Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Farzin,Mehdi Salehi,Farshid Ahmadi
محمود فرزین (استاد راهنما) مهدی صالحی (استاد راهنما) فرشید احمدی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mehdi Rezaei
مهدی رضائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387
The purpose of this study that is carried out for the first time is to determine optimal thickness of WC-Co spray coating by HVOF (High Velocity Oxy Fuel) method on the surface of steel pinch-roll roller by utilizing finite element method. The pinch-roll was considered in this research is located at the end of the hot roll line of Mobarakeh Steel Company. The task of pinch-roll is to get and guide sheets toward the mandrel. The working environment of these components is acidic and they work in temperature and humid ambient. The surface of these rollers is worn and destroyed due to impact and movement of sheet on it. Because of micro-level deformation on the surface of pinch-roll, roller surface was necessary to be meshed by micron size element thus computational modeling would be complex and difficult. At the first, the relevant finite element model was optimized. After studying various techniques, eventually a two-dimensional model was considered in which the sheet and pinch-roll were supposed to be deformable with micron element size meshed surface. Also in order to optimize and reduce the time and cost of solving, only a 60 degrees sector of pinch-roll was modeled and a mass scale 100 applied for the pinch-roll. Then the critical condition of pinch-roll was determined. The Results showed that working condition of the pinch-roll at the initial impact is worse than other working times. Also, hard and thin sheets due to the higher speed at the hit movement to pinch-roll make the condition more critical. Surface damage created on the pinch-roll roller in the real state, was well shown by the finite element model. Finally, by defining two materials for the roller, coating was deposited on the pinch-roll in finite element models and the distribution of stress and deformation were obtained. Carbide Tungsten Cobalt (WC-Co) coating was used that by HVOF method was sprayed on the surface of pinch-roll.This cermet is extremely wear resistance and it is used for machining applications. The connection between the coating and substrate in thermal spraying methods, mostly is made by mechanical locks which have rather low strength. Maximum shear stress happens in the interface and since it is more than adhesion strength lead to delamination and failed coating on the substrate surface. Analyses showed although coating greatly improves the surface properties, the initial impact of sheet to the roller can cause deformation and failure of coating, as well as shear stress generated in the interface would be much more than strength adhesion coating to substrate. Among the various modes studied, the best thickness of coating was about 600 microns that causes minimum shear stress distribution both in the surface coating and in the interface of coating/substrate. Key words: Pinch-roll, HVOF, Finite Element Method, Shear stress, coating, interface of coating/substrate
هدف از تحقیق حاضر که برای اولین بار انجام شده است تعیین ضخامت بهینه پوشش WC-Co پاشش شده به روش HVOF بر روی سطح غلتک پینچ رول فولادی به کمک روش اجزاء محدود بود. غلتک پینچ رول مدنظر در این تحقیق در انتهای خط نورد گرم مجتمع فولاد مبارکه در قسمت کویل پیچی قرار دارد. وظیفه پینچ رول ورق گیری و هدایت ورق به طرف کویلرها می باشد. پینچ رول شامل دو غلتک می باشد که غلتک بالایی متحرک و غلتک پایینی ثابت و سطح آن به موازات مسیر ورق است. محیط کاری این قطعات اسیدی است و در دما و رطوبت محیط کار می کنند. در اثر برخورد و حرکت ورق‌ها بر روی سطح این غلتک‌ها، شاهد تخریب سطحی و سایش آنها هستیم. به علت تغییرشکل های ریز در سطح غلتک پینچ رول، لازم بود سطح غلتک به صورت میکرونی مش بندی شود که حجم محاسبات و مدلسازی را پیچیده و مشکل می نماید. لذا ابتدا مدل اجزاء محدود مربوطه بهینه سازی گردید. پس از بررسی تکنیک های مختلف، در نهایت مدل به صورت دوبعدی در نظر گرفته شد که در آن ورق و غلتک پینچ رول به صورت تغییرشکل پذیر با مش ریزی میکرونی در سطح آن طراحی گردیدند. همچنین برای بهینه سازی و کاهش زمان و هزینه حل، فقط قطاعی 60 درجه از پینچ رول با استفاده از ضریب جرمی 100 برای آن در نظر گرفته شد. سپس شرایط بحرانی عملکرد پینچ رول تعیین گردید. نتایج نشان داد وضعیت کاری پینچ رول در لحظه ضربه و برخورد اولیه ورق به آن سخت تر از غلتش بعدی ورق بر روی سطح این غلتک است. همچنین ورق های سخت و نازک به علت سرعت بالاتری که در لحظه برخورد به پینچ رول دارند، وضعیت بحرانی تری را برای آن ایجاد می کنند. آسیب های سطحی ایجاد شده بر روی غلتک پینچ رول در حالت واقعی، به خوبی توسط مدل اجزاء محدود نشان داده شد. در نهایت با دوجنسی تعریف کردن غلتک در مدل اجزاء محدود، پوشش بر آن اعمال گردید و توزیع تنش و تغییرشکل های ایجاد شده در آن بدست آمد. پوشش مورد استفاده کاربید تنگستن کبالت بود که به روش HVOF بر سطح پینچ رول اعمال گردید. در این حالت استحکام تسلیم پوشش (MPa)1500 و تخلخل آن کمتر از یک درصد بود. این سرمت مقاومت به سایش فوق العاده بالایی دارد و برای بسیاری از کاربردها از قبیل ماشینکاری مورد استفاده قرار می گیرد. اتصال بین پوشش و زیرلایه در روش های پاشش حرارتی عمدتاً توسط قفل های مکانیکی صورت می گیرد که استحکام نسبتاً پایینی دارد (در روش HVOF حداکثر می تواند به (MPa) 100 برسد). قرارگیری ماکزیمم تنش برشی در این مرز و بیشتر بودن آن نسبت به استحکام چسبندگی موجب کنده شدن پوشش از سطح زیرلایه می گردد. تحلیل ها نشان داد اگرچه وجود پوشش تا حد زیادی خواص سطحی را بهبود می بخشد، اما تحت ضربه اولیه ورق به غلتک هم خود پوشش دچار تغییرشکل و شکست می شود و هم میزان تنش برشی ایجاد شده در مرز مشترک بسیار بیشتر از استحکام چسبندگی پوشش به زیرلایه است. در بین حالات مختلف بررسی شده، بهترین ضخامت برای پوشش حدود 600 میکرون بود که توزیع تنش برشی کمتری را هم در سطح پوشش و هم در مرز پوشش با زیرلایه به همراه داشت. کلمات کلیدی پینچ رول، پاشش با سرعت بالاسوخت و اکسیژن (HVOF)، شیوه اجزاء محدود، تنش برشی، پوشش، مرز مشترک پوشش / زیرلایه

ارتقاء امنیت وب با وف بومی