ISSN (print) 1995-2732
ISSN (online) 2412-9003

 

скачать

Аннотация

Постановка задачи (актуальность работы): при определении нагрузочной способности крупногабаритных соединений с натягом обычно учитывается только величина коэффициента трения и не рассматривается мик-ротопография сопрягаемых поверхностей, а также их структура и механические свойства. Однако эти харак-теристики могут оказывать большое влияние на нагрузочную способность бандажированного прокатного вал-ка, его напряженно-деформированное состояние (НДС), долговечность, и что особенно актуально, качество продукции. Цель работы: разработка усовершенствованной методики компьютерного моделирования процес-са сборки тепловым способом бандажированных прокатных валков, позволяющей учитывать микротопогра-фию и механические свойства сопрягаемых поверхностей. Используемые методы: процесс проектирования сборки деталей типа вал-втулка производится посредством конечно-элементного компьютерного моделирова-ния. Модель процесса состоит из нескольких отдельных взаимосвязанных субмоделей, отражающих поведение металла при деформировании на разных масштабных уровнях. Макромодель строится на представлении ме-талла в качестве изотропного материала, и она необходима для получения численных значений параметров НДС на макроуровне. Полученные в макромодели абсолютные показатели параметров НДС на каждом шаге расчета накладываются на микромодель, что позволяет произвести расчет распределения параметров НДС в отдельных микроструктурных составляющих любой точки тела. Для сбора информации о геометрических па-раметрах микротопографии выбран ролик из стали 30, поверхность которого обработана лазером (нагрев на глубину более 50 мкм с оплавлением). Помимо исследований микротопографии получены сведения о количе-ственных параметрах микроструктуры поверхностного слоя образца и учтены основные технологические па-раметры процесса: базовые геометрические параметры деталей, температурные и скоростные режимы. Но-визна: в результате моделирования получено распределение эквивалентных напряжений после остывания бандажа (моделировался нагрев бандажа перед сборкой до температуры 350°С). Максимальные напряжения возникают по краям бандажа и в зоне соприкосновения оси и бандажа. На поверхности оси максимальные эк-вивалентные напряжения достигают 150–170 МПа, а на внутренней поверхности бандажа – 772–839 МПа. Максимальные напряжения возникают в области микронеровностей поверхности оси, которая упрочнена ла-зерной обработкой, величина напряжений – 2190 МПа. Практическая значимость: апробация данной мето-дики позволила получить информацию о динамике изменения НДС на уровне микротопографии контактирую-щих поверхностей. Применение данного подхода к построению компьютерных моделей сборки и эксплуатации металлургического оборудования позволит расширить классическую теорию конструирования составных крупногабаритных изделий.

Ключевые слова

Бандажрованный валок, компьютерное моделирование, сборка, микротопография, поверхность, лазерная обработка, напряжение.

Белевская И.В., Корчунов А.Г., Константинов Д.В., Белевский Л.С.

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия

Бзовски К.

Горно-металлургическая академия им. Станислава Сташица, Краков, Польша

Федосеев С.А.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет», Пермь, Россия

1. Прочность прокатных валков / П.И. Полухин, В.А. Николаев, В.П. Полухин и др. Алма-Ата: Наука, 1984. 295 с.

2. Составные прокатные валки: Монография / Л.С. Белевский, А.Ю. Фиркович, И.В. Судоргин и др. Магнитогорск: МГТУ, 2004. 206 с.

3. Вейко В.П., Смирнов В.Н., Чирков А.М. Лазерная очистка в машиностроении и приборостроении. СПб.: НИУ ИТМО. 2013. 103 с.

4. Гречищев Е.С., Ильященко А.А. Соединение с натягом. М.: Машиностроение, 1981. 247 с.

5. Лебедь В.Т. Повышение качества соединения крупногабаритных составных изделий. Харьков: НТУ «ХПИ», 2015. С. 181–184.

6. Алехин А.Г. Повышение нагрузочной способности соеди-нений с натягом на основе лазерной закалки: автореф. дис. … канд. техн. наук. Волгоград. 2004. 18 с.

7. J. Kusiak, D.Szeliga, L. Sztangret. Modelling techniques for optimizing metal forming processes // Microstructure Evolution in Metal Forming Processes. 2012. P. 35–66.

8. M.H.A. Bonte, A.H. Van Den Boogaard, J. Huétink. A metamodel based optimisation algorithm for metal forming processes // Advanced Methods in Material Forming. 2007. P. 55–72.

9. K. Saanouni, P. Devalan. Damage Mechanics in Metal Forming: Advanced Modeling and Numerical Simulation. Springer, 2013. 523 p.

10. E.A. De Souza Neto, D. Perić, D.R.J. Owen. Computational Methods for Plasticity: Theory and Applications. John Wiley & Sons, Ltd, 2008. 791 p.

11. Bertram, G. Risy, T. Böhlke. On different strategies for micro-macro simulations of metal forming // Micro-Macro-interaction: In Structured media and Particle Systems. Springer Berlin Heidelberg, 2008. P. 33–39.

12. R. De Borst. Challenges in computational materials science, multiple scales, multiphysics and evolving discontinuities // Computational Material Science. 2008. № 43. P. 1–15.

13. Константинов Д.В., Корчунов А.Г. Мультимасштабное компьютерное моделирование процессов обработки металлов давлением // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. №1. С. 36–43.

14. Корчунов А.Г., Константинов Д.В. К вопросу воссоздания реального структурно-фазового состава металла при моделировании процессов ОМД // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2014. № 1. С. 117–121.

15. Моделирование процессов осесимметричного деформирования с учетом микроструктуры металла / Константинов Д.В., Бзовски К., Корчунов А.Г. и др. // Компьютерные исследования и моделирование. 2015. №4. С. 897–908.