Исследование формоизменения при непрерывной формовке прямошовных труб

Одним из эффективных методов исследования любого процесса является его физическое моделирование, в ходе которого возможна проверка данных, полученных ранее. В лаборатории ОМД НИТУ «МИСиС» имеется ТЭСА 30-50 для исследования процессов непрерывной формовки прямошовных сварных труб малого и среднего диаметров. Рассматривается очаг непрерывной деформации трубной заготовки на примере двух первых клетей формовочного стана с калибровкой валкового инструмента для трубы 50×1,5 мм. На базе методик расчета параметров реальных валковых калибров разработана схема контактного взаимодействия трубной заготовки с первым и вторым валковыми калибрами и определены участки очага деформации с определением их размеров. Анализируя условия контактного взаимодействия трубной заготовки с валковыми калибрами, определены параметры трубной заготовки в контакте с валками первого калибра по семи разрезам, принимая во внимание особенности непрерывного формоизменения в линии валкового формовочного стана. С учетом полученных данных проведен расчет продольных деформаций для кромки и дна трубной заготовки. Анализ результатов показал, что максимальная продольная деформация возникала в кромке трубной заготовки в разрезе Б – Б и равна 1,04 %, а по дну трубной заготовки – 0,92 %. Для проведения эксперимента на трубную заготовку была нанесена координатная сетка при помощи лазерного гравера. В ходе формовки зафиксировано отклонение траектории дна трубной заготовки от горизонтальной оси, определены размеры участков формовки. Сравнение теоретических и экспериментальных значений показало, что расхождение значений не превышает 7 %.

электросварная труба, непрерывная формовка, контактное взаимодействие, формовочный стан, калибры

1. Шаталов Р.Л., Медведев В.А. Управление температурой прокатки заготовок стальных сосудов на прокатно-прессовой линии для стабилизации механических свойств // Металлург. 2019. No 10. С. 64–68. https://doi.org/10.1007/s11015-020-00925-w

2. 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. No 10. С. 756–762. https://doi.org/10.17073/0368-07972019-10-756-762

3. 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. P. 3223–3230. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2134-3

4. 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. P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s00170-017-0164-x

5. Шаталов Р.Л., Медведев В.А. Влияние неравномерности температуры деформируемой заготовки на механические свойства тонкостенных стальных сосудов при обработке на прокатнопрессовой линии // Металлург. 2019. No 2. С. 53–57. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00807-w

6. Кадач М.В., Кошмин А.Н., Гамин Ю.В., Романцев Б.А. Получение стальных трубчатых изделий переменного сечения по длине // Черные металлы. 2019. No 4. С. 37–41.

7. Коликов А.П., Звонарев Д.Ю., Ти С.О., Сидорова Т.Ю. Оптимизация процессов формовки и сварки труб большого диаметра с применением математического моделирования // Металлург. 2020. No 2. С. 62–72. https://doi.org/10.1007/s11015-020-00981-2

8. Осадчий В.Я., Гаас Е.А., Звонарев Д.Ю., Коликов А.П. Математическая модель формоизменения листовой заготовки при производстве сварных труб большого диаметра // Сталь. 2014. No 5. С. 63–66. https://doi.org/10.3103/S0967091214050088

9. Коликов А.П., Лелетко А.С., Матвеев Д.Б., Кулютин С.А., Кадильников С.В. Исследование остаточных напряжений в сварных трубах // Известия вузов. Черная металлургия. 2014. Т. 57. No 11. С. 48–53.

10. Шаталов Р.Л., Шелест А.Е., Медведев В.А. Разработка и исследование электромагнитного устройства неразрушающего контроля механических свойств стальных тонкостенных сосудов // Металлы. 2020. No 2. С. 109–115. https://doi.org/10.1134/S003602952003012X

11. Shirani Bidabadi B., Moslemi Naeini H.,Salmani Tehrani M., Barghikar H. Experimental and numerical study of bowing defects in cold roll-formed, U-channel sections // Journal of Constructional Steel Research. 2016. Vol. 118. P. 243–253. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2015.11.007

12. Abedian A., Shirani Bidabadi B., Shateri R. Numerical and experimental study of open die forging process design for producing heavy valves // Int. Journal on Interactive Design and Manufacturing. 2018. Vol. 12. No. 1. P. 49–61. https://doi.org/10.1007/s12008-017-0374-3

13. Mirzaali M., Liaghat G.H., Naeini H.M., Seyedkashi S.M.H., Shojaee K. Optimization of tube hydroforming process using simulated annealing algorithm // Procedia Engineering. 2011. Vol. 10. P. 3012–3019. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.04.499

14. 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. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.08.012

15. Park Y., Lee C., Kim J., Kim D., Ahn H., Hwang W. Parametric analysis for minimizing the edge waves in the roll forming // Int. Journal of Automotive and Mechanical Engineering. 2018. Vol. 15. No. 3. P. 5480–5499. https://doi.org/10.15282/ijame.15.3.2018.6.0421

16. Будников А.С., Харитонов Е.А., Алещенко А.С., Исхаков Р.В. Влияние безоправочной деформации в трехвалковом стане винтовой прокатки на изменение толщины стенки трубы // Черные металлы. 2019. No 12. С. 41–45.

17. Шаталов Р.Л., Медведев В.А., Загоскин Е.Е. Определение механических свойств стальных тонкостенных сосудов по твердости после горячей винтовой прокатки с последующей штамповкой и закалкой // Черные металлы. 2019. No 7. С. 36–40.

18. Галкин С.П., Романцев Б.А., Та Д.С., Гамин Ю.В. Ресурсосберегающая технология производства круглого сортового проката из бывших в употреблении осей подвижного железнодорожного состава // Черные металлы. 2018. No 4. С. 21–27.

19. Будников А.С., Романцев Б.А., Харитонов Е.А. Определение диаметра валков станов винтовой прокатки // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. No 9. P. 683 – 688. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-9-683-688

20. Алещенко А.С., Гамин Ю.В., Чан Б.Х., Цюцюра В.Ю. Особенности износа рабочего инструмента при прошивке жаропрочных сплавов // Черные металлы. 2018. No 8. С. 63–70.

21. Романцев Б.А., Гончарук А.В., Алещенко А.С., Гамин Ю.В. Получение полых толстостенных профилей и труб из титановых сплавов методом винтовой прокатки // Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. No 4. С. 38–41. https://doi.org/10.3103/S1067821215050132

22. Lee J., Kim D., Quagliato L., Kang S., Kim N. Change of the yield stress in roll formed ERW pipes considering the Bauschinger effect // Journal of Materials Processing Technology. 2017. Vol. 244. P. 304–313. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.01.022

23. 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. P. 2405–2415. https://doi.org/10.1007/s00170-016-8962-0

24. Qiu L., Zhang S., Wang Z., Hu X., Liu X. A robust optimization design method for sheet metal roll forming and its application in roll forming circular cross-section pipe // Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 103. No. 5–8. P. 2903–2916. https://doi.org/10.1007/s00170-019-03773-4

25. 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. P. 1271–1284. https://doi.org/10.1007/s00170-012-4405-8

26. Safdarian R., Moslemi Naeini H. The effects of forming parameters on the cold roll forming of channel section // Thin-Walled Structures. 2015. Vol. 92. P. 130–136. https://doi.org/10.1016/j.tws.2015.03.002

27. Nguyen V.B., Wang C.J., Mynors D.J., English M.A., Castellucci M.A. Dimpling process in cold roll metal forming by finite element modelling and experimental validation // Journal of Manufacturing Processes. 2014. Vol. 16. No. 3. P. 363–372. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2014.03.001

28. Sheikh M.A., Palavilayil R.R. An assessment of finite element software for application to the roll-forming process // Journal of Materials Processing Technology. 2006. Vol. 180. No. 1–3. P. 221–232. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.06.009

29. Chan C.L., Khalid Y.A. Finite element analysis of corrugated web beams under bending // Journal of Constructional Steel Research. 2002. Vol. 58. No. 11. P. 1391–1406. https://doi.org/10.1016/S0143974X(01)00075-X

30. Heislitz F., Livatyali H. Simulation of roll forming process with the 3-D FEM code PAM-STAMP // Journal of Materials Processing Technology. 1996. Vol. 59. No. 1–2. P. 59–67. https://doi.org/10.1016/0924-0136(96)02287-X

31. Li Z.K. The detailed forming behavior of ERW tubeand pipemaking process // Iron and Steel Technology. 2018. Vol. 15. No. 8. P. 150–159.

32. Методы расчета калибровок инструмента и энергосиловых параметров процесса производства сварных труб в линии прессов и ТЭСА: сб. задач / С.В. Самусев, А.Н. Фортунатов, Н.А Фролова, Н.Г. Пашков. Выкса: ВФ МИСиС, 2006. 155 с.

33. Потапов И.Н., Коликов А.П., Друян В.М. Теория трубного производства: учебник для вузов. М.: Металлургия, 1991. 424 с.

34. А. с. SU 1745390 А1 СССР. Способ диагностики и настройки валков в клетях трубосварочных агрегатов / Ф.Г. Свидовский, Ю.Т. Ларин, С.В. Самусев и др.; заявл. 10.05.1990; опубл. 07.07.1992. Бюл. No 25.

35. Рымов В.А., Полухин П.И., Потапов И.Н. Совершенствование производства сварных труб. М.: Металлургия, 1983. 312 с.

36. Самусев С.В., Фортунатов А.Н. Методы расчета напряженно-деформированного состояния при производстве сварных труб в линии ТЭСА: сб. задач. Выкса: ВФ МИСиС, 2008. 135 c.

37. Технология трубного производства: учебник для вузов / В.Н. Данченко, А.П. Коликов, Б.А. Романцев, С.В. Самусев. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. 640 с.

38. Самусев С.В., Алещенко А.С., Фадеев В.А. Моделирование процесса непрерывной формовки сварных прямошовных труб на базе «ТРЕНАЖЕРА-ТЭСА 10-50» // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. No 5. С. 378–384. https://doi.org/10.17073/0368-07972018-5-378-384