SUPERVISOR
Mahmoud Salimi,Seyed Ailreza Shahidi rizi
محمود سلیمی (استاد راهنما) سید علیرضا شهیدی ریزی (استاد راهنما)
STUDENT
Babak Moazeni
بابک موذنی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Investigations on the Development of Shape Defects in Sheet Rolling and Its Influence on Product Quality
Rolling process is one of the most popular processes in manufacturing industries, such that almost 80 percent of metallic equipment has been exposed to rolling at least one time in their production period. Among all kinds of rolling processes, flat rolling is the most practical. In industrial countries, about 40-60 percent of rolling products are produced with this type of rolling. Increasing demand for thin flat products with high quality and without any shape defects has led to high importance of rolling process. During the rolling process of thin ?at product, i.e., long metal strips, the development of residual stresses, acting predominantly in the axial direction of the strip, are hardly to avoid. They are originated by even very small differences in the opening of the rolling gap along the width of the plate leading to small variations in the thickness reduction and as a consequence of the incompressibility of plastic deformations, to axial stresses. The problem of excessive residual stress in cold rolled ?at products represents an important source of production loss. Thin plates are prone to buckle even under small compressive membrane forces. Hence, it happens frequently that during the release of the global tensile force buckling and post-buckling can be observed leading to wavy plates. Certainly, the best way to achieve better efficiency and accuracy and also control of every process including rolling process is identification of the basic parameters governing the process and the relations between them in order to study the effect of each parameter on the whole process. In this project, after studying various types of shape defects and the cause of formation of waves in rolling process, a model of flat rolling process employing ABAQUS software is created in order to recognize the factors affecting the non-uniform deformation of plates. After modeling and verification of the model with theoretical results, the deformation of the rolled plate in the roll-gap for the case of the uniform entry and exit profile and the effect of rolling parameter on the variation of longitudinal residual stresses is studied. In this case, it is found that in addition touneven geometrical factorinfluencing the plate quality, variation of forming condition along the plate width as a result of different boundary condition lead to heterogeneity of deformation despite the fact that variation in residual stresses may be very low, It is shown that this condition plays an important role in buckling of thin flat rolled products. To examine the relation between sheet thickness profile changes and the final plate shape, metal flow in deformation area for different crown plate models is studied. The results of simulation show that transversal flow of metal in roll-gap has great influence on residual stress for different crown shapes. It is shown that the transition from flatness to bad shape for specific ratio of output thickness to the width of plate, occur as a result of thickness profile changes and also it has shown that critical crown ratio changes for long-edge shape is smaller than long-middle shape. Keywords: Flat Rolling, Shape Defects, Residual Stress, Finite Element Method
فرآیند نورد یکی از مهم ترین فرآیندها در صنایع ساخت و تولید می باشد، به طوری که تقریبا 80% از تجهیزات فلزی حداقل یک بار در دوره تولید خود تحت عملیات نورد قرار گرفته اند. در میان انواع فرآیندهای نورد، نورد تخت از جمله کاربردی ترین روش های تولید می باشد. در کشورهای صنعتی در حدود 40 تا 60 درصد محصولات نورد به کمک این روش تولید می شوند. تقاضای رو به افزون برای تولیدات نورد تخت و همچنین نیاز به محصولات با ضخامت کمتر، کیفیت بالاتر و عاری از هر گونه عیوب شکلی، سبب شده است تا این پروسه از اهمیت بالایی برخوردار باشد. در طی عملیاتِ نوردِ محصولاتِ تختِ نازک، یعنی نوارها و ورق های فلزی با طول زیاد، شکل گیری تنش های پسماند که عمدتاً در راستای طولی ورق عمل می کنند، امری اجتناب ناپذیر است. این تنش ها در اثر تغییر شکل متفاوت در امتداد عرض ورق و یا حتی در اثر تفاوت های کوچک در اندازه شکاف غلتکی در امتداد عرضی که منجر به تغییرات اندک در کاهش ضخامت می شوند، به وجود می آیند و در اثر تراکم ناپذیری در تغییر شکل پلاستیک، تنش های محوری را ایجاد می کنند. مسئله تنش های پسماند بزرگ در محصولات نورد تخت به عنوان یکی از عوامل کاهش کیفیت تولیدات مطرح می باشد. با توجه به اینکه نوارهای نازک حتی تحت نیروهای فشاری درونی اندک نیز مستعد کمانش می باشند، از این رو این امکان وجود دارد که پس از برداشتن و یا حذف نیروهای کششی وارد بر نوار، در اثر کمانش در نوار، موج تشکیل شود. بدون شک بهترین راه دست یابی به بازده و دقت بیشتر و کنترل هر فرآیندی از جمله نورد، شناخت پارامترهای اساسی حاکم بر آن و روابط بین آن ها به منظور یافتن اثر هر پارامتر بر پارامترهای دیگر و بر کل فرآیند است. بنابراین در این پروژه پس از مطالعه انواع عیوب شکلی و علل شکل گیری موج در ورق تولید شده در فرآیند نورد، مدلی از فرآیند نورد تخت با استفاده از روش اجزا محدود در نرم افزار آباکوس به منظور بررسی عوامل موثر بر تغییر شکل غیریکنواخت ورق تهیه می شود. پس از انجام مراحل مدل سازی و بررسی اعتبار مدل تهیه شده بر اساس نتایج تحلیلی، تغییر شکل ورق در ناحیه نورد برای حالتی که پروفیل تماس در امتدد عرضی کاملا یکنواخت است، مورد بررسی قرار گرفته و اثر برخی از پارامترهای نورد در جهت تغییر تنش های پسماند محوری در ورق بررسی می شود. در این حالت مشاهده می شود که علاوه بر فاکتورهای هندسی موثر در کیفیت محصول، به دلیل تغییر شرایط شکل دهی در امتداد عرض ورق، توزیع غیریکنواختی از کرنش طولی در محصول به وجود می آید که با وجود اندک بودن شدت تغییرات آن، به عنوان عامل مهمی در ایجاد کمانش ورق های نازک نورد با پروفیل یکنواخت عمل می کند. سپس به منظور بررسی رابطه میان تغییرات پروفیل ضخامت با شکل پایانی ورق، نحوه جریان فلز در ناحیه تغییرشکل در نورد ورق های تاج دار با علامت و اندازه های متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از این شبیه سازی نشان می دهد که جریان عرضی فلز در ناحیه نورد، بر توزیع تنش پسماند تاثیر می گذارد، همچنین در اثر تغییر پروفیل ضخامت برای نسبت های مشخصی از ضخامت خروجی به پهنای ورق، شکل پایانی ورق از حالت تخت به موج دار تغییر می کند، به طوری که مقدار بحرانی تغییرات نسبت تاج برای موج لبه ای کمتر از موج مرکزی می باشد.کلمات کلیدی: 1- نورد تخت 2- عیوب شکلی 3- تنش های پسماند 4- روش المان محدود