Разработка математических моделей и способов повышения точности и деформируемости тонкостенных труб при холодной прокатке и волочении

• Автор: Орлов, Григорий Александрович
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 369 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Показатели точности труб и их моделирование

1.2. Показатели деформируемости и их моделирование

1.3. Постановка задачи по моделированию показателей качества труб

Выводы и задачи исследования

2. ПРИМЕНЕНИЕ ВАРИАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ТРУБ

2.1. Показатели разностенности труб

2.2. Определение функции внешних обжатий из решения вариационной задачи на условный экстремум

2.3. Модель радиального обжатия круглой эксцентричной трубы

2.4. Модели радиального обжатия предварительно спрофилированных труб
2.4.1.Модель с профилировкой наружной поверхности
2.4.2.Модель с профилировкой внутренней поверхности
2.5. Влияние сил подпора на изменение разностенности
Выводы
3. РАЗРАБОТКА НОВЫХ СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ ПОВЫШЕННОЙ
ТОЧНОСТИ
3.1. Прокатка на профильных оправках станов ХПТ
3.2. Прокатка на станах ХПТ с подпором разностенного конца
3.3. Прокатка на профильных оправках станов ХПТР
3.4. Прессование и волочение медных и латунных труб
3.5. Прокатка плавниковых труб Выводы
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПРОКАТКЕ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ
4.1. Прокатка на станах ХПТ
4.1.1.Расчет траектории движения частицы через рабочий конус
4.1.2.Расчет показателей напряженнодеформированного состояния
4.1.3.Модель накопления поврежденности
4.1.4.Расчет силовых параметров 4.1.5,Особенности теоретического анализа прокатки на
станах ХПТтандем
4.1.6.Исследование модели накопления поврежденности на станах ХПТтандем
4.1.7.Анализ и совершенствование методик расчета калибровок инструмента станов ХПТ
4.2. Прокатка на станах ХПТР
4.2.1.Расчет размеров рабочего конуса и траектории движения частицы
4.2.2.Расчет силовых параметров
4.2.3.Расчет показателей напряженнодеформированного состояния и накопленной поврежденности
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ В ПРОЦЕССЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ВОЛОЧЕНИЯ ТРУБ
5.1. Кинематические особенности процесса
5.2. Математическое моделирование процесса методом конечных элементов
5.2.1. Подготовка исходных данных
5.2.2. Математическая постановка задачи
5.2.3. Вычислительная постановка задачи
5.2.4. Анализ полученных результатов
5.3. Результаты промышленного опробования
Выводы
6. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ СТАНОВ ХПТ И ХПТР
6.1. Учебная версия ППП
6.1.1. Общие сведения о программе
6.1.2. Элементы интерфейса
6.1.3. Инструкция по работе с программой
6.2. Производственная версия ППП
6.2.1. Общие сведения
6.2.2. Методика расчета кулаковкопиров
6.2.3. Краткое руководство
6.3. Результаты промышленного опробования и внедрения ППП
6.3.1. Освоение станов ХПТтандем
6.3.2. Безотжиговая прокатка нержавеющих труб
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Несмотря на перечисленные недостатки, этот способ расчета наиболее часто используется, так как в нем сочетается оптимальная крутизна гребня с прокаткой трубы на конической оправке с малой конусностью []. Наиболее универсальной является калибровка, разработанная УралНИТИ под руководством В. Г.Миронова [0,1]. Согласно предложенной методике, функция образующей оправки строится в виде квадратичной параболы, которая в частном случае имеет вид прямой и пригодна для расчета калибровки конической оправки. Гребень ручья калибров строится по трем кривым: квадратичной параболе в зоне свободного редуцирования, кубической параболе в зоне обжатия стенки и прямой линии в калибрующей зоне. Часть коэффициентов этих функций находится из геометрических соображений, а оставшиеся два коэффициента определяются путем оптимизации по силовым условиям процесса с помощью ЭВМ. Недостатком методики является выражение толщины стенки в неявном виде (через функции образующих калибра и оправки), что может привести к немонотонному изменению толщины стенки. Другой недостаток - куполообразный характер функции истинных обжатий при реализации этой методики с максимумом в середине обжимного участка, что приводит к повышенному упрочнению, росту усилий на калибры, износу калибров и снижению точности труб. В.И. Это вызвано упругой деформацией рабочих валков стана и приводит к образованию продольной разностенности. Ю.Ф. Шевакин упругую деформацию рабочих валков связывает с полным усилием металла на валки на калибрующем участке ручья калибров. Возникающая здесь разностенность уже не может быть устранена и остается на готовой трубе [6]. В связи с этим методы расчета калибровок должны обеспечивать минимальную величину полного усилия металла на валки и ее равномерное распределение по длине рабочего конуса, особенно на калибрующем участке. С этой точки зрения, как показано в книге [], наилучшие результаты в случае применения конических оправок дает калибровка Ю. Ф.Шевакина. Для выбора калибровочных кривых по методике УралНИТИ предусмотрена оптимизация с целью выбора коэффициентов. В качестве функции цели используются вертикальные, осевые усилия, а также продольная разностенность. Она определяется как разность между максимальным значением толщины стенки трубы на калибрующем участке и величиной толщины стенки в конце обжимной зоны. Алгоритм расчета основан на нахождении равных значений толщины стенки в обжимной и калибрующей зонах путем вычисления смещенных объемов металла, равных объему подачи [0]. Недостатком описанной методики расчета продольной разностенности является то, что она не учитывает упругую деформацию валков. Таким образом, проведенный анализ литературных данных о влиянии калибровки инструмента стана ХПТ на изменение разностенности позволяет заключить, что при деформировании инструментом круглого поперечного сечения не удается существенно снизить поперечную разностенность труб. Вопрос применения такого инструмента малоизучен, так как нет рекомендаций о форме поперечного сечения инструмента, о параметрах профилировки (глубине лысок, канавок и т. Режимы ХПТ позволяют управлять изменением разностенности, но в ограниченных пределах. Путем уменьшения подачи, повышения коэффициента вытяжки, увеличения угла поворота, рассогласования скоростей валков, предварительного упрочнения заготовки, а также создания подпирающих усилий можно добиться некоторого снижения исходной разностенности. Большую исходную разностенность (более %) изменением технологических режимов существенно снизить не удается. По-видимому, в этом случае необходимы более эффективные средства. В литературе не обнаружено данных о способах снижения концевой разностенности. Эта разностенность может быть снижена за счет создания подпирающих усилий, влияние которых на снижение разностенности изучено мало. При прокатке на станах ХПТР чаще всего образуется продольная разностенность, приводящая к волнистости поверхности труб [. Образование этой разностенности связано с упругой деформацией роликов под действием больших усилий прокатки тонкостенных труб. В.А. Вердеревского [] предложено калибрующий участок опорных планок выполнять с обратной конусностью, величина которой определяется типоразмером стана. В работе Е.