Анализ особенностей процесса прошивки труб на ТПА 70-270 с применением метода конечных элементов

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.

1. Romantsev 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Алещенко 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Romantsev B.A. New technology for pipe rolling on mini mills // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 12. P. 1019 – 1024.

18. 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.

19. 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.

20. Quantor Form 2019. URL: https://qform3d.com (Access date: 09.02.2020).