blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-7-531-538blackmet-1679Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESФизическое моделирование процесса непрерывной формовки сварных прямошовных труб на участке открытых валковых калибров ТЭСАModeling of longitudinal welded pipe forming in open rolling pass unit of electric weld pipe millСамусевС. В.SamusevS. V.

д.т.н., профессор кафедры обработки металлов давлением

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Metal Forming”

sergei18.58@mail.ruФадеевВ. А.FadeevV. A.

инженер

Engineer

fdv_viktor@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian Federation201922082019627531538Copyright © Самусев С.В., Фадеев В.А., 20192019Самусев С.В., Фадеев В.А.Samusev S.V., Fadeev V.A.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/1679

Представлены результаты физического и теоретического моделирования процесса непрерывной формовки. Эксперименты по непрерывной формовке полосовых заготовок проводили на трубоэлектросварочном стане 10-50 для трубы диам. 50 мм со стенкой 1 мм. Процесс формоизменения трубных заготовок осуществляли на участке формовочных горизонтальных и вертикальных клетей с оценкой геометрических параметров. Калибровка валкового инструмента – однорадиусная. Определены и замерены энергосиловые параметры процесса, которые влияют на качество геометрии заготовки. Анализ геометрических параметров полученной заготовки выявил дефекты типа гофр на правой кромке заготовки между второй эджерной и третьей формовочной клетями. Аналогичный дефект выявлен на левой кромке заготовки на межклетевом расстоянии третьей формовочной и эджерной клетями. Для устранения дефектов на формовочном участке перестраивали горизонтальные клети так, чтобы усилия по приводным клетям были идентичны. Последовательно были определены энергосиловые параметры процесса: тянущие усилия приводных клетей, значения сопротивлений перемещению полосы по приводным клетям и вертикальные усилия формовки. Расчеты по определению энергосиловых параметров выполняли с учетом основных технических параметров по двум методикам. Первая методика учитывает геометрические параметры сформованной заготовки и параметры очага сворачивания с учетом зоны внеконтактной деформации. Вторая методика базируется на учете контактного взаимодействия заготовки и профилированного инструмента по сечениям деформации. Расхождение расчетных и экспериментальных данных составило 8 – 12 %. После корректировки технических параметров процесса формовки и перенастройки валковых калибров была сформована бездефектная трубная заготовка. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных траекторий кромок по клетям по высоте и ширине показал расхождения результатов в пределах 6 – 9 %. При исследовании геометрических параметров очага деформации учитывали контактную и  внеконтактную зоны очага сворачивания и участок распружинивания. Рассчитаны параметры формоизменения трубной заготовки в монотонном и валковом очагах формовки. Анализ проведенных результатов показал, что формоизменение заготовки соответствует принятым положениям о характере изменения геометрии заготовки в валковых приводных калибрах.

The results of theoretical and physical modeling of pipes forming process are described. Experiments on strip billets forming were carried out on 10-50 pipe-welding mill for a pipe 50 mm in diameter with 1mm wall. Forming of pipe billets was carried out at unit of forming horizontal and vertical stands with estimation of geometrical parameters. Roll drafting is one-radial. Energy-power parameters of the process that affect quality of billet geometry were determined and measured. Analysis of geometric parameters of resulting billet has revealed defects of buckling type on the billet’s right edge between the second edger and the third molding stand. Similar defect was detected at the left edge of the billet at a distance of the third molding and edger stands. To eliminate defects in forming section, shaping stands were rebuilt so that forces on drive cells were identical. Energy-force parameters of the process were sequentially determined: pulling forces of drive stands, resistance to strip movement and vertical molding forces. Calculations for determining energy-force parameters were performed taking into account the main technical parameters using two methods. The first technique takes into account geometric parameters of molded billet and parameters of working zone with the zone of non-contact deformation. The second method is based on consideration of contact interaction between the billet and shaped instrument along the deformation section. Discrepancy between calculated and experimental data was 8  –  12  %. After adjusting technical parameters of the molding process and the passes re-adjusting, a defect-free pipe billet was formed. Comparative analysis of calculated and experimental edge trajectories along the height and width of the cages showed discrepancy in results in range of 6  –  9  %. While studying geometric parameters of the focus of deformation, contact and non-contact zones of working zone and area of sprinkling were taken into account. Parameters of the pipe billet shaping in monotonous and roll forming centers have been calculated. Analysis of the results has shown that change in billet’s geometry in shaping stand corresponds to the accepted statements of billet’s geometry changes in rolling pass.

непрерывная формовкаТЭСАформовочный станэлектросварная трубавалковая формовкамоделированиевалковый инструментcold roll-formingTESAmolding millelectric-welded piperoller formingmodelingshaped rollReferencesРымов В.А., Полухин П.И., Потапов И.Н. Совершенствование производства сварных труб. – М.: Металлургия, 1983. – 286 с.Rymov V.A., Polukhin P.I., Potapov I.N. Sovershenstvovanie proizvodstva svarnykh trub [Improving the production of welded pipes]. Мoscow: Metallurgiya, 1983, 286 p. (In Russ.).Матвеев Ю.М., Ваткин Я.Л. Калибровка инструмента трубных станов. –2-е изд. – М.: Металлургия, 1970. – 480 с.Matveev Yu.M., Vatkin Ya.L. Kalibrovka instrumenta trubnykh stanov [Pipe mills tool alignment]. Мoscow: Metallurgiya, 1970, 480 p. (In Russ.).Жуковский Б.Д., Зильберштейн Л.И., Фурманов В.Б. Производство труб. – М.: Металлургия, 1970. – 106 с.Zhukovskii B.D., Zil’bershtein L.I., Furmanov V.B. Proizvodstvo trub [Pipe production]. Мoscow: Metallurgiya, 1970, 106 p. (In Russ.).Самусев С.В., Жигулев Г.П., Фадеев В.А., Монахов К.С. Моделирование процесса формоизменения трубной заготовки на специализированной профилегибочной установке // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 3. С. 154 – 158.Samusev S.V., Zhigulev G.P., Fadeev V.A., Manakhov K.S. Simulation of forming pipe billet at specialized forming installation. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2016, vol. 59, no. 3, pp. 154–158.Самусев С.В., Алещенко А.С., Фадеев В.А. Моделирование процесса непрерывной формовки сварных прямошовных труб на базе «ТРЕНАЖЕРА ТЭСА 10-50» // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 5. С. 378 – 384.Samusev S.V., Aleshchenko A.S., Fadeev V.A. Simulation of the process of continuous forming of straight-seam welded pipes on the basis of “Tesa 10-50 trainer”. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018, vol. 61, no. 5, pp. 378–384.Самусев С.В., Захаров Д.В., Маршалкин Е.Л., Борисевич В.Г. Совершенствование технологии производства тонкостенных труб и оболочек малого диаметра // Изв. вуз. Черная металлургия. 2007. № 7. С. 36 – 38.Samusev S.V., Aleshchenko A.S., Fadeev V.A. Improving production technology of thin-walled pipes and shells of small diameter. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2007, no. 7, pp. 36–38. (In Russ.).Walker T.R., Pick R.J. Developments in the geometric modelling of an ERW pipe skelp // Journal of Materials Processing Tech. 1991. Vol. 25. No. 1. P. 35 – 54.Walker T.R., Pick R.J. Developments in the geometric modelling of an ERW pipe skelp. Journal of Materials Processing Tech. 1991, vol. 25, no. 1, pp. 35–54.Юсупов В.С., Колобов А.В., Акопян К.Э. и др. Совершенствование технологии производства электросварных прямошовных труб // Сталь. 2015. № 8. С. 44 – 50.Yusupov V.S., Kolobov A.V., Akopyan K.E., Seleznev M.S., Sominin M.A. Improving the production of electrowelded straight-seam pipe. Part 1. Steel in Translation. 2015, vol. 45, no. 8, pp. 598–604.Sun B.-F., Jin Y.-H. Simulation analysis of shaping process of high frequency longitudinal electric resistance welded pipe // Journal of China University of Petroleum. 2010. Vol. 34. No. 4. P. 123 – 126.Sun B.-F., Jin Y.-H. Simulation analysis of shaping process of high frequency longitudinal electric resistance welded pipe. Journal of China University of Petroleum. 2010, vol. 34, no. 4, pp. 123–126.Kasaei M.M., Naeini H.M., Tafti R.A., Tehrani M.S. Prediction of maximum initial strip width in the cage roll forming process of ERW pipes using edge buckling criterion // Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214. No. 2. P. 190 – 199.Kasaei M.M., Naeini H.M., Tafti R.A., Tehrani M.S. Prediction of maximum initial strip width in the cage roll forming process of ERW pipes using edge buckling criterion. Journal of Materials Processing Technology. 2014, vol. 214, no. 2, pp. 190–199.Han Z.-W., Liu C., Lu W.-P. etc. Experimental investigation and theoretical analysis of roll forming of electrical resistance welded pipes // Journal of Materials Processing Technology. 2004. Vol. 145. No. 3. P. 311 – 316.Han Z.-W., Liu C., Lu W.-P. etc. Experimental investigation and theoretical analysis of roll forming of electrical resistance welded pipes. Journal of Materials Processing Technology. 2004, vol. 145, no. 3, pp. 311–316.Технологии трубного производства / В.Н. Данченко, А.П. Коликов, Б.А. Романцев и др. – М.: Интермет инжиниринг, 2002. – 640 с.Danchenko V.N., Kolikov A.P., Romantsev B.A., etc. Tekhnologii trubnogo proizvodstva [Pipe production technologies]. Мoscow: Intermet inzhiniring, 2002, 640 p. (In Russ.).Машины и агрегаты трубного производства / А.П. Коликов, В.П. Романенко, А.Д. Шейх-Али и др. – М.: МИСиС, 1998. – 541 c.Kolikov A.P., Romanenko V.P., Sheikh-Ali A.D. etc. Mashiny i agregaty trubnogo proizvodstva [Machines and units for pipe production]. Мoscow: MISiS, 1998, 541 p. (In Russ.).Барабанцев Г.Е., Тюляпин А.Н., Колобов А.В., Юсупов В.С. Cовеpшенствование технологии пpоизводства электpосваpных пpямошовных тpуб // Производство проката. 2005. № 5. С. 21 – 23.Barabantsev G.E., Tyulyapin A.N., Kolobov A.V., Yusupov V.S. Improvement of production of electric welded longitudinal pipes. Proizvodstvo prokata. 2005, no. 5, pp. 21–23. (In Russ.).Li J.-X., Xie L.-Y., Wang J.-J., Xiong J.-H. Numerical study of the forming process of high frequency welded pipe // Journal of Shanghai Jiaotong University. 2010. Vol. 15. No. 2. P. 236 – 240.Li J.-X., Xie L.-Y., Wang J.-J., Xiong J.-H. Numerical study of the forming process of high frequency welded pipe. Journal of Shanghai Jiaotong University. 2010, vol. 15, no. 2, pp. 236–240.Abeyrathna B., Rolfe B., Weiss M. The effect of process and geometric parameters on longitudinal edge strain and product defects in cold roll forming // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 92. No. 1 – 4. P. 1 – 12.Abeyrathna B., Rolfe B., Weiss M. The effect of process and geometric parameters on longitudinal edge strain and product defects in cold roll forming. Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017, vol. 92, no. 1-4, pp. 1–12.Abeyrathna B., Rolfe B., Hodgson P., Weiss M. Local deformation in roll forming // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 88. No. 9 – 12. P. 2405 – 2415.Abeyrathna B., Rolfe B., Hodgson P., Weiss M. Local deformation in roll forming. Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017, vol. 88, no. 9-12, pp. 2405–2415.Iguchi K., Kuriyama Y., Moroi etc. Deformation behavior of high strength steel sheet during roll forming of electric resistance welded pipe // Steel Research International. 2012. SPL. ISSUE. P. 927 – 930.Iguchi K., Kuriyama Y., Moroi etc. Deformation behavior of high strength steel sheet during roll forming of electric resistance welded pipe. Steel Research Int. 2012. SPL. ISSUE, pp. 927–930.Paralikas J., Salonitis K., Chryssolouris G. Energy efficiency of cold roll forming process // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013. Vol. 66. No. 9 – 12. P. 1271 – 1284.Paralikas J., Salonitis K., Chryssolouris G. Energy efficiency of cold roll forming process. Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013, vol. 66, no. 9-12, pp. 1271–1284.Panton S.M., Zhu S.D., Duncan J.L. Geometric Constraints on the Forming Path in Roll Forming Channel Sections // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 1992. Vol. 206. No. 2. P. 113 – 118.Panton S.M., Zhu S.D., Duncan J.L. Geometric Constraints on the Forming Path in Roll Forming Channel Sections. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 1992, vol. 206, no. 2, pp. 113–118.Cai Liu, Zhiwu Han, Lele Zhang, Weiping Lu. Numerical modelling of the roll forming process of channel steel // Chinese Journal of Mechanical Engineering (English Edition). 1999. Vol. 12. No. 3. P. 173 – 177.Cai Liu, Zhiwu Han, Lele Zhang, Weiping Lu. Numerical modelling of the roll forming process of channel steel. Chinese Journal of Mechanical Engineering (English Edition). 1999, vol. 12, no. 3, pp. 173–177.

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