blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-2-156-163blackmet-1248Research ArticleНАУКА ПРОИЗВОДСТВУSCIENCE APPLICATIONВИБРАЦИОННАЯ ПРОШИВКА ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ НА ПРОШИВНОМ ПРЕССЕ ТРУБОПРЕССОВОЙ УСТАНОВКИVIBRATION PIERCING OF PIPE BILLET ON THE PIERCING PRESS OF PIPE-ROLLING MILLРахмановС. Р.RakhmanovS. R.

Кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической механики и сопротивления материалов.

49600, Днепр, ул. Акинфеева, 18

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Theoretical Mechanics and Strength of Materials.

Dnipro

npfvostokplus@gmail.comНациональная металлургическая академия УкраиныУкраинаNational Metallurgical Academy of UkraineUkraine201807032018612156163Copyright © Рахманов С.Р., 20182018Рахманов С.Р.Rakhmanov S.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1248

Рассмотрены вопросы использования высокоэффективных технологий при производстве труб на прошивном прессе трубопрессовой установки. Проанализированы существующие базовые и перспективные направления интенсификации режимов деформации в процессах обработки металлов давлением с использованием активных управляемых высокочастотных вибраций. Установлено, что в силу недостаточной изученности вибрационные процессы не находят широкого применения при производстве бесшовных труб. Путем анализа и синтеза ряда известных фундаментальных исследований показано, что благоприятные условия деформации металла достигаются при использовании высокочастотных вибраций. Выявлено, что операция прошивки трубной заготовки на прошивном прессе сопровождается значительными потерями на преодоление сил технологического сопротивления, характерного для процесса неравномерности деформаций по всему объему обрабатываемого металла. Установлены некоторые ранее неизвестные явления, возникающие при реализации существующих технологий прошивки трубных заготовок, что потребовало создания новых математических моделей таких процессов, адекватно отражающих условия осуществления процесса прошивки или экспандирования заготовок на современных прошивных прессах. Составлена математическая модель динамических волновых процессов, возникающих в обрабатываемом металле. Для квазистационарного процесса прошивки трубной заготовки получены дифференциальные уравнения образования волн на соответствующих границах зон очага деформации, характерных для пластической зоны и зоны с трещинообразованием в прошиваемом металле. Определены параметры границы распространения волн в прошиваемой трубной заготовке на сопрягаемых фронтах пластической зоны с зоной возникновения трещинообразования. Установлено, что деформации и напряжения в прошиваемом металле зависят от скорости расширения характерных волн на границе контакта с технологическими инструментами. Обоснована высокоэффективная инновационная технология вибрационной прошивки трубной заготовки на прошивном прессе трубопрессовой установки. Установлены особенности реализации технологии активной управляемой вибрационной прошивки трубной заготовки на прошивном прессе трубопрессовой установки. Показано, что применение высокочастотных колебаний на прессе способствует значительному повышению эффективности технологического процесса прошивки или экспандирования трубных заготовок. Выбором рациональных параметров высокочастотных вибраторов (амплитудно-частотных характеристик), встроенных в систему, получено заметное снижение энергосиловых параметров в процессе прошивки трубной заготовки и достигнуто существенное повышение качества производимых гильз.

The issues of using highly efficient technologies in the production of pipes on the piercing press of a pipe press installation are considered. The existing basic and perspective directions of intensification of deformation modes in the processes of metal forming using active controlled high-frequency vibrations are analyzed. It was established that, due to insufficient study, vibration processes do not find wide application in the production of seamless pipes. By analyzing and synthesizing a number of known fundamental studies, it has been shown that favorable conditions for metal deformation can be achieved by using high-frequency vibrations. It was revealed that the operation of the pipe billet piercing on the piercing press is accompanied by considerable losses to overcome the forces of technological resistance, characteristic for the process of deformations unevenness throughout the volume of the processed metal. Some previously unknown phenomena that arise during the implementation of existing technologies for pipe billets piercing have been established, which required the creation of new mathematical models of such processes that adequately reflect the conditions of the process of piercing or expanding the billets on modern piercing presses. A mathematical model of the dynamic wave processes arising in the processed metal is made. For the quasistationary process of pipe billet piercing differential equations of wave formation are obtained at the corresponding boundaries of the zones of the deformation center, characteristic for the plastic zone and the zone with cracking in the pierced metal. The parameters of the wave propagation boundary in the pierced pipe billet on the conjugate fronts of the plastic zone with the zone of crack formation are determined. It was established that deformations and stresses in the pierced metal depend on the rate of expansion of characteristic waves at the interface of contact with technological tools. A highly effective innovative technology of vibration piercing of a pipe billet on a piercing press of a pipe-rolling mill is substantiated. The features of realizing the technology of active controlled vibration piercing of the pipe billet on the piercing press of a pipe-rolling mill are determined. It is shown that the use of high-frequency oscillations on the press contributes to a significant increase in the efficiency of the technological process of piercing or expansion of pipe billets. The choice of rational parameters of high-frequency vibrators (amplitude-frequency characteristics), built into the system, resulted in a noticeable decrease in the energy-strength parameters du­ ring the piercing of the pipe billet and a significant improvement in the quality of the produced sleeves.

пресструбапрошивкаэкспандерконтейнероправкамодельзона пластичностиволназона разрушениянапряжениевибрациявысокочастотный вибраторpresspipeinsertionexpandercontainermandrelmodelplasticity zonewavedestruction zonetensionvibrationhigh-frequency vibratorReferencesТехнология трубного производства. Учебник для вузов / В.Н. Данченко, А.П. Коликов, Б.А. Романцев, С.В. Самусев. – М.: Интермет Инжиниринг, 2002. – 640 с.Danchenko V.N., Kolikov A.P., Romantsev B.A., Samusev S.V. Tekhnologiya trubnogo proizvodstva. Uchebnik dlya vuzov [Pipe production technology. Textbook for universities]. Moscow: Intermet Inzhiniring, 2002, 640 p. (In Russ.).Медведев М.И., Гуляев Ю.Г., Чукмасов С.А. Совершенствование процесса прессования труб. – М.: Металлургия, 1986. – 151 с.Medvedev M.I., Gulyaev Yu.G., Chukmasov S.A. Sovershenstvovanie protsessa pressovaniya trub [Improvement of pipe pressing process]. Moscow: Metallurgiya, 1986, 151 p. (In Russ.).Боборыкин Ю.А. Некоторые вопросы обработки металлов давлением с применением вибраций. Материалы семинара «Применение вибраций для интенсификации процессов штамповки». – М.: МДНТП, 1961. С. 27 – 32.Boborykin Yu.A. Selected issues of vibration-assisted metal forming. In: Materialy seminara: Primenenie vibratsii dlya intensifikatsii protsessov shtampovki [Papers of the seminar “Vibration application in for intensification of die-stamping processes”]. Moscow: MDNTP, 1961, 27–32 p. (In Russ.).Рахманов С.Р., Гоман О.Г. Динамические процессы при прошивке трубной заготовки на прессе // Сталь. 2010. № 6. С. 73 – 78.Rakhmanov S.R., Goman O.G. Dynamic processes during pipe billet piercing on pressing machine. Stal’. 2010, no. 6, pp. 73–78. (In Russ.).Иванова В.С. Механизм пластической деформации при действии циклических нагрузок // Металловедение и термическая обработка металлов. 1960. № 4. С. 7 – 13.Ivanova V.S. Plastic deformation mechanism under cycling loads. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 1960, no. 4, pp. 7–13 (In Russ.).Бухвалов Г.Б., Скрябин Н.П., Волегов В.П. Обработка металлов в условиях вибрационного нагружения. – В кн.: Доклады четвертой научно-технической конференции молодых специалистов. – М.: ВНИИМЕТМАШ, 1961. С. 17 – 25.Bukhvalov G.B., Skryabin N.P., Volegov V.P. Metal treatment under vibration stressing. In: Doklady chetvertoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii molodykh spetsialistov [Papers of the 4th Scientific Conference of Young Specialists]. Moscow: VNIIMETMASh, 1961, pp. 17–25 (In Russ.).Залесский В.И., Волков И.П. Исследование деформации при осадке в условиях вибрационного нагружения // Изв. вуз. Черная металлургия. 1965. № 9. С. 12 – 16.Zalesskii V.I., Volkov I.P. Study of sinking strain deformation at vibration stressing. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1965, no. 9, pp. 12–16. (In Russ.).Залесский В.И., Мендыбаев О.С. Вибрационное прессование с применением гидровинтового вибратора // Изв. вуз. Черная металлургия. 1965. № 11. С. 7 – 12.Zalesskii V.I., Mendybaev O.S. Vibration pressing with screw hydraulic vibrator. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1965, no. 11, pp. 7–12. (In Russ.).Потураев В.Н., Миронюк А.Ф. Некоторые результаты исследования вибропрессования. – М.: Металлургия, 1966. – 254 с.Poturaev V.N., Mironyuk A.F. Nekotorye rezul’taty issledovaniya vibropressovaniya [Selected results of the study of vibration pressing]. Moscow: Metallurgiya, 1966, 254 p. (In Russ.).Стеблюк В.И., Тартаковский И.П. Определение параметров вибрационных прессов для штамповой зачистки деталей // Технология и автоматизация машиностроения. 1968. Вып. 3. С. 15 – 19.Steblyuk V.I., Tartakovskii I.P. Determination of parameters of vibration presses for stamp chipping of the tool elements. Tekhnologiya i avtomatizatsiya mashinostroeniya. 1968, vol. 3, pp. 15–19. (In Russ.).Зайцев В.С., Павлов И.М., Буханов С.Ф. Геометрические условия вибрационной прокатки // Изв. вуз. Черная металлургия. 1969. № 5. С. 51 – 58.Zaitsev V.S., Pavlov I.M., Bukhanov S.F. Geometry conditions of vibration rolling. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1969, no. 5, pp. 51–58. (In Russ.).Матвеев И.Б. Выбор принципиальной схемы вибрационного пресса // Кузнечно-штамповочное производство. 1973. № 8. С. 24 – 28.Matveev I.B. Selection of the principal scheme of vibration press. Kuznechno-shtampovochnoe proizvodstvo. 1973, no. 8, pp. 24–28. (In Russ.).Николаев В.А. Давление и момент при прокатке полосы с вибрационным нагружением // Изв. вуз. Черная металлургия. 1971. № 9. С. 32 – 39.Nikolaev V.A. Pressure and moment coefficient at strip rolling under vibration stressing. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1971, no. 9, pp. 32–39. (In Russ.).Сверденко В.П., Добровольский И.Г., Булах В.Н. Изучение влияния­ низкочастотных колебаний на силовые параметры при вибрационной осадке // Изв. вуз. Черная металлургия. 1971. № 7. С. 21 – 27.Sverdenko V.P., Dobrovol’skii I.G., Bulakh V.N. Study of low-frequency vibrations influence on power parameters under vibration sinking strain. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1971, no. 7, pp. 21–27. (In Russ.).Бидерман В.Л. Теория механических колебаний: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1980. – 408 с.Biderman V.L. Teoriya mekhanicheskikh kolebanii: Uchebnik dlya vuzov [Theory of mechanical oscillations: Textbook for universities]. Moscow: Vysshaya shkola, 1980, 408 p. (In Russ.).Несис Е.И. Методы математической физики: Учебное пособие. – М.: Просвещение, 1977.– 199 с.Nesis E.I. Metody matematicheskoi fiziki: Uchebnoe posobie [Methods of mathematical physics: Manual]. Moscow: Prosveshchenie, 1977, 199 p. (In Russ.).Хаяси Т. Нелинейные колебания в физических системах. – М.: Мир, 1968. – 432 с.Chihiro Hayashi. Nonlinear oscillations in physical systems. Mc-Graw-Hill, 1964, 392 p. (Russ.ed.: Hayashi Ch. Nelineinye kolebaniya v fizicheskikh sistemakh. Moscow: Mir, 1968, 432 p.).Клименко В.М., Шаповал В.Н. Вибрационная обработка давлением. – Киев: Техника, 1977. – 128 с.Klimenko V.M., Shapoval V.N. Vibratsionnaya obrabotka davleniem [Vibration assisted pressure metal treatment]. Kiev: Tekhnika, 1977, 128 p. (In Russ.).Winsper C.T., Sansome D.H. The superposition of longitundinal sonic oscillations at the wire drawing progress. Proc. Inst. Mtch. Engrs. 1968, No. 25.Winsper C.T., Sansome D.H. The superposition of longitundinal sonic oscillations at the wire drawing progress. Proc. Inst. Mtch. Engrs. 1968, no. 25.Рахманов С.Р. Математическое моделирование процессов вибрационной прошивки трубной заготовки на прошивном прессе // Вибрация в технике и технологиях. 2010. № 3. С. 99 – 108.Rakhmanov S.R. Mathematic modeling of pipe billet piercing processes at piercing press. Vibratsiya v tekhnike i tekhnologiyakh. 2010, no. 3, pp. 99–108. (In Russ.).Гуляев Ю.Г., Чукмсов С.А., Губинский А.В. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. – Киев: Наукова думка, 1986. – 240 с.Gulyaev Yu.G., Chukmsov S.A., Gubinskii A.V. Matematicheskoe modelirovanie protsessov obrabotki metallov davleniem [Mathematical modeling of metal forming processes]. Kiev: Naukova dumka, 1986, 240 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.