Обработка материалов давлением №1 (19), 2008
110
УДК 621.771.01: 621.771.8
Сатонин А.В.
Кулик Т.А.
Кулик Н.А.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛАКИРОВАНИЯ
ОТНОСИТЕЛЬНО ТОНКИХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИЙ
В последнее время все более широкое применение получают изделия из биметаллов,
являющихся не только заменителями дефицитных металлов, но и представляющими самостоя-
тельную группу промышленных материалов, необходимых при создании новых машин, при-
боров и различных изделий[1, 2]. Биметаллическими могут быть: листы, ленты, трубы и дру-
гие изделия, состоящие из двух, а иногда и
из трех слоев разнородных металлов, которые
обеспечивают более широкий комплекс необходимых потребительских свойств. В настоящее
время в мире производится более 50 видов биметаллов. Они востребованы в приборостроении,
в химической промышленности, в автомобилестроении и в инструментальном производстве.
Получают биметаллические материалы различными способами, при этом широкий класс ком-
позиций из пластичных металлов (малоуглеродистая
сталь, медь, алюминий, никель и их спла-
вы) можно получать высокопроизводительным способом плакирования прокаткой [1].
С точки зрения математического моделирования, по аналогии с традиционными про-
цессами прокатки монометаллических сред, в зависимости от соотношения длины дуги кон-
такта L и средней толщины
cp
h
различают плакирование относительно толстых
(
0,3h/L
cp
< ) и относительно тонких ( 0,3h/L
cp
≥ ) композиций. В отличие от процессов
плакирования относительно толстых заготовок, которые характеризуются доминирующим
влиянием внешних зон и, как следствие, повышенной степенью неоднородности по высоте
сечений очага деформации, условия реализации процессов плакирования прокаткой относи-
тельно тонких лент, листов и полос сред характеризуются доминирующим влиянием сил
внешнего трения, а кинематическое и деформированное состояния
по высоте указанных се-
чений являются в этом случае близкими к однородному [3]. Отмеченное подтверждено ре-
зультатами целого ряда и теоретических, и экспериментальных исследований, в том числе и
результатами теоретических исследований, выполненных с использованием метода полей
линий скольжения [3]. Предположение об однородности кинематического состояния позво-
ляет применить гипотезу плоских сечений [4] и в качестве
модели использовать очаг дефор-
мации, разделенный по всей протяженности зоны пластического формоизменения на конеч-
ное множество выделенных элементарных объемов.
С учетом изложенного выше математическое моделирование напряженно-
деформированного состояния материала относительно тонкой двухслойной биметаллической
композиции при реализации процесса плакирования прокаткой было осуществлено на основе
численного рекуррентного решения конечно-разностной формы условий
статического рав-
новесия выделенного элементарного объема, полученного путем разбиения всей протяжен-
ности зоны пластического формоизменения на их конечное множество. Расчетная схема оча-
га деформации и выделенного элементарного объема, соответствующая самому общему слу-
чаю условий реализации процесса плакирования прокаткой двухслойной биметаллической
композиции, представлена на рисунке 1.
В качестве исходных данных в этом случае
использовали начальные значения толщин
нижней
10
h и верхней
20
h составляющих, конечную толщину всей композиции
1
h , радиусы
рабочих валков
1
R ,
2
R и окружные скорости их вращения
1в
V ,
2в
V , напряжения задних на-
тяжений, прикладываемых к нижней
10
и верхней
20
составляющим, интегральное, при-
веденное к единице ширины
b
значение переднего натяжения bТ
1
, коэффициенты, харак-
теризующие условия внешнего и межслойного трения, а также коэффициенты регрессии и
константы, необходимые для определения механических свойств материалов упруго-
деформируемых рабочих валков и упруго-пластически деформируемых составляющих про-
катываемой композиции.