Исследование влияния коэффициента кинематического натяжения на формоизменение трубы в выпусках калибра при прокатке на короткой оправке
Автор: Богатов Александр Александрович, Павлов Дмитрий Андреевич, Павлова Елена Александровна
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Рубрика: Обработка металлов давлением. Технологии и машины обработки давлением
Статья в выпуске: 2 т.15, 2015 года.
Бесплатный доступ
На трубопрокатном агрегате ТПА-140 ОАО «Синарский трубный завод» с автоматическим раскатным станом «тандем» прокатывают трубы из углеродистых и легированных марок стали ответственного назначения: бурильные, обсадные, для энергомашиностроения и другие диаметром от 73 до 168 мм с толщиной стенки от 5 до 23 мм. Для снижения себестоимости стоит задача освоения производства всего сортамента ТПА-140 из НЛЗ диаметром 150,0 или 156,0 мм на существующем оборудовании, т. е. исключение из производства катаной заготовки диаметром 120,0 мм. Для освоения НЛЗ необходимо увеличить коэффициент вытяжки на автомат-стане «тандем». В настоящее время коэффициент вытяжки на СПП-1 (стан продольной прокатки труб) находится в пределах 1,16-1,5, а на СПП-2 - 1,07-1,15. Применение больших обжатий вызывает появление продольного дефекта «риска» на поверхности труб. В статье представлены результаты исследования снижения размеров лампасов труб и, как следствие, уменьшение объема брака по дефекту «риска» за счет применения кинематического натяжения в процессе раскатки на короткой оправке предварительно овализированной гильзы. Проведено исследование влияния коэффициента кинематического натяжения на формоизменение трубы в выпусках калибра при продольной прокатке с предварительной овализацией гильзы. Установлено, что кинематическое натяжение в процессе прокатки на короткой оправке предварительно овализированной гильзы позволяет уменьшить интенсивность утолщения стенки гильзы-трубы в выпусках калибра при прокатке в СПП-1, что позволяет уменьшить вероятность образования продольных рисок на внутренней поверхности труб. Показана возможность увеличения коэффициента вытяжки при прокатке на автоматическом стане «тандем».
Раскатка труб, короткая оправка, автомат-стан "тандем", конечно-элементное моделирование, коэффициент овализации
Короткий адрес: https://sciup.org/147156944
IDR: 147156944
Текст научной статьи Исследование влияния коэффициента кинематического натяжения на формоизменение трубы в выпусках калибра при прокатке на короткой оправке
На трубопрокатном агрегате ТПА-140 ОАО «Синарский трубный завод» с автомат-станом «тандем» прокатывают трубы из углеродистых и легированных марок стали ответственного назначения: бурильные, обсадные, для энергомашиностроения диаметром от 73 до 168 мм с толщиной стенки от 5 до 20 мм. В состав ТПА-140 входит автоматический стан «тандем», который состоит из двух последовательно расположенных клетей продольной прокатки (СПП-1 и СПП-2).
-
1. Постановка проблемы
-
2. Исследование влияния натяжения
В настоящее время на ТПА-140 при производстве труб используется как катаная (диаметром 120 мм), так и непрерывнолитая заготовка (диаметром 150 и 156 мм). Использование непрерывнолитой заготовки является экономически более выгодным. В этой связи важной целью является разработка технологии производства всего сортамента горячекатаных труб из непрерывнолитой заготовки. Для достижения поставленной цели необходимо разработать технологию раскатки с повышенным коэффициентом вытяжки.
В ходе промышленных наблюдений было установлено, что увеличение коэффициента вытяжки на автоматическом стане «тандем» приводит к росту объема брака труб по дефекту «риска». В настоящее время нет однозначного мнения о причи- нах появления продольной риски на внутренней поверхности трубы в процессе прокатки труб на автомат-стане «тандем».
В статье [1] авторы полагают, что наиболее вероятной причиной образования риски является встречное течение металла при деформации лампасов в вершинах калибра СПП-2. Кроме того, было показано, что с увеличением коэффициента вытяжки и толщины стенки в выпусках калибра возрастает вероятность образования дефекта.
В ходе предшествующих исследований [2, 3] было установлено, что при использовании эджер-ных вертикальных валков с коэффициентом ова-лизации 1,25 перед рабочей клетью СПП-1 удается повысить коэффициент вытяжки с 1,5 до 1,99. При этом не происходит увеличения вероятности образования дефекта «риска» на поверхности труб.
Задачей дальнейшего исследования являлось определение влияния натяжения при прокатке гильзы в СПП-1 на толщину стенки в выпусках калибра.
на формоизменение металла в выпуске калибра при прокатке на СПП-1
Исследование проводилось в программном комплексе Deform-3D. В ходе исследования, как и в [2, 3] гильзе придавалась овальная форма перед прокаткой на короткой оправке с помощью эджер-

Рис. 1. 3D-модель СПП-1 с эджерными валками
Матрица вычислительных экспериментов
Таблица 1
Матрица вычислительных экспериментов представлена в табл. 1. Варьируемым параметром во всех вычислительных экспериментах являлся коэффициент кинематического натяжения ω, который представляет собой отношение окружной скорости рабочих валков к окружной скорости вертикальных эджерных валков. Варьирование ω осуществлялось за счет изменения окружной скорости эджерных роликов, установленных за рабочей клетью СПП-1.
По рекомендации разработчиков программы и с учетом практических данных о прокатке труб на автоматическом стане «тандем» температура трубы была выбрана 0 = 1200 °С, температура валков и оправки 0 = 150 °С, температура воздуха 0 = 20 °С. Теплоотдача от заготовки к инструменту была задана коэффициентом теплопередачи X = 5 Вт/м3К. Для уменьшения времени расчета в очагах деформации были созданы окна плотности с размером элементов 5 мм. Вне окон плотности размер элементов составлял 19 мм. Степень деформации элемента, при достижении которой происходит автоматическое обновление сетки, была принята равной ε = 0,15. На поверхности инструмента граничные условия были заданы следующим образом: нормальная составляющая скорости частиц металла Vn|5s = 0; закон трения был задан по Зибелю т^ = фту. Показатель напряжения трения на рабочих и эджерных валках был принят равным ф = 0,7, на оправке - ф = 0,2. Скорость вращения валков на СПП-1 принята равной 125 об/мин. В качестве материала заготовки использовалась сталь AISI-1045, являющаяся аналогом российской стали 45. При постановке тепловой задачи температура заготовки принималась равной 1200 °С, а инструмента – 150 °С. Скорость перемещения толкателя была принята равной 20 мм/с.
В каждом вычислительном эксперименте после моделирования процесса раскатки гильзы на короткой оправке производилось измерение толщины стенки в выпуске 5вып и вершине 5верш калибра, а затем вычислялся безразмерный параметр ( 5 вып ) , где i - номер вычислительного экс-
^ верш ^
перимента (табл. 2). По данным табл. 2 была построена диаграмма, которая представлена на рис. 2.
В вы ч и сли т ель н о м э к сп ер и м ен т е № 6 произо ш ло и ск ажен и е г ео мет р и и тру б ы н а выхо д е из э д ж ерн ых в а л ков (рис . 3), поэтом у па ра м е тр ^ вып
-----не измерялся.
^ верш (i)
Таблица 2
Результаты измерения параметра 5 вып , ^ верш (i) характеризующего формоизменение в выпуске калибра
Номер вычислительного эксперимента |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Коэффициент натяжения ω |
1,02 |
1,04 |
1,06 |
1,08 |
1,1 |
1,2 |
вып S™. ™ верш (1) |
1,49 |
1,47 |
1,46 |
1,44 |
1,42 |
– |
Из табл. 2 и рис. 2 ви д н о , чт о с у вели ч ени ем ко э ф ф и ц и ен т а ки н емат и чес к о г о н ат я жен и я ω п р о и с ход ит умень ш е ни е б е зр азмер н о г о пар амет р а
S
-----, т. е. уменьшается поперечная разностен- ^ верш (i)
ность черновой трубы. Также следует отметить, что при прокатке с натяжением параметр 5 вь™ ^ верш (i) принимает меньшие значения, чем при прокатке без натяжения [3]. Таким образом, применение кинематического натяжения создает резерв для увеличения коэффициента вытяжки на СПП-1 более 1,99.
Заключение
В ходе исследования было установлено, что кинематическое натяжение в процессе прокатки на короткой оправке предварительно овализиро-ванной гильзы позволяет уменьшить интенсивность утолщения стенки гильзы-трубы в выпусках калибра при прокатке в СПП-1, что позволяет уменьшить вероятность образования продольных рисок на того, при тяжением увеличен.
внутренней поверхности труб. Кроме прокатке гильзы-трубы в СПП-1 с на-коэффициент вытяжки может быть

Рис. 2. Зависимость параметра 5 вып от коэффициента ^ верш (i)
кинематического натяжения ω

Рис. 3. Искажение геометрии трубы на выходе из эджерных валков
Список литературы Исследование влияния коэффициента кинематического натяжения на формоизменение трубы в выпусках калибра при прокатке на короткой оправке
- Моделирование образования дефекта «риска» на внутренней поверхности труб при продольной прокатке/А.А. Богатов, Д.А. Павлов, С.В. Липнягов, В.Н. Суворов//Производство проката. -2012. -№ 8. -С. 37-39.
- Богатов, А.А. Разработка нового способа продольной прокатки труб на короткой оправке/А.А. Богатов, Е.А. Дресвянкина, Д.А. Павлов//Новые технологии и достижения в металлургии, материаловедение и технологическое проектирование: сб. тр. XV междунар. конф. -Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2014. -С. 201-205.
- Богатов, А.А. Новый способ раскатки горячедеформированных труб на короткой оправке/А.А. Богатов, Е.А. Дресвянкина, Д.А. Павлов//Сталь. -2014. -№ 12. -С. 49-51.