизайн каток воспринимался больше как искусство, чем наука. В 1969 г. Вусатовский опубликовал крупную работу, систематизирующую принципы дизайна каток. С тех пор сложность процессов прокатки длинных продуктов выросла. Современные стана строятся как непрерывные или полунепрерывные. Появилось много новых марок стали, требующих новых стратегий: контролируемая прокатка и контролируемое охлаждение — термомеханическая обработка. Сегодня это обычная практика, улучшающая качество за счет оптимизации микроструктуры, получаемой деформационно-термическими процессами (рекристаллизация, рост зерен). Следовательно, дизайн каток становится еще более сложным при оптимизации конечной микроструктуры, и проектировщикам нужно применять сложные материаловедческие и процессные модели. К счастью, за последнее десятилетие компьютерное моделирование стало доступным для такого подхода, постепенно снижая затратный метод проб и ошибок для оптимизации прокатки длинных продуктов.

Канавки валов (Roll grooves)

Существует разные типы канавок для прокатки профилей. Основные: прямоугольные ящикообразные, диагональные — квадратные и ромбовидные (алмазные), круглые или ложнокруглые, овальные. Канавки могут быть симметричными, асимметричными и щелевыми. Важные параметры: высота (глубина), угол канавки, радиус разбега, радиус дна, ширины у воротка, верха, середины дна и дефлекция середины дна. Обычно используют комбинацию канавок. Типичные чертежи некоторых симметричных, асимметричных и щелевых проходов на рис. 1.

Оптимизация дизайна каток для точного профилирования стали
Рис. 1 Типичные чертежи некоторых проходных канавок

Эмпирические правила (Thumb rules)

Некоторые эмпирические правила для угла канавки, радиуса разбега, радиуса дна и посадки даны в табл. 1.

Табл. 1 Некоторые эмпирические правила
Тип проходаУгол канавкиУгол днаРадиус разбегаРадиус дна
Ящикообразный8–10°—10 мм—
Ромбовидный (алмазный)>90°—18 мм—
Квадратный45°~90°5 мм—
Овальный60°—5 мм—
Промежуточный круглый60°30°——
Для круглых——0,2 × радиус дна0,5 × диаметр
Для круглых в финишном проходе——1,5—

(1) Посадки от овального к круглым должны быть 0,3–0,7.
(2) Для овалов отношение ширины к высоте должно быть менее 3,0.

Основные требования к правильному дизайну каток

Характеристики хорошего дизайна каток

Расчеты в процессе дизайна каток

Для контроля межстоечного натяжения важно установить точные соотношения скоростей и оборотов двигателей между стойками/двигателями в непрерывном стане. Расчет скоростей и оборотов делается от выходной скорости финиша вверх по потоку к блуму/бillette по принципу постоянного массового расхода. Расчет скорости функция финишной скорости, площади прута, диаметра валов, натяжения и прямого скольжения.

Дизайн каток не только улучшает размеры, форму и механические свойства прокатных продуктов, но и стремится оптимизировать сам прокатный процесс. Хотя дизайн каток для профильной прокатки обычно основан на эмпирическом знании экспертов, большинство эмпирических формул дают хорошие результаты только в ограниченном диапазоне. Профильная прокатка всегда была самым сложным процессом для оптимизации.

Все еще трудно решить на оптимальное решение для данной задачи дизайна каток. Часть проблемы — нет заранее заданных конкретных правил, поэтому при возникновении проблемы сложно знать точную причину. Проблема усложняется при иерархических конкурирующих целях.

Старое искусство дизайна каток превращается в современную технологию на базе научного прогресса. Задача горячего дизайна валов сейчас требует современных инструментов и методологий. С быстрым развитием компьютерного железа и ПО разработаны следующие методологии:

Сложный процесс дизайна горячей прокатки длинных продуктов интегрирован в матричную систему дизайна. Поскольку доступные методы и информация (эмпирические, экспериментальные, теоретические и МКЭ) находятся в матрице, подход имеет потенциал дать более качественные прокатные продукты оптимизированным дизайном каток по сравнению с адхок-методами. Поэтому матричная система дизайна каток становится все более популярной.

Производственный процесс

  1. Предотвращение деформации при литье под давлением: дизайнерские стратегии
  2. Дизайн потребительских продуктов: практическое руководство для успеха
  3. Design for Manufacturability (DFM): практическое руководство для инженеров и дизайнеров
  4. Мастерство продуктового дизайна: проверенные стратегии преодоления частых вызовов
  5. Проектирование надежных контактов коммутаторов: материалы, типы и стратегии защиты
  6. Как передавать одномерные и двумерные массивы в функции в C — практическое руководство
  7. Оператор pass в Python: практическое руководство
  8. Освоение Verilog: полное руководство по проектированию цифровых схем
  9. Архитектурное проектирование: принципы, практика и влияние на среду
  10. Критическая роль Design for Manufacturing (DFM) в успехе हारдварных продуктов