blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-10-848-855blackmet-2001Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND AUTOMATIC CONTROL IN FERROUS METALLURGYАнализ особенностей процесса прошивки труб на ТПА 70-270 с применением метода конечных элементовAnalysis of pipe piercing on PRP 70-270 with FEM modelingОрловД. А.OrlovD. A.

аспирант кафедры «Обработка металлов давлением», главный специалист по технологии производства бесшовных труб

119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4

607060, Россия, Нижегородская обл., Выкса, ул. Бр. Баташевых, 45

Postgraduate of the Chair “Metal Forming”, Chief Specialist of Seamless Pipe Production Technology

Moscow

 

mr.orlovdmitrii@gmail.comГончарукА. В.GoncharukA. V.

д.т.н., профессор кафедры «Обработка металлов давлением»

119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4

 

 

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

Moscow

gon@misis.ruКобелевО. А.KobelevO. A.

д.т.н., главный специалист ГК «РОСАТОМ»

115088, Россия, Москва, Шарикоподшипниковская ул., 4

 

Dr. Sci. (Eng.), Chief Specialist of State Corporation “ROSATOM”

Moscow

oakobelev@cniitmash.comКомарницкаяО. Г.KomarnitskayaO. G.

бакалавр кафедры «Обработка металлов давлением»

119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4

 

 

Bachelor of the Chair “Metal Forming”

Moscow

okomarnitskaia@gmail.comБуницН. С.BunitsN. S.

магистр кафедры «Обработка металлов давлением»

119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4

Master Student of the Chair “Metal Forming”

Moscow

thewall1@gmail.comНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»; АО «Выксунский металлургический завод»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS); JSC “Vyksa Metallurgical Plant”, Vyksa, Nizhny Novgorod RegionRussian FederationЦентральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения, ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»РоссияJSC Russian State Research Center “CNIITMASH”Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian Federation2020101220206310848–855Copyright © Орлов Д.А., Гончарук А.В., Кобелев О.А., Комарницкая О.Г., Буниц Н.С., 20202020Орлов Д.А., Гончарук А.В., Кобелев О.А., Комарницкая О.Г., Буниц Н.С.Orlov D.A., Goncharuk A.V., Kobelev O.A., Komarnitskaya O.G., Bunits N.S.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/2001

Проведен анализ процесса прошивки и раскатки труб на ТПА 70-270 АО «Выксунский металлургический завод» с точки зрения энергосиловых параметров (ЭСП), времени прошивки и геометрических размеров труб. Выполнено сопоставление полученных результатов с результатами компьютерного моделирования в программном комплексе QFORM 3D. Для моделирования спроектированы очаги деформации для прошивки гильзы размерами 203×16,5 мм за один проход на оправке диам. 162 мм и за две операции прошивки и раскатки на оправках диам. 76 и 162 мм соответственно. Из полученных данных по энергосиловым параметрам установлено, что с точки зрения энергозатрат прошивка в один проход на оправке диам. 162 мм представляется более целесообразной. Однако при прошивке за одну операцию резко снижается износостойкость оправок, так как увеличивается время контакта между инструментом и горячим металлом. Это приводит к снижению качества внутренней поверхности гильз и труб, более частой замене инструмента и повышению простоев оборудования. При моделировании выбранный параметр фактора трения оказывает значительное влияние на значение энергосиловых параметров (крутящего момента и потребляемой мощности) и времени прошивки. Получены зависимости изменения энергосиловых параметров и времени прошивки от фактора трения при прошивке в двухвалковом стане с направляющими линейками. С возрастанием фактора трения снижается время прошивки и увеличиваются момент и мощность прокатки. Результаты моделирования коррелируются с экспериментальными результатами опытных прокаток. При правильно выбранном значении фактора трения ЭСП, время прокатки и геометрия гильзы могут быть с достаточной точностью спрогнозированы при помощи компьютерного моделирования.

The article analyzes the piercing and rolling process of seamless pipes on PRP 70-270 of JSC “VMP” in terms of power parameters, piercing time and geometric sizes of pipes. The research results were compared with the results of computer simulation on software package QFORM 3D. For simulation, the deformation zones were designed for piercing a mold tube with dimensions of 203×16.5 mm in one pass on a mandrel with diameter of 162 mm and in two passes of piercing and rolling-off on mandrels with diameter of 76 and 162 mm, respectively. From the obtained data on the power parameters, it was found that from the point of view of energy consumption, piercing in one pass seems more appropriate. However, when piercing in one pass, wear resistance of the mandrels sharply decreases, since the contact time between the tool and the hot metal increases. This leads to a decrease in quality of the pipes’ inner surface, more frequent replacement of the tool and increased downtime of the equipment. During simulation, the selected parameter of the friction factor has a significant impact on the value of power parameters (torque and power consumption) and piercing time. The dependences of changing power parameters and piercing time on the friction factor during piercing in a two-roll mill with guards are obtained. With increase of the friction factor, piercing time decreases and torque and rolling power increase. The simulation results are correlated with results of experimental rolling. With a correctly chosen value of the friction factor, power parameters and geometry of the mold tube can be quite accurately predicted by computer modeling.

прошивкараскаткавинтовая прокаткамощность прокаткиочаг деформацииметод конечных элементов (МКЭ)фактор тренияpiercingrollingscrew rollingrolling powerdeformation zonefinite elements method (FEM)friction factorReferencesRomantsev B., Goncharuk A., Aleshchenko A. etc. Development of multipass skew rolling technology for stainless steel and alloy pipes’ production // Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 97. No. 9 – 12. P. 3223 – 3230.Romantsev B., Goncharuk A., Aleshchenko A., Gamin Y., Mintakhanov M. Development of multipass skew rolling technology for stainless steel and alloy pipes’ production. Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018, vol. 97, no. 9-12, pp. 3223–3230.Романцев Б.А., Гончарук А.В., Алещенко А.С. и др. Совершенствование режимов горячей прокатки труб на мини ТПА 70-270 // Металлург. 2015. № 5. С. 41 – 43.Romantsev B.A., Goncharuk A.V., Aleshchenko A.S., Onuchin A.B., Gamin Y.V. Improving the regimes used for hot-rolling tubes on mini tube-production unit 70–270. Metallurgist. 2015, vol. 59, no. 5-6, pp. 386–389.Гончарук А.В., Романцев Б.А., Орлов Д.А., Гамин Ю.В. Влияние режимов деформации на точность бесшовных труб // Технология металлов. 2020. № 1. С. 50 – 54.Goncharuk A.V., Romantsev B.A., Orlov D.A., Gamin Yu.V. Influence of deformation modes on accuracy of seamless pipes. Tekhnologiya metallov. 2020, no. 1, pp. 50–54. (In Russ.).Гамин Ю.B., Романцев Б.А., Пашков А.Н. и др. Получение полых полуфабрикатов изделий из медных сплавов электротехнического назначения способом винтовой прокатки // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2020. № 1. С. 27 – 38.Gamin Y.V., Romantsev B.A., Pashkov A.N., Patrin P.V., Bystrov I.A., Fomin A.V., Kadach M.V. Obtaining hollow semifinished products based on copper alloys for electrical purposes by means of screw rolling. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2020, vol. 61, no. 2, pp. 162–171.Deng G.Y., Zhu Q., Tieu K. etc. Evolution of microstructure, temperature and stress in a high speed steel work roll during hot rolling: Experiment and modeling // Journal of Material Processing Technology. 2017. Vol. 240. P. 200 – 208.Deng G.Y., Zhu Q., Tieu K. etc. Evolution of microstructure, temperature and stress in a high speed steel work roll during hot rolling: Experiment and modeling. Journal of Material Processing Technology. 2017, vol. 240, pp. 200–208.Yang J., Li S., Liu J. etc. Finite element analysis of bending behavior and strain heterogeneity in snake rolling of AA7050 plates using a hyperbolic sine-type constitutive law // Journal of Materials Processing Technology. 2017. Vol. 240. P. 274 – 283.Yang J., Li S., Liu J., Li X., Zhang X. Finite element analysis of bending behavior and strain heterogeneity in snake rolling of AA7050 plates using a hyperbolic sine-type constitutive law. Journal of Material Processing Technology. 2017, vol. 240, pp. 274–283.Zhang Z., Liu D., Yang Y. etc. Microstructure evolution of nickelbased superalloy with periodic thermal parameters during rotary tube piercing process // Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 104. No. 9 – 12. P. 3991 – 4006.Zhang, Z., Liu, D., Yang, Y. etc. Microstructure evolution of nickelbased superalloy with periodic thermal parameters during rotary tube piercing process. Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019, vol. 104, no. 9-12. pp. 3991–4006.Галкин С.П., Романцев Б.А., Та Динь Суан, Гамин Ю.В. Ресурсосберегающая технология производства круглого сортового проката из бывших в употреблении осей подвижного железнодорожного состава // Черные металлы. 2018. № 4. С. 20 – 27.Galkin S.P., Romantsev B.A., Ta D.X., Gamin Yu.V. Resource-saving technology for production of round bars from used shaft of rolling railroad stock. Chernye metally. 2018, no. 4, pp. 20–27. (In Russ.).Toporov V., Bogatov A., Nukhov D. Study of the tubular billets geometric characteristics during computer simulation of the rotary piercing process // Materials Science Forum. 2019. Vol. 946. P. 788 – 793.Toporov V., Bogatov A., Nukhov D. Study of the tubular billets geometric characteristics during computer simulation of the rotary piercing process. Materials Science Forum. 2019, vol. 946, pp. 788–793.Pater Z., Bartnicki J., Kazanecki J. 3D finite elements method (FEM) analysis of basic process parameters in rotary piercing mill // Metalurgija. 2012. Vol. 51. No. 4. P. 501 – 504.Pater Z., Bartnicki J., Kazanecki J. 3D finite elements method (FEM) analysis of basic process parameters in rotary piercing mill. Metalurgija. 2012, vol. 51, no. 4, pp. 501–504Алещенко А.С., Будников А.С., Харитонов Е.А. Исследование формоизменения металла в процессе редуцирования труб на трехвалковом стане // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 10. С. 756 – 762.Aleshchenko A.S., Budnikov A.S., Kharitonov E.A. Metal forming during pipes reduction on a three-high rolling mill. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019, vol. 62, no. 10, pp. 756–762. (In Russ.).Алещенко А.С., Гамин Ю.В., Чан Б.Х., Цюцюра В.Ю. Особенности износа рабочего инструмента при прошивке жаропрочных сплавов // Черные металлы. 2018. № 8. С. 63 – 70.Aleshchenko A.S., Gamin Y.V., Chan B.K., Tsyutsyura V.Y. Wear features of working tools during piercing of high-temperature alloys. Chernye metally. 2018, no. 8, pp. 63–70. (In Russ.).Pater Z. FEM analysis of loads and torque in a skew rolling process for producing axisymmetric parts // Archives of Metallurgy and Materials. 2017. Vol. 62. No. 1. P. 85 – 90.Pater Z. FEM analysis of loads and torque in a skew rolling process for producing axisymmetric parts. Archives of Metallurgy and Materials. 2017, vol. 62, no. 1, pp. 85–90.Скрипаленко М.М., Галкин С.П., Хе Чже Сун и др. Прогнозирование вероятного разрушения при радиально-сдвиговой прокатке непрерывнолитых медных заготовок на основе компью- терного моделирования // Металлург. 2018. № 9. С. 7 – 12.Skripalenko M.M., Galkin S.P., Sung H.J. etc. Prediction of potential fracturing during radial-shear rolling of continuously cast copper billets by means of computer simulation. Metallurgist. 2019, vol. 62, no. 9-10, pp. 849–856.Huo Y., He T., Wang B. etc. Numerical prediction and experimental validation of the microstructure of bearing steel ball formation in warm skew rolling // Metallurgical and Materials Transactions A. 2020. Vol. 51. No. 3. P. 1254 – 1263.Huo Y., He T., Wang B. etc. Numerical prediction and experimental validation of the microstructure of bearing steel ball formation in warm skew rolling. Metallurgical and Materials Transactions A. 2020, vol. 51, no. 3, pp. 1254–1263.Romantsev B.A., Goncharuk A.V., Zimin V.Y. etc. Introducing seamless-pipe production at OAO Vyksunskii metallurgicheskii zavod // Steel in Translation. 2009. Vol. 39. No. 9. P. 803 – 805.Romantsev B.A., Goncharuk A.V., Zimin V.Y., Pakhomov V.P., Aleshchenko A.S., Matyko O.K. Introducing seamless-pipe production at OAO Vyksunskii metallurgicheskii zavod. Steel in Translation. 2009, vol. 39, no. 9, pp. 803–805.Romantsev B.A. New technology for pipe rolling on mini mills // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 12. P. 1019 – 1024.Romantsev B.A. New technology for pipe rolling on mini mills. Steel in Translation. 2011, vol. 41, no. 12, pp. 1019–1024.Романенко В.П., Степанов П.П., Крискович С.М. Производство полых вагонных осей методами винтовой прошивки и радиальной ковки // Металлург. 2017. № 10. С. 44 – 48.Romanenko V.P., Stepanov P.P., Kriskovich S.M. Production of hollow railroad axles by screw piercing and radial forging. Metallurgist. 2018, vol. 61, no. 9-10, pp. 873–877.Романенко В.П., Фомин А.В., Севастьянов А.А., Никулин А.Н. Исследование механических свойств железнодорожных колес, полученных из заготовки, прошитой в стане винтовой прокатки // Металлург. 2018. № 6. С. 73 – 77.Romanenko V.P., Fomin A.V., Sevast’yanov A.A. etc. A Study of the mechanical properties of railroad wheels manufactured from a billet broached in a helical rolling mill. Metallurgist. 2018, vol. 62, no. 5-6, pp. 568–573.Quantor Form 2019. URL: https://qform3d.com (Access date: 09.02.2020).QuantorForm2019. Available at URL: https://qform3d.com (Accessed: 09.02.2020).

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