blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2026-3-280-285blackmet-3088Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND AUTOMATIC CONTROL IN FERROUS METALLURGYОценка энергосиловых параметров поперечно-винтовой прошивки заготовки с учетом особенностей формоизменения металла в очаге деформацииEvaluation of energy-power parameters of billet helical piercing in accordance with metal forming peculiarities in deformation zonehttps://orcid.org/0000-0002-8635-4015ХалезовА. О.KhalezovA. O.

Александр Олегович Халезов, инженер технического бюро ТПЦ-1

Россия, 623388, Свердловская обл., Полевской, ул. Вершинина, 7

Aleksandr O. Khalezov, Engineer of the Technical Bureau of the Pipe Rolling Shop No. 1

7 Vershinina Str., Polevskoi, Sverdlovsk Region 623388, Russian Federation

alekssanja633@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4141-2127НуховД. Ш.NukhovD. Sh.

Данис Шамильевич Нухов, к.т.н., доцент кафедры «Обработка металлов давлением»

Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Danis Sh. Nukhov, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Metal Forming”

19 Mira Str., Yekaterinburg 620002, Russian Federation

d.s.nukhov@urfu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9630-3986ГригорьевЕ. А.GregorevE. A.

Егор Андреевич Григорьев, бакалавр кафедры «Обработка металлов давлением»

Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Egor A. Gregorev, Bachelor of the Chair “Metal Forming”

19 Mira Str., Yekaterinburg 620002, Russian Federation

egorik.grigirik@mail.ruАО «Северский трубный завод»РоссияJSC Seversky Pipe PlantRussian FederationУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation202602072026693280285Copyright © Халезов А.О., Нухов Д.Ш., Григорьев Е.А., 20262026Халезов А.О., Нухов Д.Ш., Григорьев Е.А.Khalezov A.O., Nukhov D.S., Gregorev E.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/3088

Совершенствование процесса прошивки заготовки на станах поперечно-винтовой прокатки тесно связано с изучением характера формоизменения металла в очаге деформации. Параметры истинного очага деформации определяются совокупностью факторов: калибровкой инструментов деформации и их позиционированием в очаге деформации, формой контактной поверхности, условиями протекания процесса (в особенности в неустановившейся его стадии) и т. д. Вследствие этого, точно определить параметры истинного очага деформации, опираясь лишь на геометрическое представление очага деформации, достаточно сложно. Указанные трудности аналитического описания характера формоизменения металла в очаге деформации не позволяют с высокой точностью определить ширину контактной поверхности по фактической геометрии очага деформации, а вместе с ней и площадь контактной поверхности, а следовательно – оценить энергосиловые параметры процесса. В работе проводились исследования процесса поперечно-винтовой прошивки заготовки с применением метода конечно-элементного (МКЭ) моделирования с целью корректировки расчетных параметров геометрического очага деформации для оценки энергосиловых параметров процесса. В статье представлены результаты применения методики оценки формоизменения заготовки при поперечно-винтовой прошивке с применением программы МКЭ моделирования. Методика позволяет учитывать сложный характер течения металла в очаге деформации и корректировать расчетные параметры для оценки энергосиловых параметров процесса. Результаты расчетов показали сходимость значений моментов прокатки с графиком момента прокатки, полученного с пульта управления прошивным станом в ТПЦ-1 АО «Северский трубный завод» при прошивке заготовки диаметром 360 мм в гильзу размером D×S = 433×26 мм из стали марки Д.

Improving the process of billets piercing on helical rolling mills is closely related to the study of the nature of metal forming in deformation zone. The parameters of true deformation zone are determined by a combination of factors: calibration of the deformation tools and their positioning in the deformation zone, shape of the contact surface, the process conditions (especially in its unsteady stage), etc. As a result, it is quite difficult to accurately determine these parameters relying only on geometric representation of the deformation zone. These difficulties in the analy­tical description of the nature of metal forming in the deformation zone do not allow one to accurately determine the contact surface width from the actual geometry of the deformation zone, and with it the area of the contact surface, and therefore to estimate the process energy–power parameters. The work involved studying the billet helical piercing using FEM (finite-element method) modeling of the process in order to adjust the calculated parameters of the geometric deformation zone and to assess the energy-power parameters. The paper presents the results of the method application for assessing the billet forming during helical piercing using the FEM modeling software. This method makes it possible to take into account the complex nature of the metal flow in the deformation zone and to adjust the calculated parameters for estimation of the process energy-power parameters. The calculation results showed the convergence of the values of the rolling moments with the graph of the rolling moment obtained from the control panel of the piercing mill in the pipe rolling shop No. 1 of JSC Seversky Pipe Plant when piercing 360 mm diameter billets into a sleeve measuring D×S = 433×26 mm made of steel grade D.

поперечно-винтовая прошивкаформоизменение при винтовой прокаткегеометрия очага деформацииширина контактной поверхностиплощадь контактной поверхноститочность гильзкомпьютерное моделирование процессовэнергосиловые параметры процессаhelical piercingforming during helical rollinggeometry of deformationcontact surface widthcontact surface areaaccuracy of sleevesprocess computer simulationenergy-power parametersРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (тема № FEUZ-2026-0013).The work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (topic No. FEUZ-2026-0013).ReferencesПотапов И.Н. Теория трубного производства. Москва: Металлургия; 1991:424.Potapov I.N. Theory of Pipe Production. Moscow: Metallurgiya; 1991:424. (In Russ.).Данилов Ф.А. Горячая прокатка и прессование труб. Москва: Металлургия; 1972:591.Danilov F.A. Hot Rolling and Pressing of Pipes. Moscow: Metallurgiya; 1972:591. (In Russ.).Тетерин П.К. Теория поперечной и винтовой прокатки. Москва: Металлургия; 1971:368.Teterin P.K. Theory of Cross-Screw Rolling. Moscow: Metallurgiya; 1971:368. (In Russ.).Осадчий В.Я. Производство и качество стальных труб: учебное пособие для вузов. Москва: Издательство МГУПИ; 2012:370.Osadchii V.Ya. Production and Quality of Steel Pipes: Tutorial for Universities. Moscow: MSUPI; 2012:370. (In Russ.).Богатов А.А. Винтовая прокатка непрерывно-литых заготовок из конструкционных марок стали: учебное пособие. Екатеринбург: Издательство УрФУ; 2017:164.Bogatov A.A. Cross-Screw Rolling of Continuously Cast Billets from Structural Steel Grades: Textbook. Yekaterinburg: UrFU; 2017:164. (In Russ.).Михалкин Д.В., Корсаков А.А., Алютина Е.В.. Храмков Е.В., Алещенко А.С., Галкин С.П., Гамин Ю.В., Больных К.В., Кривоногов И.Н. Повышение точности труб путем применения профилированной трубной заготовки. Металлург. 2020;64(4):40–45.Mikhalkin D.V., Korsakov A.A., Alyutina E.V., Khramkov E.V., Aleshchenko A.S., Galkin S.P., Gamin Yu.V., Bol’nykh K.V., Krivonogov I.N. Improvement of the precision of pipes with the use of profiled pipe billets. Metallurgist. 2020;64:315–321. https://doi.org/10.1007/s11015-020-00998-7Skripalenko M.M., Romantsev B.A., Skripalenko M.N. Microstructure and hardness of hollow tube shells at piercing in two-high screw rolling mill with different plugs. Mate­rials. 2022;15(6):2093. https://doi.org/10.3390/ma15062093Skripalenko M.M., Romantsev B.A., Skripalenko M.N. Microstructure and hardness of hollow tube shells at piercing in two-high screw rolling mill with different plugs. Mate­rials. 2022;15(6):2093. https://doi.org/10.3390/ma15062093Романцев Б.А., Скрипаленко М.М., Скрипаленко М.Н., Юсупов В.С., Воротников В.А, Сидоров А.А. Оценка сдвиговых деформаций, кинематического состояния параметров очага деформации в процессах двухвалковой винтовой прокатки. Металлург. 2024;66(7):94–97.Romantsev B.A., Skripalenko M.M., Skripalenko M.N., Yusupov V.S., Vorotnikov V.A., Sidorov A.A. Assessment of shear strains, kinematic state, and deformation zone in two–high screw rolling processes. Metallurgist. 2024;68: 1059–1064. https://doi.org/10.1007/s11015-024-01815-1Goncharuk A.V., Fadeev V.A., Kadach M.V. Seamless pipes manufacturing process improvement using mandreling. Solid State Phenomena. 2021;316:402–407. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.402Goncharuk A.V., Fadeev V.A., Kadach M.V. Seamless pipes manufacturing process improvement using mandreling. Solid State Phenomena. 2021;316:402–407. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.402Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Wójcik Ł., Skripalen­­ko M.M. Prediction of ductile fracture in skew rolling processes. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2021;163:103706. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2021.103706Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Wójcik Ł., Skripalen­­ko M.M. Prediction of ductile fracture in skew rolling processes. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2021;163:103706. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2021.103706Pater Z., Tofil A. FEM simulation of the tube rolling process in diescher’s mill. Advances in Science and Technology – Research Journal. 2014;222:51–55. https://doi.org/10.12913/22998624.1105165Pater Z., Tofil A. FEM simulation of the tube rolling process in diescher’s mill. Advances in Science and Technology – Research Journal. 2014;222:51–55. https://doi.org/10.12913/22998624.1105165Nguyen Q., Aleshchenko A.S. Research on the mandrel wear of a screw rolling piercing mill by the finite element method. Key Engineering Materials. 2022;910:381–387. https://doi.org/10.4028/p-4m4o75Nguyen Q., Aleshchenko A.S. Research on the mandrel wear of a screw rolling piercing mill by the finite element method. Key Engineering Materials. 2022;910:381–387. https://doi.org/10.4028/p-4m4o75Jiang Y.-z., Tang H.-p. Method for improving transverse wall thickness precision of seamless steel tube based on tube rotation. Journal of Iron and Steel Research International. 2015;22:924–930. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(15)30091-1Jiang Y.-z., Tang H.-p. Method for improving transverse wall thickness precision of seamless steel tube based on tube rotation. Journal of Iron and Steel Research International. 2015;22:924–930. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(15)30091-1Liu H., Li Q., Gui H., Li Sh., Chen J., Tuo L., Zhang P., Shen Ch. Technology optimization analysis of three–roll rotary piercing process for seamless steel pipe. JOM. 2024;76:3465–3475. https://doi.org/10.1007/s11837-024-06541-2Liu H., Li Q., Gui H., Li Sh., Chen J., Tuo L., Zhang P., Shen Ch. Technology optimization analysis of three–roll rotary piercing process for seamless steel pipe. JOM. 2024;76:3465–3475. https://doi.org/10.1007/s11837-024-06541-2Wei Z., Wu C. A new analytical model to predict the profile and stress distribution of tube in three-roll continuous retained mandrel rolling. Journal of Materials Processing Technology. 2022;302:117491. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2022.117491Wei Z., Wu C. A new analytical model to predict the profile and stress distribution of tube in three-roll continuous retained mandrel rolling. Journal of Materials Processing Technology. 2022;302:117491. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2022.117491Lu L., Wang Z.-x., Wang F.-z., Zhu G.-y, Zhang X. Simulation of tube forming process in Mannesmann mill. Journal of Shanghai Jiaotong University (Science). 2011;16:281–285. https://doi.org/10.1007/s12204-011-1144-1Lu L., Wang Z.-x., Wang F.-z., Zhu G.-y, Zhang X. Simulation of tube forming process in Mannesmann mill. Journal of Shanghai Jiaotong University (Science). 2011;16:281–285. https://doi.org/10.1007/s12204-011-1144-1Lezhnev S., Naizabekov A., Tolkushkin A., Panin E., Kuis D., Arbuz A., Tsyba P., Shyraeva E. Choosing the design of a radial–shear rolling mill for obtaining a screw profile. Model­ling. 2024;5(3):1101–1115. https://doi.org/10.3390/modelling5030057Lezhnev S., Naizabekov A., Tolkushkin A., Panin E., Kuis D., Arbuz A., Tsyba P., Shyraeva E. Choosing the design of a radial–shear rolling mill for obtaining a screw profile. Model­ling. 2024;5(3):1101–1115. https://doi.org/10.3390/modelling5030057Arbuz A., Kawalek A., Panichkin A., Ozhmegov K., Popov F., Lutchenko N. Using the radial shear rolling method for fast and deep processing technology of a steel ingot cast structure. Materials (Basel). 2023;16(24):7547. https://doi.org/10.3390/ma16247547Arbuz A., Kawalek A., Panichkin A., Ozhmegov K., Popov F., Lutchenko N. Using the radial shear rolling method for fast and deep processing technology of a steel ingot cast structure. Materials (Basel). 2023;16(24):7547. https://doi.org/10.3390/ma16247547Романенко 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;62(6):73–77.Romanenko V.P., Fomin A.V., Sevast’yanov A.A., Nikulin A.N. A study of the mechanical properties of railroad wheels manufactured from a billet broached in a helical rolling mill. Metallurgist. 2018;62:568–573. https://doi.org/10.1007/s11015-018-0694-y

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