Bài viết tiến hành nghiên cứu khả năng tăng hệ số sử dụng kim loại bằng phương pháp cán xiên, ứng dụng phần mềm mô phỏng số DEFORM - 3D đưa ra các thông số công nghệ phù hợp khi cán tấm dày trên máy cán 5000.
ISBN 2354-0575 ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GĨC ĐƯA PHƠI ĐẾN HỆ SỐ SỬ DỤNG VẬT LIỆU KHI CÁN THÔ TẤM DÀY TRÊN MÁY CÁN "5000" Nguyễn Xuân Diệp1, Trần Đức Hoàn1 Trường Học viện Kỹ thuật Quân Ngày nhận: 01/10/2016 Ngày sửa chữa: 31/10/2016 Ngày xét duyệt: 15/11/2016 Tóm tắt Trong cán dày, tượng giãn rộng không cạnh biên cán theo phương pháp truyền thống làm hao hụt lượng lớn kim loại cần cắt gọt, làm giảm hệ số sử dụng kim loại Bài báo nghiên cứu khả tăng hệ số sử dụng kim loại phương pháp cán xiên, ứng dụng phần mềm mô số DEFORM - 3D đưa thông số công nghệ phù hợp cán dày máy cán "5000" Từ khóa: Cán xiên, lượng dãn rộng, góc đưa phơi, lực cán, máy cán "5000" MTZ CÁC KÍ HIỆU SỬ DỤNG VÀ THỨ NGUYÊN H0 Chiều dày phôi ban đầu mm B Chiều rộng phôi cán mm L Chiều dài phôi cán mm T Nhiệt độ nung phôi ∆H Lượng ép tuyệt đối cán C mm ε Lượng ép tương đối - α Góc đưa phơi β Góc đỉnh phơi sau cán ∂ Hệ số giãn rộng tương đối - K Hệ số sử dụng kim loại - S0 Diện tích bề mặt phơi sau cán mm2 Sc Diện tích bề mặt phơi phần cắt bỏ mm2 Đặt vấn đề Trong q trình cán phơi bị kéo ép khe hở hai trục cán, theo định luật trở lực biến dạng nhỏ kim loại không chảy Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 theo hướng cán mà chảy theo hướng vng góc với hướng cán Điều dẫn đến chiều rộng phôi sau cán lớn so với phôi cán ban đầu Thông thường q trình cán tấm, đặc biệt cán thơ, biến dạng phôi không dẫn đến trình dãn rộng khơng tồn chiều dài hai đầu cán, bán sản phẩm sau cán thô phải cắt bỏ phần giãn rộng này, làm giảm hệ số sử dụng kim loại Trong sản xuất ống có mối hàn, người ta sử dụng phôi sau bước cán thô từ phôi dày để tạo hình ống Nếu dùng dày theo phương pháp cán truyền thống (cán thẳng) cần phải cắt bỏ lượng lớn kim loại bị dãn rộng Do vậy, hệ số sử dụng vật liệu trường hợp thấp Cụ thể khảo sát số liệu thực tế máy cán “5000” phần kim loại cắt bỏ sau cán thơ khoảng 117 nghìn tấn/năm (chiếm khoảng 7,1% tổng khối lượng kim loại sử dụng cho cán năm) [1] Vì việc tăng hệ số sử dụng vật liệu trình cán thơ tiết kiệm đáng kể chi phí sản xuất ống có mối hàn Hiện giới, người ta giảm tượng dãn rộng không đồng trình cán nhiều cách, giảm lượng ép bước cán, tăng độ xác chế tạo thiết bị, Journal of Science and Technology ISBN 2354-0575 lắp thêm trục cán đứng sau giá cán ngang, sử dụng phương pháp cán xiên với góc đưa phơi khác 00, … Tuy nhiên, giảm lượng ép bước cán số lần cán lại tăng lên, tăng độ xác chế tạo thiết bị đòi hỏi yêu cầu cao công nghệ chế tạo hay lắp thêm trục cán đứng sau giá cán ngang làm tăng chí phí sản xuất Một phương pháp mới, có hiệu tương đối cao mà lại không cần thêm chi phí sản xuất khác phương pháp kể cán xiên Do đó, báo sâu nghiên cứu phương pháp cán xiên góc đưa phôi khác nhau, ứng với lượng ép định Bài toán cán xiên 2.1 Cán xiên Cán xiên thực cán với góc đưa phôi α (α > 0) hợp cạnh bên phơi với trục cán Trong cán thẳng góc α = (Hình 1) Các thơng số cơng nghệ ảnh hưởng chủ yếu tới trình cán xiên: - góc đưa phơi α; - Lượng ép cán, H H ; Các thông số công nghệ có ảnh hưởng lớn đến q trình cán chất lượng bán sản phẩm sau cán Ngoài ra, hệ số ma sát trục cán phơi, kích thước trục cán có ảnh hưởng định cán xiên Khi nghiên cứu cán xiên dày, việc chọn lượng ép, phân bố lượng ép bước cán tương tự cán thẳng Do đó, khảo sát q trình cán xiên để tìm góc đưa phôi lượng ép phù hợp cho độ dãn rộng nhỏ nhất, góc đỉnh bán sản phẩm sau cán gần 900 Khi đó, hệ số sử dụng vật liệu tốt Vì vậy, cán xiên thường thực với số bước chẵn, thực bước với góc đưa phơi α, bước với góc đưa phơi – α đến bước chẵn cuối Việc thực quy trình làm cho bán sản phẩm cuối có dạng gần giống hình chữ nhật làm giảm lượng kim loại phải cắt bỏ 1- Phôi cán; 2- Trục cán 1- Phôi cán; 2- Trục cán Hình Sơ đồ cán thẳng Hình Sơ đồ cán xiên 2.2 Xây dựng mơ hình tốn mơ số Xây dựng tốn mơ số q trình cán thẳng cán xiên với chế độ cán nhau, phôi đầu vào nhau, số bước cán Q trình mơ thực phần mềm Deform 3D, phần mềm sử dụng rộng rãi có mức độ tin tưởng cao công nghệ sản xuất nghiên cứu q trình biến dạng Mục đích mơ số nhằm lựa chọn thông số công nghệ cán xiên, đặc biệt góc đưa phơi để nâng cao hệ số sử dụng 10 vật liệu cán thơ dày so sánh với q trình cán truyền thống Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology ISBN 2354-0575 lượng ép qua bước lẻ chọn là 10%, phân tích xử lý số liệu mơ để chọn góc đưa phơi lượng ép phù hợp bước chẵn cán xiên qua bước với lượng ép tổng cán thẳng Hình Mơ hình hình học q trình cán xiên Các thông số phôi đầu vào chế độ cơng nghệ sau: Kích thước phơi : BxLxH = 2000x4100x250 mm; Lượng ép tương đối tổng: Kích thước trục cán: ε∑ = - (1-ε1) (1-ε2) (1-εn) 1200 L5300mm ; Vật liệu phôi: (1) Các bước mô số thực Thép 45, tương đương với AISI 1045; sau: Nhiệt độ cán: 1150 độ C; Mô số bước cán thẳng theo tiến trình cơng nghệ thực tế Hệ số ma sat trục cán phôi: 0,3 [2, 5]; Đối với trình cán xiên: Tốc độ quay trục cán: 1,2 rad/s Thực mô bước 1, lựa chọn lượng ép 10%, thay đổi góc đưa phơi từ 100 đến 450 Từ kết mô phỏng, lựa chọn góc đưa phơi α phù hợp với góc đỉnh bán sản phẩm Tiếp tục thực mô bước với góc đưa phơi chọn bước 1, khảo sát lượng ép phù hợp Bước bước thực lặp lại bước bước Chỉ lưu ý bước chọn lượng ép cho phù hợp với lượng ép tổng Hình Mơ hình vật liệu thép 45 T=11000C, , =1 s-1 Trên sở phân bố chọn lượng ép cán thẳng sở sản xuất thực máy cán "5000", với phôi đầu vào chọn, Kết mô 3.1 Lựa chọn góc đưa phơi Mơ bước 1, với lượng ép 10% thu kết góc đỉnh bán sản phẩm β bảng Bảng Sự phụ thuộc góc đỉnh phơi vào góc đưa phơi α, ° 10 15 20 25 30 35 40 45 β, ° 84,9 84,8 82,8 79,5 78,1 77,7 77,6 75,9 Đồ thị ảnh hưởng góc đưa phơi vào góc đỉnh bán sản phẩm sau cán thể hình Khoa học & Cơng Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 11 ISBN 2354-0575 Hình Sự phụ thuộc góc đỉnh phơi vào góc đưa phơi Từ đồ thị hình thấy rằng, tăng để thực bước với góc đưa phơi – α góc đưa phơi khoảng xét góc đỉnh thu bán sản phẩm gần với hình chữ nhật bán sản phẩm sau cán giảm từ 90° đến 75,94° Với kết đồ thị chọn góc đưa phơi Lựa chọn góc đưa phơi α phù hợp cho sau khoảng 15° đến 30° Lựa chọn α = 25° bước chẵn ta thu phơi có chiều rộng phù hợp 3.2 Lựa chọn lượng ép phù hợp Bước thực cán xiên với góc đưa phơi –α, lượng ép thay đổi từ 10 - 25% thu kết bảng Bảng Sự phụ thuộc góc đỉnh phơi β vào lượng ép tương đối bước Lượng ép tương đối bước 2, % Góc β, độ 68 14 83 20 91 23 102 Với kết chọn lượng ép cho bước 20 % bán sản phẩm sau bước có hình dạng gần với hình chữ nhật nhất, góc β = 91° 3.3 So sánh kết thực cán xiên cán thẳng qua bước Với kết phần 3.1 3.2 bước bước thực tương tự với lượng ép góc đưa phơi bước thu bán sản phẩm cán thẳng hình 5a; cán xiên hình 5b Hệ số dãn rộng khơng đồng tương đối tính theo cơng thức 12 bmax bmin 100% bmin (2) ∂ - hệ số dãn rộng tương đối; bmax, bmin chiều rộng lớn bé phôi sau cán; Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology ISBN 2354-0575 Bảng So sánh hệ số dãn rộng không tương đối trường hợp cán thẳng cán xiên qua bước cán: ∂ Bước Bước Bước Bước Cán thẳng 0,56% 1,18% 3,94% 5,16% Cán xiên 1,46% 2,05% 3,81% 4,92% Khi số bước cán nhỏ, độ dãn rộng tương đối cán thẳng cán xiên khác không nhiều Tuy nhiên với số bước cán lớn, độ dãn rộng tương đối khác biệt rõ ràng Cụ thể kết mô cho thấy bước cán thứ 4, hệ số sử dụng kim loại cán xiên cao khoảng 2-3% so với cán thẳng lực cán tăng lên từ từ đạt giá trị ổn định sau giảm từ từ, khi cán thẳng lực cán tăng đột ngột từ lên giá trị ổn định suốt q trình cán sau giảm đột ngột Vì vậy, cán thẳng độ bền thiết bị dụng cụ thấp so với cán xiên Lực cán, kN Ngoài ra, so sánh lực sơ đồ cán thẳng cán xiên (hình 6) thấy cán xiên Thời gian cán, s 1- cán thắng; - cán xiên Hình Đồ thị lực cán cán thẳng cán xiên Kết luận Dựa sở kế thừa mơ hình tốn trong, tác giả mở rộng khả công nghệ mơ hình sử dụng phương pháp giải tích toán học, phương pháp số để xác định đại lượng hình học, động học, động lực học thông số công nghệ xây dựng nhà dân dụng, nhà công nghiệp,… điều kiện đất môi trường đàn nhớt cách ghép thêm hay nhiều máy rung để kết cấu đạt độ sâu hạ chìm mà ta mong muốn mà khơng thiết phải thay máy rung có cơng suất lớn Dựa sở phân tích kết thu được, ta thấy kết tốn áp dụng cho phép hạ số loại cọc, ống, ván cừ thép Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology 13 ISBN 2354-0575 Tài liệu tham khảo [1] Internet: -URL: https://vtz.tmk-group.ru/ [2] Мутин А.В Разработка технологии прокатки толстого листа с заданными свойствами из трубных марок стали на стане 5000: диссертация канд техн наук.–М.,2014.142с [3] Прокатное производство.// Металлургия.– URL: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-179prokat-metalla/128.htm [4] Концевая и боковая обрезь // Производство стали –URL: http://www.steelmill.ru/archives/tag/slyabov [5] В.И Шибакинский, В.П Галицкий, В.В Кирсанов.Исследование формирования ширины полосы на непрерывном стане горячей прокатки // Металлургическая и горнорудная промышленность.–№08-9 –2000 [6] М.А Зайков, В.П Полухин, А.М Зайков, Л.Н Смирнов Процесс прокатки / – М.: МИСиС, 2004 – 640 с APPLICATION OF SIMULATION TO STUDY OF THE INFLUENCE OF FEEDING ANGLE ON UTILIZATION COEFFICIENT OF MATERIAL INHEAVY PLATE PRE-ROLLING ON THE MILL-5000 Abstract In the heavy plate pre-rolling phenomenon of uneven broadening on the boundary edge when rolling according the traditional method is costing a huge amount of metal being cut, reduced utilization coefficient of metal This paper studies the ability to increase the utilization coefficient of metal by rolling under feeding angle method, use simulation software Deform - 3D to made the appropriate technological parameters when heavy plate pre-rolling on the mill-5000 Keywords: rolling under feeding angle, uneven broadening, feeding angle, rolling load, rolling mill 5000 14 Khoa học & Công Nghệ - Số 12/Tháng 12 – 2016 Journal of Science and Technology ... Trong cán thẳng góc α = (Hình 1) Các thơng số cơng nghệ ảnh hưởng chủ yếu tới trình cán xiên: - góc đưa phơi α; - Lượng ép cán, H H ; Các thông số công nghệ có ảnh hưởng lớn đến q trình cán. .. phẩm sau cán Ngoài ra, hệ số ma sát trục cán phơi, kích thước trục cán có ảnh hưởng định cán xiên Khi nghiên cứu cán xiên dày, việc chọn lượng ép, phân bố lượng ép bước cán tương tự cán thẳng... trình cán xiên để tìm góc đưa phôi lượng ép phù hợp cho độ dãn rộng nhỏ nhất, góc đỉnh bán sản phẩm sau cán gần 900 Khi đó, hệ số sử dụng vật liệu tốt Vì vậy, cán xiên thường thực với số bước