Обработка металлов давлением. Технологии и машины обработки давлением. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Технологические основы повышения качества платинита
Статья научная
Платинитом называется биметаллическая проволока, состоящая из железоникелевого сердечника, покрытого слоем меди. Эта продукция применяется в качестве электровводов стеклянных корпусов вакуумных приборов. Поэтому для платинита необходима регламентация коэффициента линейного теплового расширения в радиальном направлении. Для изготовления платинита применяются трубчатый и гальванический способы нанесения медного слоя на сердечник. Данные технологии в полной мере не отвечают современным требованиям по трудоемкости, производительности, экологической безопасности и др. Проведен анализ основных показателей платинита отечественного и европейских производителей и режимов деформации составной биметаллической заготовки при прокатке в калибре простой формы с целью получения биметаллического соединения ее компонентов. На основании проведенного анализа определены режимы деформации составной биметаллической заготовки при прокатке в калибре простой формы с целью получения биметаллического соединения ее компонентов. Разработанные режимы обеспечивают минимальную разнотолщинность оболочки. Ключевой операцией технологии является совместная пластическая деформация составной слоистой заготовки в прокатном блоке. Технология реализована в виде опытно-промышленной установки, оснащенной вспомогательными узлами, позволяющими вести процесс в непрерывном, промышленном режиме. Представленная в работе технология производства оксидированного платинита обеспечивает получение потребительских свойств готовой продукции на уровне зарубежных аналогов. Опытные партии платинита, изготовленные в рекомендуемых режимах, с целью оценки качества были предоставлены ряду потребителей для промышленных испытаний, по результатам которых получены положительные заключения.
Бесплатно
Технологические особенности агрегатов непрерывного горячего цинкования стальной полосы
Статья научная
Рассмотрены технологические особенности агрегатов непрерывного горячего цинкования стальной полосы, используемые на отечественных предприятиях. Описаны основные технологические операции процесса цинкования: подготовка поверхности полосы, ее термохимическая обработка, цинкование в расплаве, формирование покрытия воздушными ножами, охлаждение полосы после цинкования, правка и отделка горячеоцинкованной полосы. Указано, что на вновь вводимых агрегатах устанавливаются печи как вертикального, так и горизонтального типа. Рассмотрены преимущества и недостатки печей вертикального типа по сравнению с горизонтальными. Показано, что отличительной особенностью и преимуществом современных агрегатов горячего непрерывного цинкования является модульная компоновка, позволяющая на одном агрегате выпускать полосу с разными видами покрытий. Применение разных типов цинковых покрытий позволяет повысить технологические и эксплуатационные свойства оцинкованного листа. Рассмотрены химические составы и области применения четырех наиболее распространенных покрытий на основе цинка, а именно цинкового, железо-цинковоого, цинк-алюминиевого и алюмоцинкового. Указано, что на современных линиях горячего цинкования покрытие на полосу наносят с двух сторон. Однако в настоящее время разрабатываются технологии одностороннего нанесения цинкового покрытия на стальную полосу, применение которых позволит снизить расход дорогостоящего цинка и, следовательно, себестоимость готовой продукции. Приведены и описаны некоторые перспективные способы и устройства для одностороннего цинкования.
Бесплатно
Технологические особенности изготовления труб из титановых сплавов
Статья научная
Работа посвящена обзору некоторых технологических особенностей, присущих титану и его сплавам, связанных со специфическими физико-механическими свойствами в процессе пластической деформации. Все эти особенности необходимо учитывать при проектировании технологий изготовления продукции из сплавов на основе титана. В настоящей статье рассмотрены технологические особенности титановых сплавов применительно к трубной промышленности.
Бесплатно
Технологические остаточные напряжения после обработки металлов давлением
Статья научная
Предложена методика расчета технологических остаточных напряжений, формируемых в процессе пластического деформирования при изготовлении осесимметричных металлоизделий (проволока, прутки, трубы), учитывающая степень пластической деформации и деформационное упрочнение материала, что позволяет определять уровень и распределение остаточных напряжений в заготовке в зависимости от вида обработки металлов давлением, основных параметров технологического процесса, а также механических свойств обрабатываемого материала. Решения получены в аналитическом виде. В выражения для определения остаточных напряжений входят основные параметры процесса обработки, механические свойства материала и геометрические характеристики изделия. Знание величины остаточных напряжений позволяет прогнозировать поведение металлоизделий в условиях эксплуатационных нагрузок и предотвращать их разрушение.
Бесплатно
Статья научная
Увеличение спроса на бесшовные трубы из коррозионностойких марок стали аустенитного класса способствует непрерывному совершенствованию трубопрокатных технологий. Использование НЛЗ для производства бесшовных труб долго сдерживалось наличием характерных дефектов. Однако высокая экономическая эффективность использования НЛЗ стимулировала проведение работ по развитию и совершенствованию технологии их производства. В статье представлена технологическая схема подготовки непрерывно-литой заготовки из нержавеющих марок стали аустенитного класса к прокатке на ТПА с непрерывным станом с контролируемо-перемещаемой оправкой. С использованием программного комплекса QForm 3D проведено компьютерное моделирование процесса прошивки как полой непрерывно-литой, так и сплошной кованой заготовки. На основании полученных результатов сделан вывод, что для прокатки труб из стали 08-12Х18Н10Т необходимо использовать полую непрерывно-литую заготовку. Для обеспечения полного удаления осевой рыхлости (центральной пористости и осевых трещин) литого металла предложена методика выбора соответствующего сверла. Для исключения нанесения дефектов от острой кромки на прошивную оправку по переднему концу заготовки между ее торцом и внутренним отверстием предложено делать скругление. Проблема повышения износостойкости прошивных оправок решена путем использования специального химического состава в комбинации с особой обработкой поверхности рабочего конуса - созданием рифления. Волжский трубный завод проделал большую работу по освоению выплавки и разливки заготовок таких сталей, а также их подготовке и прокатке в условиях ТПА 159-426. Предложенная технология подготовки НЛЗ марок стали 08-12Х18Н10Т полностью устраняет все недостатки литой структуры металла и позволяет получать длинномерные трубы специального назначения высокого качества внутренней и наружной поверхности с требуемым набором эксплуатационных свойств.
Бесплатно
Статья научная
На основе единой математической модели обобщены варианты осадки прямоугольной заготовки с различными схемами действия напряжений контактного трения. Методом минимизации невязок при решении переопределенной системы уравнений определены поля напряжений и скоростей. Показана возможность эффективного влияния на НДС путем целенаправленного управления схемой действия контактного трения, что может оказаться полезным при снижении усилия деформации, формировании структуры материала, уплотнении некомпактных материалов и при решении каких-либо других специальных задач. Впервые показано влияние крутящего момента от сил трения при несимметричной осадке на характер напряженного и деформированного состояний в объеме заготовки. При этом, в частности, установлено наличие зон затрудненной деформации и их смещение к краям заготовки по мере увеличения степени несимметрии схемы действия внешнего трения. Показано, что влияние крутящего момента на НДС растет с увеличением коэффициента трения и отношения продольных размеров заготовки к ее высотным размерам. Выполнена сравнительная оценка неоднородности деформации при симметричной и несимметричных вариантах осадки, которая оказалась неоднозначной, а зависящей прежде всего от соотношения размеров заготовки и коэффициента трения. Сделаны рекомендации по использованию метода минимизации невязок при решении переопределенной системы уравнений в задачах по анализу НДС при обработке материалов давлением. Проиллюстрирована его эффективность, сочетающая простоту с достаточно высокой точностью по сравнению с вариационным методом.
Бесплатно
Учебно-исследовательский тренажер-имитатор процессов сортовой прокатки
Статья научная
На базе комплексной многоуровневой математической модели процессов сортовой прокатки и системы автоматизированного проектирования технологий сортовой прокатки создан учебно-исследовательский тренажер-имитатор «Сортовая прокатка», включающий в себя тренажер технолога, тренажер оператора, тренажер вальцовщика, а также теоретические и технологические модули и сервис. Тренажер предназначен для изучения основ технологии производства сортового проката; ознакомления с конструкциями и характеристиками основного технологического оборудования прокатных станов; приобретения навыков проектирования технологии прокатки сортовых профилей; ознакомления с процессом управления прокатным станом и непосредственного управления моделью стана; моделирования и отработки нештатных ситуаций; контроля знаний в области технологии и оборудования прокатного производства. Тренажер может быть использован для обучения основам прокатного производства, методам и приемам подготовки, контроля и управления технологическими процессами прокатки на промышленных предприятиях, а также в учебных заведениях высшего и специального образования.
Бесплатно
Физическое и компьютерное моделирование формоизменения задних концевых участков труб
Статья научная
Для расширения сортамента производимых труб и повышения производительности на современных трубопрокатных агрегатах применяют редукционно-растяжные станы. Однако характерной особенностью при редуцировании труб с натяжением является образование утолщенных концов. Это явление связано с тем, что передний и задний концы подвергаются формоизменению в условиях, отличных от деформации средней части трубы. Характер изменения толщины стенки на концах труб определяет длину и массу концевой обрези, что в значительной мере определяет экономические показатели всего трубопрокатного агрегата в целом. В данной работе с помощью физического и компьютерного моделирования процесса редуцирования труб в одной клети исследовано влияние параметров прокатки на длину утолщенных концов. Для всестороннего исследования процесса редуцирования необходимо учесть большинство факторов, таких как овальность калибра, уровень натяжения, степень деформации, степень тонкостенности и др. Часть из этих факторов, например влияние межклетьевого заднего натяжения по раскату, лучше реализовывать при физическом моделировании, а часть факторов (например температура заготовки) лучше исследовать при компьютерном моделировании. Данные исследования помогут в разработке технических решений с целью уменьшения длины утолщенных концевых участков труб. Для создания заднего натяжения в экспериментальном исследовании, моделирующим процесс работы редукционно-растяжного стана (создание натяжения), был создан рабочий инструмент (волочильное кольцо). Для улучшения механических характеристик волочильное кольцо подвергалось термической обработке, заключающейся в нагреве под закалку в аустенитную область выше точки Ас3 при температуре 880 °С в течение 20 мин.
Бесплатно
Статья научная
Процесс непрерывной горячей прокатки характеризуется наличием продольных усилий, оказывающих существенное влияние на толщину стенки трубы. При этом очень важно правильно определять величину редуцирования в процессе деформации трубы для получения толщины стенки в диапазоне, оговоренном нормативными документами. Целью работы было получение экспериментальных данных о влиянии продольного усилия на толщину стенки трубы и сравнение их с результатами расчета по одной из известных зависимостей. Проведено физическое моделирование процесса прокатки труб без оправки. Для проведения эксперимента разработана схема и подготовлена технологическая оснастка, позволившие создать условия непрерывной прокатки трубы с задним натяжением. Оригинальность эксперимента заключалась в том, что он предусматривал использование ступенчатых образцов исходной трубной заготовки, имеющих цилиндрический и конический участки. Цилиндрический участок обеспечивал свободное прохождение заготовки через деформирующую втулку и устойчивый захват прокатными валками, а конический - создание заднего продольного усилия при прокатке. Величина заднего натяжения определялась расчетным путем как усилие волочения трубы. Показан характер изменения толщины стенки трубы при возрастании величины межклетевого натяжения. По результатам физического моделирования был сделан вывод о правомочности применения известной теоретической зависимости для определения толщины стенки трубы при горячем редуцировании труб с приложением заднего натяжения. Полученные результаты планируется использовать для оценки усилия, требуемого для стягивания трубы с оправки. Данный процесс реализуется на ТПА 159-426 с непрерывным раскатным станом АО «Волжский трубный завод».
Бесплатно
Физическое моделирование при изучении студентами теории и технологии прокатки
Статья научная
В статье приведено описание учебно-исследовательского прокатного стана ДУО-130, спроектированного и изготовленного для образовательных и исследовательских организаций. Разработанный ООО НПП «Учтех-Профи» прокатный стан имеет конструктивные особенности, характерные для типовых прокатных станов, применяемых в современном прокатном производстве, что делает его востребованным при подготовке инженерных кадров для металлургических предприятий. В настоящее время эти станы применяются в качестве учебного оборудования в следующих образовательных учреждениях: Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Волжский политехнический институт, Челябинский государственный промышленно-гуманитарный техникум им. А.В. Яковлева, Липецкий металлургический колледж и др. Автоматизированная система управления станом, система сбора, обработки и хранения цифровой информации позволяет применять его для исследования процесса прокатки как в образовательных, так и исследовательских целях. На примере физического моделирования основных законов и закономерностей процесса прокатки представлены методические аспекты применения современного учебного оборудования в образовательном процессе в вузах и колледжах при изучении теории и технологии прокатки. В статье приведены результаты экспериментальных исследований закона постоянства объема, условий захвата металла валками, закономерностей опережения и отставания, уширения и влияния коэффициента трения на эти показатели. В последующих публикациях планируется рассмотреть вопросы изучения особенностей поведения металла в калибрах при сортовой прокатке, правила проектирования калибров и определения причин образования дефектов сортовых профилей. Также планируется посвятить отдельную публикацию физическому моделированию и определению энергосиловых параметров прокатки экспериментальным путем с применением системы автоматизации стана ДУО-130, которая позволяет не только определять усилие прокатки, но и выводить на экран и сохранять в файлы зафиксированные значения в виде осциллограмм, графиков, диаграмм и массивов данных.
Бесплатно
Физическое уравнение уплотняемой упруговязкой среды
Статья научная
Опытная информация о реологических свойствах материалов, используемых при изготовлении абразивной смеси для последующей технологии изготовления заготовок кругов методами прокатки, прессования и вырубки, позволила классифицировать смесь как гетерогенную уплотняемую упруговязкую, характеризующуюся деформационным и скоростным упрочнением, значительной долей упругой деформации, явлениями упругого последействия и релаксации. Это в свою очередь позволило подойти к выводу определяющего физического уравнения. Вывод определяющего физического уравнения во всей полноте входящих в него параметров представляет непростую задачу. Вместе с тем создание точной теории физических уравнений является одной из главных проблем. Существуют различные подходы к конструированию определяющих физических уравнений. Некоторые из них претендуют на глубокое изучение сути явлений, приводят к достаточно сложным определяющим физическим уравнениям и трудны для использования в прикладных задачах. В статье предложен вариант конструирования определяющего физического уравнения, в основе которого лежат пластометрические кривые, аппроксимация их полиномами, пошаговая процедура обработки опытных данных, выбор механического аналога и вывод физического уравнения в дифференциальном виде для малого времени интервала, определение констант физического уравнения методом наименьших квадратов и в итоге - получение зависимости модуля упругости и коэффициента вязкости от условий деформации. Наличие определяющего физического уравнения позволяет перейти к решению прикладных задач.
Бесплатно
Формирование структуры стали 08Х18Н10Т в условиях пилигримовой прокатки и последующего отжига
Статья научная
В работе изучена кинетика постдеформационного разупрочнения стали 08Х18Н10Т в интервале температур 1000-1200 °С методом двойной деформации. Образцы были изготовлены из стали с относительно высокой массовой долей углерода (%C = 0,07) и титана (%Ti = 0,50). Горячая деформация осуществлялась одноосным сжатием цилиндрических образцов на симуляторе термомеханических процессов Gleeble 3800. Показано, что при температурах, близких к 1000 °С, в стали 08Х18Н10Т с рассмотренным химическим составом оказывается подавленной как динамическая рекристаллизация, так и постдеформационная рекристаллизация. При большей температуре, а именно при 1100 °С, а тем более при 1200 °С, постдеформационная рекристаллизации протекает быстрее и для ее полного протекания требуется несколько десятков секунд. По результатам производственных наблюдений, в силу контакта тела заготовки с массивным дорном, происходит захолаживание внутренних слоев металла заготовки, в результате чего их деформация происходит при температуре, близкой к 1000 °С. Это обстоятельство является причиной сохранения в структуре бесшовных труб вблизи их внутренней поверхности крупных деформированных зерен. Увеличение деформации до величины 1,3 по Мизесу в модельных экспериментах повышает движущую силу постдеформационной рекристаллизации и обеспечивает в стали полностью рекристаллизованную структуру после отжига при 1000 °С. На основании полученных результатов выработаны предложения по изменению технологии прокатки труб из стали 08Х18Н10Т для нужд атомной энергетики, предполагающие увеличение величины деформации до значения 1,1 по Мизесу (только до значения 1,1 в силу технических ограничений стана), что позволило исключить отбраковку по величине зерна. Прокатка труб по экспериментальному маршруту показала его эффективность.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается вопрос расчета полушага подачи заготовки при прошивке труб. Авторы предлагают три новых понятия: мгновенный шаг подачи, реальный шаг подачи вперед по оси прошивки и реальный шаг подачи назад против оси прошивки. Предлагаются методики расчета данных характеристик. Для мгновенного шага подачи предложена новая формула. Для расчета реального полушага подачи (назад и вперед) предложено два алгоритма, основанных на использовании цикла с условием. Данные методики могут быть полезны в инженерной и научной практике при расчетах количества циклов деформаций элемента объема в процессе прошивки, анализе напряженно-деформированного состояния и скорости деформаций. Эти данные могут быть полезны при проведении работ по получению требуемой структуры металла и механических свойств металла гильз. В статье приводятся результаты расчета полушага подачи разных видов, анализируется необходимость и целесообразность использования того или иного параметра.
Бесплатно
Численное моделирование непрерывной прокатки труб на стане FQM в программе Deform-3D
Статья научная
Современные непрерывные станы типа PQF (Premium quality finishing) и FQM (Fine Quality Mill) являются высокопроизводительными агрегатами, обеспечивающими высокое качество бесшовных труб различного сортамента. На данном оборудовании используется длинная удерживаемая оправка, которая имеет определенную скорость перемещения в очаге деформации. Для извлечения оправки в конце технологического цикла проката применяется трехклетьевой стан-извлекатель. Ввиду скоростных и деформационных условий такого процесса возможно образование поверхностных дефектов на черновой трубе. В работе были поставлены и решены задачи численного моделирования процесса непрерывной прокатки труб на стане FQM. Решение задач позволило оценить характер влияния отклонения осей прокатки непрерывного стана и стана-извлекателя вследствие плохого удержания оправки габиетами между клетями на качество черновой трубы. По результатам численного моделирования процесса непрерывной прокатки было установлено, что точность размеров труб снижается с ростом отклонения от оси прокатки. При величине отклонения в 3 мм отклонения по диаметру и толщине стенки от номинальных значений составляют (ΔD/Dном)•100 = 7,19 %, а (ΔS/Sном)•100 = 19,45 %, что выводит геометрические размеры труб за нормативные значения любого стандарта. Наблюдаются увеличение времени снятия оправки с трубы и пиковые нагрузки на оправку, что может говорить о нестабильном протекании процесса снятия оправки и ее сильном воздействии на внутреннюю поверхность трубы, приводящем к появлению видимого дефекта. Результаты решения задач позволили сформулировать технические рекомендации, направленные на снижение вероятности образования поверхностных дефектов при производстве труб на стане FQM.
Бесплатно
Численный анализ сортовой прокатки алюминиевого сплава 5754 на стане радиально-сдвиговой прокатки
Статья научная
Представлен анализ влияния температуры и скорости вращения валков на изменение температуры, а также напряженно-деформированного состояния в алюминиевых стержнях из сплава серии 5ХХХ. Проведено численное моделирование процесса прокатки на стане радиально-сдвиговой прокатки при 300 и 350 °С при 50 и 100 об/мин. Было проанализировано влияние этих параметров на распределение температуры, интенсивность деформации, скорость деформации и гидростатическое давление. При проведении численного моделирования использовались реальные реологические свойства исследуемого алюминиевого сплава 5754. Из-за растягивающего напряжения, возникающего на оси прокатываемой заготовки, наиболее неблагоприятными параметрами прокатки можно считать температуру загрузки 300 °С и скорость вращения роликов 50 об/мин. При остальных параметрах наибольшие растягивающие напряжения возникают в слоях на поверхности контакта заготовки с валками. Исследования, проведенные в работе, стали началом разработки оптимальных условий для пластической деформации труднодеформируемых алюминиевых сплавов 5ХХХ.
Бесплатно
Статья научная
Наиболее жестко геометрические характеристики поперечного сечения регламентируются для труб, предназначенных для подводных участков, где допустимое отклонение от теоретической окружности составляет по телу трубы 1…1,5 % от диаметра и 0,75…1 % от диаметра по торцам. Форма поперечного сечения труб большого диаметра образуется в процессе комплекса деформационных операций по формированию из штрипса трубной заготовки, корректировки этой геометрии под действием сварочных напряжений и калибровки в процессе финишной операции экспандирования. Результаты операции экспандирования во многом зависят от геометрических характеристик заготовки перед этой операцией и от кинематики контактного взаимодействия инструмента и заготовки непосредственно при экспандировании. Важную роль при этом играют силы трения между контактирующими поверхностями экспандерной головки и трубы, поскольку под влиянием этих сил может происходить перераспределение тангенциальных деформаций и, соответственно, искажение геометрии. В статье представлены экспериментальные материалы по определению коэффициента трения, полученные в условиях, максимально приближенных к условиям экспандирования труб большого диаметра. Приведены методика проведения эксперимента, описание лабораторной установки с необходимыми средствами измерения. Выполнена оценка влияния основных технологических факторов на величину коэффициента трения.
Бесплатно
Статья научная
При вальцевой формовке заготовки для труб большого диаметра вся работа деформации реализуется силами трения, которые передают штрипсу энергию привода через поверхность контактного взаимодействия с валками. Для характерной в процессе формовки специфики контактной границы чисто обработанного и закаленного валка с поверхностью заготовки, покрытой слоем вторичной окалины, в литературе практически отсутствуют данные по коэффициентам трения в таких условиях. Поскольку активные силы трения определяют ресурс деформационных возможностей процесса без пробуксовки валков относительно штрипса, достоверные данные о силах трения необходимы для расчета технологических режимов и оценки нагрузок на элементы трансмиссии. В статье представлены экспериментальные материалы по определению коэффициента трения, полученные в условиях, максимально приближенных к условиям формовки трубной заготовки на трехвалковой гибочной машине. Приведены методика проведения эксперимента, описание лабораторной установки с необходимыми средствами измерения. Выполнена оценка влияния основных технологических факторов на величину коэффициента трения.
Бесплатно
Статья научная
На основании развития энергетического метода решения технологических задач обработки металлов давлением, основоположником которого является В.Н. Выдрин, получены расчетные формулы для определения мощности, расходуемой на процесс волочения проволоки в монолитной волоке. Мощность электрической энергии, преобразуемая электродвигателем в механическую энергию и подводимая к барабану волочильного стана посредством редуктора, расходуется на преодоление сил трения в монолитной волоке и на формоизменение металла при волочении. В статье приведена методика расчета коэффициента полезного действия (КПД) процесса волочения проволоки. Установлено, что повышения механических свойств проволоки можно достичь за счет снижения неравномерности деформации по ее сечению. Определено, что с точки зрения формирования механических свойств и сохранения запаса пластичности проволоки маршрут волочения необходимо строить с максимально допустимыми по условию безобрывного волочения единичными степенями деформации, минимальным углом волоки и при обеспечении низкого коэффициента трения. Предложено при построении ресурсосберегающих маршрутов волочения руководствоваться не только критерием качества проволоки, характеризующимся уровнем механических свойств, но и энергоэффективностью процесса, который предложено оценивать по КПД процесса. Расчет мощности, расходуемой на формоизменение и преодоление сил трения в очаге деформации, показал, что КПД процесса волочения повышается с увеличением единичной степени деформации, уменьшением величины рабочего угла волоки и значения коэффициента трения. Анализ типового маршрута волочения с точки зрения этих принципов выявил, что эффект ресурсосбережения достигается при применении монолитных волок с рабочим углом 8°, при условии согласования его с остальными параметрами очага деформации (единичной степенью деформации и коэффициентом трения, обеспечиваемого качеством подготовки поверхности заготовки и применяемой технологической смазкой).
Бесплатно
