SUPERVISOR
Saleh Akbarzadeh,Saeed ZeiaeiRad,MohammadReza Forouzan
صالح اکبرزاده (استاد مشاور) سعید ضیائی راد (استاد مشاور) محمدرضا فروزان (استاد راهنما)
STUDENT
Ali Heidari
علی حیدری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388
TITLE
Investigation of chatter in cold strip rolling focusing on friction conditions
Chatter is one of the major problems in the cold rolling of strip in tandem mills. Reduction in productivity due to chatter vibration has important consequences on the price of rolled strips. So chatter is not only an industrial problem, but also an economic concern in modern rolling mills. Thus, capability in controlling the chatter phenomenon seems necessary. The present research can be divided into two main parts. In the first part, the major mechanisms of chatter are identified and this phenomenon is modeled based on the simple friction models using the MATLAB and SIMULINK softwares. As well as adding supplementary cases such as the nonlinear solution of rolling process model, considering the effects of the material strain-hardening and the elastic deformation of the work roll, the model relaxes certain assumptions. The simulation results which are: critical speed, dominant frequency, rolling force and torque are compared to the experimental data obtained from Mobarakeh Steel Company. Many experimental investigations have led to the point that friction is one of the effective factors causing chatter. A numerical method is developed to introduce a relationship between the Tresca friction factor and the Coulomb friction coefficient. A parametric study on the effects of friction coefficients of the two stand rolling mill on the chatter critical speed is conducted. One of the most important achievements of the first part is that an optimal setting of friction coefficients improves the process efficiency. Under the operating conditions stated in this study, the friction coefficient of the second stand should be increased as much as possible in order to get closer to its optimum point. The optimum friction coefficient of the first stand, however, depends on the friction coefficient of the second stand. The structural vibration of machines results in unsteady lubrication regime and thus friction is time and position dependent. A thorough understanding of unsteady lubrication phenomena can help to build a more realistic friction model for the unsteady processes, or to devise an operating strategy to avoid vibration. Therefore, in the second part of th is dissertation a new chatter model of the cold strip rolling with consideration of unsteady lubrication is proposed. The model is extended to the mixed lubrication regime by taking the surface roughness interactions between strip and work roll surfaces into account. Also, the results of this part are compared to the results of first part and verified using the experimental data from the viewpoint of the four output parameters. Effects of major parameters of rolling lubricant on the chatter critical speed are examined. The results of second part indicate that by considering unsteady lubrication the chatter model is more accurate, and also under the operating conditions of this study the limiting shear stress is an effective parameter. The main innovations of this research are: determining effects of friction on chatter in tandem mills, modeling the chatter phenomenon in the cold strip rolling with consideration of unsteady lubrication, and evaluating effects of major lubricant parameters on the chatter critical speed using the simulation program. Key Words: Cold Rolling - Vibration - Chatter - Friction
سرعت نورد بالا و فروکاست زیاد از شرایط مطلوب برای افزایش تولید در فرایند نورد سرد ورق میباشند. ولی اغلب، این شرایط سبب بهوجود آمدن پدیده چتر میشوند که باعث کاهش کیفیت محصول و صدمه زدن به دستگاهها میگردد. با توجه به ارزش بالای دستگاههای نورد مدرن، پایین نگه داشتن میزان تولید بهواسطه وقوع چتر میتواند اثر چشمگیری بر روی قیمت محصولات نورد داشته باشد. لذا انجام پژوهشهایی جهت کنترل پدیده چتر ضروری به نظر میرسد. از سوی دیگر نتایج تجربی نشان داده است که شرایط اصطکاکی نقش بسیار مهمی در پدیده چتر در فرایند نورد ایفا میکند. فعالیتهای انجام شده در این تحقیق را میتوان به دو قسمت اصلی تقسیم کرد. در قسمت اول این تحقیق مکانیزمهای مختلف ایجاد پدیده چتر شناسایی شده و این پدیده با استفاده از مدلهای ساده اصطکاکی مدلسازی شده است. برای انجام این کار از نرمافزار متلب و سیمولینک کمک گرفته شده است. همچنین با اضافه کردن موارد تکمیلی مانند حل غیرخطی مدل فرایند، در نظر گرفتن تغییر شکل الاستیک غلتککار و کارسختی ماده ورق سعی شده تا مدل به واقعیت نزدیکتر گردد. صحتسنجی نتایج از دیدگاه چهار پارامتر خروجی برنامه یعنی سرعت بحرانی چتر، فرکانس غالب، نیرو وگشتاور نورد صورت گرفته و برای این منظور از نتایج عملی واحد نورد سرد تاندم دوقفسهای مجتمع فولاد مبارکه اصفهان استفاده شده است. بررسی تأثیر ضرایب اصطکاک بر روی چتر بخش دیگری از فعالیتهای قسمت اول تحقیق حاضر است. یکی از مهمترین دستاوردهای قسمت اول تحقیق این است که برای رسیدن به سرعت بحرانی ماکزیمم در واحد تاندم دوقفسهای، مقدار ضریب اصطکاک قفسه دوم بایستی تا حد امکان افزایش یابد. این در حالی است که مقدار بهینه ضریب اصطکاک قفسه اول وابسته به مقدار ضریب اصطکاک قفسه دوم تغییر خواهد کرد. از طرفی ارتعاشات سازه باعث میشود روانکاری سیستم از حالت پایا خارج شود و در نتیجه اصطکاک بین ورق و غلتک تابعی از زمان و موقعیت گردد. داشتن فهمی جامع از پدیده روانکاری ناپایا میتواند به ساختن یک مدل اصطکاکی واقعی برای فرایندهای تحت ارتعاش کمک کند و همچنین میتواند راهکارهایی جهت جلوگیری از ارتعاشات ارائه دهد. لذا در قسمت دوم این تحقیق سعی شده فهم درستی از پدیده روانکاری ناپایا حاصل شود و مدل چتر بر مبنای روانکاری ناپایا تهیه گردد. همچنین در بخش تکمیلی قسمت دوم با کاستن از فرضیات، مدلسازی روانکاری ناپایا در حالت مکانیزم غالب روانکاری در فرایند نورد سرد یعنی رژیم روانکاری مخلوط صورت گرفته است. در نهایت علاوه بر صحتسنجی نتایج از دیدگاه چهار پارامتر خروجی، مقایسهای بین نتایج حاصل شده از دو قسمت فوق با یکدیگر صورت گرفته و تأثیر پارامترهای روغن بر روی چتر بررسی شده است. از نتایج کلیدی قسمت دوم میتوان به دقیقتر شدن مدل چتر با لحاظ کردن روانکاری ناپایا و همچنین مشخص شدن تنش برشی حدی روغن بهعنوان یک پارامتر تأثیرگذار بر روی چتر اشاره کرد. از جمله اصلیترین نوآوریهای این تحقیق عبارتند از: تعیین نحوه تأثیرگذاری ضرایب اصطکاک بر روی پدیده چتر در واحد تاندم دوقفسهای، مدلسازی دینامیکی فرایند نورد با لحاظ کردن روانکاری ناپایا برای کاربردهای عملی مانند بررسی پدیده چتر، نحوه تأثیرگذاری پارامترهای روغن بر روی ارتعاشات سیستم. کلمات کلیدی: نورد سرد - ارتعاشات - چتر - اصطکاک