Совершенствование процесса и оборудования для повышения качества формообразования труб большого диаметра на прессе предварительной формовки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат наук Боклаг, Наталья Юрьевна

• Боклаг, Наталья Юрьевна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Боклаг, Наталья Юрьевна

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

1.1. Методы получения труб большого диаметра

1.2 Оборудование, технологический инструмент и исследования кинематики процесса

предварительной формовки заготовки

1.3. Энергосиловые параметры процесса предварительной формовки

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

2. КИНЕМАТИКА ПРОЦЕССА ФОРМОВКИ

Введение

2.1 Характеристики начального положения пуансона и роликов коромысел

2.2 Характеристики конечного положения пуансона и роликов коромысел

2.3 Кинематические характеристики нулевой фазы формовки

2.4 Кинематические характеристики I фазы формовки

2.5 Кинематические характеристики II фазы формовки

2.6 Кинематика положений прессовой формовки с учетом податливости формуемой заготовки

2.7 Определение параметров настройки инструмента

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА ФОРМОВКИ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА И АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ФОРМУЕМЫХ ТРУБ

Введение

3.1. Разработка параметров инструмента управляемой геометрии для предварительной формовки

3.1.1 Назначение и область применения разрабатываемого изделия

3.1.2 Описание и обоснование выбранной конструкции

3.2. Уравнения кинематики положений для второй фазы формовки предложенным инструментом

3.3. Определение параметров настройки технологического инструмента для двухрадиусного пуансона

3.4. Особенности нагружения технологического инструмента

3.5. Методика определения влияния пружинения на качество формовки

3.5.1. Однорадиусный пуансон

3.5.2. Двухрадиусный пуансон

3.6. Определение напряженно - деформированного состояния и геометрических

характеристик формуемых труб методом конечных элементов

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

4. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ФОРМОВКИ ТРУБ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СБОРНОГО ПУАНСОНА

4.1. Оснастка для экспериментального определения нагрузок и методика выполнения замеров

4.1.1 Система выполнения замеров

4.1.2 Структура и функциональные компоненты системы измерений

4.2. Конструктивные особенности лабораторного оборудования для исследования процесса предварительной формовки с использованием кулисного механизма в качестве внешнего деформирующего инструмента

4.3 Определение параметров физической модели для предварительной формовки труб с применением теории подобия

4.4 Влияние параметров настройки и размеров технологического инструмента на кинематические и размерные характеристики штампуемых заготовок

4.4.1 Методика определения кинематических характеристик процесса формовки

4.4.2 Методика определения геометрических параметров заготовок

4.4.3 Влияние начального угла разворота коромысел на геометрические параметры

4.4.4 Влияние расстояния между осями качания коромысел кулисного механизма на геометрические параметры

4.4.5 Влияние ширины и формы поперечного сечения пуансона на геометрию заготовок 108 4.5 Влияние параметров настройки и размеров технологического инструмента на усилия формовки

4.5.1 Влияние начального угла разворота коромысел на максимальные усилия формовки

4.5.2 Влияние ширины пуансона и расстояния между осями качания коромысел кулисного механизма на максимальные усилия формовки

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ - Акт внедрения результатов НИР

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование процесса и оборудования для повышения качества формообразования труб большого диаметра на прессе предварительной формовки»

ВВЕДЕНИЕ

Производство прямошовных труб большого диаметра, используемых для трубопроводного транспорта, является важной задачей. В связи с необходимостью прокладки глубоководных трубопроводов требуется производство труб с повышенными механическими свойствами металла и увеличенной толщиной стенки, что требует совершенствования технологии и инструмента для обеспечения требуемого качества, как при предварительной формовке заготовок труб, так и на стадии окончательной формовки. Кроме этого формовка труб, отвечающих вышеуказанным параметрам, приводит к возрастанию нагрузок, действующих на прессовое оборудование и технологический инструмент, что приводит к простоям при ремонте и снижению производительности трубоформовочных станов.

Одним из показателей качества при формовке является пружинение заготовки. Для управления этим явлением требуется разработка методик расчета параметров настройки оборудования и процесса гибки на прессах с использованием математического моделирования, а также разработка технологического инструмента для снижения пружинения и уменьшения парка формующего инструмента.

Актуальность

Трубоэлектросварочные агрегаты труб большого диаметра предназначены для производства широкого ассортимента прямошовных труб для трубопроводного транспорта. Отличительной особенностью таких агрегатов является поэтапная формовка заготовки с последующей сваркой и отделкой готовой трубы. Одним из наиболее производительных методов изготовления трубной заготовки под сварку является иОЕ-процесс, предварительная формовка при котором в значительной мере определяет окончательное качество готовых труб. Постоянно возрастающие требования повышения класса прочности материала труб и увеличения толщины стенки сопровождаются при их производстве необходимостью расширения технологических возможностей

оборудования и поиска новых путей управления процессом деформации на базе новых знаний. Этим определяется актуальность теоретических и экспериментальных исследований особенностей процесса и возможностей основного оборудования в изменяющихся условиях производства на существующем оборудовании.

Степень разработанности проблемы

Формовке трубной заготовки для труб большого диаметра посвящено много работ. Развитию теории и совершенствованию технологии формовки этих труб посвящены работы Ю.М. Матвеева, Ю.Ф. Шевакина, А.П. Коликова, В.М. Друяна, А.П. Чекмарева, Е.А. Попова, C.B. Самусева, E.H. Мошнина, Н.В. Розова, В.Я. Осадчего, A.B. Выдрина, В.Н. Данченко, В.Г. Зимовца и других. Освещение развития и современного состояния мирового производства труб выполняется в работах [12,13,69]. Анализ опубликованных работ показывает, что предварительная формовка заготовки труб большого диаметра на прессах с кулисным механизмом не нашла достаточного отражения. В этой связи требуется определение кинематики процесса и нагрузок, действующих при формовке с кулисным механизмом, разработка рекомендаций по совершенствованию этого процесса и оборудования направленных на повышения качества формообразования труб большого диаметра, расширение технологических возможностей процесса, повышение работоспособности и надежности оборудования.

Цели и задачи работы

Повышение качества формуемых труб большого диаметра, сокращение парка технологического инструмента, снижение нагрузок на оборудование путем исследования процесса предварительной формовки труб большого диаметра и разработки нового технологического инструмента с переменной и настраиваемой геометрией.

Научная новизна работы

1. Разработана оригинальная математическая модель расчета кинематики многозвенного кулисного механизма с изменяющейся структурой и с промежуточным упругопластичным звеном переменной длины. Определены параметры настройки инструмента, обеспечивающие рациональное значение установочных настраиваемых размеров.

2. Предложен способ двухрадиусной формовки, расширяющий возможности реализации влияния параметров настройки оборудования и инструмента на конечную форму труб, получаемых на прессе предварительной формовки с механизмом кулисного типа.

3. Получены зависимости, определяющие величину хорды пружинения. Разработан программный комплекс, позволяющий в диалоговом режиме выполнять многовариантные расчеты пружинения формуемой заготовки.

4. На базе разработанной методики на специально спроектированном и изготовленном лабораторном аналоге пресса предварительной формовки, выполнена видеорегистрация кинематических характеристик относительного положения технологического инструмента и заготовки совмещенная с компьютерной записью перемещения пуансона и тензометрической регистрацией нагрузок.

Теоретическая и практическая значимость

Результаты, полученные в данной работе, дополняют имеющиеся теоретические основы процесса гибки. Разработана оригинальная математическая модель кинематики формуемой заготовки и формующего инструмента с различной геометрией: с постоянной кривизной профиля пуансона и с переменной настраиваемой кривизной. На основе выполненных теоретических исследований предложен инструмент, защищенный патентом РФ на полезную модель № 124600. С учетом выполненных исследований получены и переданы на трубопрокатный завод техническая документация и рекомендации по настройке и совершенствованию конструкции технологического инструмента. Новая

конструкция пуансона с переменной геометрией позволяет управлять пружинением формуемой заготовки и, следовательно, качеством труб, а также обеспечивает снижение нагрузки на оборудование. Предложенная конструкция сборного инструмента принята к внедрению в цехе №6 ОАО «ЧТПЗ».

Методология и методы исследования

В работе применялись классические методы теории механизмов и машин, аналитические методах кинематического и силового анализа механизмов. Были применены такие физические методы исследования, как тензометрия, регистрация динамических характеристик движения металла.

При экспериментальном исследовании использовался метод подобия для перенесения результатов лабораторного физического эксперимента на производственный промышленный стан.

Положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель связной кинематики относительного поведения заготовки и формующего инструмента с различной геометрией: с постоянной кривизной профиля пуансона и с переменной настраиваемой кривизной.

2. Математическая модель расчета хорды пружинения с учетом упругопластического поворота участков деформируемой заготовки, не контактирующих с пуансоном.

3. Особенности контактного нагружения инструмента для однорадиусного и двухрадиусного пуансонов.

4. Рекомендации по совершенствованию конструкции пуансона пресса предварительной формовки, защищенные патентом на полезную модель.

5. Разработка методики экспериментального исследования с использованием видеорегистрации кинематических характеристик относительного положения технологического инструмента и заготовки, совмещенной с тензометрической регистрацией нагрузок.

6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния параметров настройки прессовой оснастки для получения заданных размеров и формы U-образного изделия с учетом пружинения.

Степень достоверности и апробация результатов

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:

• VI Международной научно-технической конференции «Проблемы исследования и проектирования машин» Пенза, 2009г;

• XIX Международной научно-технической конференции «Трубы-2011» Челябинск, 2010 г;

• XVII Уральской международной конференции молодых ученых Екатеринбург, 20 Юг;

• VI Международной молодежной научно-практической конференции «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением им. Профессора А.Ф.Головина» Екатеринбург, 2012г;

• VIII International Conference «Strategy of Quality in Industry and Education» Варна, Болгария, 2012г;

• Международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии» Санкт-Петербург, 2013г;

• VII Международной молодежной научно-практической конференции «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении» Екатеринбург, 2014г;

• Международной научно-практической конференции «Развитие машиностроения, транспорта, технологических машин и оборудования в условиях рыночной экономики» Екатеринбург, 2014г.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертации результатов обеспечивается использованием фундаментальных методов теоретической и прикладной механики, теории обработки металлов давлением и подтверждается

удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования с экспериментальными данными, полученными в лабораторных условия.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Работа изложена на 128 страницах, содержит 13 таблиц, 82 рисунка, библиографический список из 84 наименований.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

1.1. Методы получения труб большого диаметра

К трубам большого диаметра относят трубы, диаметр которых равен 530 и более миллиметров. Их производят на ТЭСА 530-820, ТЭСА 1020-1220 и аналогичных агрегатах. Трубы таких диаметров бывают только сварными.

По количеству и направлению сварных швов трубы большого диаметра подразделяют на одно- и двухшовные, прямо- и спиральношовные. Трубы двухшовные с прямыми швами выпускают большого диаметра; выпуск одношовных труб с прямым швом ограничен шириной исходного листа. При производстве труб со спиральным швом обеспечивается получение труб большого диаметра из более узкого листа.

«К недостаткам спиральношовных труб можно отнести отсутствие неразрушающего контроля рулонной полосы и возможно больше дефектов основного металла, большую протяженность сварных швов по сравнению с прямошовными трубами. Да и сам процесс сварки проводится в худших условиях, чем при сварке прямошовных труб в нижнем положении. При сварке термоупрочненных труб в трассовых условиях происходит разупрочнение зоны кольцевого шва и снижение прочностных характеристик трубопровода. Указанные недостатки влияют на работоспособность трубопровода, поэтому предпочтение отдается прямошовным трубам» [14].

В настоящее время имеется несколько методов формовки заготовок для прямошовных труб большого диаметра [24]: формовка в вальцах (Рисунок 1.1, а), формовка 1Ю (Рисунок 1.1, б), и формовка 1СО (Рисунок 1.1, в).

б в

Рисунок 1.1 - Варианты формовки заготовки труб большого диаметра а - формовка в вальцах; б -U формовка процесса UO; в - формовка JCO

При формовке в вальцах [79] лист изгибается между тремя или четырьмя вальцами. Недостатком этого метода является возможность возникновения неравномерной формовки по ширине или длине листа при недостаточной жесткости валков или их непараллельности.

С точки зрения производительности UOE является более предпочтительным процессом.

Производительность различных процессов производства труб по данным компании SMS MEER [84] представлена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Производительность при производстве труб

Процесс Максимальная длина трубы, м Производительность, т/ч

UOE процесс 18,6 500-1000

Формовка роликами 12,2 80 - 300

JCOE процесс 18,6 50-350

.ГСОЕ-процесс используется в основном для формовки толстостенных труб (25мм и более) [15, 16]. Кроме того, профиль заготовки при формовке этим методом может иметь плоские участки. Этот дефект устраняется при экспандировании на прессе-расширителе, что увеличивает рабочие нагрузки.

Учитывая вышеизложенное, большинство труб большого диаметра изготавливается из стальных листов с помощью, так называемой технологии 1ЮЕ. Эта технология представляет серию из трех основных операций, образующих трубу в процессе производства: предварительная формовка, при которой лист принимает Ц-форму; окончательная формовка, при которой лист приобретает О-форму, и операцию расширения сформированной и сваренной трубы определенного диаметра (Е -расширение). Трубы большого диаметра, производство которых особенно широко распространено сегодня, включает два типа: одношовные и двухшовные труб. В последнем случае, при предварительной формовке образуется С-форма, потому что половина трубы имеет С-образную форму. Характерной особенностью этих операций является упругопластическая деформация стальных заготовок на каждой стадии процесса. В настоящее производятся универсальные трубоэлектросварочные агрегаты для производства труб большого диаметра. Так, например, ОАО ЭЗТМ выпускает трубоэлектросварочный агрегат ТЭСА «1420» предназначенный для производства электросварочных труб диаметром до 1420 мм с прессом пошаговой формовки. ЗАО «Коломенский завод тяжёлых станков» изготавливает гидравлические пресса для всех прессовых операций производства труб до 1220 мм: подгибки кромок, предварительной и окончательной формовки труб (Рисунок 1.2), для калибровки и испытания труб.

Рисунок 1.2 - Гидравлический пресс производства ЗАО «Коломенский завод тяжёлых станков» Кроме основных операций формовки при производстве этих труб выполняется еще ряд формообразующих, сварочных, контрольных и вспомогательных операций представленных в виде схемы на рисунке 1.3 [17].

Загрузка листа

I

Обрезка кромок

Подгибка кромок

Точечная сварка трубы

Маркировка трубы

Проверка на разрушение

Механическая правка трубы

Первичная проверка рентгеновскими лучами

Первичная ультразвуковая проверка сварного шва

Визуальная проверка сварного шва

Наложение внешнего сварного шва

Наложение внутреннего сварного шва

✓

Гидростатическое Ультразвуковая Радиография и Обрезка

тестирование проверка проверка торцов трубы

сварного шва рентгеновскими лучами

О Контроль качества Производство

Магнитная и ультразвуковая проверка торцов трубы

Окончательная

проверка поверхности и геометрии трубы

Составление сертификатов

Рисунок 1.3 - Этапы производства прямошовных сварных труб (1ЮЕ - процесс)

Операция предварительной формовки, рассматриваемая в данной работе, в технологической цепи на рисунке 1.3 выделена прямоугольной рамкой.

Трубы изготавливаются из сталей классов прочности К - 52, К - 54, К - 55, К - 56, К - 60. Трубы сварные прямошовные изготавливаются из марок стали 17 ГС, 17Г1С, 17Г1СУ, 13ГС, 13Г1С, 13Г1СУ, 12ГСБ, 12Г2СБ, 10ГНБ, 09ГНФБ, 08Г1НФБ, 08ГБЮ, 09ГБЮ, 09ГСФ, Ст2 - 3 сп, 06ГФБАА, 10Г1НФБ [26,64].

Диаметр труб от 530мм до 1420мм, толщина стенки от (7...32)мм [66, 67, 68]. Как было отмечено выше, основными формообразующими операциями при производстве труб большого диаметра являются прессовая формовка и сварка.

Прессовой формовке заготовок прямошовных труб большого диаметра посвящено много работ. Развитию теории и совершенствованию технологии формовки этих труб посвящены работы Ю.М. Матвеева, Ю.Ф. Шевакина, А.П. Коликова, В.М. Друяна, А.П. Чекмарева, Е.А. Попова, C.B. Самусева, E.H. Мошнина, Н.В. Розова, В.Я. Осадчего, A.B. Выдрина, В.Н. Данченко, В.Г. Зимовца и других. Освещение развития и современного состояния мирового производства труб выполняется в работах [12,13].

Однако быстрое развитие трубопроводного транспорта, связанное с ростом потребления энергии в мире, требует производства труб повышенных прочностных и качественных характеристик [64,69], что объясняется с одной стороны увеличенными требованиями к надежности нефтяных и газовых магистралей и повышению давления в них, а с другой стороны необходимостью прокладки глубоководных трубопроводов, которые также требуют увеличения прочностных характеристик труб. Следовательно, требуется разработка технологии и инструмента для формовки заготовок труб, отвечающих вышеуказанным параметрам.

1.2 Оборудование, технологический инструмент и исследования кинематики процесса предварительной формовки заготовки.

Наиболее производительным способом получения заготовок для сварки стальных прямошовных труб большого диаметра является UOE-способ, в

соответствии с которым образование трубной оболочки выполняется в три этапа, включая предварительную подгибку кромок, предварительную и окончательную формовку трубы под сварку, и-операция на прессе для формовки труб показана на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - и-формовка полосы на прессе (иОЕ - процесс) Одним из важнейших этапов технологической цепи является предварительная формовка заготовки, которая в значительной мере определяет качество трубы. В зависимости от диаметра трубы и толщины стенки предварительная формовка трубной заготовки может выполняться либо на прессе предварительной формовки с гибочным механизмом роликового типа (Рисунок 1.5), либо при помощи симметрично расположенных относительно оси пресса кулисных механизмов (Рисунок 1.6). В результате листу придают и-образную форму с загнутыми кромками.

Рисунок 1.5 - Схема процесса предварительной формовки роликами

а

Рисунок 1.6 - Процесс предварительной формовки с кулисным механизмом:

а - положение до начала формовки; б - окончание формовки полуобечайки двухшовной

трубы

В процессе настройки оборудования для предварительной формовки прямошовных сварных труб большого диаметра на вертикальных прессах исходными условиями являются:

• получение арочной формы заготовки максимально приближенной по размерам и конфигурации к готовому изделию;

• формирование диаметрального размера, обеспечивающего свободное извлечение пуансона при возвратном его подъеме в конце цикла деформации и загрузку в пресс окончательной формовки;

• выбор рациональной установочной высоты упора для ограничения величины рабочего хода трубодеформирующего инструмента;

• выбор настроечной величины межосевого расстояния осей качания кулис, обеспечивающей расположение листа на дальних роликах определяющей расстояние между дальними от пуансона роликами, меньшее ширины листа.

Следовательно, при предварительной формовке для получения качественной заготовки должна быть правильно выбрана форма пуансона, расстояние между осями вращения кулис, параметры кулисы, на которой закреплены формующие ролики, высота установки ограничителя хода пуансона и начальный угол установки коромысел. В работах Коликова А.П., Данченко В.Н., [4,5] указывается, что при расчете калибровки пресса предварительной формовки обычно принимают радиус трубы после этого пресса на 10—20 мм меньшим радиуса штампа окончательной формовки. Это делается для того, чтобы трубная заготовка после пресса предварительной формовки могла легко войти в штамп пресса окончательной формовки. Далее там же указывается, что после выхода заготовки из пресса имеет место некоторое ее распружинивание, поэтому средний радиус Rcp.„p трубы до съема ее со штампа можно определить по формуле:

Rcp.„p=0,971 Rcp.0T S0/(l+0,005 RCp.oT),

где Rcp.oT — относительный средний радиус трубы после съема ее со штампа предварительной формовки:

Rcp.or— Rnp/So,

где Rnp — радиус трубы (RIlp = 0,5D,„ - (10+20) мм; D1U — диаметр штампа.) Радиус штампа: RCp.np+ So/2.

И делается вывод, что по радиусы штампов пресса предварительной формовки для стенок разной толщины получаются разными. Однако эти выражения не предусматривают влияния параметров настройки оборудования на величину хорды получаемого изделия с учетом пружинения.

В работах Самусева C.B. и др. [19-21] расчет геометрических параметров трубной заготовки при ее формоизменении выполняется для схем формовки без

кулисного механизма и, следовательно, не учитывается влияние параметров настройки кулис на определение хорды распружинивания конечных точек заготовки.

Для управления пружинением в работах [22,23] предлагается изготавливать для прессов предварительной формовки пуансоны с плоским участком в центральной (донной) части либо плоскими участками по боковым сторонам и радиусной донной частью. При этом уменьшение пружинения достигается дополнительной формовкой опорами в конце хода пуансона. Такой способ производства требует знания координат настройки ограничивающего устройства, а это требует дополнительных исследований кинематики процесса.

В работе [28] для улучшения качества формовки предлагается выполнять изгиб всех элементов поперечного сечения трубной заготовки по кривым четвертого порядка путем соответствующего профилирования роликов. В работе [76] на прессе пошаговой формовки рекомендуется выполнять формовку по двум или трем радиусам за счет изменения величины хода пуансона. Следовательно, формовка заготовки переменным радиусом позволяет улучшить ее качество.

На предварительную формовку трубные заготовки поступают со значительным разбросом по механическим свойствам и толщинам стенок. При формовке их одним пуансоном возникает отклонение размера радиуса отформованной заготовки от заданного после снятия ее с пуансона, вызванное остаточным пружинением И-образной заготовки, что вызывает трудности при установке ее в штамп окончательной формовки. В связи с этим возникает необходимость либо повторной формовки отформованной заготовки, что повышает трудоемкость изготовления труб, либо использование другого пуансона.

Таким образом, одним штампом невозможно обеспечить качественную формовку трубных заготовок с разной толщиной и с различными прочностными характеристиками. Кроме того, наличие отдельного штампа на каждую толщину труб увеличивает парк инструмента и, в связи с дороговизной штампов и трудоемкостью их установки, повышает стоимость изготовления труб. Поэтому

на практике, с целью уменьшения парка инструмента, применяют один пуансон со средним радиусом на большой диапазон толщин стенок. Однако использование пуансонов даже с небольшим отклонением размеров от расчетных значений по конкретным прочностным свойствам материала заготовки и ее толщине ухудшает качество формовки. Необходимость иметь штампы разного радиуса привело к появлению сборных пуансонов.

Из всех известных способов формовка 1Ю методом является наиболее производительной (Таблица 1.1), однако в литературе не нашли широкого отражения особенности кинематики этой формовки на прессах с кулисным механизмом.

Таким образом, задачи выбора формы и конструкции пуансона, расстояния между осями вращения кулис, параметров кулисы, на которой закреплены формующие ролики, высота установки ограничителя хода пуансона и начальный угол установки коромысел требуют дополнительного решения.

1.3. Энергосиловые параметры процесса предварительной формовки

Определению энергосиловых параметров при формовке заготовок труб большого диаметра посвящено большое количество работ [4, 45, 70-71, 80-82].

ГО.М. Матвеев представил процесс предварительной формовки как изгиб листа расположенного на двух опорах и нагруженного сосредоточенной силой, расположенной посередине между опорами (Рисунок 1.7). В работе [80] отмечается, что «процесс формовки трубной заготовки в штампах прессов является процессом пластического изгиба полосы с первоначально незначительной, но постепенно увеличивающейся кривизной. Задачу изгиба листа можно рассматривать как задачу плоской деформации, поскольку никаких изменений длины полосы в процессе гибки не наблюдается, что проверено специально поставленными опытами».

•Хт

2

¥

А

(7т

г.

ОI

ш

2

М

I 1 { п.

изг

СГ

Рисунок 1.7 - Эпюры изгибающего момента и напряжений в листе при предварительной формовке

В соответствии с рисунком 1.7 пластическая деформация листа начинается в точке приложения силы Р при достижении изгибающим моментом величины

где Ь, 5 - длина и толщина формуемой заготовки; аТ - предел текучести материала; ЖП1 - момент сопротивления пластическому изгибу.

Как следует из рисунка 1.7, на расстоянии 8Т от оси листа расположена граница зон упругой и пластической деформации, на которой напряжения равны пределу текучести металла

Е,

где р — радиус изгибаемой заготовки в рассматриваемом сечении. Далее в работе [80] приводится выражение для определения изгибающего момента внутренних сил любом сечении

М = Ь

32 р 7з1 Е)у т> 9р

где П - модуль упрочнения.

«Усилие, необходимое для осуществления второй формовочной операции на прессах (лист принимает И-образную форму), растет с момента соприкосновения верхнего штампа с листом до тех пор, пока он не приобретет необходимую форму и начнет уменьшаться при дальнейшем движении штампа до упора» [4].

По формуле, предложенной Ю. М. Матвеевым [80], максимальное усилие, возникающее при этой операции:

ртах ^ (1 + П)А

~ (1,15 + 0,15«)Л0 '

где п — показатель, зависящий от материала изгибаемого листа и коэффициента трения; Я0 - наружный радиус трубы после сварки; А - механическая работа, затрачиваемая на изгиб листа.

Для определения величины п в работе [80] приведена таблица, которая в [4] аппроксимирована графиками, показанными на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Значение показателя п в зависимости от отношения истинного напряжения к пределу текучести при коэффициентах трения 1М),3(1); 0,2(2); 0,1(3)

Для приближенных расчетов в работе [4] рекомендуется принимать п « 0,35.

Далее в [4] приводятся выражения для механической работы А, которую определяют «как произведение объема изогнутой части листа Уш на среднюю удельную работу, затрачиваемую на изгиб

А Кз Ли]г.

Объем изогнутой части листа

Киз= 1гЯ()Ь8п,

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Боклаг, Наталья Юрьевна, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Матвеев Ю.М. Технология производства электросварных труб /

Ю.М. Матвеев, М.Б. Ружинский, А. Ромашов [и др.] — М.: Металлургия, 1967. - 223 с.

2. Матвеев. Ю.М. Новые процессы производства труб / Ю.М. Матвеев. — М.: Металлургия, 1969.

3. Шевакин Ю.Ф. Производство труб / Ю.Ф. Шевакин, А.П. Коликов, Ю.Н. Райков. — М.: Интермет-инжениринг, 2005. - 568 с.

4. Данченко В.Н. Технология трубного производства / В.Н. Данченко,

A.П. Коликов, Б.А. Романцев, C.B. Самусев. —М.: Интермет-инжениринг, 2002. - 640 с.

5. Потапов И.Н. Теория трубного производства / И.Н. Потапов, А.П. Коликов,

B.М. Друян. —М.: Металлургия, 1991. - 424 с.

6. Чекмарев А.П. Теория трубного производства / А.П. Чекмарев, В.М. Друян. — М.: Металлургия, 1976. - 304 с.

7. Коликов А.П. Машины и агрегаты трубного производства: Учебное пособие для вузов / А.П. Коликов, В.П. Романенко, C.B. Самусев [и др.] — М.: МИСИС, 1998.-536 с.

8. Мошнин E.H. Гибочные и правильные машины / E.H. Мошнин. — М.: Машгиз, 1956.-252 с.

9. Попов Е.А. Технология и автоматизация листовой штамповки: Учебник для вузов / Е.А. Попов, В.Г. Ковалев, И.Н. Шубин. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003.-480 е.: ил.

10. Розов Н.В. Производство труб. Справочник / Н.В. Розов. — М.: Металлургия, 1974.-598 с.

11. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке / В.П. Романовский. -JL: Машиностроение, 1979.

12. Кагарлицкий A.C. Развитие производства прямошовных электросварных труб. Обзорная информация. / A.C. Кагарлицкий. // Ин-т "Черметинформация", сер. Трубное производство, вып.З — М.: 1986. - 23 с.

13. Крупман Ю.Г. Современное состояние мирового производства труб / Ю.Г. Крупман, JI.C. Ляховецкий, O.A. Семенов [и др.] -М.: Металлургия, 1992.-353 с.

14. Прессы для изготовления труб. ЗАО «Коломенский завод тяжёлых станков». [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.t-press.ru/detailsl62.htm

15. M.D. Herynk et al. Difference between uoe and jcoe pipe // International Journal of Mechanical Sciences - 49 (2007) 533 - 553 [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.hnssd.com/news.asp?id=460

16. Martin Connelly, Corus Tubes Energy. [Электронный ресурс] - April 1, 2009. -Режим доступа: http://www.epmag.com/Production-Field-Development/UOE-technology-takes-pipelines-new-depths_33934

17. Stages of pipe production (UOE) [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.europipe.com/files/production-overview-uoe-gb.pdf

18. Мошнин Е. Н. Исследование пластического изгиба. Элементы теории и новые процессы обработки металлов давлением / Е. Н. Мошнин. - Машгиз, 1954.

19. Самусев C.B. Методика расчета геометрических параметров трубной заготовки при формоизменении в различных линиях ТЭСА. / C.B. Самусев, A.B. Люскин //Известия вузов. Черная металлургия. -2009. №1. с. 10-12.

20. Самусев C.B. Методика расчета параметров заготовки в процессах производства труб большого диаметра / С. В. Самусев, А. В. Люскин // Известия вузов. Черная металлургия. -2009. №3. с. 21-23.

21. Самусев C.B. Методика расчета параметров формоизменения трубной заготовки в линии ТЭСА-1420. ЗАО "Ижорский трубный завод" /

C.B. Самусев [и др.] // Известия вузов.Черная металлургия. — 2009. №5. с. 3640.

22. Авторское свидетельство №1824251 Способ предварительной формовки заготовок для электросварных труб большого диаметра./ Заплаткин O.A., Иванов Е.И., Калинушкин H.H. и др. // Открытия. Изобретения. 1993. №24.

23. Авторское свидетельство №1479156 Способ предварительной формовки заготовок для электросварных труб большого диаметра./ Калинушкин H.H., Карпенко Н.П., Заплаткин O.A. и др.// Открытия. Изобретения. 1989. №18.

24. Самусев C.B. Анализ способов формовки заготовок для производства труб большого диаметра / C.B. Самусев, A.B. Люскин, В.В. Больдт. // Сталь. 2009. №9. с. 46 — 49.

25. Осадчий В.Я. Технология и оборудование трубного производства /

В.Я. Осадчий, A.C. Вавилин, В.Г. Зимовец, А.П. Коликов. -М.: интермет-инжениринг. 2007. 560 с.

26. Ткаченко В.А. Трубы для нефтяной промышленности / В.А. Ткаченко, A.A. Шевченко, В.И. Стрижак, Ю.С. Пикинер. -М.: Металлургия, 1986. -256 с.

27. Ершов В.И. Экспериментальное определение оптимальных параметров процесса гибки уголковых профилей / В.И. Ершов, A.A. Галл, К.А. Макаров. //Кузнечно-штамповочное производство. 1988. № 3, с. 15 16.

28. Патент РФ 2045359. Способ формовки трубной заготовки / Горбунов В.В., Калинин В.И., Баранов В.Н. и др.

29. Колобов A.B. Разработка системы автоматизирванного проектирования инструмента формовочных трубных станов / A.B. Колобов, Г.Е. Барабанцев, А.Н. Тюляпин и др.// Теория и технология процессов пластической деформации-2004. Тез. докл. межд. науч.-техн. конф., посвященной 85-летию научной школы МИСиС по обработке металлов давлением, г.Москва, 26-27 октября, 2004г. -М. 2004. с. 119-120.

30. Колупаев A.A. САПР процессов гибки на роликовых профилегибочных машинах с ЧПУ/ A.A. Колупаев, Л.И. Подрабинник, О.В. Голова. // Кузнечно-штамповочное производство. 1986, № 8. с. 21 23.

31. Берлинер Ю.И. Устройство для определения действительной кривизны листа в процессе гибки //Кузнечно-штамповочное производство. 1972, №5. с.41.

32. Пузырьков П.И. Измерение усилий и деформаций при гибке профильного проката//Кузнечно-штамповочное производство. 1993, № 7. с. 23 -24.

33. Ильюшин A.A. Пластичность. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы. 1948. 372 с.

34. Hänert М. Zur Bestimmung der elastischen Rückfederung bei der Profilumformung// Seewirtschaft. 1982, №5. s. 239.

35. Прудников М.И. Изгибающий момент при пластическом изгибе листа // Кузнечно-штамповочное производство. 1961, № 4. с. 6 - 8.

36. Верзилов В.И. Об одном методе определения изгибающего момента при пластическом изгибе листа//Кузнечно-штамповочное производство. 1965, №2. с. 19-20.

37. Давыдов В.И. К определению изгибающего момента и остаточного радиуса кривизны при изгибе листовых заготовок / В.И. Давыдов, В.Ф. Пушкарев, Р.Д. Лапскер. //Кузнечно-штамповочное производство. 1975, № 6. с. 26 — 29.

38. Ткачев И.В. Влияние способов гибки на остаточные напряжения обечаек / И.В. Ткачев, A.B. Иванов. //Кузнечно-штамповочное производство. 1995, №3, с. 10 - 12.

39. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. 688 с.

40. Комаров А.Д. Упругая отдача листовых металлов при гибке в штампах // Кузнечно-штамповочное производство, 1965, № 11, с. 15 19.

41. Билобран Б.С. Об изгибающем моменте и остаточной кривизне при пластическом изгибе труб // Кузнечно-штамповочное производство, 1965, № 8, с. 18-21.

42. Михаленко Ф.П. Закономерности упрочнения при холодной деформации листовых металлов, применяемых в автомобилестроении / Ф.П. Михаленко,

A.A. Борисов. // Кузнечно-штамповочное производство, 1996, № 10. с. 32 -35.

43. Нестеров Г.В. Определение основных технологических параметров при изготовлении криволинейных деталей на гибочных валковых машинах / Г.В. Нестеров, С.В. Самусев, JI.B. Зелова // Известия ВУЗов. Черная металлургия, 2002, № 11, с. 33 36.

44. Вдовин С.И. Методы расчета и проектирования на ЭВМ процессов штамповки листовых и профильных заготовок. -М.: Машиностроение, 1988. -157 с.

45. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров. / Г. Корн, Т. Корн. -М.: Наука, 1973. 832 с.

46. Одиноков М.Ю. Расчет параметров процессов и геометрии оснастки для операций формообразования гибкой. - Казань: КАИ, 1983. 64 с.

47. Патент РФ на полезную модель № 124600. Пуансон предварительной формовки трубной заготовки / Федоров A.A., Чечулин Ю.Б., Боклаг Н.Ю. и др.; опубл. 10.02.2013 Бюл.№4.

48. Чечулин Ю.Б. Моделирование формообразования U-образной заготовки для получения прямошовных труб большого диаметра на базе UOE-процесса / Ю.Б.Чечулин, Н.Ю. Боклаг, Ю.В. Песин. // VIII International Conference "Strategy of Quality in Industry and Education". Proceedings, Volume III. — Варна. Болгария. 2012. c.540.

49. Чечулин Ю.Б. Расчет геометрии инструмента для управления формовкой труб большого диаметра / Ю. Б. Чечулин, Н. Ю. Песина, В. М. Душкин и др. // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. № 10. с. 34 - 37.

50. Чечулин Ю.Б. Кинематика механизма прессовой формовки арочных изделий взаимно подвижным инструментом /Ю. Б. Чечулин, Н. Ю. Боклаг,

Ю.В. Песин и др. // Сталь. 2013. № 4. с. 55 - 57.

51. Чечулин Ю.Б.Анализ напряженно-деформированного состояния и совершенствование инструмента формовки труб большого диаметра / Ю.Б. Чечулин, Н.Ю. Боклаг, Ю.В. Песин, A.M. Золотов. // Труды III

Международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии» (СММТ'2013). - СПб.: Изд-во Политехи. Ун-та. 2013. с. 434-438.

52. Чечулин Ю.Б. Особенности нагружения технологического инструмента при предварительной формовке труб большого диаметра / Ю.Б. Чечулин, Н.Ю. Боклаг, Ю.В. Песин, A.M. Золотов. // Сталь. 2014. № 5. с. 68-70.

53. Биргер И.А. Остаточные напряжения / И.А. Биргер. - М.: Машгиз, 1963. 232 с.

54. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие под редакцией P.A. Макарова. М.: Машиностроение. 1975. 287 с.

55. Чекмарев А.П. Методы исследования процессов прокатки. / А.П. Чекмарев, С.А. Ольдзиевский. -М. Металлургия, 1969. 294 с.

56. Клюев В.В Технические средства диагностирования / В.В. Клюев,

П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др. -М.: Машиностроение, 1989. 672 с.

57. Пережогин A.A. САПР КД: 111111 автоматизированного расчета масс деталей, узлов и конструкций. Труды НИКИМПа. - М.: 1987. с.86-88.

58. Гребеник В.М. Повышение надежности металлургического оборудования / В.М. Гребеник, A.B. Гордиенко, В.К. Цапко. -М.: Металлургия, 1988. 688с.

59. Бронштейн И.Н. Справочник по математике / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. -М.: Наука, 1986. 544с

60. Полещук H.H. Программирование для AutoCAD 2013-2015 - М.: ДМК Пресс, 2015.462с

61. Доусон М. Программируем на Python - СПб.: Питер, 2012. 432с.

62. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ. М.: МИР, 1992. 592с

63. Буйначев С.К. Основы программирования на языке Python: учебное пособие. / С.К. Буйначев, Н.Ю. Боклаг. Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2014. - 91с.

64. ГОСТ Р(проект, первая редакция) Трубы стальные сварные большого диаметра (530-1420 мм) для газопроводов. Технические условия. Часть 1: трубы класса прочности до к60 включительно. - М.: Стандартинформ.

65. Рыбин Ю.И. Математическое моделирование и проектирование технологических процессов обработки металлов давлением / Ю.И. Рыбин, А.И. Рудской, А.М. Золотов. - СПб.: Наука, 2004. - 644 с. 387 ил.

66. ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент. -М.: Стандартинформ, 1991. - 5 с.

67. ГОСТ 10706-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. -М.: Стандартинформ, 1991. - 6 с.

68. ГОСТ 10706-76 Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические условия. — М.: Стандартинформ, 1976. - 5 с.

69. Коликов А.П. Производство стальных труб для магистральных трубопроводов в России / А.П. Коликов // Черные металлы - 2008, №11. с.8 -

11.

70. Осадчий В.Я. Математическая модель формоизменения листовой заготовки при производстве сварных труб большого диаметра / В.Я. Осадчий,

Е.А. Гаас, Д.Ю. Звонарев, А.П. Коликов // Сталь - 2014, №5. с.63-66.

71. Розов Н.В. Производство труб большого диаметра / Н.В. Розов - М.: Металлургия, 1975 - 325 с.

72. Чижиков Ю.М. Теория подобия и моделирование процессов обработки металлов давлением / Ю.М. Чижиков - М.: Металлургия, 1970 - 296 с.

73. Скрипкин А.Ю. Прогнозирование качества сварных прямошовных труб большого диаметра для магистральных газопроводов, полученных методом валковой формовки / А.Ю. Скрипкин, А.Е. Лепестов, О.В. Соколова,

А.Г. Колесников // Бюллетень «Черная металлургия». 2013, №5. с.68-70.

74. Самусев C.B. Экспериментальное исследование формоизменения трубной заготовки методом фотограмметрии на участке пресса подгибки кромок линии ТЭСА 1420 / C.B. Самусев, М.А. Товмасян, О.С. Хлыбов, Л.В. Дроздов, Д.Е. Керенцев // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2014г. №5. с.15-18.

75. Жигулев Г.П. Расчет энергосиловых параметров процесса гибки на участке производства сварных труб для магистральных трубопроводов / Г.П. Жигулев,

C.B. Самусев, B.A. Фадеев, Ф.Х. Файзулаев // Известия ВУЗов. Черная металлургия. -2014. №7. с.39-42.

76. Самусев C.B. Исследование очага деформации на прессе шаговой формовки в условиях челябинского трубопрокатного завода / C.B. Самусев, A.B. Люскин, А.И. Романцов, К.Л. Жигунов, А.Н. Фортунатов // Известия ВУЗов. Черная металлургия. -2014. №3. с.49-52.

77. Сталинский Д.В. Компьютерная программа расчета технологических параметров прокатки / Д.В. Сталинский, A.C. Рудюк, B.C. Медведев, А.И. Кривоносов, С.Б. Стрюков // Сталь. - 2014. №3. с.53-56.

78. Осадчий В.Я. Разработка математической модели для расчета профиля трубной заготовки и определения настроечных параметров при производстве прямошовных труб большого диаметра / В.Я. Осадчий, А.П. Коликов, Д.Ю. Звонарев //Бюллетень «Черная металлургия». -2015. №1. с.61-66.

79. Лозовой В.Н. Особенности изменения механических свойств основного металла труб большого диаметра при разных способах формовки трубной заготовки / В.Н. Лозовой, И.А. Бобков // Бюллетень «Черная металлургия». -2014. №8. с.64-66.

80. Матвеев. Ю.М. Калибровка инструмента трубных станов / Ю. М. Матвеев, Я.Л. Ваткин — М.: Металлургия, 1970. — 480 с.

81. Матвеев. Ю.М. Теоретические основы производства сварных труб / Ю.М. Матвеев. —М.: Металлургия, 1967. — 170 с.

82. Романцев Б.А. Обработка металлов давлением / Б.А. Романцев, A.B. Гончарук, Н.М. Вавилкин, C.B. Самусев. М.: Издательский Дом МИСиС, 2008. - 960 с.

83. .Выдрин A.B. Применение математических моделей для анализа процессов формирования качества проката / A.B. Выдрин //Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2000, №8-9. с.68-70.

84. Рекламный проспект SMS MEER "Machines and Plants for the Manufacture of Welded Large-Diameter Pipes", Metallurgy Tube Copper Plants, 01.01.98., 41c.