Обработка металлов давлением. Технологии и машины обработки давлением. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
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
