Разработка и исследование эффективной технологии для производства полых заготовок из углеродистых и легированных сталей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Онучин, Александр Борисович

• Онучин, Александр Борисович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Онучин, Александр Борисович

Оглавление

Введение

Глава 1. Литературный обзор

Глава 2. Анализ процесса прошивки в станах винтовой прокатки

2.1. Методика исследований

2.2. Разработка статистических моделей параметров процесса прошивки

2.3. Экспериментальное исследование процесса прошивки

2.4. Зависимости разностенности гильз от схемы прошивки и основных технологических факторов

Глава 3. Совершенствование методики расчета площади контактной поверхности металла с валком при прошивке

Глава 4. Разработка методики проектирования технологического инструмента

4.1. Исходные данные для определения калибровки валков

4.2. Аналитическая методика (первый вариант)

4.3. Аналитическая методика (второй вариант)

4.4. Графическая методика

4.5. Графоаналитическая методика

4.6. Практическое применение графоаналитической методики

Глава 5. Расчет элементов конструкции и проектирование станов винтовой прокатки

5.1. Выбор взаимного расположения осей валков и заготовки. Определение параметров очага деформации и расчет энергосиловых параметров для проектирования

5.2. Выбор рациональной конструкции опорных элементов валкового узла

5.3. Определение принципиальной схемы механизма установки валкового

узла и разработка его конструкции

5.4. Создание замкнутого силового контура станины рабочей клети, обеспечивающего минимальные перемещения рабочих валков под заданной нагрузкой. Формирование общего облика рабочей клети и определение ее геометрических параметров

5.5. Разработка технического проекта с учетом условий эксплуатации прокатного стана

5.6. Расчет напряжений и деформаций в станине рабочей клети с применением МКЭ

Глава 6. Разработка технологии производства заготовок деталей буровых замков

6.1. Традиционная схема производства заготовок деталей буровых замков

6.2. Типоразмеры буровых замков серии ЗП

6.3. Новая технология производства деталей буровых замков

6.4. Результаты освоения новой технологии

6.5. Оборудование автоматизированной линии винтовой прокатки

Выводы:

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование эффективной технологии для производства полых заготовок из углеродистых и легированных сталей»

Введение

В настоящее время в машиностроении существенно возросла потребность в полых осесимметричных деталях со сложным профилем внутренней и наружной поверхности. На данный момент подобные детали получают из сплошных заготовок либо полностью механической обработкой, либо с предварительными операциями ковки или штамповки, что во всех случаях предопределяет заведомо низкий коэффициент использования металла и сравнительно низкую производительность.

Изготовление полых заготовок методами ковки или штамповки сопровождается повышенной разностенностью полуфабрикатов рассматриваемых деталей, что приводит к увеличению припусков на механическую обработку и существенно повышает как время производства единицы продукции, так и расходный коэффициент. В некоторых случаях в промышленности используются сплошные валы и оси, хотя рациональная конструкция предполагает наличие осевой полости.

На данный момент получение экономичных осесимметричных полых заготовок деталей машиностроения со сложным профилем сдерживается как отсутствием технологических процессов, так и компактного автоматизированного оборудования для их реализации.

Таким образом, актуальной является задача по разработке эффективной технологии и оборудования для производства точных полых стальных осесимметричных заготовок деталей машиностроения со сложным профилем.

Целью работы является исследование процесса винтовой прокатки и разработка на его основе технологии получения полых осесимметричных заготовок и оборудования для их изготовления.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- произвести анализ и выбрать рациональные схемы прошивки заготовки в толстостенную гильзу и последующего ее профилирования;

- изучить формоизменение металла в нестационарных стадиях прошивки и профилирования и разработать эффективные калибровки технологического инструмента;

усовершенствовать методику расчета площади контактной поверхности металла с валком при прошивке толстостенных заготовок и их раскатке, используемую для создания рациональной конструкции рабочих клетей прокатных станов;

- разработать методику построения профиля рабочего валка при прошивке и раскатке в станах винтовой прокатки с помощью САПР SolidWorks;

- разработать конструкцию рабочих клетей для профилирования заготовок деталей буровых замков;

- разработать и реализовать технологию производства полых профилированных заготовок применительно к деталям буровых замков.

Научная новизна заключается в следующем:

определены рациональные схемы винтовой прошивки и профилирования и технологические режимы их осуществления, обеспечивающие получение точных толстостенных полых заготовок;

усовершенствована методика расчета площади контактной поверхности при прошивке толстостенных заготовок и их профилировании, адекватность которой подтверждена экспериментально;

- получены новые зависимости изменения кинематических параметров и разностенности толстостенных гильз с 2,5<D/S<4,5 при прошивке в двух- и трехвалковых станах;

- разработана методика построения профиля рабочего валка на основе формы очага деформации при прошивке и раскатке в станах винтовой прокатки с помощью САПР SolidWorks;

- разработан и исследован новый способ получения осесимметричных заготовок методами винтовой прокатки.

На защиту выносятся:

- технология получения полых осесимметричных заготовок на основе процесса винтовой прокатки;

- усовершенствованная методика расчета площади контактной поверхности при прошивке толстостенных заготовок и их раскатке, используемую для проектирования рациональной конструкции рабочих клетей прокатных двух- и трехвалковых станов винтовой прокатки;

- методика расчета и построения профиля рабочего валка при прошивке и раскатке в двух- и трехвалковом станах винтовой прокатки при помощи системы автоматизированного проектирования БоМШогкБ.

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Онучин, Александр Борисович

Выводы:

1. Проведен анализ двух- и трехвалковой схем прокатки и выбраны рациональные режимы прошивки (ип=10%, ¡3=12°) заготовки в толстостенную гильзу (2,5<0/8<4,5) на трехвалковом стане винтовой прокатки и ее профилирования (ип=2-4%, /3=3

2. Проведено исследование формоизменения металла в нестационарных стадиях прошивки и профилирования в очаге деформации в двух- и трехвалковом станах и разработаны эффективные калибровки технологического инструмента для этих станов, позволяющие повысить точность и качество получаемой гильзы.

3. Усовершенствована методика расчета площади контактной поверхности металла с валком при прошивке коротких толстостенных заготовок и их раскатки, обеспечивающая повышенную точность расчетов.

4. Разработана универсальная методика построения профиля рабочего валка на основе геометрии очага деформации при прошивке и раскатке в станах винтовой прокатки с помощью САПР ЗоНсШогкз, с помощью которой выполнены рациональные калибровки технологического инструмента.

5. Разработана и реализована технология для производства точных профилированных заготовок деталей буровых замков на предприятии ОАО «Орский машиностроительный завод».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Онучин, Александр Борисович, 2013 год

Список использованной литературы

1. Специальные прокатные станы / А.И. Целиков, М.В. Барбарич, М.В. Васильчиков и др. Металлургия, 1971.

2. Васильчиков М.В. Производство точных заготовок машиностроительных деталей прокаткой. НИИИформтяжмаш, 1968.

3. Грановский С.П. Новые процессы и станы для прокатки изделий в винтовых калибрах. М.: Металлургия. 1980. 116 с.

4. Кирпичников Ф.П. Производство точных заготовок машиносторительных деталей прокаткой. НИИИформтяжмаш, 1968, 158 с.

5. Целиков H.A., Котенок В.И. Изготовление стальных шаров холодной прокаткой в винтовых калибрах. //Вестник машиностроения. 1984. №4. с. 41-43.

6. Котенок В.И. Аналитическое исследование процесса прокатки шаров в винтовых калибрах. //Сборник научных трудов ВНИИМЕТМАШ. Совершенствование технологии, конструкций и расчетов металлургических машин. Москва. 1986. с. 38-51.

7. Грановский С.П. Новые процессы и станы для прокатки изделий в винтовых калибрах, Металлургия, 1979, 115 с.

8. Поперечная прокатка в машиностоении/ B.C. Смирнов, В.П. Анисифоров, М.В. Васильчиков и др. М.: Машгиз, 1957, 163 с.

9. Амиров И.М. Штамповка на горизонтально-ковочных машинах. Изд.: Москва-Свердловск, 1963, 167 с.

10. Емельяненко П.Т. Теория косой и пилигримовой прокатки, М.: Металлургиздат, 1949, 491 с.

11. Фомичев И.А.. Косая прокатка. Металлургиздат, 1963 г.

12. И.Н.Потапов. Исследование и совершенствование технологии и конструкции станов поперечно-винтовой прокатки труб. Докторская диссертация, М., 1970 г.

13. Потапов И.Н., Полухин П.И., Новая технология винтовой прокатки. М., Металлургия, 1970 г., 342 с.

14. Романцев Б.А., Гончарук A.B., Вавилкин Н.М., Самусев C.B.. Трубное производство. М.: Изд. Дом МИСиС, 2011, 970 с.

15. Данилов Ф.А., Глейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка и прессование труб. М.: "Металлургия". 1972, 576 с.

16. Влияние параметров процесса поперечно-винтовой прокатки на прошиваемость металла. / И.Н. Потапов, Б.А. Романцев, А.Д. Шейх-Али и др. - В сб. МИСиС "Пластическая деформация металлов и сплавов", вып. 71, 1972 г.

17. Матвеев Б.Н., Голубчик P.M. Новые исследования процесса прошивки заготовок в косовалковых станах. // Сталь № 9. 2000 г. с. 53-58

18. Матвеев Б.Н. Совершенствование производства труб из высокопрочных сталей. // Сталь № 3. 2000 г. с. 56-58.

19. P.M. Голубчик, П.И. Полухин, Ю.М. Матвеев и др. Исследование процесса производства труб. М. Металлургия, 1970. 326 с.

20. Исследование формоизменения при поперечно-винтовой прокатке в области больших углов подачи. / И.Н. Потапов, Б.А. Романцев, А.Д. Шейх-Али и др. - В сб. МИСиС "Пластическая деформация металлов и сплавов", вып. 71, 1972 г.

21. Мельниченко A.C. Статистический анализ в металлургии и материаловедении. М.: Изд. Дом МИСиС, 2009, 268 с.

22. Исследование по интенсификации процесса прошивки и улучшению качества гильз / П.И. Полухин, И.Н. Потапов, Б.А. Романцев и др. В сб. МИСиС "Пластическая деформация металлов и сплавов" вып., 54, 1969 г.

23. А.З.Глейберг. Влияние угла подачи на качество труб. Сталь, 1957 г, № 9,с. 1123-1131.

24. Я.Л.Ваткин и др. Улучшение качества труб при прошивке заготовок с уменьшенным коэффициентом вытяжки. В сб. ДМетИ "Обработка металлов давлением", вып. 55, Металлургия, 1970 г., с. 89-93.

25. В.Я.Осадчий и др. Качество труб на трубопрокатных установках с грибовидными и валковыми прошивными станами. Металлург, № 11, 1968, с. 17-20.

26. Уменьшение разностенности труб на установке 400 ЮТЗ. / В.Я. Осадчий, В.Б. Леняшин, С.И. Василенко и др. - Труды МИСиС и МЭИ ОМД, вып. 2, ч.1, 1965 г., с. 31-37

27. Столетний М.Ф., Клемперт Е.Д. Точность труб., М., Металлургия 1975 г., 240 с.

28. Исследование основных параметров прошивки в косовалковом стане на валках новых калибровок. / Я.Л. Ваткин, A.A. Шевченко, B.C. Рудой и др. - Сб. Обработка металлов давлением, 54, М.: "Металлургия", 1970, с. 191-205.

29. Кущинский Т.Н. Исследование точности бесшовных труб и разработка мероприятий для ее повышения на косовалковых станах. Автореферат кандидатской диссертации. Днепропетровск, 1972 г.

30. И.Н. Потапов, В.А. Попов, Б.А. Романцев и др. Исследование разностенности передних концов гильз. // Сталь, 1990 г., №Х

31. Исследование разностенности гильз при косой прокатке. / В.Я. Остренко, Ю.М. Миронов, В.И. Ермолов, Л.А. Чиж. - Сталь, № 8, с. 728-732, 1970 г.

32. Ваткин Я.Л., Клейнер М.К., Эммануэль Г.А. Влияние несимметричности нагрева заготовок на разностенность горячекатаных подшипниковых труб. // Сталь., № 6, 1972 г., с.537-541.

33. Исследование разностенности гильз при косой прокатке. / В.Я. Остренко, Ю.М. Миронов, В.И. Ермолов, Л.А. Чиж. - Сталь, № 8, с. 728-732, 1970 г.

34. И.Н.Потапов, Е.С. Бондаренко, П.М.Финагин и др. Разностенность гильз при прошивке в трехвалковом стане, Бюл. ЦИИНЧМ, 1974г., с. 42-46.

35. Гончарук A.B. Совершенствование технологии прокатки полых профилированных корпусов и создание процесса их передела в детали машиностроения. Автореферат докторской диссертации, 1999.

36. П.К. Тетерин. Теория поперечно-винтовой прокатки. М., Металлургия", 1971г.

37. Теория прокатки. Справочник / Целиков А.И., Томленов А.Д., Зюзин В.И. и др. -М.: Металлургия, 1982. - 335 с.

38. Шевакин Ю.Ф., Глейберг А.З. Производство труб. М.: Металлургия, 1968, 440 с.

39. Интенсификация поперечно-винтовой прокатки. / А.П. Чекмарев, Ю.М. Матвеев, В.Н. Выдрин, Я.С. Финкельштейн.. М.: "Металлургия", 1970, 184 с. с ил.

40. Потапов И.Н., Полухин П.И. Технология винтовой прокатки. М: Металлургия, 1990 г. 344 с.

41. Lombard М. Solidworks 2013 Bible. H.:John Wiley & Sons, Inc., 2013. -1299 c.

42. Галкин С.П. Теория и технология стационарной винтовой прокатки заготовок и прутков малопластичных сталей и сплавов. Автореферат докторской диссертации, 1998.

43. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике/Пер.с англ. М.: Мир, 1975,541 с.

44. "Mainstream CAE Tools: Technical Consideration and Informative Comparision", 2002 r.

45. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. М.:Мир. 1979.392 с

46. Романцев Б.А., Потапов И.Н., Гончарук A.B., Попов В.А. Изготовление

полых профилированных заготовок. М.: НПО ИнформТЭИ, 1992, 263 с.

126

47. ГОСТ 631-75 Трубы бурильные и муфты к ним.

48. ГОСТ 632-64 Трубы обсадные и муфты к ним.

49. Трубы для нефтяной промышленности / В.А. Ткаченко, A.A. Шевченко. В.И. Стрижак и др. М.: Металлургия, 1986, 256 с.

50. Разностенность гильз при прошивке на трехвалковом стане / И. Н. Потапов, Е.С. Бондаренко, П.М. Финагин и др. Бюлл. ЦНИИЧМ, 1974, №6, с. 42-46.

51. Новые исследования прошивки заготовок на трехвалковом стане / С.П. Грановский, Н.В. Мохов, Б.Ф. Выгоднер и др. Труды ВНИИМЕТМАШ, 1977, №50, с. 30-35.

52. Точность толстостенных гильз при прошивке на трехвалковом стане / И.Н. Потапов, В.И. Шаманаев, Б.А. Романцев и др. Известия вузов. 4M, 1975, №5, с. 84-88.

53. Пути повышения точности гильз при прошивке гильз в трехвалковом стане / П.И. Полухин, И.Н. Потапов, Б.А. Романцев и др. Сталь, 1976, №5, с. 442-445.

54. Прошивка заготовок на трехвалковом стане / И.Н. Потапов, Б.А. Романцев, Е.А. Харитонов и др. Бюлл. ЦНИИЧМ, 1978, №3, с. 54-55.

55. Матвеев Ю.М., Ваткин Я.Л.. Калибровка инструмента трубных станов. М.: "Металлургия", 1970, 480 с. с ил.

56. Ваткин Я.Л., Суконник И.М.. Калибровка валков станов поперечно-винтовой прокатки. Сб. УралНИТИ. Производство сварных и бесшовных труб. М.: "Металлургия", вып. 9, 1968, с. 87-92.

57. Улучшение качества труб применением рациональной калибровки инструмента прошивного стана. / Я. Л. Ваткин, B.C. Рудой, Н.М. Суконник и др. - Сталь, 1967, № 8, с. 734-736.

58. Друян В.М., Кущинский Г.Н., Угрюмов Ю.Д. // "Трубное производство", Киев, "Техника", 1971 г., № 28, с. 28-32.

59. Галкин С. П., Романцев Б. А., Гончарук А. В., Фадеев М. А. Траек-торно-скоростные условия процесса прошивки в станах винтовой прокатки // Производство проката. 2007. № 5. С. 37 — 42.

60. Галкин С. П., Романцев Б. А., Гончарук А. В., Фадеев М. А. Анализ влияния безразмерных факторов прошивки на частные параметры формоизменения металла перед оправкой // Производство проката. 2008. №6. С. 35 -40.

61.Н.М. Ведякин. О рациональной форме оправок прошивных станов. Сталь, № 6, 1974 г., с. 537-541.

62. В.С.Смирнов, М.Л. Невежин. Влияние формы оправки и валков на основные параметры процесса прошивки. В сб. "Обработка металлов давлением". Труды ЛПИ, Машгиз, 1959 г., Москва-Ленинград. № 203, с. 58-76.

63. Меркулов Д. В., Титова С. В., Новиков М. В. и др. Использование параметров циклического формоизменения для определения профиля рабочей части прошивных оправок // Технология металлов. 2002. № 2. С. 5-8.

64. Голубчик Р. М., Меркулов Д. В., Новиков М. В. и др. Совершенствование профиля рабочей части оправки для прошивки заготовок // Изв. вузов. Черная металлургия. 2002. № 11. С. 30 - 33.

65. Марченко К.Л. Интенсификация процесса винтовой прошивки непрерывнолитых заготовок с целью расширения сортамента труб. Автореферат кандидатской диссертации, 2007.

«УТВЕРЖДАЮ» Проректор НИТУ

фщ

"1 шм

-с 5 »'••^"'"'Ъ» «И»..,

«УТВЕРЖДАЮ» ОАО

епанов 2012г.

АКТ

внед^'ения^раз^аботаиных калибровок, рабочих валков трехвалкового правильно-калибровочного стана винтовой прокатки на трубопрокатном

агрегате 70-270

Сотрудниками НИТУ «МИСиС» выполнена работа по анализу технологии производства труб на трубопрокатном агрегате по производству муфтовой заготовки, установленном в ТЭСК МСД ОАО «ВМЗ» и выданы рекомендации но повышению стабильности процессов прошивки и калибровки труб, улучшению качества, разработаны новые калибровки валков для правильно-калибровочного стана винтовой прокатки.

Предложена методика расчета калибровок валков, полученные по ней результаты расчета позволили:

- назначить рациональные режимы деформации труб в прошивном и правильно-калибровочном станах винтовой прокатки;

- повысить качество наружной поверхности прокатываемых труб.

В настоящее время разработанные калибровки валков и рассчитанные режимы винтовой прокатки используются для производства труб в ТЭСК МСД ОАО «ВМЗ» на трубопрокатном агрегате с правильно-калибровочным трехвалковым станом винтовой прокатки 70-270.

Заведующий кафедрой ТОТП НИТУ «МИСиС»

Б.А. Романцев'

« »

2012г.

Начальник ТЭСК М

И.И. Лу

«ВМЗ»

2012г.

Инженер кафедры ТОТП НИТУ «МИСиС»

Онучин А.Б.

г

«5м> 2012Г.

/

Ведущий инженер-технолог ТЭСК МСД ОАО «ВМЗ»

2012г.

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по образованию

«МИСиС»

ТЭ ОЖоннор

20 tlr

АКТ

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Онучина Александра Борисовича в учебный процесс на кафедре ТОТП НИ ТУ «МИСиС»

Настоящий акт подтверждает использование в учебном процессе результатов работы Онучина А Б на тему «Разрабожа и исследование эффективной технологии для производства полых заготовок из углеродистых и легированных сталей», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Представленные в диссертации рекомендации по расчету и проектированию калибровок валков двух- и трехвалковых станов винтовой прокатки с применением современных САПР-систем испотьзоваиы в учебном процессе на кафедре технологии и оборудования трубного производства в рамках курса «Технология производства бесшовных и сварных труб» при выполнении лабораторных работ, подготовке курсовых и дипломных проектов студентами, обучающимися по специальности 150106 «Обработка металлов давлением».

Результаты работы рассмотрены и рекомендованы к внедрению на заседании расширенного научного семинара кафедры ТОТП от 30 мая 2012 года (протокол №11)

Начато использования объекта внедрения - сентябрь 2012 г

Зав кафедрой Т ОТП.

проф, дтн

Б А Роман цев

Инженер

А Ь Онуч и н