Задача оптимізації профілювання фасонного ножа

Abstract

Проаналізовано переваги та недоліки процесу гарячого поділу безперервнолитої квадратної заготовки на ножицях з фасонними ножами. Відзначається доцільність проведення теоретичних досліджень розділових операцій на ножицях з використанням методу скінченних елементів (МСЕ). Метою даної роботи було визначення оптимальної форми профілювання фасонного ножа для поділу квадратної заготовки в гарячому стані шляхом математичного моделювання на базі МСЕ. Представлено методику проведення досліджень, що включали два етапи. На першому етапі використовували математичне моделювання відповідно до плану повного факторного експерименту 24 згідно виробничих умов реалізації процесу з ножами що мали значення кута розкриття ножів 90…98° та ухилу контактних поверхонь 3…11°. При обробці даних моделювання були отримані три відносних параметра, два з яких характеризують зминання (затяжка) і загин кінців розкату, і ще один – ромбічність торцевої поверхні. Для кожного з параметрів, отримані лінійні рівняння регресії як функція температури різання та розмірів заготовок, величини кута розкриття ножів та ухилу контактних поверхонь. На другому етапі дослідження вирішували оптимізаційну задачу пошуку мінімуму цільової функції – ромбічності. За результатами відзначено, що оптимальні значення профілювання ножів залежать від вимог, що висуваються до якості зрізу. Введено фактор граничного відхилення зминання і загину кінців, встановлений діапазон його значень та проаналізовано вплив на оптимальні параметри. Запропоновано величини кута розкриття ножів та ухилу контактних поверхонь, за умови мінімізації граничного відхилення зминання і загину кінців у досліджуваних діапазонах температур та розмірів заготовок. Отримано залежності параметрів профілювання ножів від граничного відхилення зминання і загину кінців заготовок після поділу. Результати роботи можуть бути рекомендовані для використання при прийнятті проектно-конструкторських і технологічних рішень в питаннях гарячого розділення безперервнолитої квадратної заготовки фасонними ножами на кут.The advantages and disadvantages of the process of separation in hot condition of billet with square shape by special profiled knives were analyzed. There is expediency of carrying out theoretical researches the separating operations by shears based on finite elements method (FEM) is noted. The purpose of the work was to determine the optimal shape for make form a profiled knife for separating a square billet in a hot state by simulating based on the FEM. A methodology of study realization consisting of two stages is presented. At the first stage, simulating was used in accordance with the plan of the full factorial experiment 24 according to the technological environment for the process implementation with knives having a knife opening angle of 90...98° and a contact surface inclination of 3...11°. At the processing the simulation results, three relative parameters were obtained. Two parameters characterize the crumpling (tightening) and bending of the billet ends, and one more – the rhomboidity of the end surface. For each of the parameters, the linear regression equations obtained as a function of cutting temperature and billet sizes, the knife opening angle and contact surface inclination. At the second stage of the study, the optimization problem of determining the minimum of the objective function – rhomboidity – was solved. According to the results, it was noted that the optimal values of the profiling of knives depend on the requirements for the quality of the cut. The factor of the maximum deviation of crumpling and bending of the ends is introduced. The range of its values is established and the influence on the optimal parameters is analyzed. The values of the knife opening angle and contact surface inclination are proposed, provided that the maximum deviation of the crumpling and bending of the ends, at the studied temperature ranges and sizes of the billets, is minimized. The dependences of the optimal parameters of the profiling of knives on the maximum deviation of the crumpling and bending of the ends of the billets after separation are obtained. Results of work can be recommended for use to get solutions in design and technology questions of hot separation square billet by profiled knife on the angle.