Липецкий государственный технический университет, Липецк, Россия:

С. М. Бельский, профессор кафедры обработки металлов давлением, докт. техн. наук, эл. почта: Belsky-55@yandex.ru
И. И. Шопин, доцент кафедры обработки металлов давлением, канд. техн. наук

Сокращение удельных расходов сырья и материалов в прокатных цехах на сегодняшний день остается актуальной задачей, поэтому очень важно совершенствовать математический аппарат, являющийся инструментом оптимизации технологии в прокатных цехах. Большую часть времени металл в прокатных цехах смотан в рулон. При этом рулон – это сложный объект, форма которого поддерживается за счет распределенных нелинейным образом по толщине и ширине контактных напряжений, возникающих в процессе смотки. При этом процессы, протекающие в металле не прекращаются с его смоткой в рулон. Происходит релаксация напряжений, и полоса деформируется за счет эффекта ползучести. Это наиболее актуально для остывающих горячекатаных рулонов и обработки в колпаковых печах из-за воздействия высокой температуры. В рулонах в холодном состоянии процессы формоизменения не протекают, но возможна потеря устойчивости. Это может приводить к таким дефектам формы как «птичка» или «осевший рулон». Учитывая вышеизложенное, моделирование напряженно-деформированного состояния рулона является актуальной задачей. В данной статье представлена математическая модель напряженно-деформированного состояния рулона с учетом совместного влияния неплоскостности, шероховатости и поперечной разнотолщинности полосы. Детально рассмотрено влияние неплоскостности сматываемой полосы на напряженно-деформированное состояние рулона. Показано характерное распределение в рулоне радиальных и тангенциальных напряжений после снятия рулона с барабана для различных вариантов исходной неплоскостности, учет которой в математической модели напряженно-деформированного состояния рулона позволяет получить важные преимущества: повысить точность математических моделей изменения формы полосы в рулоне и определить критические значения неплоскостности полосы, приводящие к потере рулоном устойчивости.

1. Коликов А. П., Романцев Б. А. Теория обработки металлов давлением. – М. : МИСиС, 2015. – 451 с.
2. Ginzburg V. B. Metallurgical design of flat rolled steels. – New York : Marcel Dekker, 2005. – 710 p.
3. Roberts W. L. Cold rolling of steel. – New York : Marcel Dekker, 1978. – 799 p.
4. Шопин И. И., Бельский С. М. Слоистая модель напряженно-деформированного состояния рулона на моталке // Производство проката. 2016. № 8. C. 13–17.
5. Шопин И. И., Бельский С. М. Влияние шероховатости полосы на напряженно-деформированное состояние рулона // Производство проката. 2016. № 10. C. 3–7.
6. Шаталов Р. Л. Управление показателями качества и деформируемостью полос при прокатке // Сталь. 2004. № 9. С. 31–34.
7. Максимов Е. А., Шаталов Р. Л., Босхамджиев Н. Ш. Производство планшетных полос при прокатке. – М. : Теплотехник, 2008. – 336 с.
8. Shinkin V. N. Springback coefficient of round steel beam under elastoplastic torsion // CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 15. P. 23–27.
9. Shinkin V. N. Simple analytical dependence of elastic modulus on high temperatures for some steels and alloys // CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 15. P. 32–38.
10. Максимов Е. А., Шаталов Р. Л., Литвинова Н. Н. Исследование усилия протягивания оцинкованных полос на правильной машине агрегата непрерывного горячего цинкования // Металлург. 2014. № 5. С. 78–84.
11. Шаталов Р. Л., Генкин А. Л. Управление листопрокатным технологическим комплексом, обеспечивающим минимизацию затрат // Металлург. 2008. № 9. С. 31–34.
12. Muhin U., Belskij S., Koynov T. Study of the influence between the strength of antibending of working rolls on the widening during hot rolling of thin sheet metal // Frattura ed Integrita Strutturale. 2016. Vol. 10. No. 37. P. 318–324.
13. Бельский С. М., Шопин И. И. Параметрическая модель напряженно-деформированного состояния рулона на моталке // Известия вузов. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 11. С. 925–931.
14. Шаталов Р. Л. Обеспечение устойчивости процесса прокатки полос // Производство проката. 2004. № 9. С. 27–31.
15. Шаталов Р. Л., Максимов Е. А., Лукаш А. С. Устойчивость плоской формы полосы с учетом упругопластического изгиба по толщине металла при тонколистовой прокатке // Черные металлы. 2011. № 10. С. 9–13.
16. Шинкин В. Н. Предварительная правка стальной полосы // Черные металлы. 2018. № 5. С. 34–40.
17. Шинкин В. Н. Прямая и обратная нелинейная аппроксимация зоны упрочнения стали // Черные металлы. 2019. № 3. С. 32–37.
18. Banabic D. Multiscale modeling in sheet metal forming. – Romania : Springer, 2016. – 405 p.
19. Hu P., Ma N., Liu L.-Z., Zhu Y.-G. Theories, methods and numerical technology of sheet metal cold and hot forming: Analysis, simulation and engineering applications. – London : Springer, 2013. – 210 p.
20. Шопин И. И. Исследование формоизменения горячекатаной стальной полосы при смотке в рулон для прогнозирования плоскостности полосы в холодном состоянии : автореф. дис. … канд. техн. наук. – М. : Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, 2018. – 238 с.
21. Бельский С. М., Щедрин И. Н., Шопин И. И. Решение проблемы потери устойчивости рулонами из стальной полосы с полимерным покрытием // Производство проката. 2018. № 7. С. 5–8.
22. Романцев Б. А., Гончарук А. В., Вавилкин Н. М. и др. Обработка металлов давлением. – М. : МИСиС, 2008. – 960 с.
23. Kolikov A. P., Taupek I. M. Simulation of continuous roll forming process for producing welded pipes of small and medium diameters // Metallurgist. 2018. Vol. 61. No. 9-10. P. 839–843.
24. Zhigulev G. P., Skripalenko M. N., Fadeev V. A., Skripalenko M. M. Modeling of deformation zone during plate stock molding in three-roll plate bending machine // Metallurgist. 2020. Vol. 64. No. 3-4. P. 348–355.

25. Shinkin V. N. Elastoplastic flexure of round steel beams. 2. Residual stress // Steel in Translation. 2018. Vol. 48. No. 11. P. 718–723.
26. Shinkin V. N. Elastoplastic flexure of round steel beams. 1. Springback coefficient // Steel in Translation. 2018. Vol. 48. No. 3. P. 149–153.
27. Ашихмин Г. В., Ирошников С. А. Формирование профиля образующей рулона при намотке полосы // Производство проката. 2002. № 9. С. 14–17.
28. Ашихмин Г. В., Ирошников С. А. Взаимосвязь распределения продольных напряжений по ширине полосы в рулоне и профиля его образующей // Производство проката. 2002. № 10. С. 16–22.
29. Мазур В. Л. Производство листа с высококачественной поверхностью. – Киев : Техника, 1982. – 166 с.
30. Hu J., Marciniak Z., Duncan J. Mechanics of sheet metal forming. – London : Butterworth-Heinemann, 2002. – 211 p.