Автоматизированное проектирование ресурсосберегающих маршрутов волочения стальной проволоки
Л.
В. РадионоваБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Радионова
Л.
В. Автоматизированное проектирование ресурсосберегающих маршрутов волочения стальной проволоки // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2013. – Т. 3. – С.
291–295. – URL:
http://e-koncept.ru/2013/53060.htm.
Аннотация. В статье описана программа для автоматизированного расчета маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки, используемая для практических занятий при освоении дисциплины “Основы САПР” студентами высших
учебных заведений направления подготовки 150400 Металлургия. В программу заложено три метода выбора маршрутов волочения, в том числе авторский. Приводится пример расчета.
Текст статьи
1Радионова Людмила Владимировнаканд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВПО “ЮжноУральский государственный университет” (НИУ), Россия, ЧелябинскRadionovaLV@rambler.ru
Автоматизированное проектирование ресурсосберегающихмаршрутов волочения стальной проволоки
Аннотация.В статье описана программа для автоматизированного расчета маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки, используемая для практических занятий при освоении дисциплины “Основы САПР” студентами высших учебных заведений направления подготовки 150400 Металлургия.В программу заложено три метода выбора маршрутов волочения, в том числе авторский. Приводится пример расчета.
Ключевые слова:волочение, проволока, проектирование, программное обеспечение
Дисциплина “Основы САПР” имеет целью сформировать общепрофессиональные знания в области проектирования,с применением ЭВМ, в том числе и технологических процессов,подготовить студентов к созданию и эксплуатации САПР ТП металлургическойотрасли, ознакомить будущих специалистов с методами технических расчетовипринципами разработки прогрессивных технологий единичного, серийного и массового производства.Следует отметить, что разработанная программа используется не только в учебных целях, но и востребована в реальном производстве, что очень ценно при практикоориентированном обучении студентов. Современные условия работы метизных предприятий сопряжены с необходимостью исполнения небольших заказов, что сопровождается частым перерасчетом маршрутов волочения иперенастройкой оборудования. Значительно облегчить работу технолога может программное обеспечение для автоматизированного расчета маршрутов волочения проволоки. В основу кратности маршрутов волочения могут быть заложены различные положения[13]. Методика расчета ресурсосберегающих маршрутов волочения, лежащая в основепредлагаемогопрограммного обеспечения, базируется на самых современных знаниях о процессе волочения проволоки в монолитных волоках [4]. Однако для расширения круга пользователей программой в ней предусмотрены и классические методики построения маршрутов волочения[5].Блок –схема программы “Автоматизированный расчет ресурсосберегающих маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки” приведена на рис.1.Описанная ниже программа ориентирована на расчет маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки. Расчет программы начинается с запуска программы и “Ввода исходных данных”.
В форму 1 “Исходные данные”записывают диаметр заготовки и готовой проволоки. Временное сопротивление разрыву заготовки может быть заменено содержанием углерода, знание которого позволит рассчитать временное сопротивление разрыву патентированной заготовки. В форме 2 “Ввод типа волочильной машины ”пользователем выбирается из существующей базы необходимая волочильная машина. При отсутствии необходимой машины в базе по кнопке “Добавить новую волочильную машину”пользователь может ввести параметры новой волочильной машины, которые дополнят существующую базу. Скорости вращения барабанов для выбранного типа волочильноймашины отражаются в форме 3 “Характеристика выбранной волочильной машины”.При несоответствии выбранной и требуемой машин по скоростям по кнопке “Добавить новую волочильную машину” открывается форма 4 “Характери2стика новой волочильной машины”, в которую помимо типа волочильной машины вводятся и скорости вращения барабанов на различных передачах.После выбора типа волочильной машины программа просит определиться с методикой, по которой будет проводиться расчет маршрутов волочения. В форме 5 “Выбор методикирасчета”пользователь определяется, какая из трех предлагаемых методик удобна или необходима ему. Первая методика “по кратности волочильного стана”базируется на принципе волочения проволоки без увеличения или уменьшения запаса проволоки на барабане, т.е. коэффициент вытяжки, где
линейная скорость вращения барабана.Вторая методика основана на выборе единичной степени деформациипо проходам. Для удобства работы технолога в форме 6 предлагается выбрать привычные для него единицы измерения “Степень деформации, % ” или “Коэффициент вытяжки”.В зависимости от сделанного выбора высвечивается форма 7 “Ввод степени деформации”или форма 8 “Ввод коэффициента вытяжки”. Диаметр проволоки рассчитывается после нажатия на кнопку “Расчет диаметра проволоки”. Рассчитанные по первой или второй методикам расчета маршруты волочения, записываются на лист “Результаты расчета”.Третья методика “с учетом углов волок”базируется на необходимости получения равномерной деформации по сечению проволоки. Здесь единичная степень деформации выбирается из соотношения [6, 7], где
коэффициент трения в волоке;
полуугол волоки, рад.Поэтому вкачестве исходных данных программа запрашивает ввод величины полуугола волоки, в зависимости от которого рассчитывается единичная степень деформации.Для расчета энергосиловых параметров процесса волочения необходимо помимо определенных уже данных ввести угол волоки(форма 9) и коэффициент трения(форма 10).Расчет потребляемой электродвигателями мощности проводится в зависимости от выбранной передачи редуктора волочильного блока, которую в свою очередь программа рекомендует применять для волочения требуемой проволоки без перегрузок двигателей. Кроме того, осуществляется анализ на возможность вообще волочения проволоки на выбранной волочильной машине.Результаты расчета выводятся на лист “Результаты расчета”и распечатываются по кнопке “Печать результатов расчета”.В качестве примера приведены результаты расчета параметров волочения по шестикратному маршруту волочения проволоки диаметром 3,00 мм из заготовки 5,50 мм из стали марки 85 (Таблица).
3
Рис.1. Блоксхема программы “ Автоматизированный расчет ресурсосберегающих маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки”
4
Рис.2. Формы для внесения данных
5Результаты математического моделирования процесса волочения проволоки диаметром 3,00 мм из заготовки 5,50 мм (сталь 85) в шесть проходов
Исходные данныеДиаметр заготовки, мм5.50Диаметр готовой проволоки, мм3.00Временное сопротивление разрыву заготовки, Н/кв.мм1318Содержание углерода, %0.85
Результаты расчетаНомер прохода123456789Маршрут волочения5.0714.5354.0573.6283.2453
Степень единичной деформации, %152020202014.54
Суммарная степень деформации, %70.24793388Коэффициент вытяжки1.1761.2501.2501.2501.2501.170
Суммарная вытяжка3.361111111Временное сопротивление разрыву, Н/кв.мм137314511535162317161785
Полуугол волоки664444
Коэффициент трения0.0300.0300.0300.0300.0300.030
Напряжение волочения, Н/кв.мм
397.8533.8572604.8639.5496.9
Усилие волочения, Н803086197389625052873511
Номер передачи редуктора4Скорость волочения, м/мин172221275352444553
Мощность, потребляемая электродвигателями, кВт25.5835.2737.6340.7443.4735.95
Расход электрической энергии на 1 тонну продукции, кВт/ч119.58Производительность, т/ч1.828
Таким образом, разработанное программное обеспечение[8], позволяет проектировать ресурсосберегающие маршруты волочения углеродистой проволоки, а также проводить аналитические исследования влияния технологических параметров процесса волочения на энергосиловые характеристики [914]. Кроме того, несмотря на то, что программа ориентирована на расчет маршрутов волочения наиболее массово производимой углеродистой проволоки, ее достаточно просто адаптировать и для расчета маршрутов волочения более сложных и реже встречающихся марок стали. Для этого необходимо лишь скорректировать формулу, описывающую закономерность упрочнения стали в процессе холодной деформации.Использование в учебном процессе программы для автоматизированногопроектированияресурсосберегающих маршрутов волочения стальной проволокипозволяет повысить уровень освоения дисциплины “Основы САПР” и знакомит студентов с особенностями метизного передела металлургического производства. Литература1. Желтков А.С., Савенок А.Н. Расчет маршрута грубосреднего волочения высокопрочной проволоки // Сталь. 1998. №11. С.4649.2. Бэкофен В. Процессы деформации: Пер. с англ. –М.: Металлургия, 1977. 288 с.3. Радионова Л.В., Харитонов В.А., Сафонов Е.В. Снижение неравномерности деформации по сечению проволоки при волочении в монолитной волоке. –Магнито6горск. гос. техн. унт. –Магнитогорск, 2001. –34 с.: ил. –Библиогр. 46 назв. –Рус. –Деп. в ВИНИТИ, 22.08.01, № 1893 –В 2001.4. РадионоваЛ.В., ХаритоновВ.А. Проектирование ресурсосберегающих технологий производства высокопрочной углеродистой проволоки на основе моделирования:Монография. –Магнитогорск:ГОУ ВПО “МГТУ”,2008.–171 с.5. Производство метизов / Х.С. Шахпазов, И.Н. Недовизий, В.И. Ориничев и др.–М.: Металлургия, 1977. –392 с. 6. Радионова Л.В., Сафонов Е.В., Харитонов В.А. Способ производства высокопрочной проволоки с повышенными пластическими свойствами из углеродистой стали // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: межвуз. сб. науч. тр. –Магнитогорск, 2002. –С. 4145.7. Патент 2183523 РФ, МКИ 7В21С/00. Способ производства высокоуглеродистой проволоки / Харитонов В.А., Радионова Л.В., Зюзин В.И. (РФ). –14 с: ил.8. Радионова Л.В., Радионов А.А., Харитонов В.А., Сафонов Е.В. Автоматизированный расчет ресурсосберегающих маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки: свидетельство № 20046107746 официальной рег. Программ дляЭВМ // Оф. Бюл. “Программы для ЭВМ, БД, Т и МС”. –2004. –№ 2. 9. Радионова Л.В., Харитонов В.А. Аналитические исследования влияния деформационноскоростных режимов волочения на энергозатраты процесса // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: межрег. сб. науч. тр. –Магнитогорск: ГОУ ВПО “МГТУ”, 2009. –С. 153159.10.РадионоваЛ.В., Бужланова Ю.В. Принципы управления формированием структуры и свойств при производстве кордовой проволоки//Производство проката. 2009. №2. –С.2932.11. БардинС.В., КозловД.Е., Радионов А.А. Повышение энергетической эффективности электромеханических систем станов для производства стальной проволоки // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2011. №2. –С.6265.12. Радионов А.А., Ульянов Д.В. Анализ достоинств и недостатков известных способов построения электроприводов прямоточных волочильных станов //Электротехнические системы и комплексы. 2011. №1. –С.163171.13. ОмельченкоЕ.Я., Бондаренко В.В., Радионов А.А. Исследование электромеханической системы намоточного аппарата проволочного волочильного стана //Электротехнические системы и комплексы. 2010. №1. –С.914.
RadionovaLiudmila V. Ph.D., Associated Professor“South Url Stt Univrsity” (ntionl rsarch university),Russia,ChelyabinskRadionovaLV@rambler.ru
Automated calculationresource saving drawing routes steel wire
Abstract.The article described a program for automated calculation drawing routesof high carbon wire. It is used in practical classes in the discipline"Basics of CAD" for university students who study on the specialty 150400 Metallurgy. The program has three method selection drawing route. One method has been developed by the author.The article contains anexample of calculation. Key words:drawing, wire, CAD, software
Автоматизированное проектирование ресурсосберегающихмаршрутов волочения стальной проволоки
Аннотация.В статье описана программа для автоматизированного расчета маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки, используемая для практических занятий при освоении дисциплины “Основы САПР” студентами высших учебных заведений направления подготовки 150400 Металлургия.В программу заложено три метода выбора маршрутов волочения, в том числе авторский. Приводится пример расчета.
Ключевые слова:волочение, проволока, проектирование, программное обеспечение
Дисциплина “Основы САПР” имеет целью сформировать общепрофессиональные знания в области проектирования,с применением ЭВМ, в том числе и технологических процессов,подготовить студентов к созданию и эксплуатации САПР ТП металлургическойотрасли, ознакомить будущих специалистов с методами технических расчетовипринципами разработки прогрессивных технологий единичного, серийного и массового производства.Следует отметить, что разработанная программа используется не только в учебных целях, но и востребована в реальном производстве, что очень ценно при практикоориентированном обучении студентов. Современные условия работы метизных предприятий сопряжены с необходимостью исполнения небольших заказов, что сопровождается частым перерасчетом маршрутов волочения иперенастройкой оборудования. Значительно облегчить работу технолога может программное обеспечение для автоматизированного расчета маршрутов волочения проволоки. В основу кратности маршрутов волочения могут быть заложены различные положения[13]. Методика расчета ресурсосберегающих маршрутов волочения, лежащая в основепредлагаемогопрограммного обеспечения, базируется на самых современных знаниях о процессе волочения проволоки в монолитных волоках [4]. Однако для расширения круга пользователей программой в ней предусмотрены и классические методики построения маршрутов волочения[5].Блок –схема программы “Автоматизированный расчет ресурсосберегающих маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки” приведена на рис.1.Описанная ниже программа ориентирована на расчет маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки. Расчет программы начинается с запуска программы и “Ввода исходных данных”.
В форму 1 “Исходные данные”записывают диаметр заготовки и готовой проволоки. Временное сопротивление разрыву заготовки может быть заменено содержанием углерода, знание которого позволит рассчитать временное сопротивление разрыву патентированной заготовки. В форме 2 “Ввод типа волочильной машины ”пользователем выбирается из существующей базы необходимая волочильная машина. При отсутствии необходимой машины в базе по кнопке “Добавить новую волочильную машину”пользователь может ввести параметры новой волочильной машины, которые дополнят существующую базу. Скорости вращения барабанов для выбранного типа волочильноймашины отражаются в форме 3 “Характеристика выбранной волочильной машины”.При несоответствии выбранной и требуемой машин по скоростям по кнопке “Добавить новую волочильную машину” открывается форма 4 “Характери2стика новой волочильной машины”, в которую помимо типа волочильной машины вводятся и скорости вращения барабанов на различных передачах.После выбора типа волочильной машины программа просит определиться с методикой, по которой будет проводиться расчет маршрутов волочения. В форме 5 “Выбор методикирасчета”пользователь определяется, какая из трех предлагаемых методик удобна или необходима ему. Первая методика “по кратности волочильного стана”базируется на принципе волочения проволоки без увеличения или уменьшения запаса проволоки на барабане, т.е. коэффициент вытяжки, где
линейная скорость вращения барабана.Вторая методика основана на выборе единичной степени деформациипо проходам. Для удобства работы технолога в форме 6 предлагается выбрать привычные для него единицы измерения “Степень деформации, % ” или “Коэффициент вытяжки”.В зависимости от сделанного выбора высвечивается форма 7 “Ввод степени деформации”или форма 8 “Ввод коэффициента вытяжки”. Диаметр проволоки рассчитывается после нажатия на кнопку “Расчет диаметра проволоки”. Рассчитанные по первой или второй методикам расчета маршруты волочения, записываются на лист “Результаты расчета”.Третья методика “с учетом углов волок”базируется на необходимости получения равномерной деформации по сечению проволоки. Здесь единичная степень деформации выбирается из соотношения [6, 7], где
коэффициент трения в волоке;
полуугол волоки, рад.Поэтому вкачестве исходных данных программа запрашивает ввод величины полуугола волоки, в зависимости от которого рассчитывается единичная степень деформации.Для расчета энергосиловых параметров процесса волочения необходимо помимо определенных уже данных ввести угол волоки(форма 9) и коэффициент трения(форма 10).Расчет потребляемой электродвигателями мощности проводится в зависимости от выбранной передачи редуктора волочильного блока, которую в свою очередь программа рекомендует применять для волочения требуемой проволоки без перегрузок двигателей. Кроме того, осуществляется анализ на возможность вообще волочения проволоки на выбранной волочильной машине.Результаты расчета выводятся на лист “Результаты расчета”и распечатываются по кнопке “Печать результатов расчета”.В качестве примера приведены результаты расчета параметров волочения по шестикратному маршруту волочения проволоки диаметром 3,00 мм из заготовки 5,50 мм из стали марки 85 (Таблица).
3
Рис.1. Блоксхема программы “ Автоматизированный расчет ресурсосберегающих маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки”
4
Рис.2. Формы для внесения данных
5Результаты математического моделирования процесса волочения проволоки диаметром 3,00 мм из заготовки 5,50 мм (сталь 85) в шесть проходов
Исходные данныеДиаметр заготовки, мм5.50Диаметр готовой проволоки, мм3.00Временное сопротивление разрыву заготовки, Н/кв.мм1318Содержание углерода, %0.85
Результаты расчетаНомер прохода123456789Маршрут волочения5.0714.5354.0573.6283.2453
Степень единичной деформации, %152020202014.54
Суммарная степень деформации, %70.24793388Коэффициент вытяжки1.1761.2501.2501.2501.2501.170
Суммарная вытяжка3.361111111Временное сопротивление разрыву, Н/кв.мм137314511535162317161785
Полуугол волоки664444
Коэффициент трения0.0300.0300.0300.0300.0300.030
Напряжение волочения, Н/кв.мм
397.8533.8572604.8639.5496.9
Усилие волочения, Н803086197389625052873511
Номер передачи редуктора4Скорость волочения, м/мин172221275352444553
Мощность, потребляемая электродвигателями, кВт25.5835.2737.6340.7443.4735.95
Расход электрической энергии на 1 тонну продукции, кВт/ч119.58Производительность, т/ч1.828
Таким образом, разработанное программное обеспечение[8], позволяет проектировать ресурсосберегающие маршруты волочения углеродистой проволоки, а также проводить аналитические исследования влияния технологических параметров процесса волочения на энергосиловые характеристики [914]. Кроме того, несмотря на то, что программа ориентирована на расчет маршрутов волочения наиболее массово производимой углеродистой проволоки, ее достаточно просто адаптировать и для расчета маршрутов волочения более сложных и реже встречающихся марок стали. Для этого необходимо лишь скорректировать формулу, описывающую закономерность упрочнения стали в процессе холодной деформации.Использование в учебном процессе программы для автоматизированногопроектированияресурсосберегающих маршрутов волочения стальной проволокипозволяет повысить уровень освоения дисциплины “Основы САПР” и знакомит студентов с особенностями метизного передела металлургического производства. Литература1. Желтков А.С., Савенок А.Н. Расчет маршрута грубосреднего волочения высокопрочной проволоки // Сталь. 1998. №11. С.4649.2. Бэкофен В. Процессы деформации: Пер. с англ. –М.: Металлургия, 1977. 288 с.3. Радионова Л.В., Харитонов В.А., Сафонов Е.В. Снижение неравномерности деформации по сечению проволоки при волочении в монолитной волоке. –Магнито6горск. гос. техн. унт. –Магнитогорск, 2001. –34 с.: ил. –Библиогр. 46 назв. –Рус. –Деп. в ВИНИТИ, 22.08.01, № 1893 –В 2001.4. РадионоваЛ.В., ХаритоновВ.А. Проектирование ресурсосберегающих технологий производства высокопрочной углеродистой проволоки на основе моделирования:Монография. –Магнитогорск:ГОУ ВПО “МГТУ”,2008.–171 с.5. Производство метизов / Х.С. Шахпазов, И.Н. Недовизий, В.И. Ориничев и др.–М.: Металлургия, 1977. –392 с. 6. Радионова Л.В., Сафонов Е.В., Харитонов В.А. Способ производства высокопрочной проволоки с повышенными пластическими свойствами из углеродистой стали // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: межвуз. сб. науч. тр. –Магнитогорск, 2002. –С. 4145.7. Патент 2183523 РФ, МКИ 7В21С/00. Способ производства высокоуглеродистой проволоки / Харитонов В.А., Радионова Л.В., Зюзин В.И. (РФ). –14 с: ил.8. Радионова Л.В., Радионов А.А., Харитонов В.А., Сафонов Е.В. Автоматизированный расчет ресурсосберегающих маршрутов волочения высокоуглеродистой проволоки: свидетельство № 20046107746 официальной рег. Программ дляЭВМ // Оф. Бюл. “Программы для ЭВМ, БД, Т и МС”. –2004. –№ 2. 9. Радионова Л.В., Харитонов В.А. Аналитические исследования влияния деформационноскоростных режимов волочения на энергозатраты процесса // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: межрег. сб. науч. тр. –Магнитогорск: ГОУ ВПО “МГТУ”, 2009. –С. 153159.10.РадионоваЛ.В., Бужланова Ю.В. Принципы управления формированием структуры и свойств при производстве кордовой проволоки//Производство проката. 2009. №2. –С.2932.11. БардинС.В., КозловД.Е., Радионов А.А. Повышение энергетической эффективности электромеханических систем станов для производства стальной проволоки // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2011. №2. –С.6265.12. Радионов А.А., Ульянов Д.В. Анализ достоинств и недостатков известных способов построения электроприводов прямоточных волочильных станов //Электротехнические системы и комплексы. 2011. №1. –С.163171.13. ОмельченкоЕ.Я., Бондаренко В.В., Радионов А.А. Исследование электромеханической системы намоточного аппарата проволочного волочильного стана //Электротехнические системы и комплексы. 2010. №1. –С.914.
RadionovaLiudmila V. Ph.D., Associated Professor“South Url Stt Univrsity” (ntionl rsarch university),Russia,ChelyabinskRadionovaLV@rambler.ru
Automated calculationresource saving drawing routes steel wire
Abstract.The article described a program for automated calculation drawing routesof high carbon wire. It is used in practical classes in the discipline"Basics of CAD" for university students who study on the specialty 150400 Metallurgy. The program has three method selection drawing route. One method has been developed by the author.The article contains anexample of calculation. Key words:drawing, wire, CAD, software
