доктор технических наук, профессор кафедры обработки металлов давлением.
119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4.
Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Metal Forming”.
Moscow.
кандидат технических наук, заведующий лабораторией.
454139, Россия, Челябинск, ул. Новороссийская, 30.
Cand. Sci. (Eng), Head of the Laboratory.
Chelyabinsk.
магистр кафедры обработки металлов давлением.
119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4.
MA Student of the Chair “Metal Forming”.
Moscow.
В результате анализа процессов формовки листовой заготовки при различных схемах: в вальцах (схема RBE), на прессах (схема UOE) и шаговой формовки (схема JOE) показано, что в отечественной и зарубежной практике производства труб большого диаметра для прокладки морских трубопроводов применяется схема JOE. Выполнено математическое моделирование процессов пластического формоизменения листовой заготовки по схеме JOE на кромкогибочном прессе и прессе шаговой формовки и калибрования сварной О-образной трубной заготовки на механическом экспандере с использованием программного комплекса Deform 3D. Представлены результаты математического моделирования напряженно-деформированного состояния металла в трубных заготовках и готовых трубах по всему технологическому переделу производства труб большого диаметра. Показано, что пластическое состояние сформованных J-образных листовых заготовок на прессовом оборудовании и при калибровании труб характеризуется неравномерностью напряженно-деформированного состояния (НДС) металла. Приведены численные результаты распределения эквивалентных напряжений и интенсивности деформации на наружной поверхности трубы типоразмера Dт×Sт = 720×22 мм класса прочности К56. Показано, что участки трубы с большей неравномерностью НДС характеризуются повышенными значениями остаточных напряжений и деформаций, поэтому в этих областях отмечено увеличение диаметра и овальности трубы относительно среднего значения. Результаты проведенных экспериментальных исследований остаточных напряжений после экспандирования труб, изготовленных на ТЭСА 1020 и ТЭСА 1420 убедительно подтверждают не равномерный характер распределения НДС в поперечном сечении ТБД: в сварном шве σост достигают величины +220 МПа (схема JOE) и +150 МПа (схема UOE), что составляет (0,3 – 0,4)σт тогда как в металле трубы σост = +40…45 МПа. Численные расчеты по методу конечных элементов (МКЭ) модели значений овальности трубы после экспандирования при различных начальных геометрических размерах сформованных листовых заготовок подтверждаются данными физического измерения геометрических размеров на установке автоматического контроля. По результатам моделирования установлено, что для строительства подводного газопровода, согласно нормативной документации, требуемая геометрическая форма трубы и точность размеров внутреннего диаметра ТБД достигается при экспандировании заготовки с величиной овальности не более 5 мм. При этом обеспечивается качественная сборка и сварка кромок соединяемых труб в линии трубопровода. Приведенные результаты компьютерного моделирования по МКЭ модели напряженно-деформированного состояния пластического формоизменения заготовки-трубы при изготовлении по схеме JOE необходимо учитывать при расчете технологических параметров формовки трубной заготовки, калибровке инструмента и режимов настройки прессового оборудования.
The analysis of slab forming processes under different schemes: in rolls (RBE scheme), presses (UOE scheme) and stepwise forming (JCOE scheme) shows that domestic and foreign plants of large-diameter pipe production for laying offshore pipelines use JCOE scheme. The mathematical modeling of processes of plastic deformation of slab in edge-bending press by JCOE scheme and on the stepwise forming and calibration press of welded O-shaped pipe billet on a mechanical expander was made using the Deform 3D software. The results of mathematical modeling of stress-strain state of the metal in pipe billets and finished pipes are considered for all the technological production process of large diameter pipes. It is shown that the plastic state of the molded J-shaped slabs on forging equipment and at pipe calibration is characterized by uneven stress-strain state (SSS) of the metal. Numerical results of the distribution of equivalent stress and strain rate on the outer surface of the pipe of the size Dt × Sm = 720×22 mm of K56 strength class have shown that pipe sections with more uneven SSS have high values of residual stresses and strains, so in these areas was noted an increase of diameter and roundness of the pipe relative to the average. The results of experimental research of residual stresses in pipes after expanding made at TESA 1020 and TESA 1420 confirm the unstable distribution of stress-strain state in the cross-section of large diameter pipes. In the weld joint σres reaches a value of +220 MPa (JOE scheme) and +150 MPa (UOE scheme), which is (0.3 – 0.4)σt , whereas in the pipe metal σres = +40...45 MPa. Numerical calculations by the FEM model of out-of-roundness of pipe after expansion at various initial geometrical dimensions of the molded slabs are confirmed by physical measurements of geometric dimensions on the installation of automatic control. The modeling results have established that for the construction of underwater gas pipeline according to normative documents the optimal geometric pipe shape and dimensional accuracy of the inner diameter of large-diameter pipes can be achieved at expanding of the pipe billet with out-of-roundness of 5 mm. This ensures the quality assembly and welding of the edges of connected pipes in the pipeline. The results of computer simulation by the FEM model of the stress-strain state of the plastic forming of pipe billet at manufacture by JCOE scheme should be considered in the calculation of technological parameters of pipe billet molding, tool calibration and press equipment setting modes.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.