Розвиток теорії та удосконалення технології виробництва холоднодеформованих прецизійних труб з використанням процесів волочіння

Одержання уніфікованих розмірів переробної трубної заготовки забезпечується в блоці III, тому розрахунки ведуться за двома напрямами:

перший: від блоку V до блоку III з урахуванням критичного ступеня відносної деформації [E_кр.]_х в холодному стані;

другий: від блоку II до блоку III з урахуванням низки критеріїв: найбільш дешевої заготовки [К_min]_ц; критичного ступеня відносної деформації [E_кр.]_л при холодній деформації литого металу до термообробки; критичного ступеня відносної деформації [E_кр.]_зв. в разі використання зварної переробної трубної заготовки.

Після вибору уніфікованого розміру трубної переробної заготовки визначають кінцеві режими кожної операції в рамках окремих блоків при використанні наявного технологічного обладнання.

Розвиток процесу волочіння труб на рухомій оправці. Раціональне використання переваг цього процесу перед іншими процесами волочіння дозволяє в значній мірі розширити зону його застосування за рахунок інтенсифікації деформаційно-швидкісних параметрів. За один прохід волочіння досягаються значні деформації переважно по стінці труби. Завдяки сприятливим умовам тертя між трубою і оправкою на трубу діє мінімальна осьова розтягуюча сила. Крім того, досягається мінімальна кривизна виготовлюваних труб, що сприяє скороченню цикличності та підвищенню продуктивності за рахунок механізації наступних операцій з обробки труб. І, нарешті, можливість деформування заготовок незначної довжини із змінними геометричними параметрами по довжині дозволяє переробляти в труби нетрадиційні заготовки - гільзи артилерійських пострілів.

При переробці нетрадиційної трубної заготовки зі змінною товщиною стінки по довжині у переробну трубну заготовку уніфікованих розмірів уперше застосовано процес волочіння на рухомій оправці в нестаціонарному режимі. Подальші дослідження спрямовані на оптимізацію параметрів цього процесу.

Розширення деформаційних можливостей процесу волочіння труб на закріпленій оправці. Фактором, що обмежує процес волочіння труб на закріпленій оправці, є несприятливі умови тертя в осередку деформації системи “оправка - труба” і “труба - волока”, що вимагає застосування високоефективних технологічних мастил і надійного кріплення оправки, спеціальної підготовки вихідної трубної заготовки. Кріплення оправки на ділянці “оправка - стержень” при волочінні труб з малим внутрішнім діаметром, і в першу чергу товстостінних, найчастіше призводить до обриву цієї ланки.

Удосконалення технологічного інструменту для реалізації цього процесу спрямоване на зміцнення ділянки “оправка - стержень” і пошук для виготовлення оправки і волоки сучасних матеріалів, які мають високу твердість, зносостійкість, технологічність при шліфуванні і поліруванні для забезпечення мінімальної шорсткості поверхні, наприклад натуральних або синтетичних алмазів.

Подальший розвиток процесу волочіння на закріпленій оправці спрямований на розробку нових технологічних способів, створених на базі вивчення умов тертя між трубою й оправкою при волочінні з використанням рідких мастил (патент України 21973), застосування нового типу оправок: оправки-стержня та збірної оправки з алмазною складовою (а.с. 1811931, СРСР), оптимізацію деформаційно-швидкісних режимів волочіння.

4. Експериментальні дослідження процесів виготовлення прецизійних труб

Дослідження процесу волочіння труб на рухомій оправці. У результаті проведених експериментів досягнуто підвищення низки техніко-економічних показників процесу волочіння на рухомій оправці при виготовленні прецизійних труб широкого сортаменту, і зокрема латунних труб із нетрадиційної трубної заготовки та інших матеріалів зовнішнім діаметром від 60 до 3,0 мм, товщиною стінки від 2 до 0,03 мм. В умовах ДЗ ДТІ уперше при однопрохідному волочінні на рухомій оправці труб із міді М1 досягнуто значення разового ступеня відносної деформації (маршрут: 25 х 2,5 > 20 х 0,5 мм; м = 5,77; е = 82,7%), що відповідає трикратному довгооправковому волочінню, освоєному в умовах ВАТ “РевОКМ”. Уперше в умовах ДЗ ДТІ при виготовленні переробної заготовки уніфікованих розмірів підтверджено можливість заміни малопродуктивної холодної прокатки труб на станах ХПТР волочінням на рухомій оправці. Це реалізовано, зокрема, при виготовленні труб розмірами 2...9 х 0,25 мм для телескопічних виробів із латуні Л63 (режими: м = 3,25; е = 69,2%); для виробництва труб розміром 2,5 х 0,4 мм із сплаву 29НК (режими: м = 2,59; е = 61,4 %); при виробництві труб розмірами 6...0,8 х 0,6...0,15 мм із сплаву 36НХТЮ (режими: м = 3,2; е = 68,9 %).

При проведенні експериментів робилися тензометричні заміри зусиль від тиску металу на волоку та оправку.

Удосконалення та дослідження процесів волочіння на закріпленій оправці. В умовах ДЗ ДТІ проведено комплекс експериментальних досліджень з метою вивчення закономірності зміни шорсткості (R_а) готових труб залежно від впливу ступеня відносної деформації, швидкості волочіння, шорсткості (R_а) робочих поверхонь волоки та оправки, коефіцієнта тертя на оправці та волоці. Волочіння труб зі сталі 20 проводили за маршрутом: 42 х 2,6 > 33 х 2,0 мм (е=39,4%). При цьому шорсткість (R_а) поверхні твердосплавної оправки не перевищувала 0,16 мкм. Швидкість волочіння варіювали дискретно зі значеннями: 0,08; 0,33 і 0,66 м/с. Використовували розроблені в ДТІ нереакційноздатні (ТС-А і ТС-О) і реакційноздатні (ТС-М) рідкі технологічні мастила.

З отриманої залежності R_авн від е_s і технологічного мастила, яке застосовувалося, видно, що в результаті волочіння з е_s= 17-20% вихідна шорсткість (1,4-1,8 мкм) зменшилася до 0,50-0,55 мкм. При збільшенні е_s до 29-33% шорсткість зменшилася до 0,12-0,20 мкм. Для всіх трьох мастил залежності R_авн=ц (е_s) мають мінімум при е_s=25-29%. При подальшому збільшенні е_s шорсткість трохи зростає.

Для визначення впливу вихідної шорсткості R_ао вперше запропоновано коефіцієнт зменшення шорсткості Ш_а=R_ао/R_а1, де R_ао і R_а1 - показники шорсткості до і після волочіння. Залежності Ш_а=R_ао/R_а1 (е_s) для різних мастил показані на рис.3,б. Аналіз показав, що зазначені залежності при е_s=25-27% мають максимум, найбільш яскраво виражений при використанні мастила ТС-М.

Також установлено, що ступінь зменшення шорсткості внутрішньої поверхні труб (R_а) залежить в основному від дії сил контактного тертя (ф) і коефіцієнта тертя (ѓ) між трубою й оправкою. У результаті дії цих факторів інтенсивно зменшується шорсткість поверхні труби.

Залежності Ш_а від е_s і швидкості волочіння, що мають максимуми при е_s=18-21%. При збільшенні швидкості волочіння інтервал ступенів деформації, що відповідають максимальному зменшенню шорсткості, зміщується в бік менших значень. Це пояснюється більш інтенсивним підвищенням температури на контактних поверхнях при зростанні швидкості деформації в результаті збільшення величин сил тертя і роботи деформації в одиницю часу (підвищення температури на цих поверхнях призводить до погіршення умов роботи мастила). Так, при е_s = 20% і швидкості волочіння 0,66 м/c спостерігалися високочастотні коливання (тремтіння) стержня і труби, а при е_s= 25% вони з'являлися вже при швидкості 0,33 м/c.

Експериментально установлено, що для розроблених мастил найбільш ефективною є швидкість волочіння до 0,5 м/c.

Максимальне зменшення шорсткості досягається при деформації по товщині стінки в межах 20-27%, однак розроблені мастила досить ефективні і при менших величинах деформації.

Дослідження процесу волочіння труб на закріпленій оправці-стержні. Серйозним технічним завданням є виготовлення прецизійних труб з малим внутрішнім каналом (менше 8 мм) і з поліпшеною якістю внутрішньої поверхні (R_a не більше 0,63 мкм). Для вирішення цієї проблеми запропоновано оправку нової конструкції (а.с. 1811931, СРСР), яку випробували при виготовленні труб із внутрішнім діаметром 6 і 2,2 мм і товщиною стінки відповідно 1,9 і 0,4 мм у виробничих умовах ДЗ ДТІ. Як заготовку використовували труби розмірами відповідно 4,3 х 2,1 і 3,4 х 0,65 мм із сплаву 36НХТЮ5М. Величина шорсткості (R_a) внутрішньої поверхні трубної заготовки складала відповідно 1,2 та 0,735 мкм. Ступінь відносної деформації за прохід становив близько 41%. Величина шорсткості (R_a) внутрішньої поверхні готових труб не перевищувала відповідно 0,21 і 0,18мкм.

Волочіння труб на оправці з алмазною складовою проводили при виготовленні прецизійних труб із багатокомпонентних корозієстійких сплавів за маршрутом: 15 х 0,5 > 14 х 0,34 мм (м = 1,33; е = 24,8 %) в умовах ДЗ ДТІ. При цьому використовували оправки з алмазною складовою з розміром робочої частини (ділянка L₂) рівним 13,19 мм. Швидкість волочіння становила 0,16 м/с. Використовували технологічне мастило ВНІТОЛ (ТІ3ТР4-220-80, доп.1). Аналогічні досліди були проведені при виготовленні труб у діапазоні розмірів 5...7 х 0,1...0,4 мм. Показники шорсткості (R_a) зовнішньої і внутрішньої поверхонь рівні відповідно 0,26 і 0,048 мкм.

Дослідження комбінованого способу переробки НТЗ у труби. Відомі способи переробки гільз у труби, пов'язані з підвищеною витратою металу (металургійний переплав, холодна прокатка корпусної частини гільзи), у значній мірі програють запропонованому способу холодного деформування гільз волочінням у три етапи з використанням таких процесів:

1 етап - проштовхування і безоправкове волочіння (редукування) на довгій підтримуючій оправці;

2 етап - власне довгооправкове волочіння трубної заготовки із змінною товщиною стінки;

3 етап - безоправкове волочіння циліндричної трубної заготовки.

Розроблена технологічна схема виготовлення труб (патент України 18947) реалізована в умовах ДТІ.

При його здійсненні строго витримувались параметри технології. Після кожного проходу волочіння змінювали волоку й оправку у бік зменшення їхнього діаметра, витримуючи при цьому необхідний ступінь деформації. Операцію волочіння виконували на спеціалізованому волочильному стані із зусиллям 1000 кН. У процесі волочіння донна частина НТЗ поступово формозмінювалася і овалізувалася, переходячи в стінку труби. Після першого етапу переробки отримали трубну заготовку з постійним зовнішнім діаметром по її довжині і змінною товщиною стінки (з внутрішнім конусом).

На другому етапі виконувалося власне волочіння трубної заготовки із вихідною змінною товщиною стінки на рухомій оправці для одержання циліндричної традиційної трубної заготовки з постійними по довжині зовнішнім і внутрішнім діаметрами і постійною товщиною стінки.

На третьому етапі переробки виконувалося стаціонарне безоправкове волочіння циліндричної трубної заготовки з одержанням уніфікованої стандартної трубної заготовки, яка направлялася на подальшу переробку.

Після третього етапу із загальною витяжкою і сумарним ступенем деформації, рівними відповідно = 3,318 і = 69,8%, переробні труби піддавалися відпалюванню в прохідній печі із захисною атмосферою. Витратний коефіцієнт металу склав 1,09.

Експериментальне дослідження зміни товщини стінки при волочінні труб без оправки. Експерименти проводилися при волочінні труб зі сталі 20, міді М1 і алюмінієвого сплаву АД1 із застосуванням волок (б=12⁰). Сортамент труб, який визначався відношенням товщини стінки до діаметру (S/D), знаходився в діапазоні 1/5...1/35. Волочіння здійснювалося зі ступенем відносної деформації (е) від 4 до 35%.

Експериментально визначалося відношення S_заг/D_заг при волочінні труб із сталі 20 і міді М1 з величиною S_заг/D_заг від 1/40 до 1/4 при ступені відносної деформації (е) від 10 до 35%. При проведенні експериментів використовувалися рідкі мастила. Волочіння здійснювалося на лінійному ланцюговому волочильному стані зусиллям 80 кН.

Аналіз результатів досліджень показав хорошу збіжність розрахункових та експериментальних величин ДS для труб з відношенням S/D 1/35...1/5 із ступенями деформацій е<25%. У цьому діапазоні параметрів S/D і е відмінність результатів проведених розрахунків за формулою (1) від експериментальних даних не перевищує +10%. Так, при волочінні труб з міді за маршрутом 8,5 х 1,10 > 6,0 мм через одну волоку (б=12⁰) товщина стінки становила 1,17 мм, через дві волоки (маршрут: 8,5 х 1,10 > 7,0 > 6,0 мм ) - 1,13 мм, через три волоки (маршрут: 8,5 > 7,5 > 7,0 > 6,0 мм) - 1,07 мм (показана можливість потоншення стінки при застосуванні трьох волок).

Випробування нових рідких технологічних мастил. Розроблено декілька композицій мастил, проведено їх випробування на лабораторній волочильній установці в умовах ДТІ. Це дозволило вибрати оптимальну мастильну композицію ТС-МЛ (патент України 21973) для проведення промислових випробувань при волочінні мідних труб в умовах ДЗ ДТІ.

Промислові випробування мастила ТС-МЛ проведені під час бухтового волочіння мідних труб на волочильному барабанному стані типу ВТБ-1500 (ВАТ “АЗОКМ”). Процес волочіння проходив стабільно, шорсткість зовнішньої поверхні труб (R_a) не перевищувала 0,20 мкм. Випробування 7-відсоткової емульсії на основі ТС-МЛ проведені при волочінні прецизійних латунних труб для телескопічних багатоланкових виробів (антен) на Д3 ДТІ із використанням зварної і безшовної трубних заготовок.

Вартість вітчизняного мастила ТС-МЛ у два рази нижча, ніж вартість імпортної рицинової олії. На склад мастила ТС-МЛ оформлено токсикологічний паспорт, розроблено й оформлено технічні умови його виготовлення (ТУ 385901383-93).

Дослідження якості переробної трубної заготовки, прецизійних труб широкого сортаменту і технологічного інструменту. Виконано комплекс експериментальних досліджень якості переробної трубної заготовки, прецизійних труб широкого сортаменту з чорних і кольорових металів, а також технологічного інструменту із застосуванням сучасних методів, приладів та апаратури.

Проводилася порівняльна оцінка параметрів вихідної заготовки і труб, одержаних за різними технологіями, та технологічного інструменту (параметри відхилень від круглої форми зовнішньої і внутрішньої поверхонь, коливання товщини стінки і зовнішнього діаметра по довжині і периметру, фактичні геометричні розміри і шорсткість поверхонь по довжині і периметру) з використанням вимірювально-обчислювального комплексу ДТІ, а саме: приладу “Таліронд-3” (фірма Taylor-Hobson, Великобританія), кругломіра моделі 290 заводу “Калібр”, профілографа-профілометра “Талісерф 5-120” із процесором “Талісерф-5М” (із збільшенням до х1000), універсального вимірювального мікроскопа УІМ-23 (із збільшенням до х500) та установки комплексного контролю РПА фірми “Нукем” (ФРН), обладнаної вітчизняною мікропроцесорною технікою.

Отримані результати використовувалися для вибору оптимальних технологій, коригування параметрів вибраної технології, визначення вимог до вихідної заготовки і технологічного інструменту, порівняльної оцінки одержаної якості продукції і необхідних експлуатаційних характеристик.

5. Розробка наскрізних технологій виробництва прецизійних труб

Розроблено основні положення створення наскрізних технологій, які базуються на специфічних особливостях виробництва прецизійних труб із широкого спектра сталей і сплавів.

Загальними підходами при цьому варто вважати: одержання якісного вихідного металу і заготовки, виготовлення уніфікованих розмірів переробної трубної заготовки з урахуванням запропонованих критеріїв, виробництво готових труб потрібної якості і, нарешті, забезпечення необхідних експлуатаційних характеристик.

У першу чергу повинні ураховуватися такі положення: необхідно надійно захистити метал від інтенсивного окислення при високотемпературному нагріванні, потрібне регламентоване у вузькому температурному інтервалі (до 50⁰C) інтенсивне пророблення литого металу для одержання однорідної рівновісної структури; холодна деформація (прокатка, волочіння) повинна здійснюватися з регламентованими деформаційно-швидкісними режимами з переважними обтисненнями по товщині стінки і чергуванням оправкової і безоправкової деформацій з метою максимального використання ресурсу пластичності металу.

Також розглянуто пріоритетний напрям підвищення ефективності реконструйованих і новостворюваних цехів з виробництва холоднодеформованих труб за рахунок оснащення їх поточними лініями, що є окремими модулями (блоками) у єдиній наскрізній технології та основою створення міні-заводів чи міні-виробництв.

Відзначено, що заготовкою для виготовлення холоднодеформованних труб в умовах міні-виробництв, оснащених поточними лініями, можуть бути гарячекатані, пресовані, зварні й литі труби, а також нетрадиційна трубна заготовка.

6. Експериментальні дослідження наскрізних технологій виготовлення прецизійних труб

Представлено результати поелементної (поблочної) апробації нових наскрізних технологій виробництва прецизійних труб широкого сортаменту із різних сталей і сплавів.

Мета проведених експериментів: перевірка й уточнення параметрів наскрізних технологій, визначення вимог до переробної (безперервнолитої, зварної та ін.) трубної заготовки, розрахунок уніфікованих розмірів заготовки та визначення оптимальних параметрів технології для конкретного матеріалу і сортаменту труб.

Для виготовлення труб підвищеної міцності із сплаву 36НХТЮ запропоновано технологічну схему, що передбачає холодну деформацію (прокатка, волочіння) із ступенем відносної деформації у межах е=40-60% за цикл до готового розміру труби з наступним виправленням “чистим” вигином у холодному стані. За запропонованою схемою виготовлено 31 типорозмір труб у діапазоні розмірів 6...0,8 х 0,6...0,15 мм загальною кількістю 3301,5 м, які за всіма параметрами відповідали вимогам споживача.

Виготовляти моно- і двошарові труби для трубопроводів високого тиску запропоновано за аналогічною технологічною схемою, за винятком того, що для виробництва двошарових (три і більше шарів) труб готували окремо дві труби-оболонки для наступного їх зчленування і виконання фінішного калібрувального безоправкового волочіння до готового розміру, наприклад 3,8 х 1,7 мм.

Отримано за новою технологією також довгомірні (довжиною більше 75 м) труби розміром 3 х 1,0 мм у бунтах із сталі 12Х18Н10Т у кількості 4377 м.

Із безперервнолитої трубної заготовки уніфікованого розміру 57 х 12 мм, отриманої під час переплавки металу ОПК (сплав ЛК 75-0,5), за наскрізною технологічною схемою “холодна прокатка на станах ХПТ, ХПТПВ, ХПТР - волочіння на рухомій оправці і без оправки - проміжні відпалювання” виготовлено промислову партію труб широкого сортаменту. При цьому уперше встановлено, що ступінь відносної деформації (е) при холодній періодичній прокатці труб перед термообробкою повинен становити до 60% для вихідного стану литого металу і до е=82% після здрібнення зерна металу в результаті проведеного циклу холодної деформації і термічної обробки.

Розроблено технологію, яка пройшла експериментальну перевірку під час виготовлення труб з використанням зварної переробної трубної заготовки розмірами 12...3 х 1,0...0,25 мм, отриманої методами зварювання: аргоно-дугового (мідь М1, латунь Л63; корозієстійкі сталі 12Х18Н10Т, Х18Н10Т), мікроплазмового (сталь 12Х18Н10Т), лазерного (сталь 12Х18Н10), струмом високої частоти (сплав АД1). Проведено металографічні дослідження (макро- і мікроструктури) зони зварювання і основного металу при холодній деформації (прокатка, волочіння). Установлено, що застосування зварної заготовки при виготовленні капілярних труб розміром 1,5 х 0,3 мм дозволяє скоротити витратний коефіцієнт металу з 5,5 до 2,1; знизити при цьому трудомісткість і циклічність у 5-8 разів.

Розроблено та експериментально перевірено технологію виготовлення труб із сплавів на основі тугоплавких металів (Nb, Ta, V) з використанням трубної заготовки уніфікованих розмірів, отриманої за традиційною технологією “злиток або пруток - гаряче пресування - механічна обробка - холодна деформація прокаткою, роликовою чи кульковою розкаткою, волочінням - проміжні вакуумні відпалювання”. За цією технологією виготовлено партії труб розмірами 20...1,3х1,5...0,03 мм загальним обсягом більше 2500 м.

Експериментально досліджувався також процес виготовлення труб зі сплавів Nb, Ta, V за альтернативними технологіями за схемою “злиток (пруток) - холодне гідропресування чи глибока витяжка - холодна деформація (прокатка, волочіння і далі за традиційною схемою”. Аналіз результатів експериментальних досліджень розроблених технологічних процесів показав, що при їх реалізації спостерігається значне зниження витратного коефіцієнта металу.

7. Реалізація нових технологій при виробництві холоднодеформованих прецизійних труб

Нова концепція міні-заводу з виробництва прецизійних труб. Являючись важливими для пріоритетних галузей промислового комплексу, прецизійні труби виготовляються та споживаються в порівнянно незначних обсягах.

Крім того, їх виготовлення в широкому діапазоні розмірів та із широкого спектру матеріалів потребує застосування гнучкої технологічної схеми, що дасть змогу оперативно перелаштовуватися із одного типорозміру на інший.

З найбільшою ефективністю ці вимоги можуть бути реалізовані шляхом створення міні-заводів або міні-виробництв. В Україні відсутні сучасні міні-заводи з виробництва труб. В зв'язку з цим запропоновано нову концепцію міні-заводу, в тому числі з переробки металу оборонно-промислового комплексу (ОПК) в переробні трубні заготовки уніфікованих розмірів. Такі міні-заводи повинні бути оснащені наскрізними ресурсозберігаючими технологіями і міні-виробництвами фінішного типу для виготовлення прецизійних труб зовнішнім діаметром менше 40 мм із якісних сталей, кольорових металів і сплавів на їх основі.

В роботі, зокрема показано, що практичні дії в напрямку упровадження розробок необхідно реалізовувати в трьох часових періодах: короткотерміновий (1,5-2 роки); середньотерміновий (2-5 років); довготерміновий (5-15 і більше років).

У загальнодержавному масштабі до короткотермінових заходів належить віднести: вирішення питання раціонального використання кольорових металів оборонно-промислового комплексу для національних потреб з наступною їх переробкою в напівфабрикати для виготовлення прецизійних труб для насичення внутрішнього ринку; організація сертифікації сплавів і труб із цих кольорових металів.

До середньотермінових проблем відносяться: створення потужностей з виробництва дефіцитних прецизійних труб з кольорових металів і сплавів на їх основі (мідь, латунь, тугоплавкі і дорогоцінні метали, бронзи, алюмінієві сплави). Ці заходи доцільно проводити з максимальним використанням діючих потужностей, при необхідності їх модернізацією і технічним переозброєнням, а також розробкою власних і придбанням прогресивних імпортних технологій та устаткування.

До довготермінових проблем можна віднести: проведення робіт з геолого-технічної і техніко-економічної оцінки і подальшого створення нових галузей промисловості з використанням сировинних ресурсів України для їх наступної переробки в труби на сучасних вітчизняних міні-заводах.

Доцільно розвивати виробництво нових наукоємних видів прецизійних труб із якісних сталей, тугоплавких металів та сплавів; в умовах створюваних на базі ДЗ ДТІ і ВАТ “АЗОКМ” міні-виробництв організувати виготовлення тонкостінних та капілярних труб із міді і латуні з урахуванням раціонального використання кольорового металу оборонно-промислового комплексу.

В умовах створюваного Державного підприємства “Нікопольський завод особливо тонкостінних труб” (ДП “НЗОТ”) доцільно організувати сучасні міні-заводи з переробки кольорового металу ОПК в продукцію цивільного застосування та виробництва прецизійних труб широкого сортаменту із чорних та кольорових металів і сплавів на їх основі, що відповідають вимогам світових стандартів.

Для практичної реалізації сформульованої концепції розроблено та реалізовано рекомендації щодо технології, складу обладнання, технологічних мастил і технологічного інструменту при підготовці технологічних завдань на проектування двох спеціалізованих промислових дільниць (міні-виробництв) з виготовлення тонкостінних і капілярних труб із міді та латуні.

Створення двох спеціалізованих дільниць (міні-виробництв) з виготовлення тонкостінних і капілярних труб з міді та латуні в умовах ДЗ ДТІ і ВАТ “АЗОКМ” з урахуванням раціонального використання кольорового металу ОПК шляхом переробки його в переробну трубну заготовку уніфікованих розмірів дозволить досягнути обсягів виробництва до 800 тонн, або близько 15 млн. метрів на рік, і забезпечити потреби України в цих трубах.

Фактичний підтверджений народногосподарський економічний ефект (за цінами до 1991 року) від упровадження заходів склав 6244000 карбованців. Частка здобувача складає 1 118 900 карбованців.

Висновки

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-технічної проблеми, що виявляється в розробці: науково обґрунтованих наскрізних ресурсозберігаючих технологій промислового виробництва холоднодеформованих прецизійних труб із чорних та кольорових металів із застосуванням процесів волочіння та використанням зварної, безшовної і нетрадиційної (гільзи артилерійських пострілів) трубної заготовки.

1. З аналізу літературних джерел витікає, що сучасний стан теорії і технології виробництва холоднодеформованих прецизійних труб із чорних та кольорових металів не задовольняє попит трубної промисловості через недостатнє забезпечення необхідних якісних показників. Це обмежує розвиток пріоритетних галузей промисловості і робить розглянуту в роботі проблему актуальною.

2. Вперше розроблено теоретичні положення нестаціонарного процесу волочіння нетрадиційної трубної заготовки із змінними по довжині зовнішнім та внутрішнім діаметрами, а також товщиною стінки. Результати аналітичних досліджень реалізовано у вигляді математичної моделі цього процесу.

Виконано аналіз нестаціонарного процесу волочіння НТЗ з використанням енергетичного балансу підведених та затрачуваних потужностей чисельними методами рішення. Встановлено вплив низки факторів (коефіцієнта витяжки, показника сил тертя на оправці, кута конусності волоки, співвідношення довжини зони редукування та зони обтиснення стінки, відношення діаметра до товщини стінки) на величину напруження волочіння.

Порівняння одержаних даних із результатами виконаних експериментальних досліджень показало їх достатню збіжність.

3. Вперше виявлено закономірності зміни шорсткості внутрішньої поверхні труб при волочінні на оправці з урахуванням впливу характеристик поверхонь заготовки та інструменту, технологічних мастил і деформаційно-швидкісних параметрів, визначено вимоги до шорсткості поверхні вихідної трубної заготовки.

Установлено, що ступінь зменшення шорсткості внутрішньої поверхні труб залежить, в основному, від дії сил контактного тертя і коефіцієнта тертя між трубою та оправкою. Також установлено, що при збільшенні швидкості волочіння, яка визначається термостійкістю технологічних мастил, інтервал значень ступенів відносної деформації, що відповідають максимальному зменшенню шорсткості, зміщується в бік менших значень. При цьому встановлено, що максимальне зменшення шорсткості досягається при деформації по товщині стінки в межах 20-27%.

4. Вперше розроблено метод проектування маршрутів виготовлення прецизійних труб за наскрізними технологіями.

Запропонований підхід передбачає поетапне проектування технологічного процесу: формулювання технічних вимог до готової продукції в рамках окремих блоків по всьому технологічному ланцюгу; визначення уніфікованих розмірів переробної трубної заготовки; розроблення режимів кожної операції в рамках окремих блоків з урахуванням раціонального використання наявного технологічного обладнання.

Достовірність одержаних результатів підтверджено промисловими експериментальними дослідженнями.

5. Вперше експериментально визначено величини критеріїв - критичного ступеня відносної холодної деформації до термообробки - для розрахунку уніфікованих розмірів трубної заготовки різного типу, у тому числі катаної, безперервнолитої, зварної при виробництві прецизійних труб, які забезпечують отримання необхідних експлуатаційних характеристик готової продукції.

При використанні безперервнолитої трубної заготовки критичний ступінь відносної холодної деформації литого металу до термообробки (для сплаву системи Cu-Zn-Si) становить близько 60%, для деформації між термообробками - до 82%). При використанні зварної трубної заготовки відповідний критичний ступінь відносної холодної деформації металу зварного шва до термообробки досягає 25-30%.

6. Вперше отримано аналітичний вираз для визначення зміни товщини стінки при вільному зменшенні діаметра в процесі волочіння труб через одну, дві і більше волок.

Показано, що при волочінні через дві волоки в останній може спостерігатися потоншення стінки навіть при волочінні тонкостінних труб. Визначено критичні значення деформацій. Показано, що збільшення ефекту потоншення стінки також досягається при зменшенні кута волоки і збільшенні довжини калібруючого пояска, що підтверджено промисловими експериментальними дослідженнями.

Установлено, що із збільшенням параметра S/D заготовки інтенсивність зміни параметра ДS/S заготовки при вільному зменшенні діаметра знижується за прямолінійною залежністю. При цьому слід зазначити, що при досягненні параметра S/D заготовки критичної величини 0,19-0,21 потоншення стінки при волочінні з ростом обтиснення також підпорядковується залежності, близькій до прямолінійної.

Відмінність отриманих розрахункових та експериментальних даних не перевищує +10%.

7. Установлено, що з підвищенням показників сил контактного тертя на оправці при довгооправковому волочінні можна значною мірою збільшити коефіцієнт витяжки за прохід без помітного збільшення напруження волочіння.

Зниження напруження волочіння спостерігається також при збільшенні параметра S/D. Запропоновано для волочіння труб з тонкими стінками використовувати волоку з кутом 7…10⁰ і довжиною калібруючого паска 1...2 мм.

Теоретичні висновки підтверджено промисловими експериментальними дослідженнями.

8. Отримали подальший розвиток наукові основи для аналізу та визначення оптимальних параметрів технологічних процесів виготовлення прецизійних труб із чорних та кольорових металів із застосуванням нових способів волочіння без оправки, на рухомій та закріпленій оправках з використанням різного типу трубної заготовки.

При цьому враховано вплив: механічних властивостей металу труби та оправки, характеристики технологічних мастил, швидкості волочіння, геометричні розміри та шорсткість поверхні вихідної трубної заготовки і технологічного інструменту, а також найбільших деформацій.

9. Отримано нові експериментальні дані щодо параметрів холодної деформації при виготовленні прецизійних труб з кольорових металів (Nb, Ta, V, Cu-Zn-Si) за наскрізними технологіями; визначено умови максимальної ефективності процесу термопластичного деформування труб.

На основі експериментальних досліджень вперше встановлено параметри холодної деформації при виготовленні труб з ніобієвого сплаву системи Nb-Zr і танталу високої чистоти (разовий ступінь відносної деформації в межах 30-40%, сумарний ступінь відносної деформації між термообробками 80-85%; при волочінні: без оправки - разовий ступінь відносної деформації до 25%, на рухомій оправці - разовий ступінь відносної деформації до 40%); ванадієвих сплавів системи V-Zr-C (при застосуванні пільгерної прокатки сумарний ступінь відносної деформації між термообробками до 90%) та системи V-Zr-C-Nb (ступінь відносної деформації в холодному стані за прохід до 35%, сумарний ступінь відносної деформації між термообробками 80-85%); латуні системи Cu-Zn-Si (сумарний ступінь відносної деформації литого металу в холодному стані до термообробки до 60%, сумарний ступінь відносної деформації між термообробками до 82%).

Визначено умови ефективного застосування процесу термопластичного деформування в частині розширення спектра матеріалів труб (тугоплавкі метали - цирконій, ніобій, тантал, молібден, вольфрам та ін.; сталі аустенітного класу; ніхром) і розширення їх сортаменту (труби товстостінні, особливо товстостінні і труби з поздовжніми внутрішніми ребрами різної конфігурації).

Одержані результати підтвердили правильність наукових висновків та розроблених в роботі положень.

10. Розроблено та випробувано у промислових умовах новий спосіб виготовлення прецизійних труб (патент України 18947) з використанням нетрадиційної трубної заготовки.

Цей спосіб, який базується на процесах волочіння на рухомій оправці та без оправки, є основою нової наскрізної ресурсозберігаючої технології виробництва прецизійних труб. Запропоновано розподіл ступенів відносної деформації при волочінні: без оправки - не більше 35%, на рухомій оправці - до 70%. Ця технологія дозволяє зменшити витрати дефіцитного кольорового металу у порівнянні з відомими способами: безперервного лиття трубної заготовки - на 21% та холодної прокатки корпусної частини гільзи - на 57%.

11. Розроблено нові конструкції закріплених оправок (а.с. 1811931, СРСР) для волочіння труб.

Запропоновано нові конструкції закріплених оправок (оправка-стержень та збірна оправка з алмазною складовою), які дозволяють розширити зону застосування цього процесу при виготовленні нових видів прецизійних труб (у тому числі труб з внутрішнім діаметром менше 8 мм) з поліпшеними якісними характеристиками внутрішньої поверхні (R_a < 0,63 мкм).

12. Експериментально встановлено, що при регламентованому чергуванні оправкової і безоправкової деформації труб із аустенітних сталей (типу Х18Н10Т) оптимальна величина сумарної відносної деформації до термообробки підвищується до 60-70%, при цьому оптимальне співвідношення ступенів відносних деформацій по товщині стінки (при деформації на оправці) і по діаметру (при безоправковому волочінні) наближається до 1.

13. Для волочіння труб з міді і латуні розроблено новий склад рідкого технологічного мастила на основі продукту конденсації триетиленгліколю (з олеїновою та адипіновою кислотами в каталітичній присутності сірки та трибутилфосфату з доданням статичного співполімеру окису етилену, окису пропілену, неіоногенної поверхнево-активної речовини та беназолу П), який захищено патентом України №21973.

Результати випробувань нового технологічного мастила в умовах ДЗ ДТІ й ВАТ “АЗОКМ” при волочінні труб із міді та латуні на самоустановній, рухомій та закріпленій оправках, а також без оправки, підтвердили високу його ефективність, застосування якого дозволить замінити дефіцитні імпортні мастила (зокрема рицинову олію). На склад мастила ТС-МЛ оформлено токсикологічний паспорт, розроблено й оформлено технічні умови його використання ТУ 385901383-93 (довідка Мінпромполітики України від 25 червня 2002 р. про використання результатів дисертаційної роботи).

14. Достовірність результатів аналітичних досліджень, виконаних у роботі, підтверджено широкомасштабними експериментами в лабораторних та промислових умовах. Це дозволяє зробити висновок про правильність наукових досліджень та розроблених наукових прикладних положень.

15. Розроблено наукові основи виробництва прецизійних труб з чорних і кольорових металів за наскрізними технологіями.

Вперше доведено доцільність створення в Україні виробництв прецизійних труб спеціального призначення за принципом наскрізної технології (від сировини до готової продукції) з блочною (модульною) структурою побудови всього технологічного процесу для досягнення високих якісних показників.

16. Фактично підтверджений народногосподарський економічний ефект (за цінами до 1991 року) від впровадження заходів склав 6 244 000 карбованців. Частка здобувача становить 1 118 900 карбованців.

17. Розроблено та реалізовано рекомендації щодо технології, складу обладнання, технологічних мастил і технологічного інструменту при підготовці технологічних завдань на проектування двох спеціалізованих промислових дільниць (міні-виробництв) з виготовлення тонкостінних і капілярних труб з міді та латуні.

Створення двох спеціалізованих промислових дільниць з виробництва тонкостінних і капілярних труб з міді і латуні в умовах ДЗ ДТІ та ВАТ “АЗОКМ” з урахуванням раціонального використання кольорового металу ОПК шляхом переробки його в переробну трубну заготовку уніфікованих розмірів дозволить досягти обсягів виробництва труб до 800 тонн, або близько 15 млн. метрів на рік, що практично задовольняє потреби України в цих трубах.

Основний зміст дисертації викладено в публікаціях

1. Cтасовский Ю.Н. Структура потребления полуфабрикатов из цветных металлов в Украине // Металл и литье Украины.- 2001.- № 1-2.- С. 3-5.

2. Cтасовский Ю.Н. Перспектива развития производства труб специального назначения в Украине // Металл и литье Украины.- 2001.- № 10-11.- С. 3-5.

3. Cтасовский Ю.Н. Анализ существующих технологий производства полуфабрикатов из цветных металлов // Металл и литье Украины.- 2002.- № 1-2.- С. 34-36.

4. Cтасовский Ю.Н. Перспективы развития производства полуфабрикатов из цветных металлов с использованием действующих и новых мощностей // Металл и литье Украины.- 2000.- № 9-10.- С. 39-45.

5. Cтасовский Ю.Н. Перспективные возможности Украины по обеспечению цветными металлами с использованием собственного сырья // Металл и литье Украины.- 2000.- № 11-12.- С. 3-5.

6. Стасовский Ю.Н. Новая концепция мини-завода по производству прецизионных труб // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2001.- №2.- С. 60-63.

7. Стасовский Ю.Н. Основы нового метода построения технологических маршрутов изготовления прецизионных труб по сквозным ресурсосберегающим технологиям // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2000.- № 3.- С. 50-54.

8. Cтасовский Ю.Н. О технологических особенностях производства прецизионных изделий из цветных металлов // Металл и литье Украины.- 1997.- № 8-9.- С. 38-42.

9. Стасовский Ю.Н. Основополагающие принципы сквозных ресурсосберегающих технологий переработки цветного металла военно-промышленного комплекса Украины в прецизионные трубы // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1999.- № 1.- С. 47-50.

10. Стасовский Ю.Н. Перспективные сквозные ресурсосберегающие технологии производства прецизионных труб из тугоплавких металлов // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2000.- №5.- С. 47-52.

11. Стасовский Ю.Н. Концепция современных научных и технологических аспектов организации производства полуфабрикатов из цветных металлов в Украине с комплексом качественных показателей, соответствующих мировому уровню с учетом прогрессивных тенденций мировой практики // Металл и литье Украины.- 1999.- № 1-2.- С. 6-9.

12. Стасовский Ю.Н. Анализ энергосиловых параметров процесса волочения труб на длинной подвижной оправке // Металл и литье Украины. - 1998. - № 5-6.- С. 29-34.

13. Стасовский Ю.Н. Определение максимальных контактных давлений на инструмент при длиннооправочном волочении труб // Металл и литье Украины.- 1998. - № 3-4. - С. 16-19.

14. Стасовский Ю.Н. Термопластическая деформация при волочении прецизионных труб на подвижной оправке // Сталь. - 1999. - № 7. - С. 53-55.

15. Стасовский Ю.Н. Совершенствование процесса волочения прецизионных труб на закрепленной оправке // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1999. - № 5. - С. 82-85.

16. Стасовский Ю.Н. Современный уровень технологии и оборудования производства товарных и передельных сварных труб из цветных металлов и перспектива развития их производства // Цветные металлы. - 2001. - №3. - С. 68-71.

17. Стасовский Ю.Н. Механика изменения шероховатости поверхности труб // Цветные металлы. - 2002. - №1. - С.113-117.

18. Стасовский Ю.Н., Таран В.М., Коржов Н.Н., Набока Н.А., Сухоруков А.В. и Васильева Т.Я. Перспективы рационального использования конверсионного цветного металла военно-промышленного комплекса Украины // Металл и литье Украины. - 1995. - № 9. - С. 2-5.

19. Стасовский Ю.Н., Данченко В.Н., Машкин Л.Ф. Особенности деформирования нетрадиционной трубной заготовки волочением // Металл и литье Украины. - 2002. - №3-4. - С. 54-58.

20. Стасовский Ю.Н., Васильева Т.Я., Медвинский М.Д. и Омельченко В.А. Новая технология производства прецизионных труб повышенной прочности из дисперсионно-твердеющих сплавов // Сталь. - 1991. - №9. - С.52-54.

21. Стасовский Ю.Н., Беликов Ю.М., Стасовский А.Ю. К вопросу управления изменением толщины стенки трубы при свободном уменьшении диаметра // Металл и литье Украины. - 1998. - №1-2. - С. 29-32.

22. Стасовский Ю.Н., Стасовская С.Ю. Сквозная технология производства прецизионных труб из цветных металлов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1999. - № 6. - С. 50-51.

23. Медвинский М.Д., Васильева Т.Я., Стасовский Ю.Н., Малыш А. Д. Выбор рационального способа повышения прочности готовых труб малых размеров из сплава 36НХТЮ // Сб. научн. трудов ВНИТИ "Производство труб повышенного качества". - М.: Металлургия. - 1990. - С.50-54.

24. Стасовский Ю.Н., Носарь В.Д., Турянчик И.Г., Кочирко Б.Ф. Новая эффективная смазка для холодного волочения изделий высокого качества из меди и латуни // Цветные металлы. - 2000. - №5. - С. 99 -101.

25. Стасовский Ю.Н. Состояние и перспективы развития процесса волочения труб на длинной подвижной оправке в Украине // Металл и литье Украины. - 2000. - № 7-8. - С. 54-38.

Додатково наукові результати дисертацїї відображено в працях:

26. Стасовский Ю.Н. Выбор критериев определения унифицированных размеров трубной заготовки для производства прецизионных труб // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - № 8-9. - С. 351-352.

27. Стасовский Ю.Н. Экономические аспекты потребления и производства прецизионных труб из цветных металлов в Украине // Экономика Украины. - 1999. - № 10. - С. 50-56.

28. Стасовский Ю.Н. Экономические основы организации и функционирования мини-заводов в металлургии // Экономика Украины. - 2001. - № 9. - С. 24-29.

29. Савин Г.А., Савченко О.Н., Фридман В.М., Стасовский Ю.Н., Аверин С.М., Корыстин Е.П. Производство холоднодеформированных труб в поточных линиях // Обзорная информация.-М.:ЦНИИИТЭИЧМ. - 1978. - 21 с.

30. Стасовский Ю.Н. Комплексный математический аппарат для управления технологическим процессом изготовления труб из черных и цветных металлов // Металл и литье Украины. - 2000. - № 3-4. - С.51-53.

31. Элиозишвили М.Я., Стасовский Ю.Н. Мини-завод по производству центробежнолитых труб широкого сортамента из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) // Металл. - 2001. - №3. - С.28-31.

32. Стасовский Ю.Н. Перспективы развития металлургических мини-заводов в Украине // Современное экономическое и социальное развитие стран СНГ на рубеже ХХІ века (проблемы и перспективы). - Санкт-Петербург. - 2001. - С. 68-71.

33. Стасовский Ю.Н. Экономические аспекты организации и функционирования мини-заводов в металлургии // Регион. - Санкт-Петербург. - 2001. - № 1. - С. 64-67.

34. Оправка для изготовления труб: А.с. 1811931 СССР, МКИ В21С 3/16, В21В 25/00 / Г.А.Сизоненко, Ю.Н.Стасовский, М.Д.Медвинский (СССР). - № 4912340/27; Заявлено 18.02.91; Опубл. 30.04.93, Бюл. № 16. - 2 с.

35. Пат. 18947 України (UA), МКИ В21С 1/22, 1/24 Спосiб виготовлення труб / Коржов М.М., Стасовський Ю.М. (Україна); Заявл.21.06.94; Опубл. 25.12.97; Бюл. № 6. - 8 с.

36. Пат. 21973А України (UA), С10М 169/00, С10М105/32. Мастило для холодної деформації виробів з міді та її сплавів / В.Д. Носар, І.Г. Турянчик, Ю.М. Стасовський, Б.Ф. Кочирко (Україна). Заявл. 10.03.95; Опубл. 30.04.98; Бюл. № 2. - 8 с.

Размещено на Allbest.ru

...