Разработка, исследование и внедрение технологии производства высококачественных насосно-компрессорных труб из непрерывно-литой заготовки

• Автор: Овчинников, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 247 с. : ил.

Реферат
247 с., 129 рис., 36 таблиц, 44 источников, 10 прил.
ПРОИЗВОДСТВО ТРУБ, НЕПРЕРЫВНО-ЛИТАЯ ЗАГОТОВКА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, ВИНТОВАЯ ПРОКАТКА, РЕЗКА ЗАГОТОВОК, МИКРОСТРУКТУРА СТАЛИ, ДЕФЕКТЫ, ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
В работе рассмотрена новая технологическая схема производства труб нефтяного сортамента с использованием непрерывно-литого металла. Объектом исследований являются процессы обжатия заготовок на трехвалковом стане винтовой прокатки и резки штанг на ножницах горячей резки.
Цель работы заключается в повышении качества готовой продукции и уменьшении количества дефектов «раковина-вдав». Для этого с использованием методов математической статистики выполнен анализ уровня брака при производстве труб из литых заготовок. Процессы резки и обжатия заготовок исследованы с помощью физического и математического моделирования, а также в ходе промышленных испытаний новой технологии. Определены причины образования указанных дефектов, найдены оптимальные режимы обжатия на стане винтовой прокатки и разработан новый способ резки штанг, совмещенный с профилированием концов разрезаемых заготовок. В результате уровень брака труб при использовании литых заготовок был снижен до уровня, соответствующего катаным заготовкам. В работе также выполнена оценка и показана высокая эффективность новой технологии с точки зрения формирования мелкодисперсной структуры стали и обеспечения высокого уровня механических свойств готовых труб.
В работе показано, что трубы, произведенные из непрерывно-литых заготовок, по качеству, структуре металла и уровню механических свойств не уступают трубам, произведенным из катаных заготовок, при этом затраты по переделу снижены до 10%, а уровень выхода годной продукции увеличен с 98,8% до 99,08%.

Оглавление
Введение
1 Особенности формоизменения металла при радиально-сдвиговой прокатке и резке круглых заготовок на ножницах
1.1 Использование радиально-сдвиговой прокатки для обжатия сплошных заготовок
1.2 Структурные изменения стали в процессе радиально-сдвиговой прокатки
1.3 Формоизменение заготовок при прокатке
1.3.1 Причины образования утяжин на концах заготовок при прокатке
1.3.2 Влияние технологических факторов на формоизменение металла при прокатке
1.4 Формоизменение металла при резке круглых заготовок
1.5 Задачи исследования
2 Формоизменение трубной заготовки при прокатке в трехвалковом обжимном стане
2.1 Физическое моделирование образования утяжин на концах заготовок при обжатии
2.1.1 Устройство для проведения физического моделирования
2.1.2 Планирование эксперимента
2.1.3 Исследование результатов эксперимента
2.2 Математическое моделирование процесса образования утяжин
2.2.1 Алгоритм решения краевой задачи в программе Пейэпп-ЗО
2.2.2 Планирование вычислительного эксперимента
2.2.3 Постановка задачи математического моделирования
2.2.4 Исследование результатов математического моделирования
2.3 Промышленное исследование процесса образования утяжин
2.3.1 Влияние режимов нагрева заготовок на качество готовых труб
2.3.2 Планирование и результаты промышленного эксперимента
2.3.3 Исследование результатов промышленных экспериментов

3 Разработка и исследование нового способа разрезки заготовок
3.1. Физическое моделирование процесса резки заготовок
3.1.1 Устройство для проведения физического моделирования
3.1.2 Влияние формы ножей на размеры концевой части заготовки
3.2 Математическое моделирование процесса резки заготовок
3.2.1 Планирование вычислительного эксперимента
3.2.2 Постановка задачи математического моделирования
3.2.3 Исследование результатов математического моделирования
3.3 Промышленное исследование процесса резки круглых заготовок
3.3.1 Планирование эксперимента
3.3.2 Исследование результатов опытных работ
4 Разработка и исследование новой технологии производства насоснокомпрессорных труб на ТПА
4.1 Новый способ обжатия непрерывно-литых заготовок на стане винтовой прокатки
4.2 Новая технологическая схема производства труб из непрерывно-литых заготовок
4.3 Сравнительный анализ эволюции зеренной структуры и механических свойств труб на ТПА
4.4 Исследование уровня брака при производстве труб на ТПА
4.4.1 Исследование уровня брака по дефектам вида «раковина-вдав»
4.4.2 Исследование уровня брака по дефектам вида «наружная плена»
4.4.3 Исследование уровня брака по дефектам вида «внутренняя плена»
Выводы по работе
Библиографический список
ПРИЛОЖЕНИЕ А Опытные калибровки ножей для физического моделирования
процесса резки
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Фотографии заготовок после резки
ПРИЛОЖЕНИЕ В Фотографии заготовок после раскроя в штампах
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Результаты физического моделирования процесса обжатия

делирования процессов обработки металлов давлением. Программа БеД)гт-ЗВ позволяет получить информацию о течении материала и распределении температур в процессе деформирования.
Моделирование винтовой прокатки в программе БЕРСЖМ-ЗО состоит из нескольких этапов: выбор технологических параметров процесса прокатки; создание твердотельной модели инструмента и заготовки; создание конечно-элементной сетки заготовки; задание начальных и граничных условий процесса прокатки; задание параметров расчета; решение краевой задачи; анализ полученных результатов.
На первом этапе моделирования для каждой задачи определяются технологические параметры процесса прокатки: форма, размеры, температура и материал заготовки, калибровка и скорость вращения валков обжимного стана, углы подачи и раскатки и т.п.
На втором этапе математического моделирования создаются твердотельные модели валков с заданной калибровкой, толкателя и заготовки. Создание сложных по геометрии моделей валков обжимного стана целесообразно производить с применением сторонней программы трехмерного моделирования. Импортирование созданных моделей в программу Оейгт-ЗО производится путем сохранения данных о геометрии в файл с расширением «эй». В этом файле хранится информация не об исходной геометрии объекта, а о геометрии после осуществления триангуляции, т.е. после дробления исходного тела на множество тетраэдров с заданной точностью. Следует отметить, что программа Иейэгт-ЗИ позволяет работать с геометрией объектов только в конечно-элементном виде.
Далее в программе Е)еД>гт-ЗЕ) производится позиционирование объектов друг относительно друга, а также задается движение инструмента с учетом выбранных технологических параметров прокатки.
На следующем этапе математического моделирования для заготовки выполняется генерация конечно-элементной сетки. При этом возможен выбор двух типов сетки - «абсолютная» и «относительная». Для первого типа точность расчетов обеспечивается увеличением количества элементов в случае необходимости и сохранением их размеров в заданном диапазоне. Во втором случае пользователем выбирает-