Разработка и моделирование нового способа обжатия непрерывно-литой заготовки при производстве труб нефтяного сортамента тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат наук Павлов, Дмитрий Андреевич

• Павлов, Дмитрий Андреевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Павлов, Дмитрий Андреевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Формоизменение сплошных круглых заготовок при прокатке на стане радиально-сдвиговой прокатки

1.2. Причины образования утяжин на концах непрерывно-литой заготовки и исследование влияния факторов на их глубину

1.3. Исследование изменения структуры металла в процессе радиально-сдвиговой прокатки

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ В ПРОЦЕССЕ ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ

2.1. Исследование влияния формы конца заготовки на формоизменение при прокатке на трехвалковом обжимном стане

2.2. Описание нового способа прокатки в трехвалковом обжимном стане винтовой прокатки

2.3. Математическое моделирование процесса профилирования конца заготовки в программном комплексе БЕГОНМ-ЗО

2.4. Изучение влияние температурных полей на формоизменение концевой части заготовки

3. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НОВОГО ПРОЦЕССА ОБЖАТИЯ ЗАГОТОВКИ

3.1. Рабочий проект устройства для моделирования процесса профилирования заднего конца заготовки на трехвалковом обжимном стане

3.2. Планирование физического эксперимента

3.3. Технология изготовления модельных образцов

3.4. Анализ результатов модельного эксперимента

3.5. Исследование формоизменения заднего конца заготовки на трубопрокатном агрегате ТПА-80

3.6. Модернизация лабораторного трехвалкового стана винтовой прокатки

3.6.1. Назначение стана

3.6.2. Техническая характеристика стана

3.6.3. Установка рабочих валков и механизмы радиальной и угловой настройки

3.6.4. Главный привод стана

3.6.5. Привод осевого и вращательного перемещения оправки

3.6.6. Система датчиков

3.6.7. Автоматизированная система управления трехвалковым станом

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА РЕКОНСТРУКЦИЮ ВХОДНОЙ СТОРОНЫ ТРЕХВАЛКОВОГО ОБЖИМНОГО СТАНА

4.1. Участок входной стороны трехвалкового обжимного стана

4.2. Техническое задание на реконструкцию входной стороны обжимного стана ТПА-80

4.3. Компоновка основных узлов входного стола обжимного стана по предлагаемому варианту реконструкции

4.4. Кинематический расчет процесса профилирования заднего конца заготовки

4.5. Реконструкция вталкивателя заготовки

4.6. Реконструкция желоба входной стороны обжимного стана

4.7. Реконструкция входной проводки

4.8. Описание процесса прокатки заготовки в трехвалковом обжимном стане

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Техническое предложение на реконструкцию оборудования входной стороны трехвалкового обжимного стана в соответствии с договором №130011001208/075 между ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» и ОАО «Синарский трубный завод»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и моделирование нового способа обжатия непрерывно-литой заготовки при производстве труб нефтяного сортамента»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время при производстве труб используется как катаная, так и непрерывно-литая заготовка. Использование непрерывно-литой заготовки является экономически более выгодным, так как при этом исключается дополнительная операция прокатки. Кроме того применение непрерывно-литых заготовок позволяет значительно уменьшить обрезь металла, увеличить выход годного, повысить производительность трубопрокатного агрегата и улучшить условия труда. Таким образом, для трубных заводов актуальной задачей на сегодняшней день является разработка технологии производства труб из непрерывно-литой заготовки.

На ТПА-80 ОАО «СинТЗ» была разработана технология производства труб из непрерывно-литой заготовки. В линии ТПА был установлен трехвалковый обжимной стан радиально-сдвиговой прокатки (РСП). В результате модернизации существующей технологии производства труб на ТПА-80 достигнуто снижение себестоимости труб на 10%, повышена производительность агрегата на 15%, увеличен выход годного с 98,8% до 99,08% [1]. Применение непрерывно-литых заготовок после обжатия позволило улучшить условия прошивки, в результате чего уменьшилась разностенность получаемых гильз в среднем на 1-2%, а износостойкость линеек повысилась на 8-10%. Были найдены рациональные режимы обжатия непрерывно-литой заготовки диаметром 156 мм до диаметра 120 мм, которые обеспечили получение мелкозернистой структуры стали перед прошивкой. При освоении новой технологии возникла проблема, связанная с образованием утяжин на концах заготовки после РСП, являющихся причиной отрыва кольцевых отслоений при прошивке и увеличения объема брака по вмятинам на поверхности труб. Для минимизации глубины утяжин и снижения уровня брака труб по вмятинам эффективным является профилирование заднего конца непрерывно-литой заготовки в процессе радиально-сдвиговой прокатки на

трехвалковом обжимном стане. Однако для реализации процесса профилирования заднего конца заготовки требуется произвести реконструкцию входной стороны трехвалкового обжимного стана. В связи с этим разработка эффективной технологии производства труб нефтяного сортамента из непрерывно-литых заготовок с использованием операции профилирования заднего конца заготовки в процессе прокатки в трехвалковом обжимном стане радиально-сдвиговой прокатки является актуальной научно-технической задачей.

Исследование производилось в рамках договора с ОАО «СинТЗ» №130011001208/075,а также программы поддержки молодых ученых УрФУ в рамках реализации программы развития УрФУ на 2010 - 2020 годы (по договорам № 1.2.1.5758 от 01.07.2012 г. и № 1.2.1.5./58 от 27.05.2013 г.).

Материал выполненной работы изложен в 4 - х главах.

В первой главе представлен обзор литературных источников по рассматриваемой теме и описаны особенности формоизменения металла при радиально-сдвиговой прокатке. Проведено исследование причин образования утяжин на концах заготовки и влияния факторов на их глубину. Кроме того был изучен вопрос, связанный с изменением структуры металла в процессе радиально-сдвиговой прокатки. На основе проведенного литературного обзора сформулированы задачи диссертационного исследования.

Вторая глава посвящена разработке математической модели нового способа обжатия непрерывнолитой заготовки в трехвалковом обжимном стане. Было проведено исследование влияния формы заднего конца заготовки на глубину утяжины. Найдена калибровка конца заготовки в виде усеченного конуса, обеспечивающая минимальную глубину утяжины на заднем конце заготовки. Также была найдена калибровка бойков, обеспечивающая формирование на заднем конце заготовки перед прокаткой в трехвалковом обжимном стане усеченного конуса требуемой формы. Сформулированы ограничения режимов

деформации в процессе профилирования заднего конца заготовки в виде усеченного конуса. Установлено, что профилирование должно осуществляться за 1 с. Кроме того проведено исследование влияния температурных полей на формоизменение концевой части заготовки в процессе профилирования. Сделан вывод о необходимости охлаждения заднего конца заготовки перед профилированием.

В третьей главе диссертации представлены результаты физического моделирования, направленного на уточнение калибровки бойков и режимов деформации. В главе также приведены результаты промышленного исследования, направленного на поиск оптимальной, с точки зрения минимизации глубины утяжины, формы заднего конца заготовки. Установлено, что зависимости глубины утяжины от формы заднего конца заготовки, полученные в ходе математического моделирования и промышленных экспериментов, качественно соответствуют друг другу. Кроме того в ходе промышленного исследования было установлено, что при уменьшении глубины утяжины толщина кольцевого отслоения на заднем конце гильзы увеличивается и снижается вероятность его обрыва в процессе прокатки. Кроме того в третье главе приведены данные по модернизации системы автоматического управления трехвалковым лабораторным станом винтовой прокатки.

Четвертая глава посвящена разработке технологического задания на реконструкцию входной стороны трехвалкового обжимного стана. В главе приведена компоновка основных узлов входного стола обжимного стана по предлагаемому варианту реконструкции. Проведен кинематический расчет процесса профилирования заднего конца заготовки. Представлены чертежи вталкивателя, желоба и входной проводки. Также дано описание нового процесса прокатки заготовки в трехвалковом обжимном стане.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке технологического задания на реконструкцию оборудования входной стороны трехвалкового обжимного стана ТПА-80 ОАО «СинТЗ».

Цели и задачи работы. Целью работы является повышение качества труб из непрерывно-литой заготовки за счет минимизации глубины утяжины на заднем торце заготовки в процессе радиально-сдвиговой прокатки.

Для достижения указанной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

разработать новый способ обжатия непрерывно-литой заготовки в трехвалковом стане радиально-сдвиговой прокатки с целью повышения качества труб, изготавливаемых на ТПА-80;

исследовать формоизменение заготовки в процессе прокатки в трехвалковом обжимном стане с целью поиска оптимальной формы заднего конца, позволяющей минимизировать глубину утяжин на заднем торце заготовки;

произвести физическое и математическое моделирование нового процесса обжатия заготовки с целью поиска оптимальной калибровки инструмента деформации и режимов обжатия для получения требуемой формы заднего конца заготовки;

изучить влияние температурных полей на формоизменение концевой части заготовки;

составить технологическое задание на разработку эскизного проекта реконструкции оборудования входной стороны обжимного стана ТПА-80.

Научная новизна, ценность для науки и практики:

установлено влияние формы конца заготовки на глубину утяжины и толщину кольцевого отслоения, образующихся соответственно при прокатке в трехвалковом обжимном и прошивном станах;

разработан новый способ обжатия, в ходе которого процессы профилирования заднего конца заготовки в виде усеченного конуса и прокатки в трехвалковом обжимном стане происходят одновременно;

установлены закономерности формоизменения металла заготовки в процессе профилирования конца заготовки и даны рекомендации по разработке калибровки бойков и режимам обжатия;

определено влияние температурных полей на формоизменение концевой части заготовки.

Практическую ценность представляют следующие результаты работы:

основные технические требования и чертежи эскизного проекта реконструкции входной стороны трехвалкового обжимного стана ТПА - 80 ОАО «СинТЗ»;

рабочий проект устройства для моделирования процесса профилирования заднего конца заготовки на трехвалковом обжимном стане.

калибровка инструмента деформации и режимы обжатий, позволяющие получать требуемую, с точки зрения минимизации глубины утяжины, форму заднего конца заготовки перед процессом прокатки в трехвалковом обжимном стане радиально-сдвиговой прокатки.

Методы исследования и достоверность результатов. Для исследования процессов профилирования конца заготовки и прокатки в трехвалковом обжимном стане использовались математическое моделирование, физическое моделирование, а также промышленные испытания. Математическое моделирование было проведено с помощью программного комплекса ОеГогш-ЗБ, основанного на методе конечных элементов, физическое моделирование было проведено на лабораторной установке, при этом в качестве материала для моделирования использовался скульптурный пластилин. Промышленные испытания были проведены на ТПА-80 ОАО «СинТЗ». Результаты

исследования, полученные в ходе математического моделирования близки к результатам промышленных испытаний.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается сходимостью расчетных данных с результатами промышленных и лабораторных экспериментов.

Апробация работы. Основные положения диссертации и ее отдельные результаты доложены и обсуждены на: ЕХ Конгрессе прокатчиков (г. Череповец, 2013); XIV Международной научной конференции «Новые технологии и достижения в металлургии и материаловедении», (г. Ченстохова, 2013); X Международной научно-практической конференции «Современные металлические материалы и технологии» (г. Санкт-Петербург, 2013); VI международной молодежной научно-практической конференции «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. Уральская научно-педагогическая школа имени профессора А.Ф. Головина» (г. Екатеринбург, 2012); XVIII Международной промышленной выставке «Металл-ЭКСПО»(г. Москва, 2012).

На защиту выносится:

- новый способ обжатия непрерывно - литой заготовки из углеродистых и легированных марок стали в линии ТПА - 80 с профилированием заднего конца заготовки в виде усеченного конуса в процессе прокатки в трехвалковом обжимном стане, обеспечивающий минимизацию глубины утяжины и снижение уровня брака по вмятинам на поверхности труб;

- комплексная методика исследования режимов обжатия, включающая физическое и математическое моделирование, а также промышленные испытания формоизменения металла заготовки в процессах профилирования заднего конца в виде усеченного конуса и прокатки в трехвалковом обжимном и прошивном станах;

- оптимальные режимы деформации и калибровки инструмента деформации, осуществляющего профилирование заднего конца заготовки в виде усеченного конуса, позволяющие максимально уменьшить глубину концевых утяжин на заготовках и повысить качество готовых труб;

- эскизный проект реконструкции оборудования входной стороны трехвалкового обжимного стана;

- рабочий проект устройства для моделирования процесса профилирования заднего конца заготовки на трехвалковом обжимном стане.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Формоизменение сплошных круглых заготовок при прокатке на стане радиально-сдвиговой прокатки

Радиально-сдвиговой прокаткой (РСП) называется процесс прокатки сплошных или полых заготовок в двух- или трехвалковых станах винтовой прокатки при высоких частных и суммарных обжатиях. При радиально-сдвиговой прокатке создаются условия для уплотнения и интенсивной проработки структуры.

Подтверждение того, что при радиально-сдвиговой прокатке осуществляется уплотнение осевой зоны, был установлен при проведении опытов на прошиваемость заготовок из углеродистых сталей [2]. Было получено, что при углах подачи р=6-Ю° критическое обжатие составляет 6^-10%, при р=18° критическое обжатие возрастает до 15%, а при [3=24° во всем диапазоне обжатий не удалось добиться вскрытия полости. Таким образом, прокатка в области больших углов подачи позволяет улучшить деформируемость заготовок.

С целью исследования влияния угла подачи на залечивание дефектов в осевой зоне был проведен ряд экспериментов [3,4], в ходе которых прокатке подвергались заготовки с просверленными в центре сквозными отверстиями. Прокатка заготовок производилась при углах подачи в диапазоне р=6+24° при постоянном коэффициенте вытяжки А,=3,8. Было установлено, что при значении угла подачи р=6-Ч0° в процессе прокатки происходит небольшое уменьшение осевых отверстий в заготовках. При дальнейшем увеличении угла подачи возрастает интенсивность уменьшения площади осевых отверстий, причем уменьшение площади поперечного сечения заготовки происходит медленнее. В области больших углов подачи Р=21-К24° удалось добиться полного залечивания осевых отверстий.

На основе полученных результатов можно сделать вывод о том, что при радиально-сдвиговой прокатке удается достичь полной проработки структуры и предотвратить образование осевого разрушения металла. Такой характер деформации является предпочтительным при обжатии непрерывно-литых заготовок.

Для исследования пластического течения металла в очаге деформации Потаповым И.Н. и Полухиным П.И. было построено поле вектора скорости перемещения частиц металла. Течение металла рассматривалось в цилиндрической системе координат, начало которой находилось в плоскости входа заготовки в валки (рисунок 1.1).

В ходе исследования была принята гипотеза, согласно которой в осевой части образца не происходит искажения поперечных сечений заготовки. На основе этой гипотезы поперечное сечение заготовки в очаге деформации было поделено на две зоны: 1 - осевая зона; 2-внешняя зона.

Было установлено, что характер течения металла в зонах 1 и 2 различный. Во внешней зоне 2 имеют место интенсивные сдвиговые скорости деформации > Срх > $х<р ■> а также линейные скорости деформации £рр и .В зоне 1 действуют линейные скорости деформации £рр>0 и 0 и сдвиговая

х

Рисунок 1.1 - Исследуемая область течения

скорость деформации - Было также установлено, что на границе зон 1 и 2 происходит разрыв нормальной составляющей вектора скорости Ур. В результате на границе внешней и внутренней зон возникают напряжения среза. Для предотвращения разрушения на указанной границе зон и проработки структуры заготовки необходимо вести прокатку на режимах, обеспечивающих максимальное проникновение зоны 2 в глубину сечения заготовки.

К специфическим особенностям непрерывно-литой заготовки, в частности из углеродистых и коррозионностойких сталей, относится развитое дендритное строение, крупные поры и несплошности в осевой зоне заготовки. Рациональная технология винтовой прокатки таких заготовок основана на максимальных единичных и суммарных обжатиях за проход. При таких режимах деформации происходит интенсивное залечивание крупных несплошностей и пор в зоне обжимного участка (рисунок 1.2), что обеспечивает получение заготовки с плотной и ровной структурой. Как показывают исследования, для полной проработки структуры непрерывно-литой заготовки прокатку необходимо проводить при коэффициенте вытяжки А,=4-^5. В процессе радиально-сдвиговой прокатки непрерывно-литых заготовок интенсивная пластическая деформация обеспечивает высокий уровень механических свойств.

Рисунок 1.2 - Залечивание дефектов макроструктуры непрерывно-литой заготовки в процессе радиально-сдвиговой прокатки

1.2. Причины образования утяжин на концах непрерывно-литой заготовки и исследование влияния факторов на их глубину

В процессе винтовой прокатки сплошной заготовки на ее переднем заднем концах происходит формирование утяжин, которые могут приводить к отслоению металла в процессе прошивки и последующему образованию вмятин на поверхности труб. В связи с этим проблема образования утяжин является очень важной и требует детального рассмотрения. Следует отметить, что большинство ученых сходятся на том, что образование утяжин на концах заготовок является таким же органичным явлением при винтовой прокатке, как развитие бочкообразования у цилиндрических образцов в процессе осадки. Особенности пластического течения металла в концевых участках заготовки позволяют рассматривать образование утяжин как проявление некоторой неустойчивости процесса деформации, обусловленное граничным эффектом свободной торцевой поверхности.

B.C. Смирнов [5,6] проводил опыты с алюминиевыми образцами, которые сначала прокатывал, а потом подвергал рекристаллизационному отжигу. После исследования микроструктуры образцов им было установлено, что в периферийной зоне образцов зерна стали крупными, а в центральной остались без изменения. На основании этого был сделан вывод о том, что пластическая деформация не проникает на всю глубину образца. При пластической деформации периферийных зон, они вытягиваются и увлекают за собой внутренние слои, что приводит к возникновению утяжины.

В работе [7] И.А. Фомичевым показано, что в процессе винтовой прокатки в приконтактных слоях происходит интенсивная пластическая деформация и там возникают сжимающие напряжения, при этом происходит растяжение волокон в направлении, перпендикулярном действию деформирующих сил и вдоль оси заготовки, что приводит к возникновению утяжин на концах заготовки.

Тетериным П.К. [8] были проведены опыты, в которых осуществлялась прокатка в двух и трехвалковых станах поперечной прокатки составных

образцов с одним и несколькими узкими дисками. В результате было установлено, что осевое разрушение связано с образованием утяжины на торце образца и пластической деформацией, которая вызывается действием радиальных растягивающих напряжений. Следует отметить, что форма утяжины на торце заготовки, прокатанной в трехвалковом стане, отличается от формы утяжины на торце заготовки, прокатанной в двухвалковом стане, тем, что при прокатке заготовки в трехвалковом стане ее торец в центральной части остается плоским и искривляется лишь на периферии. Также установлено, что радиальные растягивающие напряжения локализуются преимущественно в поверхностных слоях, а в центральной части заготовки действуют сжимающие напряжения.

В работе [9] А.Н. Никулин говорит о том, что при винтовой прокатке сопровождается сдвиговым смещением металла и локализацией пластического течения в поверхностных слоях заготовки. Траектории сдвиговых смещения на макроструктуре выявляются в поперечных сечениях в виде спиралей, а в продольном направлении формируется строчечная механическая текстура. Процессу деформации сопутствует развитие в торцах заготовки осевых утяжин. С появлением утяжин цилиндричность заготовки нарушается и она начинает приобретать сигарообразную форму.

Тетерин П.К. [10] исследовал влияние относительного обжатия на утяжин. В двухвалковом стане были прокатаны составные образцы с одним узким диском при различных значениях относительного обжатия. Было установлено, что с ростом относительного обжатия возрастает глубина утяжины на торцах образцов.

Автором была также исследована зависимость глубины утяжины на оси и вытяжки по периферии заготовки от обжатия при прокатке с различной скоростью деформации (рисунок 1.3).

1

1

??

?

1 кг

№

С;

I

0.6

о-8 об/мим * -80 Об/мин

( К*« '

о

г « 6 Обтатие, %

в Ю

Рисунок 1.3 - Зависимость утяжины на оси и вытяжки по периферии заготовки от обжатия при прокатке с различной скоростью деформации

Установлено, что глубина утяжины на оси заготовки при одних и тех же обжатиях возрастает с увеличением скорости прокатки, в то время, как вытяжка по периферии заготовки не претерпевала существенного изменения.

В ходе прокатки сплошных заготовок в двух и трехвалковых станах производились замеры вытяжки по периферии и глубины утяжины на оси. Результаты измерений представлены на рисунке 1.4. Из графиков на рисунке 1.4 видно, что при прокатке в трехвалковом стане при всех значениях относительного обжатия на оси заготовки отсутствует утяжина, в то время как при прокатке в двухвалковом стане с ростом относительного обжатия происходит увеличение глубины утяжины на оси заготовки. Данный факт можно объяснить тем, что при прокатке в трехвалковом стане в осевой зоне заготовки возникают сжимающие напряжения. Такая схема напряженного состояния позволяет максимально уменьшить глубину утяжин на оси заготовки. Значения вытяжек по периферии в обоих случаях прокатки лежат на одной кривой. Следует также отметить, что прокатка сплошных заготовок проводилась при сравнительно малых значениях относительных обжатий

1«

1.4

13

V и ко ол од

0,7

о-/ •-2

к к

У у*-

1 1 1 Г ч 1

и"

/ г ъ 4 1 ) 6 7 8 9 10

Относительное обжатие, %

Рисунок 1.4 - Зависимость утяжины на оси и вытяжки по периферии заготовки от обжатия при прокатке в двух (1) и трехвалковом (2) станах

В работе [11] производилось исследование влияния коэффициента овализации на величину осевой утяжины деформированных образцов. Осуществляли прокатку образцов из алюминиевого сплава марки АД 1 при

суммарном относительном обжатии 18,3 % с углом подачи (3=9,5° при

различных частных обжатиях £. Коэффициент овализации изменяли в пределах

^=1,06-^-1,22. Было установлено, что увеличение коэффициента овализации приводит к росту доли поперченной деформации и к возрастанию глубины утяжины (рисунок 1.5).

16

% ? 15

I

12

1,06 11

1%

1,18

1.22 £

Рисунок 1.5

- Изменение глубины утяжины в зависимости от величины коэффициента овализации

Потаповым И.Н. и Полухиным П.И. [12] исследовано влияние угла подачи

на критическое обжатие 8^, глубину утяжины и частное обжатие . В ходе

эксперимента были прокатаны заготовки при значениях угла подачи р=6; 9; 12; 15; 18; 24 и 30°. На рисунке 1.6 представлены графики, построенные на основе

результатов измерений критического обжатия 8^ в зависимости от угла подачи.

На рисунке 1.7 представлены фотографии продольных разрезов заготовок после прокатки. Из рисунков 1.6 и 1.7 видно, что с ростом угла подачи происходит увеличение критического обжатия, при Р>21° полость в заготовке не

образовывалась даже при относительном обжатии 8=25 %. Снижение

склонности к осевому разрушению при увеличении угла подачи авторы объясняют тем, что при увеличении р происходит увеличение частных обжатий (рисунок 1.6), и снижается неравномерность деформации по сечению заготовки. Из рис. 1.6 также видно, что с увеличением угла подачи глубина утяжины уменьшается (кривая 1).

38 г 34

7

6 1? /8 24 30

Угол подачир, град

Рисунок 1.6-Зависимость критического обжатия, глубины утяжины, среднего частного обжатия от угла подачи

Рисунок 1.7- Фотографии продольных разрезов заготовок после прокатки

В.В. Швейкиным [13] были проведены эксперименты, в ходе которых установлено, что при винтовой прокатке во внешних слоях заготовки металл интенсивно течет только в длину, в то время как в центральном слое заготовки металл течет как в радиальном, так и в осевом направлении. При этом внешние слои тянут частицы металла из центральных слоев заготовки.

В работе [14] автор говорит о том, что в процессе винтовой прокатки осевое течение металла происходит в результате вытяжки заготовки при ее обжатии. При прокатке переднего и заднего торца заготовки на это течение еще накладываются осевые сдвиговые смещения металла, которые наиболее интенсивны во внешних слоях заготовки. Максимальная величина сдвига наблюдается у торца и уменьшается по мере удаления от него и появления внешних жестких зон. В результате действия осевых сдвиговых смещений на торцах заготовки формируются утяжины. На рисунке 1.8 представлена схема для расчета распределения скоростей течения металла, скоростей деформации и напряжений по сечению в концевом участке заготовки.

У ,

и/ \//

/ / / X

5

Рисунок 1.8 - Схема для расчета распределения скоростей течения металла, скоростей деформации и напряжений по сечению в концевом участке

заготовки

На рисунке 1.9 представлены кривые распределения скоростей течения металла, скоростей деформации и напряжений по сечению в концевом участке заготовки.

Рисунок 1.9 - Схема для расчета распределения скоростей течения металла, скоростей деформации и напряжений по сечению в концевом участке

заготовки

Из рисунка 1.9 видно, что скорость перемещения металла во внешних слоях заготовки в направлении оси оъ У2 в три раза больше, чем на ее оси. То есть внешние слои металла смещаются более интенсивно, чем внутренние, что и приводит к образованию утяжины на конце заготовки.

В работе [15] автор утверждает, что появление утяжины вызвано неравномерностью пластической деформации при винтовой прокатке и ее локализации в поверхностных объемах заготовки. В процессе винтовой прокатки наружные слои заготовки перемещаются с большей скоростью, чем внутренние, что приводит к формированию утяжины на торце заготовки. При этом центральная часть заготовки оказывает сдерживающее воздействие на периферийные слои. Уже при относительном обжатии £2 = 3 -г 5% происходит формирование утяжины. Далее с увеличением обжатия происходит возрастание глубины утяжины и утонение концов, которые приобретаю конусность. Также авторами было установлено, что при достижении определенного значение глубины утяжины Ь происходит нарушение сплошности заготовки в центральной части и начинает формироваться осевое разрушение. Для оценки глубины утяжины был введен следующий параметр:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Павлов, Дмитрий Андреевич, 2013 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Овчинников Д.В., Богатов A.A., Ерпалов М.В. //Черные металлы 2012. №3. С. 18-21

2. Чекмарев А.П., Ваткин Я.Л., Ханин М.И. Прошивка в косовалковых станах. -М.: Металлургия, 1967. - 240с.

3. Потапов И.Н., Полухин П.И. Технология винтовой прокатки. 2-е изд., дополн. и перераб. - М.: Металлургия, 1990. - 344с.

4. Потапов И.Н., Полухин П.И., Харитонов Е.А., Галкин С.П. Радиально-сдвиговая прокатка сортового металла // Теория и технология метало- и энергосберегающих процессов обработки металлов давлением. — М. : Металлургия, 1986. - С. 72-78.

5. Смирнов B.C. Поперечная прокатка. - М.: Машгиз, 1948. - 195с.

6. Смирнов B.C. Теория обработки металлов давлением. — М. : Металлургия, 1973.-496с.

7. Фомичев И.А. Косая прокатка. - М.: Металлургиздат, 1963. - 262с.

8. Тетерин П.К. Теория поперечной и винтовой прокатки. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1983. - 270с.

9. Никулин А.Н. Об осевом разрушении металлической заготовки при винтовой прокатке// Металлы. - 1997. - №1. - с.70-83.

Ю.Тетерин П.К. Теория поперечной и винтовой прокатки. - М. Металлургия, 1971. - 368с.

П.Жорданян И.С., Кашакашвили Г.В., Булгаков В.П., Никулин А.Н. Производство бесшовных труб из непрерывнолитых заготовок. — Тбилиси.: Мецниереба,1988. - 224 с.

12.Потапов И.Н., Полухин П.И. Новая технология винтовой прокатки. - М. : Металлургия, 1975. - 344с.

13.Швейкин В.В. Винтовая прокатка труб. Учебное пособие по курсу «Технология трубного производства». Выпуск I. Свердловск, изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1977 — с. 76.

14. Беришвили Т.К., Жорданян И.С., Лежава O.A., Никулина А.Н. Влияние масштабного фактора на пластическое течение металла при поперечно-винтовой прокатке// Сообщ. АН ГрузССР. 1983. Т.110. №3. с. 561.

15. Никулина А.Н. Напряженное состояние металла при прошивке на стане винтовой прокатки//Металлы. — 2000. — №1.- с.40-46.

16.Овчинников Д.В., Ерпалов М.В., Богатов A.A. Развитие и внедрение процесса обжатия непрерывно-литой заготовки на трехвалковом обжимном стане винтовой прокатки // Труды восьмого конгресса прокатчиков, г. Магнитогорск. 2010. С 294-300.

П.Овчинников Д.В., Ерпалов М.В., Богатов A.A. Новая технологическая схема производства насосно-компрессорных труб на ТПА-80 // Труды 9-ой международной конференции «Современные металлические материалы и технологии».

18.0вчинников Д.В., Ерпалов М.В., Богатов A.A. Современная технология производства насосно-компрессорных труб из непрерывно-литой стали // Труды Международной конференции «Форсированное индустриальное инновационное развитие в металлургии», Республика Казахстан. - 2010. - с. 143 - 147.

19. ПатентRU2470747 Cl (Россия).

20.Богатов А. А., Овчинников Д. В., Липнягов C.B., Павлов Д. А., Нухов Д. Ш., Ерпалов М. В. Разработка математической модели и исследование процессов винтовой прокатки и прошивки заготовок// Производство проката. №7- 2013. - с. 28-33.

21.Овчинников Д.В., Богатов A.A., Липнягов C.B., Павлов Д.А.,Нухов Д.Ш. Исследование процесса производства горячекатанных труб и разработка новых технических решений на ТПА — 80 ОАО «СинТЗ»// Труды IX конгресса прокатчиков, г. Череповец. — 2013. - с. 128-133.

22,Овчинников Д.В., Богатов A.A., Павлов Д.А., Липнягов C.B., Нухов Д.Ш.. Разработка и исследование нового способа обжатия непрерывно-литой заготовки на трехвалковом стане винтовой прокатки// Труды XTV

Международной научной конференции «Новые технологии и достижения в металлургии и материаловедении», г. Ченстохова. - 2013. - с. 342-351.

23.Овчинников Д.В., Богатов А.А., Павлов Д.А., Липнягов С.В. Разработка математической модели процесса формоизменения заготовки при винтовой прокатке// Труды X международной научно-технической конференции «СММТ'13», г. С.-Петербург- 2013. - с. 378-384.

24.Бодров Ю.В., Овчинников Д.В., Устьянцев В.Л., Богатов А.А. Исследование нестационарной стадии винтовой прокатки непрерывнолитых заготовок на трехвалковом обжимном стане // Труды XVII международной научно-технической конференции «ТРУБЫ — 2009». - 2009. - С. 287-288.

25.Паршин B.C., Карамышев А.П., Некрасов И.И. Практическое руководство к программному комплексу Deform-3D. - Екатеринбург. УрФУ, 2010.-266с.

26.Dyja Н., Szota P., Mroz S. 3D FEM modelling and its experimental verification of the rolling- of reinforcement rod // Journal of Materials Processing Technology. - 2004. - Volumes 153-154. - P. 115-121.

27.Galantucci L.M., Tricarico L. Thermo-mechanical simulation of a rolling process with an FEM approach // Journal of Materials Processing Technology. -1999. - Volumes 92-93. - P. 494-501.

28.Zhan M., Yang H., Zhang J.H., Ma F. 3D FEM analysis of influence of roller feed rate on forming force and quality of cone spinning // Journal of Materials Processing Technology. - 2007. - Volumes 187-188. - P. 486-491.

29.Jiang Z.Y., Tieu A.K. A simulation of three-dimensional metal rolling processes by rigid-plastic finite elementnext term method // Journal of Materials Processing Technology. - 2001. - Volume 112. - P. 144-151.

30.Восканьянц А. А., Иванов А. В. Конечноэлементное моделирование процесса поперечно-винтовой прокатки на основе эйлерова описания

движения сплошной среды// Производство проката. - 2005. - №7. - с. 3642.

31.ТИ 161-ТЗ-1721-2008 ОАО «СинТЗ»

32.Седов Л.И. Методы подобия и размерностей в механике, 6-е изд., М.:Наука, 1967. 428 с.

33.Смирнов B.C., Григорьев А.К., Карачунский А.Д. Методы подобия в тории прокатки. Л.:Наука, 1971,178 с.

34.Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Учебник для ВУЗов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2001, 835 с.

35.Мигачев Б.А. Моделирование технологической деформируемости.

36.Богатов A.A. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2002.

37.Данилов А.Ф., Глейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка труб. Изд. 2-е, дополн. и перераб. — М. : Изд-во Металлургия, 1972. - 589с.

38.Данченко В.Н., Коликов А.П., Романцев Б.А. и др. Технология трубного производства. - М. : Интермет Инжиниринг, 2002. - 640с.

39. Потапов И.Н., Коликов А.П., Друян В.М. Теория трубного производства. - М.: Металлургия, 1991. - 423 с.

40.Богатов A.A., Павлов Д.А, Овчинников Д.В., Липнягов C.B., Нухов Д. Ш. МКЭ- моделирование и оптимизация нового способа обжатия непрерывно-литой заготовки// Черные металлы. № 11 -2013.-е. 26-31

41.Овчинников Д.В., Богатов A.A., Павлов Д.А., Липнягов C.B., Нухов Д.Ш.. Разработка и исследование нового способа обжатия непрерывно-литой заготовки на трехвалковом стане винтовой прокатки// Труды XIV Международной научной конференции «Новые технологии и достижения в металлургии и материаловедении», г. Ченстохова. — 2013. - с. 342-351.

42,Овчинников Д.В., Богатов A.A., Павлов Д.А., Липнягов C.B. Разработка математической модели процесса формоизменения заготовки при

винтовой прокатке// Труды X международной научно-технической конференции «СММТ'13», г. С.-Петербург- 2013.-е. 378-384.