Розвиток методу розрахунку параметрів холодної пільгерної прокатки при заданому розподілі розвалки для одержання регламентованої поперечної різностінності труб

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

УДК 621.774.35.016.3

РОЗВИТОК МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ ХОЛОДНОЇ ПІЛЬГЕРНОЇ ПРОКАТКИ ПРИ ЗАДАНОМУ РОЗПОДІЛІ РОЗВАЛКИ КАЛІБРІВ ДЛЯ ОДЕРЖАННЯ РЕГЛАМЕНТОВАНОЇ ПОПЕРЕЧНОЇ РІЗНОСТІННОСТІ ТРУБ

Спеціальність 05.03.05

"Процеси та машини обробки тиском"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Пилипенко Станіслав Володимирович

Дніпропетровськ - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національній металургійній академії України Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Григоренко Володимир Устинович, Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ, професор кафедри обробки металів тиском.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор КУЗНЕЦОВ ЄВГЕНІЙ ДМИТРОВИЧ

Університет економіки та права „КРОК” МОН України, м. Київ

- кандидат технічних наук, кекух станіслав миколайович, доцент Державного інституту підготовки та перепідготовки кадрів промисловості.

Захист відбудеться " 30 "червня 2009 р. о 1230 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.084.02 Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4

Автореферат розісланий "14" травня 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради А.М. Должанський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Холодною пільгерною валковою прокаткою (процес ХПТ) виготовляється все більше труб з малою регламентованою поперечною різностінністю. Це повинно забезпечуватись адекватними розрахунками параметрів процесу деформування металу та відповідних калібровок інструмента.

У відомих підходах, які використовуються для розрахунку параметрів процесу ХПТ, по контрольних перерізах обтискної зони робочого конуса деформації спочатку задають необхідний характер розподілу обтисків стінки труби, визначають товщину стінки та її обтиски, а після розрахунку інших параметрів процесу, вже наприкінці алгоритму розрахунку, визначають величину розвалки калібру. А саме величина розвалки калібру та її розподіл по контрольних перерізах найбільш впливають на одержання регламентованої поперечної різностінності труб. Також у відомому підході розрахунку величина розвалки розраховується згідно з визначеною величиною подачі. Таким чином, в цьому випадку величина подачі не пов'язана з заданим режимом деформування. Тут можливе збільшення розвалки калібру в кінці обтискної зони робочого конуса деформації. А це, як показує практика прокатки труб на станах ХПТ, приводить до збільшення поперечної різностінності труб і невиконання регламентованих вимог та робить невизначеним рішення задачі.

Відома концепція методу, в якій запропоновано починати розрахунок з розподілу величини розвалки калібру (а не стінки труби) уздовж обтискної зони робочого конуса деформації. Але реалізація такої концепції має емпіричний характер, що звужує межі її застосування. Крім того, при розрахунках значень розвалки калібру не враховується необхідна величина різностінності та не виконується її розподіл уздовж конуса деформації за допомогою зручної для використання залежності. При цьому, найбільш бажаним являється розподіл величини розвалки по спадній кривій. Обтиснення труби в станах ХПТ відбувається в миттєвому осередку деформації (МОД), в якому спочатку відбувається процес редукування труби, а потім обтиснення стінки. Дана концепція не враховує поперечну формозміну труби в ньому. А саме ці фактори впливають на потрібну величину розвалки, яка, у свою чергу, впливає на можливість досягнення регламентованої поперечної різностінності труб, що приводить до збільшення браку труб.

Вищесказане свідчить, що робота, спрямована на розвиток методу розрахунку параметрів процесу ХПТ при заданому розподілі розвалки калібрів для одержання регламентованої поперечної різностінності труб, спрямована на розв'язання важливого наукового завдання і є актуальною.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Теоретичні та експериментальні етапи виконання дисертаційної роботи пов'язані з тематичними планами кафедри обробки металів тиском Національної металургійної академії України (НМетАУ). Дослідження виконано в рамках тематики держбюджетної науково-дослідної роботи ДР № 0106U002225. Автор був виконавцем зазначеної роботи.

Мета й задачі дослідження. Метою дослідження є розвиток методу розрахунку параметрів процесу ХПТ на базі визначення закономірності розподілу товщини стінки по довжині обтискної зони робочого конуса при заданій величині розвалки калібру з урахуванням формозміни труби у миттєвому осередку деформації.

Для досягнення мети поставлені такі задачі:

? виконати аналіз відомого методу розрахунку параметрів процесу ХПТ для розробки шляхів забезпечення регламентованої поперечної різностінності труб;

? визначити закономірність розподілу товщини стінки труби у функції від заданої розвалки калібру уздовж обтискної зони конуса деформації стана ХПТ з урахуванням формозміни труби у миттєвому осередку деформації;

? запропонувати вид зв'язку розподілу величини розвалки уздовж конуса деформації з необхідною величиною різностінності труб. На основі цього розвинути метод розрахунку параметрів процесу ХПТ з використанням попередньо визначеної закономірності розподілу товщини стінки труби в функції від заданої розвалки калібру;

? виконати комп'ютерну реалізацію математичного опису розвинутого методу розрахунку параметрів процесу ХПТ;

? виконати у виробничих умовах експериментальні дослідження поперечної різностінності труб при прокатці на інструменті з калібровкою, визначеною за допомогою розвинутого методу розрахунку параметрів процесу ХПТ, і зробити співставлення розрахункових і експериментальних даних;

? розробити систему автоматичного проектування інструмента станів ХПТ на базі розвинутого методу розрахунку параметрів процесу ХПТ;

? програмний продукт застосувати на виробництві і в навчальному процесі.

Об'єкт дослідження. Процес холодної пільгерної валкової прокатки труб.

Предмет дослідження. Закономірність розподілу товщини стінки від заданої величини розвалки калібру при урахуванні формозміни труби у МОД, а також закономірності зміни поперечної різностінності труб, прокатаних на стані ХПТ при заздалегідь заданому розподілі розвалки.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження, у тому числі математичний опис параметрів, що характеризують процес холодної пільгерної валкової прокатки труб, базуються на закономірностях теорії обробки металів тиском і теорії прокатки. Експериментальні дослідження проведені на діючому устаткуванні в умовах сучасного підприємства. Обробка експериментальних даних виконана із застосуванням методів математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна результатів теоретичних і експериментальних досліджень полягає у зазначеному нижче:

Вперше теоретично визначено закономірність, що описує розподілзначень товщини стінки в функції від заданої розвалки калібру по довжині зони обтиснення робочого конуса деформації стана ХПТ.

Відмінність полягає в тому, що значення товщини стінки уздовж зони обтиснення стінки робочого конуса визначаються в залежності від заздалегідь заданої розвалки калібрів із урахуванням формозміни труби у миттєвому осередку деформації.

Це дає можливість визначати такий режим деформування у процесі ХПТ який сприятиме одержанню труб з регламентованою поперечною різностінністю, а також дає змогу пов'язати величину подачі з режимом деформування.

Розвинуто, на основі запропонованої залежності по розподілу розвалки з використанням відповідної закономірності розподілу стінки, метод розрахунку деформаційних параметрів процесу холодної пільгерної валкової прокатки труб.

Відмінність полягає в тому, що в основу методу розрахунку покладено залежність розподілу величини розвалки від регламентованої різностінності труб по спадній кривій. Для визначення розподілу обтиснення стінки уздовж конуса деформації використовується попередньо визначена закономірність.

Це дає можливість розраховувати і проектувати параметри процесу холодної пільгерної валкової прокатки труб та, відповідно, мати такі режими деформування, які сприяли б досягненню підвищеної регламентованої точності труб щодо їх поперечної різностінності.

Вперше одержано експериментальні дані щодо впливу заданого розподілу величини розвалки і відповідного режиму деформування на одержану величину поперечної різностінності труб.

Ці дані було одержано і проаналізовано вперше.

Цe дозволило довести ефективність розвинутого методу щодо одержання регламентованої поперечної різностінності труб.

Практичне значення одержаних результатів. Виконані дослідження дозволяють:

1. За допомогою визначеної закономірності і розвинутого методу та створеної на цій основі комп`ютерної програми САПР "ХПТ- розвалка", здійснювати розробки калібровок інструмента холодної пільгерної валкової прокатки труб (акт від ЗАТ «Трубний завод ВСПО АВІСМА», від 06.02.2008 р.) .

2. За допомогою системи автоматизованого проектування викреслювати нормалі на інструмент станів ХПТ, параметри якого розраховані згідно з розвинутим методом.

3. Застосовувати результати роботи при проведенні навчального процесу на кафедрі «Обробка металів тиском» Національної металургійної академії України (акт від 12.12. 2008 р.).

Особистий внесок здобувача. Усі представлені результати досліджень базуються на теоретичних розробках та експериментальних дослідженнях, проведених автором. У дисертаційній роботі не використані ідеї співавторів.

Особистий внесок здобувача відображений в публікаціях у спеціалізованих фахових виданнях, що відповідають переліку ВАК України, і полягає у вказаному нижче: [1] - запропоновано шлях розвитку методу розрахунку параметрів процесу ХПТ на основі заданого розподілу розвалки калібру; [2] - визначено закономірність розподілу товщини стінки труби у функції від заданої розвалки калібру з урахуванням формозміни труби у миттєвому осередку деформації, розвинуто метод розрахунку параметрів процесу ХПТ і створено відповідну комп'ютерну реалізацію; [3,4] - виконано експериментальні дослідження поперечної різностінності труб при прокатці на інструменті, розрахованому із застосуванням розвинутого методу розрахунку параметрів процесу ХПТ при заданій розвалці калібру для випадку підвищеного та звичайного відношення обтиску по діаметру до обтиску по стінці; [5] - розроблено САПР інструмента станів холодної пільгерної валкової прокатки труб із застосуванням розвинутого методу розрахунку параметрів процесу ХПТ.

Апробація результатів роботи. Матеріали дисертаційної роботи представлені на: Міжнародній науково-технічній конференції "Физико-механические проблемы формирования структуры и свойств материалов методами обработки давлением" (м. Краматорськ, 24-27 квітня 2007р.); Міжнародній науково-технічній конференції, присвяченій 100-річчю з дня народження С.З. Юдовича «Машини і пластична деформація металів» (Запоріжжя, 20-23 листопада 2007 року); Міжнародній науково-технічній конференції "Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні" (м. Краматорськ, 22-25 квітня 2008р.); Міжнародній науково-технічній конференції «Пластична деформація металів. Теорія і технологія виробництва труб» (м. Нікополь, 14-16 травня 2008 р.) та на об'єднаному науковому семінарі кафедри обробки металів тиском НМетАУ і прокатних відділів ІЧМ НАНУ (Дніпропетровськ, 2007, 2008 р.)

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковано у 5 статтях у спеціалізованих фахових виданнях.

Структура дисертації. Робота складається зі вступу, пЧяти розділів, основних висновків, викладена на 128 сторінках, містить таблиць - 38, рисунків - 53, список використаних джерел з 81 найменування, додатків - 2.

труба прокатка валковий пільгерний

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі описані суть, стан і значущість наукової задачі, наведено обґрунтування актуальності роботи, викладений зв'язок із тематичними планами, науковими темами, визначені мета і задачі дослідження, об'єкт, предмет і методи досліджень, обґрунтовані наукова новизна, практичне значення одержаних результатів, особистий внесок здобувача та апробація одержаних результатів роботи.

АНАЛІЗ НАУКОВИХ РОБІТ З ВИЗНАЧЕННЯ І УРАХУВАННЯ РОЗВАЛКИ КАЛІБРІВ ПРИ ХОЛОДНІЙ ПІЛЬГЕРНІЙ ПРОКАТЦІ ТРУБ

Аналіз робіт з розрахунку розвалки калібрів по перерізах робочого конуса при холодній пільгерній прокатці труб. Наукові фахівці трубного виробництва звертали значну увагу на розвиток та удосконалення теорії та технології пільгерної прокатки труб. Свій значний внесок зробили такі провідні вчені, як П.Т. Ємельяненко, Я. Ю. Осада, П.І. Орро, Ю.Ф. Шевакін, П.К. Тєтєрін, В.І. Соколовський, В.П. Сокуренко, Г.Й. Хаустов, М.В. Попов, В.М. Данченко та інші.

На перших кроках розвитку теорії холодної пільгерної прокатки приймали, що у миттєвому осередку деформації поширення відсутнє.

Ю.Ф. Шевакін зробив детальний опис визначення розвалки і запропонував формулу для визначення розвалки калібрів, яка враховує основні параметри процесу холодної пільгерної прокатки труб і формозміну поперечного перерізу у зонах редукування та обтиснення по стінці миттєвого осередку деформації:

(1)

Де m - величина подачі; мУі - коефіцієнт витяжки стінки в даному перерізі; г - кут конусності рівчака; б - кут нахилу твірної оправки; kt=1,8-1,05- коефіцієнт для урахування вимушеного поширення; kd - коефіцієнт для урахування горизонтального сплющування, kd = 0,7.

Аналіз формули (1), проведений Ю.Ф. Шевакіним, І.Д. Селіфоновим, В.А. Цирульниковим та О.Б. Ламіним, показав, що в більшості випадків прокатки на конічній оправці із застосуванням режимів розподілу стінки за Ю.Ф. Шевакіним розвалка калібрів збільшується в останніх перерізах зони обтиснення конуса деформації. Це небажано з точки зору одержання необхідної поперечної різностінності.

С.М. Кекух для розрахунку ширини калібру запропонував залежності, де розподіл величини розвалки по контрольних перерізах зони обтиснення стінки запропоновано робити таким, щоб він зменшувався за прямолінійним законом.

З формули (1) видно, що для кожного значення подачі буде своє значення розвалки калібру для режиму обтиснень, який не змінюється у залежності від величини подачі.

У всіх цих розробках подача не пов'язана із закладеним на початку алгоритму розрахунку режимом обтиснень. Це не сприяє досягненню необхідної поперечної різностінності труб.

Аналіз існуючого методу розрахунку параметрів процесу ХПТ по довжині робочого конуса на предмет забезпечення необхідної різностінності труб. В існуючому методі розрахунку параметрів процесу холодної пільгерної валкової прокатки труб визначають форму і параметри оправки, а потім у контрольних перерізах обтискної ділянки визначають: товщину стінки, де в основу покладено розподіл абсолютних та відносних обтисків стінки за експоненціальним або іншим законом, абсолютний обтиск стінки у миттєвому осередку деформації в перерізах конуса деформації; розраховують відносний обтиск по площі поперечного перерізу; значення межі міцності; площу контактної поверхні між металом та валками з урахуванням їх сплющування; нормальні середні напруження; силу прокатки при прямому та зворотному рухах кліті; пружну деформацію кліті в залежності від сили прокатки, геометрії та пружних характеристик деталей кліті при прямому та зворотному рухах; радіус гребеня рівчака, збільшений на середню арифметичну величину пружної деформації при прямому та зворотному ходах кліті; величину розвалки калібрів.

Як видно, розвалка калібру розраховується наприкінці алгоритму розрахунку і є величиною, похідною від вже закладених на початку алгоритму розрахунку інших параметрів процесу холодної валкової пільгерної прокатки труб, тоді як її значення має значний вплив на поперечну різностінність труб.

Ю.Ф. Шевакін, а потім М.Б. Біск , І.А. Грєхов та В.Б. Славін вказували на те, що доцільно починати розрахунок параметрів процесу ХПТ з розподілу розвалки по перерізах робочого конуса. Але ніяких розробок не було здійснено.

І.Ю. Коробочкін теж відзначив важливість такої концепції і зробив перший крок у її реалізації. Він вніс пропозицію змінювати відношення ширини калібру до його діаметра по перерізах робочого конуса згідно із запропонованим ним законом і починати розрахунок параметрів процесу ХПТ саме із урахування цього відношення. Автор припускав, що при прокатці труб на стані ХПТ поширення відсутнє. Розподіл величини відношення ширини калібру до його діаметра по перерізах робочого конуса пропонувалось здійснювати згідно із залежністю:

(2)

де б - коефіцієнт, що визначає закон деформації; un - відношення ширини калібру до його діаметра в контрольних перерізах.

Такий метод розрахунку є першим і позитивним кроком на шляху здійснення заданого розподілу ширини калібру по довжині зони обтиснення робочого конуса, але він не враховує зміну форми поперечного перерізу труби по довжині осередку деформації.

Зважаючи на вищевказане, можна зазначити, що розвиток методу розрахунку параметрів процесу ХПТ із заданою величиною розвалки по довжині обтискної зони робочого конуса для одержання регламентованої поперечної різностінності труб є актуальним.

МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТЕЙ ЗАДАНОГО РОЗПОДІЛУ РОЗВАЛКИ КАЛІБРУ ПРИ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ ХОЛОДНОЇ ПІЛЬГЕРНОЇ ПРОКАТКИ ТРУБ

Методика досліджень. Згідно з поставленими задачами роботи, методика має такі кроки: визначити закономірність розподілу товщини стінки труби в контрольних перерізах у функції від величини заданої розвалки з урахуванням формозміни труби у миттєвому осередку деформації, яка пов'язує параметри процесу ХПТ із заданою розвалкою та дозволяє мати такий режим деформування, який забезпечить необхідне задане заповнення калібру; запропонувати залежність для визначення розподілу розвалки уздовж зони обтиснення стінки робочого конуса деформації з різними ступенями падіння абсолютної величини розвалки калібру від перерізу до перерізу; розвинути метод визначення параметрів процесу ХПТ і здійснити відповідну комп'ютерну реалізацію; розрахувати калібровку інструмента із застосуванням розвинутого в роботі методу розрахунку параметрів процесу ХПТ; реалізувати калібровку на виробництві і виконати експериментальні дослідження поперечної різностінності труб у процесі ХПТ з інструментом, параметри якого визначені за розвинутим методом; зробити висновки.

РОЗВИТОК МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ХОЛОДНОЇ ПІЛЬГЕРНОЇ ВАЛКОВОЇ ПРОКАТКИ ПРИ ЗАДАНОМУ РОЗПОДІЛІ РОЗВАЛКИ КАЛІБРУ

Визначення закономірності розподілу товщини стінки по довжині обтискної зони робочого конуса у функції розвалки калібрів з урахуванням формозміни труби у миттєвому осередку деформації.

З існуючої формули (1), що зв'язує основні параметри деформації у миттєвому осередку деформації в процесі ХПТ, можна визначити товщину стінки у перерізі робочого конуса для запланованої величини розвалки.

Це дасть можливість зв'язати задану розвалку (рис. 1) з параметрами деформування робочого конуса.

Підставимо у формулу (1) для знаходження розвалки калібру (bi) (рис. 1) значення витяжки в перерізі у вигляді:

(3)

де F0 - площа поперечного перерізу заготовки; di та Si - діаметр оправки та товщина стінки в перерізі і,

і значення тангенса кута нахилу твірної гребеня рівчака калібру у вигляді:

(4)

де di-1 та Si-1- діаметр оправки та товщина стінки в контрольному перерізі і-1; Li- відстань між контрольними перерізами і та і-1.

Підставивши (3), (4) в (1) та визначивши залежність відносно Si, маємо формулу для визначення розподілу товщини стінки уздовж обтискної зони робочого конуса деформації:

Ця формула дозволяє із запланованого розподілу величини розвалки знайти розподіл товщини стінки уздовж робочого конуса і одержати необхідний режим деформування для цього випадку розподілу розвалки.

Величина подачі, яка входить в цю формулу, підбирається чисельним методом. Тобто, ми моделюємо проходження процесу при різних значеннях величини подачі до моменту знаходження максимально допустимої величини, при якій калібр починає переповнюватись металом труби.

Розвиток методу розрахунку параметрів процесу ХПТ при заданому розподілі розвалки калібрів. Для розподілу величини розвалки калібрів застосували таку формулу:

,

Де b0 - розвалка в перерізі, що відповідає початку зони обтиснення; bn - розвалка в перерізі наприкінці зони обтиснення; k - коефіцієнт інтенсивності зниження розвалки по довжині обтискної зони конуса розкатки, i- номер перерізу; n- кількість перерізів зони деформації.

Значення розвалки в початкових перерізах конуса деформації визначається з допуску на діаметр труб, а в кінцевих - з допуску на товщину стінки заготовки.

За допомогою цієї формули ми можемо одержати криву будь-якої ввігнутості при зміні коефіцієнта k i таким чином мати можливість регулювати розподіл параметрів процесу ХПТ по довжині обтискної зони робочого конусу.

Основною відмінністю створеного розвинутого методу розрахунку параметрів процесу холодної пільгерної валкової прокатки труб (схему загальних кроків вказано на рис. 2) із заданим розподілом розвалки є те, що після визначення необхідних параметрів оправки визначається величина розвалки калібру уздовж зони обтиснення робочого конуса деформації, а не товщина стінки (як це робиться у загально прийнятому методі), а лише потім товщина стінки в залежності від розвалки і далі інші параметри процесу ХПТ.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЗАДАНОГО РОЗПОДІЛУ РОЗВАЛКИ ПО ДОВЖИНІ РОБОЧОГО КОНУСА І ПОВ`ЯЗАНОГО З НЕЮ РЕЖИМУ ДЕФОРМУВАННЯ НА ПОПЕРЕЧНУ РІЗНОСТІННІСТЬ ТРУБ

Методика і результати проведення експерименту з дослідження впливу заданого розподілу розвалки по довжині робочого конуса і пов'язаного з нею режиму деформування на поперечну різностінність труб при збільшеному відношенні обтиску по діаметру до обтиску по стінці. Для проведення експерименту вибрано маршрут холодної прокатки труб 50,8х4,88-32х4,2. У цьому маршруті відносний обтиск по діаметру (37%) більш ніж у 2,7 рази перевищує відносний обтиск по стінці (13,5 %) і, відповідно, довжина зони редукування у миттєвому осередку деформації буде збільшеною. Це дасть можливість оцінити ефективність запропонованих рішень з розвитку методу розрахунку параметрів процесу ХПТ, в якому враховується в основному формозміна труби в зоні редукування у миттєвому осередку деформації.

Прокатка виконувалась на стані ХПТ-55. Під час математичного моделювання процесу метою було досягнення відносної різностінності 5%. Для стінки 4,2 мм це абсолютна різностінність 0,21 мм. Розвалку калібру в кінці зони обтиснення стінки прийняли рівною 2в = 0,21 мм (допускаємо, що мала різностінність у зоні калібрування стінки не змінюється).

Прокатка виконувалась на криволінійній оправці. Подача m=11 мм ( рівна розрахунковій).

Заміряли товщини стінки у 8 точках кожного перерізу з переднього і заднього кінців до та після деформації 15 труб.

В результаті обробки даних експерименту методами математичної статистики одержано полігони зміни частот абсолютної та відносної поперечної різностінності для переднього та заднього кінців труби (рис. 3 та 4).

В результаті прокатки труби на стані ХПТ при застосуванні калібровки, в якій розрахунки параметрів процесу були виконані із заданим розподілом розвалки калібру і пов'язаним з ним режимом деформування, значення величин середньої абсолютної та відносної різностінності для переднього кінця труби зменшуються майже в 2 рази (відповідно, з 0,46 до 0,16 та з 9,36% до 4,27%). Для заднього кінця труби зміна значень величин середньої абсолютної та відносної різностінності є аналогічною зміні цих параметрів переднього кінця (зміна середньої абсолютної різностінності з 0,4 до 0,13 мм, відносної різностінності - з 8,5 до 4,5%).

На прокатаних трубах не виявлено дефектів зовнішньої і внутрішньої поверхонь. Це вказує на правильність визначення величини подачі з точки зору відсутності переповнення металом миттєвого осередку деформації при даних значеннях початкової та кінцевої величин розвалки та при даному її розподілі уздовж конуса деформації. Досягнута експериментальна величина абсолютної та відносної різностінності відповідала запланованій.

Методика і результати проведення експерименту з дослідження впливу заданого розподілу розвалки по довжині робочого конуса і пов'язаного з ним режиму деформування на поперечну різностінність труб при звичайному відношенні обтиску по діаметру до обтиску по стінці. Для експериментальних досліджень вибрано маршрут 42,16х3,56-26,67х2,87. Відносні обтиски становили 37 % по діаметру і 19 % по стінці. При цьому, відношення обтиску по діаметру до обтиску по стінці були в рамках, близьких до звичайних (близько 2). Прокатку проводили на оправці з криволінійною твірною.

Розвалка калібру в кінці зони деформації була прийнята рівною 0,1 мм. Це становить 4% від товщини стінки труби.

Підчас прокатки подача не перевищувала розрахункову максимально допустиму, рівну m =9 мм.

Мета експерименту - досягнення різностінності, яка б не перевищувала 4%.

Виміряли товщину стінки труби у 8-ми точках поперечного перерізу з обох кінців труб на 12 трубах до та після деформації.

Результати проведених експериментів (рис.5) показали дійовість методу первинного розподілу розвалки калібру при визначенні параметрів холодної пільгерної валкової прокатки труб і відповідної програми «ХПТ - розвалка».

Абсолютна різностінність готової труби знаходилась в діапазоні 0,053-0,19 (6,45 мм середня). Відносна різностінність була в діапазоні 1,87- 4,15% при середній 2,25%.

Як видно з полігону частот максимальної відносної різностінності труби до та після деформації (див. рис. 5), очікуваної мети було досягнуто - поперечна різностінність була меншою ніж 4%.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ТА РОЗРОБКИ З УПРОВАДЖЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ

Система автоматичного проектування САПР «ХПТ- Розвалка»

Програма створена на основі математичного опису, де застосовано формули, розроблені в дисертаційній роботі. Дана математична модель процесу пільгерної холодної прокатки труб розроблена для застосування оправок як з конусною, так і з криволінійною твірною (рис. 6).

При реалізації програми в мережі САПР до загального алгоритму роботи програми додається блок, що дозволяє викреслювати нормалі калібровок інструмента.

Результати розрахунків програми виводяться у вигляді готових креслень та таблиць калібровки. Значення параметрів процесу по довжині обтискної зони робочого конуса видаються у вигляді зручних для аналізу графіків.

Реалізація розвинутого методу розрахунку параметрів процесу ХПТ із заданим урахуванням розвалки в мережі САПР «ХПТ - розвалка» дозволяє автоматизувати не тільки розрахунок параметрів процесу, але й автоматизувати креслення створених на його основі калібровок та нормалей на інструмент.

Програму «ХПТ - розвалка» передано для використання на виробництві (акт від 06.02.08.)

ВИСНОВКИ

У дисертації наведені теоретичний аналіз і нове розв'язання науково-прикладної задачі, що полягає у розвитку методу розрахунку параметрів процесу холодної пільгерної валкової прокатки труб при заданому розподілі розвалки калібрів для одержання регламентованої поперечної різностінності труб. Задача вирішена на основі: визначеної закономірності розподілу значень товщини стінки у функції від заданої розвалки калібру; розвитку методу розрахунку параметрів процесу ХПТ при заданому розподілі розвалки калібрів ; одержання експериментальних даних щодо поперечної різностінності труб, прокатаних на інструменті стана ХПТ, параметри якого розраховано за допомогою розвинутого методу розрахунку параметрів процесу ХПТ. Практичне значення одержаних результатів полягає у застосуванні результатів роботи при розробці калібровок інструмента для станів ХПТ для одержання труб із регламентованою поперечною різностінністю та у використанні у навчальному процесі.

1. З аналізу технічних літературних джерел можна відмітити таке.

Величина розвалки калібру значною мірою впливає на поперечну різностінність труб. У відомому в технічній літературі методі розрахунку параметрів процесу ХПТ розраховують величину розвалки калібрів в кінці алгоритму розрахунку. Відома концепція методу, де запропоновано починати розрахунок з розподілу величини розвалки уздовж обтискної зони робочого конуса деформації. Але запропонована реалізація такої концепції має емпіричний характер і не враховує формозміну труби в миттєвому осередку деформації.

Вищесказане зумовлює актуальність роботи, де розробляється розвинутий метод розрахунку параметрів процесу ХПТ з розподілом величини розвалки на початку алгоритму розрахунку.

2. Вперше визначена закономірність розподілу товщини стінки по перерізах робочого конуса у функції від розвалки калібрів, що враховує формозміну труби у миттєвому осередку деформації та пов'язана з розподілом параметрів процесу ХПТ. Це дозволяє одержати значення максимальної допустимої величини подачі, при якій є загроза переповнення калібру металом. Це також дозволяє розробляти калібровки інструмента із заданою величиною розвалки калібру, мати необхідний для заповнення калібру режим деформування і у такий спосіб забезпечувати регламентовану поперечну різностінність труб.

3. Набув подальшого розвитку метод розрахунку параметрів процесу холодної пільгерної прокатки труб завдяки застосуванню запропонованої залежності заздалегідь заданого розподілу розвалки калібрів і одержання подачі з режиму деформування на базі визначеної закономірності зміни значень товщини стінки від заданої розвалки калібру.

Це дає можливість розраховувати і проектувати параметри процесу холодної пільгерної валкової прокатки труб підвищеної точності щодо поперечної різностінності.

Даний метод дозволяє врахувати особливості деформування різноманітних труб при застосуванні різних коефіцієнтів інтенсивності розподілу розвалки по довжині обтискної зони робочого конуса.

4. Вперше одержано експериментальні дані щодо впливу заздалегідь заданого розподілу величини розвалки на одержану величину поперечної різностінності труб.

Перший експеримент планувався як прокатка за маршрутом, у якому у миттєвому осередку деформації зона редукування збільшена, а другий - як прокатка за маршрутом зі звичайною величиною зони редукування.

У першому експерименті труби прокатано за маршрутом 50,8х4,88-32х4,2 на стані ХПТ-55. Прийнято, що треба одержати поперечну різностінність до 5%. Одержана абсолютна поперечна різностінність, яка відповідає регламентованій. Для переднього кінця труби значення величин середньої абсолютної та відносної різностінності зменшені, відповідно, з 0,46 до 0,16 мм та з 9,36% до 4,27%. Для заднього кінця труби зміна значень величин середньої абсолютної та відносної різностінності є аналогічною зміні цих параметрів для переднього кінця. Зміна середньої абсолютної різностінності зменшилась з 0,4 до 0,13 мм, відносної різностінності - з 8,5 до 4,5%.

У другому експерименті було прокатано 12 труб за маршрутом 42,16х3,56-26,67х2,87. Зменшення поперечної різностінності труб у процесі ХПТ було аналогічним досягнутому у першому експерименті. Була запланована і досягнута поперечна різностінність труб не більше за 4%.

Обробка інформації, одержаної в результаті експериментів, довела ефективність запропонованого розвинутого методу.

5. Здійснено компЧютерну реалізацію методу розрахунку параметрів процесу ХПТ із заданим розподілом розвалки калібру для одержання регламентованої поперечної різностінності труб. Результати роботи втілено у вигляді програмних продуктів «ХПТ розвалка» та САПР «ХПТ-розвалка». Ці програми дозволяють автоматизувати розрахунок параметрів процесу і креслення нормалей на інструмент.

6. Результати роботи у вигляді комп`ютерної програми «ХПТ - розвалка» передано на виробництво для розрахунку і аналізу параметрів процесу холодної валкової пільгерної прокатки труб для одержання труб необхідної точності (акт від 06.02.08р.).

7. Результати роботи застосовуються на кафедрі обробки металів тиском Національної металургійної академії України у навчальному процесі (акт від 14. 12. 2008 р.).

Основний зміст дисертації викладено в публікаціях:

1. Григоренко В.У. Новый подход к определению калибровки инструмента станов холодной прокатки труб / В.У. Григоренко, С.В. Пилипенко // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії: Зб. наук. праць. - Краматорськ, 2006. - С. 77 - 79.

2. Григоренко В.У. Математическая модель процесса валковой холодной прокатки труб, основанная на исходном распределении ширины ручья по длине конуса раскатки, и её компьютерная реализация / В.У. Григоренко, С.В. Пилипенко // Удосконалення процесів і обладнання обробки металів тиском в металургії і машинобудуванні: Зб. наук. праць. - Краматорськ, 2007. - С. 445 - 449.

3. Григоренко В.У. Експериментальні дослідження зміни різностінності труби при розрахунку параметрів процесу ХПТ методом з первинним врахуванням поширення металу / / В.У. Григоренко, С.В. Пилипенко // Сучасні проблеми металургії. Наукові вісті. Пластична деформація металів. Теорія і технологія виробництва труб. - Дніпропетровськ: Системні технології, 2008. - Т. 11.- С. 270-273.

4. Григоренко В.У. Експериментальні дослідження точності труб при визначенні параметрів процесу холодної пільгерної валкової прокатки труб з первинним урахуванням поширення / / В.У. Григоренко, С.В. Пилипенко // Удосконалення процесів і обладнання обробки металів тиском в металургії і машинобудуванні: Зб. наук. праць. - Краматорськ, 2008. - С. 235 - 238.

5. Григоренко В.У. Система автоматичного розрахунку параметрів процесу та проектування інструмента станів холодної пільгерної валкової прокатки труб / / В.У. Григоренко, С.В. Пилипенко // Дніпропетровськ: Системні технології. - 2008. - №3(56). - С. 54-59.

АНОТАЦІЯ

Пилипенко С.В. Розвиток методу розрахунку параметрів холодної пільгерної прокатки при заданому розподілі розвалки для одержання регламентованої поперечної різностінності труб. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05. - Процеси та машини обробки тиском. - Національна металургійна академія України. Дніпропетровськ. 2009.

Вперше визначена закономірність розподілу товщини стінки по перерізах робочого конуса в залежності від розвалки калібрів з урахуванням формозміни труби у миттєвому осередку деформації.

Розвинуто загальний метод розрахунку деформаційних параметрів процесу холодної пільгерної валкової прокатки труб. В основу методу розрахунку покладено запропоновану залежність заздалегідь заданого розподілу розвалки калібрів і визначення подачі з режиму деформування на основі визначеної закономірності розподілу товщини стінки від розвалки калібрів. Здійснено комп`ютерну реалізацію розвинутого методу.

Вперше одержано експериментальні дані щодо поперечної різностінності труб при прокатці з режимом деформування, розрахованим із застосуванням розвинутого методу розрахунку параметрів процесу ХПТ. Цe дозволило довести ефективність даного методу.

Результати роботи у вигляді комп`ютерної програми «ХПТ-розвалка» передані на виробництво для застосування при проектуванні калібровок інструмента холодної пільгерної валкової прокатки труб з метою одержання труб з необхідною точністю. Результати роботи також використовуються у навчальному процесі в НМетАУ.

Ключові слова: ХОЛОДНА ПІЛЬГЕРНА ВАЛКОВА ПРОКАТКА ТРУБ, РОЗВАЛКА КАЛІБРУ, ПОПЕРЕЧНА РІЗНОСТІННІСТЬ ТРУБ .

АННОТАЦИЯ

Пилипенко С.В. Развитие метода расчета параметров холодной пильгерной прокатки при заданном распределении развалки для получения регламентированной поперечной разностенности труб. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05. - Процессы и машины обработки давлением. - Национальная металлургическая академия Украины. - Днепропетровск. - 2009.

Впервые получена закономерность распределения толщины стенки по сечениям рабочего конуса в зависимости от развалки калибров при учете формоизменения труби в мгновенном очаге деформации процесса холодной пильгерной прокатки труб.

Получил дальнейшее развитие метод расчета параметров процесса холодной пильгерной валковой прокатки труб при заданном распределении развалки калибров и связанных с ней параметров деформирования с целью получения регламентированной поперечной разностенности труб. В основу развитого метода расчета положены предложенная зависимость заранее заданного распределения развалки калибра по длине обжимной зоны рабочего конуса и определение подачи из режима деформирования на основе полученной закономерности распределения толщины стенки от развалки калибра. Выполнена компьютерная реализация развитого метода расчета параметров процесса ХПТ в программе « ХПТ - развалка» и в САПР « ХПТ - развалка».

Впервые получены экспериментальные данные по влиянию заранее заданного распределения величины развалки на полученную величину поперечной разностенности труб. Данные получены при прокатке на инструменте, рассчитанном с использованием развитого метода.

Результаты работы в виде программы «ХПТ - развалка» переданы на производство для применения при проектировании калибровок инструмента холодной пильгерной валковой прокатки труб с целью получения труб с необходимой точностью. Результаты работы также используются в учебном процессе в НМетАУ.

Ключевые слова: ХОЛОДНАЯ ПИЛЬГЕРНАЯ ВАЛКОВАЯ ПРОКАТКА ТРУБ, РАЗВАЛКА КАЛИБРА, ПОПЕРЕЧНАЯ РАЗНОСТЕННОСТЬ ТРУБ.

ABSTRACT

Pilipenko S.V. Development of the method for calculating parameters of cold pilger rolling at the given distribution of the pass setting in order to obtain the specified transverse wall thickness deviation of tubes. - Manuscript.

The thesis for obtaining the scientific degree of the candidate in engineering sciences in the specialty 05.03.05 - Processes and machines of the plastic forming. - The National Metallurgical Academy of Ukraine. Dnipropetrovsk. 2009.

The dependence of the wall thickness distribution by cross-sections of the working taper on the pass setting and parameters of process of the tube cold pilger rolling has been obtained for the first time.

A method had been developed for calculating parameters of the tube cold pilger rolling on the tapered mandrel and the mandrel with curvilinear generatrix at the given distribution of the pass setting in order to obtain the specified precision of tubes. The computerized realization of the developed method for calculating parameters of the tube cold rolling in the system of automatic rolling regulation “tube cold rolling - pass setting” had been carried out.

The new experimental data as to transverse tube wall thickness deviation have been obtained on the tool calibrated with use of the developed method for calculating parameters of the process of the tube cold rolling with a given distribution of the pass setting. The substantiation of the working out had been shown in experimental way.

Results of the work under the form of computer program “TCR - the pass setting” have been transferred to one of the specialized enterprises of the tube making industry of Ukraine - the Closed Joint-Stock Company Tube and Pipe Works “VSPO - AVISMA” for using while projecting roll pass design for tool of the cold pilger tube rolling with the purpose of obtaining tubes of necessary precision. Results of the work are also used in educational process at the National Metallurgical Academy of Ukraine.

Key Words: COLD PILGER TUBE ROLLING, PASS SETTING, TRANSVERSE TUBE WALL THICKNESS DEVIATION.

Размещено на Allbest.ru

...