blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2022-1-28-34blackmet-2234Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESМодернизация технологии винтовой прокатки в многовалковом станеModernization of screw rolling technology in a multi-roll millРотенбергЖ. Я.RotenbergZh. Ya.

Жозеф Яковлевич Ротенберг, к.т.н., доцент

620133, Екатеринбург, ул. Луначарского, стр. 31, оф. 304

Zhozef Ya. Rotenberg, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof.

room 304, bld. 31, Lunacharskogo Str., Yekaterinburg 620133

zhozef.rotenberg@mail.ruБудниковА. С.BudnikovA. S.

Алексей Сергеевич Будников, к.т.н., доцент кафедры «Обработка металлов давлением»

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Aleksei S. Budnikov, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Metal Forming”

4 Leninskii Ave., Moscow 119049

budnikov.as@misis.ruООО «Уральский научно-исследовательский технологический институт»РоссияLLC Ural Scientific Research Technological InstituteRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian Federation2022110220226512834Copyright © Ротенберг Ж.Я., Будников А.С., 20222022Ротенберг Ж.Я., Будников А.С.Rotenberg Z.Y., Budnikov A.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/2234

Анализ процесса винтовой прокатки показал, что изменение осевой скорости валка по длине калибра косовалкового стана не соответствует требуемому характеру изменения скорости деформируемой заготовки. Процесс протекает при интенсивном осевом сжатии, в результате чего значительная часть обжимаемого в контактной зоне металла вытесняется в межвалковую зону. Показано, что от величины угла наклона образующей рассматриваемого участка валка к оси прокатки зависит направление осевой силы в соответствующей зоне прокатного калибра. Предложена модернизация технологии винтовой прокатки, позволяющая осуществить деформацию заготовки под воздействием внутриочагового осевого растяжения. Поставленная задача осуществляется путем применения калибровки валков, при которой в начале расположен гребневой участок валка, на котором осевая сила направлена против направления прокатки, а за ним – тянущий, на котором направление осевой силы совпадает с направлением прокатки. Такая схема действия осевых сил в зоне интенсивного обжатия заготовки создает наиболее благоприятные условия для течения металла в осевом направлении. Предложено техническое решение для осуществления стадии захвата заготовки валками, приведено описание указанной стадии и стационарной фазы процесса. Осуществленное в результате модернизации кардинальное изменение условия деформации заготовки позволяет снизить силовую нагрузку на рабочие валки, повысить их работоспособность и уменьшить энергетические затраты при прокатке. Это обеспечит прокатку сплошной заготовки в обжимном стане с большей вытяжкой, создаст предпосылки для расширения размерного и марочного сортамента при получении прутков в станах радиально-сдвиговой прокатки, а при производстве труб в прокатных линиях со станом Ассела диапазон готовой продукции может быть существенно расширен за счет изготовления тонкостенных, высокоточных труб.

Analysis of the screw rolling process showed that change in axial speed of the roll along the length of the roll groove of cross rolling mill does not correspond to the required character of change in the speed of deformed billet. The process proceeds under intense axial compression, as a result of which a significant part of the metal crimped in the contact zone is displaced into the inter-roll area. It is shown that direction of the axial force in the corresponding zone of the roll groove depends on the value of inclination angle of the considered roll section generatrix to the rolling axis. The proposed modernization of screw rolling technology makes it possible to carry out deformation of the billet under the influence of intra-focal axial tension. The task is accomplished by rolls calibration when at the beginning there is a ridge section of the roll on which the axial force is directed against rolling direction; and behind it, a pulling one, on which the direction of the axial force coincides with rolling direction. Such a scheme of the axial forces action in the zone of intensive billet reduction creates the most favorable conditions for the metal flow in axial direction. A technical solution is proposed for the implementation of the stage of the billet gripping by rolls, and description of this stage and the process stationary phase is given. The cardinal change in the billet deformation condition after modernization makes it possible to reduce the power load on the work rolls, increase their efficiency and reduce energy costs during rolling. This will ensure the rolling of a solid billet in a roughing mill with a higher stretch, create the preconditions for expanding the size and grade assortment when obtaining rods in radial-displacement rolling mills and at production of pipes in rolling lines with the Assel mill. The range of finished products can be significantly expanded due to the production of thin-walled highprecision pipes.

винтовая прокаткамноговалковый станугол подачираскатной станрабочий валокгребневая калибровкаосевое растяжениевытяжкаscrew rollingmulti-roll millfeed anglerolling millwork rollridge calibrationaxial stretchingrolling-outReferencesРотенберг Ж.Я. Скорость подачи валка стана винтовой прокатки. Реферат рукописи // Библиографический указатель ВИНИТИ «Депонированные научные работы». 1988. № 10. С. 187.Rotenberg Zh.Ya. Roll feed rate of screw rolling mill. Abstract of the manuscript. VINITI Bibliographic Index “Deposited Scientific Works”. 1988, no. 10, p. 187. (In Russ.).Bellman M., Kümmerling R. Optimierung des Spreizwinkels von Lochschrägwalzwerken für die Herstellung nahtloser Rohre // Stahl und Eisen. 1993. Vol. 113. No. 9. P. 111–117.Bellman M., Kümmerling R. Optimierung des Spreizwinkels von Lochschrägwalzwerken für die Herstellung nahtloser Rohre. Stahl und Eisen. 1993, vol. 113, no. 9, pp. 111–117. (In Germ.).Алещенко А.С., Будников А.С., Харитонов Е.А. Исследование формоизменения металла в процессе редуцирования труб на трехвалковом стане // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 10. С. 756–762. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-10-756-762Aleshchenko 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.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-10-756-762Романцев Б.А., Харитонов Е.А., Будников А.С., Ле В.Ч., Чан Б.Х. Исследование процесса винтовой раскатки труб в четырехвалковом стане // Известия вузов. Черная металлургия: 2019. Т. 62. № 9. С. 686–690. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-686-690Romantsev B.A., Kharitonov E.A., Budnikov A.S., Le V.Ch., Chan B.Kh. Screw rolling of pipes in a four-high rolling mill. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019, vol. 62, no. 9, pp. 686–690. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-686-690Скрипаленко М.М., Чан Б.Х., Романцев Б.А., Галкин С.П., Самусев С.В. Исследование особенностей напряженно-деформированного состояния заготовок при разных схемах винтовой прокатки с помощью компьютерного моделирования // Сталь. 2019. № 2. С. 35–39.Skripalenko M.M., Chan B.Kh., Romantsev B.A., Galkin S.P., Samusev S.V. Investigation of the features of billet stress-strain state at different screw rolling schemes using computer simulation. Stal’. 2019, no. 2, pp. 35–39. (In Russ.).Зиновьев А.В., Кошмин А.Н., Часников А.Я. Влияние параметров процесса непрерывного прессования на формирование микроструктуры и механические свойства прутков круглого сечения из сплава М1 // Металлург. 2019. № 4. С. 94–98.Zinov’ev A.V., Koshmin A.N., Chasnikov A.Ya. Effect of continuous extrusion parameters on alloy M1 round section bar microstructure and mechanical property formation. Metallurgist. 2019, vol. 63, no. 3–4, pp. 422–428. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00838-3Фомин А.В., Алещенко А.С., Масленников И.М., Галкин С.П., Никулин А.Н. Структурно-аналитическая оценка интенсивности деформации и ее составляющих в процессе винтовой прошивки заготовки при различных углах подачи // Металлург. 2019. № 5. С. 48–54.Fomin A.V., Aleshchenko A.S., Maslenniko I.M., Galkin S.P., Nikulin A.N. Structural and analytical evaluation of the strain intensity and its components during cross-roll piercing at different feed angles. Metallurgist. 2019, vol. 63, no. 5–6, pp. 477–486. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00848-1Patent DE 102010047868. MPK B21B 19/04. Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlblocks aus einem Block / Pehle H.J., Krahn M.V., Horst Ch.A. Опубликовано 07.10.2010.Pehle H.J., Krahn M.V., Horst Ch.A. Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlblocks aus einem Block. Patent DE 102010047868, MPK B21B 19/04. Publ. 07.10.2010. (In Germ.).Ротенберг Ж.Я., Осадчий В.Я., Нодев Э.О., Урин Ю.Л. Аналитическая модель процесса винтовой прошивки // Совершенствование процессов обработки металлов давлением: Межвузовский сборник научных трудов ВЗМИ. Москва: 1982. С. 78–92.Rotenberg Zh.Ya., Osadchii V.Ya., Nodev E.O., Urin Yu.L. Analytical model of screw piercing process. In: Improvement of Metal Forming Processes: Interuniversity Transactions of All-Un. CEI. Moscow: 1982, pp. 78–92. (In Russ.).Shurkin P.K., Akopyan T.K., Galkin S.P., Aleshchenko A.S. Effect of radial shear rolling on the structure and mechanical properties of a new-generation high-strength aluminum alloy based on the Al – Zn – Mg – Ni – Fe system // Metal Science and Heat Treatment. 2019. Vol. 60. No. 11–12. P. 764–769. http://doi.org/10.1007/s11041-019-00353-xShurkin P.K., Akopyan T.K., Galkin S.P., Aleshchenko A.S. Effect of radial shear rolling on the structure and mechanical properties of a new-generation high-strength aluminum alloy based on the Al – Zn – Mg – Ni – Fe system. Metal Science and Heat Treatment. 2019, vol. 60, no. 11–12, pp. 764–769. http://doi.org/10.1007/s11041-019-00353-xAkopyan T.K., Gamin Y.V., Galkin S.P., Prosviryakov A.S., Aleshchenko A.S., Noshin M.A., Koshmin A.N., Fomin A.V. Radial-shear rolling of high-strength aluminum alloys: Finite element simulation and analysis of microstructure and mechanical properties // Materials Science and Engineering A. 2020. Vol. 786. Article 139424. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139424Akopyan T.K., Gamin Y.V., Galkin S.P., Prosviryakov A.S., Aleshchenko A.S., Noshin M.A., Koshmin A.N., Fomin A.V. Radialshear rolling of high-strength aluminum alloys: Finite element simulation and analysis of microstructure and mechanical properties. Materials Science and Engineering A. 2020, vol. 786, article 139424. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139424Карпов Б.В., Скрипаленко М.М., Галкин С.П., Скрипаленко М.Н., Самусев С.В., Чан Б.Х., Павлов С.А. Исследование нестационарных стадий радиально-сдвиговой прокатки заготовок с профилированными торцами // Металлург. 2017. № 4. С. 18–24.Karpov B.V., Skripalenko M.M., Galkin S.P. Studying the nonstationary stages of screw rolling of billets with profiled ends. Metallurgist. 2017, vol. 61, no. 3–4, pp. 257–264. http://doi.org/10.1007/s11015-017-0486-9Goncharuk A.V., Fadeev V.A., Kadach M.V. Seamless pipes manufacturing process improvement using mandreling // Solid State Phenomena. 2021. Vol. 316. P. 402–407.Goncharuk A.V., Fadeev V.A., Kadach M.V. Seamless pipes manufacturing process improvement using mandreling. Solid State Phenomena. 2021, vol. 316, pp. 402–407.Naizabekov A., Arbuz A., Lezhnev S., Panin E. Study of technology for ultrafine-grained materials for usage as materials in nuclear power // New Trends in Production Engineering. 2019. Vol. 2. No. 2. P. 114–125.Naizabekov A., Arbuz A., Lezhnev S., Panin E. Study of technology for ultrafine-grained materials for usage as materials in nuclear power. New Trends in Production Engineering. 2019, vol. 2, no. 2, pp. 114–125.Лежнев С.Н., Найзабеков А.Б., Панин Е.А., Волокитина И.Е., Арбуз А.С. Получение градиентной микроструктуры в нержавеющей аустенитной стали при радиально-сдвиговой прокатке // Металлург. 2020. №11. С. 46–54.Lezhnev S.N., Naizabekov A.B., Panin E.A., Volokitina I.E., Arbuz A.S. Graded microstructure preparation in austenitic stainless steel during radial-shear rolling. Metallurgist. 2021, vol. 64, no. 11–12, pp. 1150–1159. https://doi.org/10.1007/s11015-021-01100-5Wang F.-J., Shuang Y.-H., Hu J.-H., Wang Q.-H., Sun J.-C. Explorative study of tandem skew rolling process for producing seamless steel tubes // Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214. No. 8. P. 1597–1604. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.03.002Wang F.-J., Shuang Y.-H., Hu J.-H., Wang Q.-H., Sun J.-C. Explorative study of tandem skew rolling process for producing seamless steel tubes. Journal of Materials Processing Technology. 2014, vol. 214, no. 8, pp. 1597–1604. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.03.002Mashekov S., Nurtazaev E., Mashekova A., Abishkenov M. Extruding aluminum bars on a new structure radial shear mill // Metalurgija. 2021. Vol. 60. No. 3–4. P. 427–430.Mashekov S., Nurtazaev E., Mashekova A., Abishkenov M. Extruding aluminum bars on a new structure radial shear mill. Metalurgija. 2021, vol. 60, no. 3-4, pp. 427–430.Mashekov S.A., Absadykov B.N., Mashekova A.S. Investigation of the kinematics of rolling ribs and pipes on a continuous radialshifting mill of a new construction // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences. 2018. Vol. 3. No. 430. P. 98–109.Mashekov S.A., Absadykov B.N., Mashekova A.S. Investigation of the kinematics of rolling ribs and pipes on a continuous radialshifting mill of a new construction. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences. 2018, vol. 3, no. 430, pp. 98–109.Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. Numerical analysis of the skew rolling process for main shafts // Metalurgija. 2015. Vol. 54. No. 4. P. 627–630.Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. Numerical analysis of the skew rolling process for main shafts. Metalurgija. 2015, vol. 54. no 4, pp. 627–630.Patent DE 10107567. МПК B21B19/06. Verfahren zum Kaltwalzen von nahtlosen Kupferrohren / Roller E. Опубликовано 29.08.2002.Roller E. Verfahren zum Kaltwalzen von nahtlosen Kupferrohren. Patent DE 10107567, MPK B21B19/06. Publ. 29.08.2002. (In Germ.).Lü C.Q., Guo D., Gao H.F., Yang Z.L., Ju Y.H. Effect of helical deformation on fatigue life of torsion shaft by rolling // Suxing Gongcheng Xuebao Journal of Plasticity Engineering. 2019. Vol. 26. No. 2. P. 177–184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.02.023Lü C.Q., Guo D., Gao H.F., Yang Z.L., Ju Y.H. Effect of helical deformation on fatigue life of torsion shaft by rolling. Suxing Gongcheng Xuebao Journal of Plasticity Engineering. 2019, vol. 26, no. 2, pp. 177–184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.02.023Cao Q., Hua L., Qian D. Finite element analysis of deformation characteristics in cold helical rolling of bearing steel-balls // Journal of Central South University. 2015. Vol. 22. No. 4. P. 1175–1183. https://doi.org/10.1007/s11771-015-2631-6Cao Q., Hua L., Qian D. Finite element analysis of deformation characteristics in cold helical rolling of bearing steel-balls. Journal of Central South University. 2015, vol. 22, no. 4, pp. 1175−1183. https://doi.org/10.1007/s11771-015-2631-6Шевакин Ю.Ф., Глейберг А.З. Производство труб. Москва: Металлургия, 1968. 440 с.Shevakin Yu.F., Gleiberg A.Z. Pipe Production. Moscow: Metallurgiya, 1968, 440 p. (In Russ.).Тетерин П.К. Теория поперечно-винтовой прокатки. Москва: Металлургия, 1971. 368 с.Teterin P.K. Theory of Screw Rolling. Moscow: Metallurgiya, 1971, 368 p. (In Russ.).Patent DE 102012007379. MPK B 21 B 27/037. Verfahren zum Schrägwalzen von zylindrischen Erzeugnissen / Rotenberg Zh. Опубликовано 29.12.2016.Rotenberg Zh. Verfahren zum Schrägwalzen von zylindrischen Erzeugnissen. Patent DE 102012007379, MPK B 21 B 27/037. Publ. 2016.12.29. (In Germ.).

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