Objasnění příčin vzniku vady při válcování speciálního profilu pomocí MKP



Podobné dokumenty
OBJASNĚNÍ PŘÍČIN VZNIKU VADY PŘI VÁLCOVÁNÍ SPECIÁLNÍHO PROFILU POMOCÍ MKP

Vliv metody vyšetřování tvaru brusného kotouče na výslednou přesnost obrobku

Gymnázium, Brno, Slovanské nám. 7 WORKBOOK. Mathematics. Teacher: Student:

KULOVÝ STEREOTEPLOMĚR NOVÝ přístroj pro měření a hodnocení NEROVNOMĚRNÉ TEPELNÉ ZÁTĚŽE

CHAPTER 5 MODIFIED MINKOWSKI FRACTAL ANTENNA

Introduction to MS Dynamics NAV

TKGA3. Pera a klíny. Projekt "Podpora výuky v cizích jazycích na SPŠT"

DATA SHEET. BC516 PNP Darlington transistor. technický list DISCRETE SEMICONDUCTORS Apr 23. Product specification Supersedes data of 1997 Apr 16

Litosil - application

DC circuits with a single source

The Over-Head Cam (OHC) Valve Train Computer Model

OPTIMALIZACE CHLAZENÍ KALIBROVANÝCH VÁLCŮ OPTIMIZATION OF CALIBRATED SHAPED ROLLS. Pohanka, M., Horský, J., Juriga, A.

WORKSHEET 1: LINEAR EQUATION 1

MOŽNOSTI TVÁŘENÍ MONOKRYSTALŮ VYSOKOTAVITELNÝCH KOVŮ V OCHRANNÉM OBALU FORMING OF SINGLE CRYSTALS REFRACTORY METALS IN THE PROTECTIVE COVER

Výukový materiál zpracovaný v rámci operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost

SEMI-PRODUCTS. 2. The basic classification of semi-products is: standardized semi-products non-standardized semi-products

Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř.17. listopadu 49

Element design_boris Klimek 2013

VYUŽITÍ DYNAMICKÝCH MODELŮ OCELÍ V SIMULAČNÍM SOFTWARE PRO TVÁŘENÍ

SPECIAL FORMING METHODS. Use: It is used for the production of cylindrical and conical parts of exact shapes, which needn t be further machined.

Air Quality Improvement Plans 2019 update Analytical part. Ondřej Vlček, Jana Ďoubalová, Zdeňka Chromcová, Hana Škáchová

SLEDOVÁNÍ AKTIVITY KYSLÍKU PŘI VÝROBĚ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM

Návrh a implementace algoritmů pro adaptivní řízení průmyslových robotů

Together H A N D B O O K

AIC ČESKÁ REPUBLIKA CZECH REPUBLIC

Klepnutím lze upravit styl předlohy. nadpisů. nadpisů.

GUIDELINES FOR CONNECTION TO FTP SERVER TO TRANSFER PRINTING DATA

Právní formy podnikání v ČR

Transportation Problem

STUDY EDITS FOR BETTER TRANSPORT IN THE CENTRE OF NÁCHOD

Problematika disertační práce a současný stav řešení

Fourth School Year PISTON MACHINES AND PISTON COMPRESSORS

SPECIFICATION FOR ALDER LED

Next line show use of paragraf symbol. It should be kept with the following number. Jak může státní zástupce věc odložit zmiňuje 159a.

EXACT DS OFFICE. The best lens for office work

PAINTING SCHEMES CATALOGUE 2012

Moderní technologie dokončování velmi přesných děr vystržováním a její vliv na užitné vlastnosti výrobků

THE HIGH-SPEED CAMERA IN MACHINING VYSOKORYCHLOSTNÍ KAMERA V OBRÁBĚNÍ

Antonín Kříž a) Miloslav Chlan b)

GENERAL INFORMATION RUČNÍ POHON MANUAL DRIVE MECHANISM

Úvod do datového a procesního modelování pomocí CASE Erwin a BPwin

Element h A N D B o o K

Friction drives have constant or variable drives (it means variators). Friction drives are used for the transfer of smaller outputs.

Tváření,tepelné zpracování

Využití hybridní metody vícekriteriálního rozhodování za nejistoty. Michal Koláček, Markéta Matulová

MAIN APPLICATIONS AIRCRAFT INDUSTRY POWER INDUSTRY TRANSPORTATION INDUSTRY MINING AND CHEMICAL INDUSTRY GENERAL INDUSTRY

Transactions of the VŠB Technical University of Ostrava, Mechanical Series. article No Vladislav KŘIVDA *

Odpovědnost za očkování problematika příčinné souvislosti, důkazního břemene a míry důkazu. Tomáš Doležal

Fytomineral. Inovace Innovations. Energy News 04/2008

T E S T R E P O R T No. 18/440/P124

CHAIN TRANSMISSIONS AND WHEELS

Czech Technical University in Prague DOCTORAL THESIS

technický list TRANSIL TM 1.5KE6V8A/440A 1.5KE6V8CA/440CA str 1

Zubní pasty v pozměněném složení a novém designu

Project Life-Cycle Data Management

INVERSE ANALYSIS CALCULATION OF HEAT TRANSFER COEFFICIENT FOR FEM SIMULATION OF RAILS HARDENING

CFD simulace teplotně-hydraulické charakteristiky na modelu palivové tyči v oblasti distanční mřížky

POVRCHOVÉ VYTVRZENÍ PM NÁSTROJOVÉ OCELI LEGOVANÉ NIOBEM PLAZMOVOU NITRIDACÍ SURFACE HARDENING OF NIOBIUM-CONTAINING PM TOOL STEEL BY PLASMA NITRIDING

Dynamic programming. Optimal binary search tree

VYSOKÁ ŠKOLA HOTELOVÁ V PRAZE 8, SPOL. S R. O.

The tension belt serves as a tension unit. After emptying the belt is cleaned with a scraper.

SVAŘOVÁNÍ KOVOVÝCH MATERIÁLŮ LASEREM LASER WELDING OF METAL MATERIALS

PC/104, PC/104-Plus. 196 ept GmbH I Tel. +49 (0) / I Fax +49 (0) / I I

CREEP AUSTENITICKÉ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM CREEP OF AUSTENITIC DUCTILE CAST IRON

Database systems. Normal forms

ČSN EN ed. 3 OPRAVA 1

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY ZEMĚDĚLSKÉ A LESNICKÉ UNIVERZITY V BRNĚ

THE PREDICTION PHYSICAL AND MECHANICAL BEHAVIOR OF FLOWING LIQUID IN THE TECHNICAL ELEMENT

Vánoční sety Christmas sets

STŘEDNÍ PŘIROZENÉ DEFORMAČNÍ ODPORY PŘI TVÁŘENÍ OCELÍ ZA TEPLA - VLIV CHEMICKÉHO A STRUKTURNÍHO STAVU

ANALYSIS OF REPEATED GPS OBSERVATIONS

Stojan pro vrtačku plošných spojů

Tento materiál byl vytvořen v rámci projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost.

Transfer inovácií 20/

Entrance test from mathematics for PhD (with answers)

BRDSM: Komplexní systém dynamického řízení kvality plynule odlévané oceli

UŽIVATELSKÁ PŘÍRUČKA

FIRE INVESTIGATION. Střední průmyslová škola Hranice. Mgr. Radka Vorlová. 19_Fire investigation CZ.1.07/1.5.00/

3D SIMULACE PĚCHOVÁNÍ A PRODLUŽOVÁNÍ KOVÁŘSKÉHO INGOTU I 45

Izolační manipulační tyče typ IMT IMT Type Insulated Handling Rod

GENERAL INFORMATION MATCH: ALSA PRO ARENA MASTERS DATE: TIME SCHEDULE:

CARBONACEOUS PARTICLES IN THE AIR MORAVIAN-SILESIAN REGION

Summary. Mr. Andreas Molin

Angličtina v matematických softwarech 2 Vypracovala: Mgr. Bronislava Kreuzingerová

NEROVNOMÌRNÁ TEPELNÁ ZÁTÌŽ VÝSLEDKY SUBJEKTIVNÍHO HODNOCENÍ

PRAVIDLA ZPRACOVÁNÍ STANDARDNÍCH ELEKTRONICKÝCH ZAHRANIČNÍCH PLATEBNÍCH PŘÍKAZŮ STANDARD ELECTRONIC FOREIGN PAYMENT ORDERS PROCESSING RULES

Standardní řada lisů Standard range of presses: x x x

1, Žáci dostanou 5 klíčových slov a snaží se na jejich základě odhadnout, o čem bude následující cvičení.

UPM3 Hybrid Návod na ovládání Čerpadlo UPM3 Hybrid 2-5 Instruction Manual UPM3 Hybrid Circulation Pump 6-9

GENERAL INFORMATION MATCH: ALSA PRO HOT SHOTS 2018 DATE:

Compression of a Dictionary

Laboratoř na čipu. Lab-on-a-chip. Pavel Matějka

COMPETENT AUTHORITY responsible for ensuring compliance with Regulation (EC) No 21/2004:

ELEKTROMOTORY SÉRIE CHT CHT ELECTRIC MOTORS

Dynamic Development of Vocabulary Richness of Text. Miroslav Kubát & Radek Čech University of Ostrava Czech Republic

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2006, ročník LII, řada strojní článek č.

ActiPack rozšířil výrobu i své prostory EMBAX Od ledna 2015 jsme vyrobili přes lahviček či kelímků. Děkujeme za Vaši důvěru!

DUPLEXNÍ POVLAKOVÁNÍ PM NÁSTROJOVÉ OCELI LEGOVANÉ NIOBEM DUPLEX COATING OF THE NIOBIUM-ALLOYED PM TOOL STEEL

Parametrická studie změny napětí v pánevní kosti po implantaci cerkvikokapitální endoprotézy

STLAČITELNOST. σ σ. během zatížení

Transkript:

Objasnění příčin vzniku vady při válcování speciálního profilu pomocí MKP FEM-Aided Clarification of the Cause of Defect Formed during Hot Rolling of a Special Section Ing. Richard Fabík, Ph.D. VŠB-TU Ostrava, FMMI, katedra tváření materiálu, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava - Poruba, ČR, Ing. Richard Baron, VÚHŽ, a. s., Válcovna speciálních profilů, 739 51 Dobrá 240, ČR, Cílem této práce bylo analyzovat příčinu vzniku vady na boku válcovaného speciálního profilu. Na základě metalografických snímků byla vada definována jako přeložka. Na základě polohy vady a s ohledem na to, že je její výskyt nepravidelný, byla přijata hypotéza, že za vznikem vady stojí zvýšené opotřebení válců v prvních kalibrech. K ověření této hypotézy byla provedena počítačová simulace válcování daného profilu, jak na nových tak na opotřebovaných válcích. Míra opotřebení válců byla úmyslně zvolena výrazně vyšší než je v reálné praxi možné, aby byla zvýšena pravděpodobnost vzniku vady při matematickém modelování. K simulaci byl použit 3D simulační program Forge2005. Výsledky simulace ukázaly, že vlivem opotřebení válců došlo k výraznému zvětšení šířky profilu, před 7. průchodem. Jelikož se 7. průchod provádí v zcela uzavřeném kalibrem č.2 a tedy s omezeným šířením, byl tento již předem vytipován jako okamžik možného vzniku výronku. Tento výronek pak v následném průchodu může vést ke vzniku přeložky. Tento předpoklad byl pomocí matematického modelování potvrzen. Matematický model určil pravděpodobnost vzniku přeložky v 8. průchodu na 70 %. Nejpravděpodobnější místa výskytu přeložky stanovené modelem se shodují s místy výskytu skutečných vad. Provedená matematická analýza válcování speciálního profilu potvrdila, že za vznikem vady může být větší šíření při válcování v kalibru 1, které je důsledkem jeho většího opotřebení. Úplnou jistotu o příčině vzniku vady je možno získat poloprovozním experimentem a důsledným monitorování klíčových parametrů, které mohou způsobit zvýšení šíření při válcování. Kromě již zmíněného opotřebení kalibru to může být variabilita vstupních rozměrů, teploty (teplotního profilu), rychlosti válcování a chemického složení oceli. Vady podobného typu co do tvaru i co do vlivu na okolní mikrostrukturu se vyskytují i na jiných profilech v jiných válcovnách (např. kolejnice) a vždy k jejich výskytu dochází v místech, kde může jít o zaválcování výronku. Matematické modelování je tak ideální metodou pro stanovení příčiny jejich výskytu. The purpose of this study was to identify the cause of a defect formed on the side of a rolled special section. The defect was classified as a lap on the basis of micrographs. With respect to the position of the defect and to its irregular occurrence, a hypothesis was framed that the defect was caused by increased wear of first roll pass. In order to verify this hypothesis, computer simulation of rolling of the section was performed. It included alternatives using new and worn rolls. The simulation showed that due to the wear of rolls, the width of the section increased markedly prior to 7th reduction. As the forming process in 7th reduction takes place in completely closed set of roll pass no. 2, i.e. with restricted expansion, it was identified as the possible instant of flash formation. This flash then may form the lap in the following reduction. The mathematical model showed that the probability of formation of the lap in 8th reduction was 70%. Introduction Development of computer technology offers ever more elaborated and some novel mathematical modelling methods for description of materials response to rolling. Research in this field has been undertaken by a number of experts who proposed numerous particular models [1-5]. The study deals with the use of mathematical modelling using software FORGE 2005 for identification of a cause of defects in shaped sections [6]. This is another field, apart from finding the distribution of thermal and mechanical quantities on the cross-section of the rolled product, where mathematical modelling can be applied to real-world operation problems [7]. Application of FEM-based mathematical modelling for roll pass sequence design and verification is still disputable.

Formulation of Hypothesis of Defect Formation The type of the defect is shown in the photograph in Fig. 1. They are two parallel grooves appearing irregularly on the side near the special section ridge. Microstructure analysis was performed (Fig. 2.) in order to classify the type of the defect: a crack or a lap. With regard to the shape of the defect and apparently decarburized microstructure in its vicinity, a hypothesis was formulated that the defect is a result of a flash rolled into the surface. The flash would be formed by flow of excess metal in the previous roll pass. The analysis of the schedule of reductions (table 1 only lists first 7 reductions relevant to the solution of the problem. The remaining data will not be published owing to the rules of the manufacturing secret) suggests that (with regard to the defect location) the defect forms during the eighth reduction or that there is overflow of material in the roll pass in the seventh reduction. There might be several causes of the material overflow in the roll pass 2 (Fig. 3.) in the seventh reduction (variations in the entry cross-section, temperature and rolling speed drop and resulting greater sideways expansion). Considering the temporal distribution of occurrence of the defect, the most probable cause of the material overflow in 2nd roll pass during 7th reduction is the increased wear in the box pass 1. Of the whole series, the box pass was used the most (in 5 instances in total), while the roll pass 2 was used twice and the remaining roll passes were used once each. This resulted in increased wear of the box pass, which might lead to the suggested roll pass material overflow. Obr. 2. Metalografický rozbor vady v příčném řezu Fig. 2. Microstructure analysis of defect, transverse section Tab 1 Základní parametry válcování Tab 1 Rolling parameters Obr. 3. Schéma kalibru 2 Fig. 3. Roll Pass 2 Diagram FE Analysis Obr. 1. Vady na povrchu speciálního profilu Fig. 1. Defects situated on the surface of special section The actual simulation was performed with the aid of a 3D forming simulation tool: FORGE 2005. Two alternatives were calculated. The first alternative involved roll pass 1 with no wear, while the second one concerned a worn pass 1. The roll shapes used in the model are shown in Fig. 4. As no actual worn roll was available, the amount of wear was defined by mathematical statistic techniques. The contour of top and bottom surfaces of the box pass 1 matched the Gauss curve, where highest wear, 4 mm, was in the pass centre. This is, by estimate, about twice as much as the value which might occur in actual rolling. However, it will increase the probability of identification of possible defect.

Obr. 4. Neopotřebovaný válec (vlevo), opotřebovaný válec (vpravo) Fig. 4. New roll (left) and a worn roll (right) As the arrangement of the problem is non-symmetric and 7 reductions were used (the length of the product during rolling and the complexity of calculation increased), coarse finite element mesh in the centre of the workpiece was used. The surface mesh was, understandably, finer to facilitate detection of defect origin. A similar procedure was used for creation of mesh in the rolls (Fig. 5.). The calculation was stabilized with additional tools simulating the function of entry guides. The correct use of such tools is described in detail in [8]. Initial and boundary conditions of the mathematical model are defined in Table 2. Chemical composition of 28Mn6 steel used is shown in Table 3. Fig. 6 shows a plot of flow stress of the steel. Obr. 5. Konečněprvková síť polotovaru a válců, situace před prvním úběrem. Fig. 5. Finite element mesh in the workpiece and rolls; prior to first reduction. Obr. 6. Přirozený deformační odpor oceli 28Mn6 Fig. 6. Flow stress of 28Mn6 steel Tab. 2 Počáteční a okrajové podmínky konečnoprvkové simulace Tab. 2 Initial and boundary conditions of the FE simulation Main proportions Boundary conditions Initial proportion h 0 = 80 mm b 0 = 80 mm Friction = 0,3 l 0 = 210 mm Final length l 8 = 820 mm Rolls velocity = 50 rpm Rolls diameter R = 243 mm Thermal exchange with rolls =10 000 W.m -2.K -1 Initial conditions Thermal exchange Air computation Rod temperature T 0 = 1 200 C Symmetry NO Roll temperature T R = 20 C Plain of symmetry - Ambient temperature T a = 20 C FEM formulation Rigid-plastic Tab. 3 Chemické složení oceli 28Mn6 [hm. %] Tab. 3 Chemical composition of 28Mn6 steel [wt. %] C Si Mn P S Cr Mo Ni V Cr + Mo + Ni 0.25 0.32 0.4 1.3 1.65 0.035 0.035 0.4 0.1 0.4-0.63 Note: Si, P, S, Cr, Mo, Ni a Cr + Mo + Ni: the top limits are listed

Discussion of Results The change in the shape of the rolled product during first 8 reductions for both alternatives of calculation is shown in Figs. 7. to 13. First two reductions took place in roll pass 1 without tilting. Apart from the difference in the product height (which is the direct result of roll wear in roll pass 1), Fig. 8. shows the expansion in the central region of the rolled product (producing a slight barrel shape). This barrel shape is even more pronounced after third reduction, which was preceded by tilting (Fig. 9.). After fourth reduction (Fig. 10.), the maximum difference in width and height of the product is 2.92 mm and 8.86 mm, respectively. Roll pass 2 was used for fifth reduction (however, the roll pass is not fully closed here, see Fig. 11.), after which not only considerable product width variation (almost 9 mm) was observed but also marked difference between smoothness of surface of products resulting from two different alternatives. The alternative involving worn rolls shows points of inflexion in locations of edges of side walls of the roll pass. The subsequent rolling in roll pass 1 (Fig. 12.) cannot reverse such tendency. In 7th reduction (Fig. 13.), in a fully closed roll pass 2, flash forms on both sides of the roll pass. The flash on the side of the nose appears to be more prone to lap formation, as it is longer and more steep. Fig. 14. shows the result of 8th reduction and isosurfaces of probability of lap formation. The side of the nose represents the probability of 0.7, while the opposite side exhibits the value of no more than 0.3. The region with highest probability of lap formation well matches the location where the actual defect was found in the rolled product. Obr. 7. Rozměry vývalku po 1. úběru; vlevo nové Fig. 7. Dimension of rolled section after 1 st reduction; left new rolls; right worn rolls Obr. 10. Rozměry vývalku po 4. úběru; vlevo nové Fig. 10. Dimension of rolled section after 4 th reduction; left new rolls; right worn rolls Obr. 8. Rozměry vývalku po 2. úběru; vlevo nové Fig. 8. Dimension of rolled section after 2 nd reduction; left new rolls; right worn rolls Obr. 9. Rozměry vývalku po 3. úběru; vlevo nové Fig. 9. Dimension of rolled section after 3rd reduction; left new rolls; right worn rolls Obr. 11. Rozměry vývalku po 5. úběru; vlevo nové Fig. 11. Dimension of rolled section after 5 th reduction; left new rolls; right - worn rolls

Obr. 13. Pravděpodobnost vzniku přeložky po 8. úběru, opotřebované válce Fig. 13. Probability of lap formation after 8 th reduction, worn rolls Conclusion Mathematical analysis of rolling of a special section showed that formation of the defect may be the result of greater expansion in roll pass 1 due to its greater wear. The cause of the defect can be precisely confirmed by means of a pilot experiment and by consistent monitoring of key parameters which are the suspected cause of sideways expansion. In addition to the above mentioned roll wear, these may include the variability in input dimensions, temperatures (temperature profile), rolling speed and chemical composition of steel. Defects of such type (both in terms of shape and effect on microstructure in their vicinity) can be observed in other sections in other rolling plants (e.g. railroad rails). They tend to form in locations where rolling of a flash into the surface can be expected. Mathematical modelling is the optimum technique for identification of the defect cause. Acknowledgements. The works were implemented in the framework of solution of projects MSM 6198910015 (MŠMT ČR). References [1] R. Inakov, Journal of Materials Processing Technology, 142, (2003), 355 361. [2] J. P. Perä, R. Villanueva, Trans. of Steel Rolling, Paris, 28 (2006), 102-106. [3] M. Kazeminezhad, A. Karimi Taheri, Materials Letters, 60, (2006), 3265 3268. [4] K. Komori, Internetional Journal Mech., 40 (1998) 5, 479-491. [5] M. Glowacki, et al, J. of materials processing technology, 53 (1995) 2, 159-166. [6] R. Fabík, J. Kliber, S. A. Aksenov, Impact of Rolling Conditions on Propagation of a Potential Crack, Materials Science Forum, Vols. 575-578 (2008), Trans Tech Publications, Switzerland, pp 1445-1454, ISSN 0255-5476 [7] R. Fabík, S. A. Aksenov, Optimalization of crop losses by finite element simulation of slab edging. Steel research international, 2008. čís. 79 (2008), Special Edition Metal Forming Conference 2008, Volume 1, ISBN 978-3-514-00754-3 [8] R. Baron, Využití matematického modelování při hledání příčin výskytu vad na bocích válcovaných profilů Diplomová práce, VŠB-TU Ostrava, 2008