Προσομοίωση της κατεργασίας θερμής έλασης κραμάτων αλουμινίου με χρήση πεπερασμένων στοιχείων

Abstract

In the present dissertation, the crown evolution during hot rolling of aluminum alloys was studied via the Finite Element Method (FEM), in order to determine the applied force on the mill’s integrated bending system. For the simulation, a FEM model was developed that used the exact geometry of Elvals 4-high hot rolling mill, as well as real production data for industrial validation purposes. The results showed that are in good agreement with the industrial data and can be used during a pass schedule design. Crown can be adjusted with the bending system, however, in many cases the whole range of the system is not adequate to fully correct any crown variation through length. Thus, a thermal analysis was conducted on the work roll to study the geometric change through the length of a pass. The results showed that one of the most important reasons for crown variation through length is the camber evolution of the roll due to thermal load. Suggestions for the improvement of the rolls thermal stability are summarized below: •The use of both cooling units will increase cooling efficiency. •By increasing the roll temperature will lead to a more thermally stable roll. As a result: oA more uniform heat extraction from the plate through the length can be achieved. oThe roll will be more stable geometricallyoLess difference in the heat extraction between the front end and the main body of the plate until the roll’s surface reaches steady state. •Disable roll cooling for the first few meters of each pass in order to reach faster the thermal “steady state” on the surface.

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η εξέλιξη της επιπεδότητας πλάκας αλουμινίου κατά την θερμή έλαση προκειμένου μέσω προσομοίωσης κατά το σχέδιο έλασης προκειμένου να αξιοποιηθεί για την ρύθμισή της μέσω των καμπτικών συστημάτων του ελάστρου. Για την προσομοίωση αναπτύχθηκε μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων (FEM) για το οποίο χρησιμοποιήθηκε η ακριβής γεωμετρία του θερμού ελάστρου της ΕΛΒΑΛ, καθώς και πραγματικά δεδομένα παραγωγής για το κράμα 5754, ώστε να επικυρωθεί βιομηχανικά η εγκυρότητα του μοντέλου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι είναι σε συμφωνία με τα δεδομένα παραγωγής και επομένως το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον προσδιορισμό του σχεδίου έλασης. Η επιπεδότητα μπορεί να ρυθμιστεί μέσω του συστήματος κάμψης του ελάστρου, ωστόσο, το εύρος του συχνά δεν είναι αρκετό. Έγινε μελέτη της εξέλιξης της γεωμετρίας του ράουλου εργασίας κατά το μήκος του υποβιβασμού λόγω θερμικού φορτίου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το κύριο μέρος της μεταβολής της επιπεδότητας της πλάκας οφείλεται στην μεταβολή της γεωμετρίας του ράουλου εργασίας. Η θερμική διαστολή του ράουλου εργασίας παίζει σημαντικό ρόλο στην επιπεδότητα της πλάκας κατά το μήκος της κάτι το οποίο μπορεί να βελτιωθεί με την κατάλληλη χρήση και στρατηγική ψύξης του ράουλου. Ως εκ τούτου, για την βελτίωση της γεωμετρικής σταθερότητας του ράουλου προτείνεται: •Βελτίωση των συνθηκών ψύξης του ράουλου εργασίας και συγκεκριμένα η χρήση της ψυκτικής μονάδας στην είσοδο αλλά και στην έξοδο του εκάστοτε υποβιβασμού. •Αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του ράουλου εργασίας κατά τη διάρκεια του σχεδίου έλασης, το οποίο μπορεί να επιτευχθεί με την απενεργοποίηση της ψύξης στο ράουλο εργασίας κατά τον χρόνο μεταξύ των υποβιβασμών. •Μείωση της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ εμπρόσθιου/οπίσθιου μέρους της πλάκας σε σχέση με το κυρίως σώμα απενεργοποιώντας την ψύξη κατά την έναρξη υποβιβασμών για τα πρώτα ~10 s. •Επιπλέον, πλεονέκτημα της αύξησης της μέσης θερμοκρασίας είναι η βελτίωση της ανισοκατανομής της θερμοκρασίας, όπου το εμπρόσθιο και το οπίσθιο μέρος της πλάκας είναι πιο ψυχρό σε σχέση με το υπόλοιπο σώμα.