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

А. В. Анцупов (мл.), доцент кафедры проектирования и эксплуатации металлургических машин и оборудования (ПиЭММО), канд. техн. наук, эл. почта: a.antcupov@gmail.com
В. П. Анцупов, профессор кафедры ПиЭММО, докт. техн. наук
Е. С. Рыскина, доцент кафедры ПиЭММО, канд. техн. наук

Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия:

А. В. Анцупов, доцент кафедры МТ-3 (Технологии машиностроения), докт. техн. наук

Предложена модернизация математического аппарата для описания процессов контактного взаимодействия
валков четырехвалковых клетей с пластически деформируемой особо тонкой полосой с целью повышения точности расчета параметров путем устранения ряда некорректных допущений и противоречий в известных современных моделях. В частности, уже на первом этапе моделирования фрикционного контактного взаимодействия рабочих валков и полосы в упругопластическом очаге деформации при оценке усилия прокатки, вопреки физической природе процесса, во всех известных моделях принят единый закон пластического трения. Для устранения такого явного противоречия и корректного описания упругого фрикционного взаимодействия валков и полосы на входе и выходе из очага деформации предложена математическая модель машинного трения Крагельского – Михина. На втором этапе при построении известной модели процесса формирования погонных нагрузок и деформаций в четырехвалковой системе для описания текущих профилей износа рабочих и опорных валков предложено отказаться от разработки заведомо некорректных и высокозатратных статистических зависимостей. Вместо них на основе базовых положений энергомеханической теории трения и усталостного изнашивания деформируемых твердых тел сформулирована аналитическая модель изнашивания поверхностей рабочих и опорных валков на участках скольжения в очаге деформации и межвалковых зонах. На третьем этапе при формулировании системы уравнений для аналитической оценки распределений контактных напряжений в межвалковых зонах вместо некорректной зависимости Герца – Беляева показаны проверенные на практике альтернативные варианты Р. Р. Вирабова и П. И. Полухина, учитывающие условия контактного трения в зонах проскальзывания поверхностей рабочих и опорных валков. Предложенный математический аппарат успешно применен при разработке маршрутов перемещения валков по клетям стана 2000 холодной прокатки ПАО «ММК» в соответствии со степенью их нагруженности, а наиболее эффективные из них внедрены в промышленную эксплуатацию.

1. Кожевников А. В., Скрипаленко М. М., Кожевникова И. А. и др. Оценка параметров очага деформации при симметричной и асимметричной прокатке полосы с помощью компьютерного моделирования // Технология металлов. 2022. № 12. С. 43–51.
2. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019662633. Расчет структурных параметров очагов деформации и энергосиловых параметров при непрерывной холодной прокатке стальных широких полос / А. В. Кожевников, Д. Л. Шалаевский, И. А. Кожевникова, Н. Л. Болобанова ; заявл. 02.08.2019 ; опубл. 27.09.2019.

3. Кожевникова И. А., Гарбер Э. А. Развитие теории тонколистовой прокатки для повышения эффективности работы широкополосных станов: монография. — Череповец : ГОУ ВПО ЧГУ, 2010. — 275 с.
4. Гарбер Э. А., Кувшинников О. А., Шадрунова И. А. и др. Анализ энергосиловых параметров процесса горячей прокатки широких полос толщиной 0,8–1,5 мм // Производство проката. 2004. № 4. С. 11–16.
5. Гарбер Э. А. Распределение контактных напряжений по длине очага деформации при прокатке тонких широких полос // Производство проката. 2005. № 5. С. 3–12.
6. Салганик В. М., Мельцер В. В. Исследование на ЭВМ деформаций и нагрузок валковой системы кварто: учеб. пособие. — Свердловск : УПИ, 1987. — 78 с.
7. Салганик В. М., Полецков П. П. Моделирование деформаций и нагрузок валковой системы кварто и повышение качества листового проката по профилю: монография. — Магнитогорск : ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. — 133 с.
8. Gonçalves J. L., de Mello J. D. B., Costa H. L. Wear in cold rolling milling rolls: A methodological approach // Wear. 2019. Vols. 426–427. Part B. P. 1523–1535. DOI: 10.1016/j.wear.2018.12.005
9. Николаев В. А., Васильев А. Г. Исследование параметров межвалкового контакта в клети кварто // Сталь. 2021. № 1. С. 21–26.
10. Shen Sh., Guye D., Ma X., Yue S., Armanfard N. Multistep networks for roll force prediction in hot strip rolling mill // Machine Learning with Applications. 2022. Vol. 7. 100245. DOI: 10.1016/j.mlwa.2021.100245
11. Баранов Г. Л. Уточненная методика расчета контактных напряжений при холодной прокатке полосы // Сталь. 2022. № 9. С. 16–20.
12. Salehebrahimnejad B., Doniavi A., Moradi M., Shahbaz M. Investigation of the initial residual stress effects on a work roll maximum in-service stress in hot rolling process by a semi-analytical method // Journal of Manufacturing Processes. 2023. Vol. 99. P. 53–64. DOI: 10.1016/j.jmapro.2023.04.084
13. Chen Wei, Shouxu Song, Zhixu Zhang. Evaluation of elastic-plastic deformation in HSS work roll under coupling of residual stress thermal stress and contact stress during hot rolling // Materials Today. 2022. Vol. 33. 104613. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.104613
14. Антонов П. В., Болобанова Н. Л., Кожевникова И. А. Моделирование напряжений и деформаций валковой системы широкополосного стана холодной прокатки на основе метода конечных элементов // Сталь. 2019. № 5. С. 28–32.
15. Анцупов А. В. (мл.), Анцупов А. В., Анцупов В. П. Энергомеханическая концепция прогнозирования долговечности узлов трения по критерию износостойкости элементов // Трение и износ. 2016. № 37 (5). С. 494–499. DOI: 10.3103/S1068366616050032
16. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. — М. : Машиностроение, 1977. — 526 с.
17. Анцупов А. В. (мл.), Анцупов А. В., Анцупов В. П. и др. Модель параметрических отказов валковых систем кварто по различным критериям // Производство проката. 2015. № 2. С. 35–42.
18. Полухин П. И., Николаев В. А., Полухин В. П. и др. Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке. — М. : Металлургия, 1974. — 200 с.
19. Вирабов Р. В. Тяговые свойства фрикционных передач. — М. : Машиностроение, 1982. — 263 с.
20. Анцупов А. В. (мл.), Слободянский М. Г. Прогнозирование долговечности опорных валков и оценка эффективности способов продления их ресурса // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2011. № 3. С. 74–79.