64408

Розвиток наукових основ та розробка технологічних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб з прогнозованим рівнем властивостей металу

Автореферат

Производство и промышленные технологии

Це не дозволяє у повній мірі використовувати відомий ефект знакозмінності деформації при холодній пільгерній прокатці труб що у свою чергу призводить до значного збільшення кількості проміжних термічних обробок деформаційних циклів та підвищеній витраті...

Украинкский

2014-07-06

1.93 MB

1 чел.

PAGE  35

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

Фролов Ярослав Вікторович

УДК 621.774.36

Розвиток наукових основ та розробка технологічних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб з Прогнозованим рівнем властивостей металу

Спеціальність 05.03.05

"Процеси та машини обробки тиском"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Дніпропетровськ – 2010


Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національній металургійній академії України Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант:

доктор технічних наук, професор Данченко Валентин Миколайович, Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ, завідувач кафедри обробки металів тиском.

Офіційні опоненти:

  •  доктор технічних наук, старший науковий співробітник Медведєв Михайло Іванович, завідувач відділу технології виробництва труб гарячою деформацією, обробки труб Державного підприємства "Науково-дослідний та конструкторсько-технологічний інститут трубної промисловості ім. Я.Ю. Осади" Міністерства промислової політики України, м. Дніпропетровськ;
  •  доктор технічних наук, професор Сивак Іван Онуфрійович, завідувач кафедри технології і автоматизації машинобудування Вінницького національного технічного університету Міністерства освіти і науки України, м. Вінниця;
  •  доктор технічних наук, професор Фурманов Валерій Борисович, науковий консультант ВАТ "Дніпропетровський трубний завод" Міністерства промислової політики України, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться 14.09.2010 р. о 1230 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.084.02 Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

Автореферат розісланий 23.07.2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради     А.М. Должанський


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Традиційні та перспективні споживачі сталевих труб, отримуваних холодною пільгерною прокаткою, висувають все більш жорсткі вимоги щодо їхньої якості. До цих вимог слід віднести: використання високолегованих і низьколегованих сталей, які у звичайних умовах деформуються дуже складно, але мають високі споживчі властивості, мінімальне відхилення фактичних розмірів труб від номінальних, прогнозований рівень властивостей металу, а також можливість отримання труб зі складною формою поперечного перерізу. Особливе місце у цьому переліку займає прогнозований рівень властивостей металу готових труб, зокрема, межа міцності та межа текучості, які у відповідності до вимог стандартів та технічних умов, визначають здатність труб до подальшої деформаційної обробки, як з проміжною термічною обробкою, так і без неї. Прогнозування властивостей металу труб також потрібно для розрахунків маршрутів циклічного деформування при холодній пільгерній прокатці.

Виготовленню прецизійних труб з високими показниками якості по геометрії присвячено багато досліджень, в той час як керування властивостями металу холоднодеформованих труб, зокрема, відношенням межі міцності до межі текучості, ще не отримало достатнього розвитку. Це не дозволяє у повній мірі використовувати відомий ефект знакозмінності деформації при холодній пільгерній прокатці труб, що, у свою чергу, призводить до значного збільшення кількості проміжних термічних обробок, деформаційних циклів та підвищеній витраті металу і ресурсів при виготовленні труб з високими споживчими властивостями. Це є особливо важливим у випадку виробництва труб зі складною формою поперечного перерізу, де необхідним є повне виконання заданої форми поперечного перерізу за один цикл деформації.

Задоволення вимог, що висуваються до холоднокатаних труб, потребує комплексного перегляду методів розрахунку режимів деформації, які були створені в умовах інших, менш жорстких вимог до якості продукції та економічної ефективності виробництва. У відомих методах розрахунку приймається, що при холодній пільгерній прокатці деформація по діаметру та товщині стінки має сукупний вплив на зміну властивостей металу. Такий підхід був достатнім, коли основним фактором, що обмежував інтенсифікацію виробництва, була сила прокатки та стійкість обладнання. Прогнозування рівня властивостей труби після прокатки з достатньою точністю у цьому випадку було неможливе. З розвитком вимог до якості труб та деформаційної здібності процесу стає важливим окреме дослідження впливу на зміну властивостей металу обтиснень по діаметру та по товщині стінки, як параметрів, які забезпечують знакозмінні деформації та напруження вздовж робочого конусу. Таке дослідження може бути виконане з використанням сучасних методів моделювання і повинно врахувати параметри деформації, притаманні холодній пільгерній прокатці що розвине наукові уявлення про розподіл напружень вздовж робочого конусу.  Результатом такого дослідження має бути метод розрахунку режиму деформації, який забезпечить раціональний розподіл часткових деформацій по діаметру по довжині робочого конусу для кожного конкретного випадку прокатки з урахуванням зміни властивостей матеріалу, параметрів прокатного стану та інших технологічних елементів. Використання відповідного режиму деформації має забезпечити зниження циклічності процесу холодної пільгерної прокатки при виробництві прецизійних труб з високими споживчими характеристиками.

Значну роль у процесі пільгерної прокатки відіграє форма поперечного перерізу зони деформації, яка регламентує течію металу у тангенціальному напрямку, а також забезпечує знакозмінність деформації при повороті робочого конусу, що, у свою чергу, додатково впливає на зміну властивостей металу. Однак рівень досліджень у цієї галузі не дозволяє узгодити розвиток деформації у поздовжньому та поперечному напрямках з урахуванням впливу розподілу деформації по діаметру та по товщині стінки на зміну властивостей металу. Це призводить до інтенсивного зміцнення металу, що, у свою чергу, збільшує кількість технологічних операцій при виробництві прецизійних труб та утруднює отримання труб зі складною формою поперечного перерізу.

Таким чином, робота, яка спрямована на розвиток наукових основ  та розробку технологічних режимів холодної пільгерної прокатки труб з прогнозованим рівнем властивостей високолегованих і низьколегованих сталей з узагальненням досвіду попередніх теоретичних і експериментальних досліджень впливу розподілу та знакозмінності деформації, теплових та кінематичних параметрів процесу на зміну властивостей металу в процесі деформації, а також на геометричні показники якості труб, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконання дисертаційної роботи пов'язане з тематичними планами наукових досліджень Національної металургійної академії України (науково-дослідні роботи ДР № 0109U004016, ДР № 0109U004017, ДР № 0106U002225) за пріоритетним напрямом розвитку "Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі" відповідно закону України "Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки" від 11.07.2001р №2623-ІІІ. Автор був керівником і виконавцем цих робіт. Як запрошений науковий співробітник автор брав участь у роботі над проектом SFB 489 Німецького наукового товариства (DFG), Міністерства науки та культури Нижньої Саксонії та Гановерського Університету ім. Ляйбниця (ФРН).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розвиток наукових основ врахування знакозмінного впливу параметрів деформації на зміну властивостей металу та розробка ефективних технологічних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб, зокрема, з прогнозованим рівнем властивостей металу та складною формою поперечного перерізу.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі завдання:

  •  проаналізувати відомі методи розрахунку режимів деформації холодної пільгерної прокатки труб та теоретичні підґрунтя, на яких вони базуються, з точки зору врахування зміни властивостей металу;
  •  визначити та обґрунтувати показник зміни властивостей високолегованих і низьколегованих сталей та параметр деформації для кількісної оцінки цієї зміни в умовах застосування найбільш розповсюджених технологічних елементів холодної пільгерної прокатки;
  •  визначити залежність, яка пов’язує параметри деформації та показник зміни властивостей металу у сумарній зоні деформації, а також дозволяє порівнювати методи розрахунку режимів деформації та способи прокатки з точки зору впливу теплових, кінематичних і деформаційних параметрів процесу на зміну властивостей металу в процесі пільгерної прокатки;
  •  розвинути метод розрахунку режиму деформації у частині визначення характеру зміни площі поперечного перерізу робочого конусу, який відповідає характеру зміни властивостей металу та розвитку деформації при холодній пільгерній прокатці.
  •  встановити залежності для розрахунку частки деформації по діаметру у деформації по площі поперечного перерізу по довжині робочого конусу та експериментально перевірити отримані залежності з точки зору можливостей прогнозування властивостей металу готових труб;
  •  розробити метод визначення розмірів поперечного перерізу робочого конусу, який має враховувати зміну фактичних розмірів поперечного перерізу робочого конусу по всій довжині периметру калібра, а також визначити залежність, яка б враховувала зміну властивостей металу при розрахунках формозміни металу у тангенціальному, відносно вісі прокатки, напрямку;
  •  провести дослідження впливу технологічних параметрів холодної пільгерної прокатки на температуру металу, його властивості, а також розробити технічні рішення для покращення кінематичних умов процесу холодної пільгерної прокатки труб;
  •  провести моделювання холодної пільгерної прокатки труб за методом скінчених елементів з варіюванням параметрів деформації, а також визначити залежності, які пов’язують коефіцієнт напруженого стану металу з параметрами деформації при холодній пільгерній прокатці труб;
  •  розробити методику та перевірити точність прогнозування властивостей металу у промислових умовах, а також оцінити вплив запропонованих змін до режимів деформації на показники якості труб.
  •  з урахуванням отриманих даних про вплив параметрів деформації на зміну властивостей металу розробити режими деформації для холодної пільгерної прокатки труб з прогнозованим рівнем властивостей металу, а також для труб з некруглою формою поперечного перерізу;
  •  перевірити отримані результати у промислових умовах та підготувати їх до впровадження у технологічному процесі;
  •  використати одержані дані у промислових умовах та навчальному процесі для підготовки фахівців за спеціальністю «Обробка металів тиском»;

Об'єкт дослідження. Технологічний процес холодної пільгерної прокатки труб.

Предмет дослідження. Закономірності впливу режиму деформації, технологічних та кінематичних параметрів процесу холодної пільгерної прокатки на зміну властивостей металу та геометричні показники якості труб.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження базуються на положеннях теорії пластичності, теорії обробки металів тиском, теорії трубного виробництва, теорії пільгерної прокатки. Лабораторні і промислові дослідження виконані з використанням сучасного устаткування та вимірювальної апаратури, що пройшла метрологічний контроль. При проведенні досліджень також було використано метод скінчених елементів, результати оброблено за допомогою методів математичної статистики.

Наукова новизна. Наукову новизну мають наведені нижче результати теоретичних і експериментальних досліджень.

1. Вперше отримано залежність, яка пов’язує частку деформації по діаметру у сумарній деформації з визначеним показником зміни властивостей металу при холодній пільгерній прокатці труб.

Раніше така залежність не була відома. Застосування отриманої залежності дозволяє оптимізувати параметри деформації для отримання потрібного рівня властивостей металу, а також при відомих параметрах деформації прогнозувати властивості металу готових труб.

2. Вперше визначено залежності частки деформації по діаметру від сумарної деформації в умовах безперервного нарощування сумарної деформації по довжині робочого конусу та відповідної зміни властивостей металу при холодній пільгерній прокатці труб. 

Раніше такі залежності відомі не були. Це дозволяє прогнозувати зміну властивостей металу, а також розподіляти деформацію по діаметру по довжині робочого конусу для утримання властивостей металу у потрібному діапазоні не обмежуючись параметрами маршруту прокатки, що у свою чергу, надає більшої гнучкості у проектуванні технології прокатки.

3. Вперше розроблено метод визначення еквівалентних розмірів поперечного перерізу робочого конусу по його довжині в умовах знакозмінності деформації при холодній пільгерній прокатці труб.

Раніше такий метод для холодної пільгерної прокатки, яка характеризується значною знакозмінністю деформації, відомим не був. Це дозволяє підвищити точність визначення формозміни металу у тангенціальному напрямку.

4. Вперше визначено залежність, яка пов’язує деформацію у поздовжньому та поперечному напрямах з урахуванням зміни частки деформації по діаметру по довжині робочого конусу при холодній пільгерній прокатці труб.

Раніше така залежність не була відома. Це дозволяє проектувати поперечний профіль інструменту з урахуванням зміни властивостей металу по довжині робочого конусу.

5. Дістав подальшого розвитку метод розрахунку режиму деформації при холодній пільгерній прокатці, який враховує зміну властивостей металу у зоні деформації та забезпечує отримання труб з прогнозованим рівнем властивостей металу.

Метод відрізняється розподілом частки деформації по діаметру у сумарній деформації по довжині робочого конусу у відповідності до зміни властивостей металу. Це дозволяє розробити технологічні режими холодної пільгерної прокатки труб з потрібним рівнем властивостей металу, а також зі складною формою поперечного перерізу.

6. Одержали подальший розвиток на основі моделювання за методом скінчених елементів наукові уявлення про розподіл нормальних напружень по довжині робочого конусу та визначено залежності, які пов’язують коефіцієнт напруженого стану металу з параметрами деформації при холодній пільгерній прокатці труб.

Раніше для холодної пільгерної прокатки таких залежностей не існувало. Це дозволяє підвищити точність розрахунку напружено-деформованого стану металу при холодній пільгерній прокатці прецизійних труб.

Практичне значення одержаних результатів. Виконані дослідження процесу холодної пільгерної прокатки дозволили:

  •  визначити критерій оцінки ефективності технологічних елементів холодної пільгерної прокатки з точки зору використання ресурсу  властивостей металу, а також визначити значення цього критерію для груп маршрутів прокатки труб з високолегованих сталей;
  •  встановити рівень точності прогнозування  властивостей металу при прокатці з відомими параметрами деформації у маршруті прокатки;
  •  кількісно оцінити взаємний технологічних параметрів холодної пільгерної прокатки на температуру металу та його властивості, а також розширити діапазон застосування способу теплої прокатки;
  •  розробити спосіб для покращення кінематичних умов холодної пільгерної прокатки шляхом зміщення ведучої рійки та визначити величину цього зміщення у залежності від різниці між вимушеним та природним котючими радіусами.
  •  розробити режим деформації, який забезпечує мінімальне використання ресурсу властивостей металу при прокатці труб з високими показниками якості, а також при прокатці труб з некруглою формою поперечного перерізу з низьколегованих та жаростійких сталей;
  •  розробити спосіб прогнозування властивостей металу при холодній пільгерній прокатці у промислових умовах та дати рекомендації щодо застосування запропонованих змін до режимів деформації з метою покращення показників якості по геометричним показникам, властивостям та структурі металу.

Теоретичні і експериментальні результати розробок, наведені в дисертації, використані в умовах: ЗАО «Сентравис продакшн Україна» (довідка від 17.12.2009р.); ЗАТ „ЮТіСТ” (довідка від 15.10.2009 р.); ЗАТ «Дніпровський завод Алюмаш» (довідка від 15.09.2009 р.); ДП «Укрдіпромез» (довідка від 5.10.2009 р); ТОВ «Прецизіон труб Юг» (довідка від 21.12.2009 р); ТОВ «Стальконструкція» (довідка від 5.12.2008 р); Інститут матеріалознавства Гановерського університету ім. Ляйбниця (ФРН) (лист підтримки від 22.02.2010 р.); Відділ інженерії процесів та фізики матеріалів університету „Політехніка Ченстоховська” (Республіка Польща) (Довідка про застосування від 24.11.2009 р.). Розробки, які виконані в дисертації, використовуються у навчальному процесі на кафедрі обробки металів тиском Національної металургійної академії України (довідка від 4.01.2010 р.).

Особистий внесок здобувача. У дисертації не використані ідеї співавторів. Всі основні результати досліджень отримані й узагальнені автором самостійно. У теоретичних розробках автором виділені параметри деформації, які мають найбільш суттєвий вплив на зміну властивостей металу, режими деформації, узагальнені відомі дані, сформульовані завдання для розрахунків за допомогою скінчено-елементних програм та проведений аналіз їх результатів. Автором особисто здійснена постановка лабораторних і промислових експериментів, оброблені й узагальнені результати досліджень. Автор брав безпосередню участь в організації і проведенні експериментів та впровадженні розробок у виробництво. Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві наведено на с. 32.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на: Міжнародних науково-технічних конференціях "Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні" (Краматорськ, 2005, 2006, 2007 та 2009 рр.); Міжнародній конференції "Прогресивна техніка і технологія" (Севастополь, 2007 р.); VІІІ та IX Міжнародних науково-технічних конференціях "Пластична деформація металів" (Дніпропетровськ, 2005 р., Нікополь, 2008 р.); Міжнародній науковій конференції "Advances in Metallurgical Processes and Materials" (Дніпропетровськ, 2007 р.); Міжнародній конференції "Tube Ukraine 2007 – Modern Production Trends for Tubes & Pipes – Welded, Seamless & Non-Ferrous" (Дніпропетровськ, 2007 р.); науковому семинарі Інституту матеріалознавства Гановерського університету ім. Ляйбниця (ФРН, Гановер, 2006, 2007, 2008 та 2010 рр.); Об’єднаному науковому семінарі кафедри обробки металів тиском НМетАУ і прокатних відділів ІЧМ НАНУ (Дніпропетровськ,  2006, 2007, 2008, 2009, 2010 рр.).

Публікації. Основні матеріали дисертації викладені в 38 публікаціях. Серед них: 1 монографія, 31 стаття у спеціалізованих виданнях згідно переліку ВАК України (зокрема, 5 статей без співавторів).

Структура дисертації. Робота складається з вступу, 6 розділів, висновків і додатків. Дисертація викладена на 341 сторінці, містить 127 рисунків, 35 таблиць, список використаних джерел з 175 найменувань, 9 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

АНАЛІЗ ВПЛИВУ ПАРАМЕТРІВ РЕЖИМУ ДЕФОРМАЦІЇ НА ЗМІНУ ВЛАСТИВОСТЕЙ МЕТАЛУ

Основи теорії розрахунку режимів деформації для холодної пільгерної прокатки були закладені П.Т.Ємельяненко. Він сформулював правило, яке визначає величину обтиснень у миттєвій зоні деформації. На підставі експериментального досвіду П.Т.Ємельяненка та аналітичної моделі процесу Я.Е. Осада, О.А.Семенов, П.К. Тетерін, Ю.Ф. Шевакін розвили наукові уяви про режим деформації при холодній пільгерній прокатці труб, головними параметрами котрого є форма та розмір інструмента. Саме вони визначають процес прокатки як послідовне проходження металом скрізь ряд миттєвих зон деформації, кожна з котрих характеризується своїм співвідношенням обтиснень по діаметру та товщині стінки, що забезпечує знакозмінність деформації. Складність опису процесу холодної пільгерної прокатки обумовлена тим, що параметри миттєвої зони деформації, температура металу та його властивості безперервно змінюються по довжині хода валків.

Рис. 1. Робочій конус при холодній пільгерній прокатці

1 – калібр; 2 – оправка

Взаємодія металу з деформуючим інструментом при холодній пільгерній прокатці здійснюється у миттєвих зонах деформації, безперервна послідовність яких у межах робочого ходу валків утворює робочий конус (рис. 1). По довжині робочого конусу l проходить зміна зовнішнього та внутрішнього діаметру Dз, а також товщини стінки tз заготовки таким чином, що на виході із стана формуються остаточні розміри готової труби Dтр. таtтр.  Початком робочого конусу вважається поперечний переріз заготовки, де вона зустрічається з валками, а кінцем – переріз готової труби, що контактує з останньою ділянкою робочої частини рівчака калібрів. Твірною лінією поверхні робочого конусу є розгортка a'b' найбільш глибокої лінії ab рівчака калібру 1 по ділильній окружності приводної шестерні.

На робочому конусі розрізняють декілька ділянок: зона редукуванняlред, де проходить зменшення зовнішнього та внутрішнього діаметрів заготовки до контакту з оправкою; зона обтиснень lо, де проходить основна деформація – зменшується діаметр та товщина стінки; зона калібруванняlк, де проходить калібрування фінальних розмірів труби. Довжина вказаних ділянок визначається калібровкою інструмента – формою лінії, що з’єднує початок та кінець робочого конусу та визначає режим деформації для даного маршруту прокатки.

Створення ефективного технологічного режиму холодної пільгерної прокатки можливо на базі аналізу характеристик взаємодії металу і параметрів деформації. Результати такого аналізу показали, що відомі методи розрахунку режимів деформації мають певні недоліки.

Розглянуті методи розрахунку технологічних режимів показали, що найбільшу кількість характеристик взаємодії металу і інструменту враховує метод пропорційних обтиснень, однак в ньому недостатньо враховується зміна форми поперечного перерізу робочого конусу по довжині сумарної зони деформації, а також знакозмінний вплив обтиснень по діаметру та по товщині стінки на зміну властивостей металу.

З огляду на те, що відомі методи розрахунку інструменту побудовані на різних принципах, а крім того прокатка ведеться різними способами, наприклад, способом теплої прокатки з різними значеннями подачі та варіюванням інших технологічних факторів, виникає потреба у єдиному критерії, за яким можна було б оцінити ефективність використання того чи іншого метода розрахунку інструменту або способу прокатки з точки зору ефективного використання ресурсу властивостей металу.

Аналіз режимів деформації при холодній пільгерній прокатці труб показав, що невирішеною є проблема визначення знакозмінного впливу деформації по діаметру та площі поперечного перерізу на зміну властивостей металу при розробці раціональних деформаційних, теплових та кінематичних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб з прогнозованим рівнем властивостей металу, які б забезпечували високі показники якості та можливість подальшого деформування труб при виробництві готових виробів.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ТА ТЕОРЕТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПАРАМЕТРІВ ДЕФОРМАЦІЇ НА ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛУ ПРИ ХОЛОДНІЙ ПІЛЬГЕРНІЙ ПРОКАТЦІ

Визначення показника зміни  властивостей металу в процесі холодної та теплої пільгерної прокатки. Зміна властивостей металу при холодній пільгерній прокатці відбувається під впливом як деформаційних так і теплових факторів. Кінцева температура, властивості для попереднього перерізу робочого конусу стають початковими для наступного. Під час ходу робочої кліті такий процес відбувається безперервно. Відношення межі міцності  та межі текучості  (Рис. 2), отримане при  стандартних випробуваннях на розривних машинах мікрозразків, виконане за методикою ДТІ РМВ 241-26-02, дозволяє визначити ресурс  властивостей металу  та коефіцієнт його використання  в умовах холодної пільгерної прокатки за наведеними нижче залежностями.

Для труби-заготовки:

;      (1);

для готової труби після прокатки:

;       (2);

для контрольного поперечного перерізу х сумарної зони деформації:  

;      (3);

для оцінки використання ресурсу  властивостей у сумарній зоні деформації: ;      (4);

для оцінки використання ресурсу  властивостей процесу у зоні деформації, що передує поперечному перерізу х:

.      (5).

Експериментальні дослідження проводились в умовах ЗАТ «Сентравіс продакшн Юкрейн». Оцінка зміни  властивостей металу під впливом холодної та теплої пільгерної прокатки проводилася для груп маршрутів: Група 1 - метод розрахунку інструмента, що передбачає конічну оправку та криволінійну твірну рівчака калибрів при холодній прокатці – 4 маршрути (1 – для стану великого типорозміру, 2 – середнього та 1 для малого);

Рис. 2. Схема до визначення показника зміни  властивостей при холодній пільгерній прокатці kσ (1 – робочій конус)

Група 2 - метод розрахунку інструмента, що передбачає  конічну оправку та криволінійну твірну рівчака калибрів при теплій прокатці – 5 маршрутів (3 – для стану великого типорозміру та 2 для середнього);

Група 3 - метод розрахунку інструмента, що передбачає  конічну оправку та криволінійну твірну рівчака калибрів при теплій прокатці зі збільшеною на 50% подачею металу – 4 маршрутів (2 – для стану великого типорозміру та 2 для середнього);

Група 4 - метод розрахунку інструмента, що побудований за методом пропорційності обтиснень при холодній прокатці – 6 маршрутів (3 – для стану великого типорозміру, 2 – середнього та 1 для малого);випробування проводилися в рамках однієї партії труб для кожного випадку з марок сталей AISI 304, 316 та 31803.

За результатами досліджень встановлено, що для всіх випадків ресурс  властивостей після прокатки зменшується. Для труб-заготовок інтервал значень склав 1,56…2,4, а для готових труб – 1,01…1,5. Значення коефіцієнту використання ресурсу  властивостей  для всіх методів розрахунку інструменту та способів прокатки знаходиться в інтервалі 1,44…1,98. Аналіз отриманих результатів показує, що чим вище значення , тим інтенсивніше використовується ресурс  властивостей матеріалу, що негативно характеризує процес деформації та збільшує вірогідність появи у металі мікроруйнувань.

З огляду на те, що в практиці обробки металів тиском значення находиться в інтервалі 1…2,5, можна зробити висновок, що проведені експерименти відображають поведінку матеріалів майже у всьому діапазоні можливих значень відношень межі міцності та межі текучості.

Таким чином встановлено, що зміна параметрів пільгерної прокатки оказує вплив на використання ресурсу властивостей металу.

Визначення параметру холодної пільгерної прокатки для кількісної оцінки зміни  властивостей металу. При холодній пільгерній прокатці деформація розвивається вздовж робочого конусу, тому найбільш розповсюдженими осями абсцис для опису зміни параметрів процесу є саме  х/l (відношення положення контрольного перерізу до довжини робочої зони) та – сумарна ступінь деформації, яка складається з обтиснень по діаметру  та обтиснень по товщині стінки . У досліджених маршрутах прокатки сумарна відносна умовна деформація варіювалася від 28 до 98 %, по товщині стінки – від 21 до 57%, по діаметру – від 24 до 67 %.

Рис. 3. Залежності коефіцієнту використання  властивостей металу від частки обтиснень по діаметру у сумарній деформації

Для зазначених вище випадків прокатки були побудовані залежності зміни коефіцієнту використання  властивостей від сумарної деформації , відношення обтиснень по діаметру та по товщині стінки , частки обтиснень  по діаметру та по товщині стінки  у сумарній деформації. Встановлено, що саме збільшення частки обтиснень по діаметру  у маршруті прокатки призводить до стабільного, з різною інтенсивністю, росту значень для всіх випадків прокатки (рис.3).

Визначення граничних умов для залежності  показало, що при  процес пільгерної прокатки є неможливим з кінематичної точки зору, відповідно, ресурс  властивостей готової труби дорівнює ресурсу  властивостей труби-заготовки. При відсутня деформація по товщині стінки, що призводить до максимальних значень коефіцієнту використання  властивостей. Такий висновок добре корелюється з відомими з літератури даними про негативний вплив редукування на  властивості металу труб. Аналіз експериментальних залежностей показав, що зміна коефіцієнту використання  властивостей  від частки обтиснень по діаметру у сумарній деформації  може бути описана залежністю:

,     (6)

де - коефіцієнт інтенсивності використання  властивостей (для групи маршрутів 1 він дорівнює 0,97; для групи маршрутів 2 – дорівнює 0,92; для групи маршрутів 3 дорівнює 0,7; а для групи маршрутів 4 дорівнює 0,53).

Коефіцієнт можна вважати критерієм оцінки ефективності технологічних елементів холодної та теплої пільгерної прокатки з точки зору використання ресурсу  властивостей металу. Він дозволяє порівнювати методи розрахунку інструменту та способи прокатки з точки зору впливу теплових, кінематичних та деформаційних параметрів процесу на зміну  властивостей металу в процесі пільгерної прокатки. Значення коефіцієнту знаходяться в інтервалі від 0, що відповідає умовам «ідеального» процесу (властивості металу не змінюються) до 1, що є ознакою «нераціонального процесу» (ресурс  властивостей використовується з максимальною інтенсивністю). Основний вплив на інтенсивність використання ресурсу  властивостей оказують такі параметри, як форма інструменту, дрібність деформації та тепловий режим прокатки.

На підставі результатів експериментальних досліджень встановлено, залежність коефіцієнта  від вказаних параметрів:

,     (7)

де m – подача; µΣ – сумарний коефіцієнт витяжки; kb – коефіцієнт, що враховує форму поперечного перерізу робочого конусу; nσ – коефіцієнт дрібності деформації, який залежить від довжини сумарної зони деформації, яка у свою чергу обумовлена формою інструменту; kσз – ресурс  властивостей труби-заготовки, який у даному випадку дозволяє враховувати зміну  властивостей від  ефекту теплої деформації.

ДОСЛІДЖЕННЯ зв’язку РОЗПОДІЛУ ЧАСТКОВИХ ДЕФОРМАЦІЙ ТА ЗМІНИ ВЛАСТИВОСТЕЙ МЕТАЛУ В ЗОНІ ДЕФОРМАЦІЇ

Розвиток методу розрахунку режиму деформації по довжині робочого конусу. Співвідношення деформації по діаметру та по товщині стінки за відомим методом пропорційності часткових деформацій відображено у  залежності:

,      (8)

де µхt та µxD відповідно часткові коефіцієнти витяжки по товщині стінки та діаметру. Окремий розгляд деформації по діаметру та по товщині стінки у даному випадку обґрунтовано їх знакозмінним впливом на властивості металу.

У розрахунках режимів деформації для холодної пільгерної прокатки метод пропорційності часткових деформацій реалізується введенням у формули для розрахунку інструменту показника інтенсивності розподілу часткових обтиснень n. Рівність цього показника для розрахунку твірних рівчака калібрів та оправки забезпечує постійне співвідношення часткових деформацій по діаметру та товщині стінки на всьому протязі робочого конусу. Однак наведені вище результати досліджень впливу частки деформації по діаметру у сумарній деформації на зміну властивостей металу не дозволяють безпосередньо використовувати цей показник тому, що постійна частка деформації по діаметру буде сприяти зростанню значень Sσ.

Для усунення цього недоліку було отримано функцію зміни площі поперечного перерізу робочого конусу, яка враховує показник інтенсивності розподілу часткових обтиснень n.

,     (9)

де Fx – площа поперечного перерізу на відстані х від початку робочого конусу;  F3 – площа поперечного перерізу заготовки; l – довжина робочого конусу; µΣ – сумарний коефіцієнт витяжки.

Залежність (6) з урахуванням нарощування деформації по довжині робочого конусу може бути записана у вигляді рівняння зв’язку параметрів режиму деформації та зміни  властивостей металу.

,    (10)

де εDx – накопичена часткова деформація по діаметру; εх – накопичена часткова деформація по площі поперечного перерізу; Sσx – коефіцієнт використання ресурсу  властивостей металу у перерізі х. Коефіцієнт інтенсивності використання  властивостей bD у даному випадку слід визначати за залежністю (7) для маршруту прокатки у цілому.

У рівнянні (10) параметри деформації εDx та εх визначаються відносно розмірів заготовки.

Визначення складових рівняння зв’язку параметрів режиму деформації та зміни властивостей металу. Проведені експериментальні дослідження зміни  властивостей металу при холодній пільгерній прокатці показали, що зміна межі текучості може бути записана як залежність від деформації по площі поперечного перерізу, а зміна межі міцності – як залежність від деформації по діаметру:

, (11);     . (12).

Для визначення зміни частки деформації по діаметру у деформації по площі поперечного перерізу по довжині робочого конусу, який би забезпечував раціональне використання ресурсу властивостей металу за допомогою рівняння (10), встановлено додаткові умови:

1)  (визначається параметрами маршруту прокатки);

2) частка деформації по діаметру у сумарній деформації для маршруту прокаткизмінюється в інтервалі 0,25…0,75, що відповідає більшості маршрутів холодної та теплої пільгерної прокатки;

3) значення коефіцієнтів у залежностях (11) та (12) відповідають таким умовам: a>b; 1>q>m.

З урахуванням зазначених умов, зв'язок деформації по діаметру та деформації по площі поперечного перерізу по довжині робочого конусу, може бути записаний у вигляді:

для  , (13)

для ,  (14)

де: a, m – коефіцієнти у залежності (11), b, q – коефіцієнти у залежності (12).

Розрахунок розподілу частки деформації по діаметру у деформації по площі поперечного перерізу для маршруту прокатки 63х5 → 38х2,5 мм (рис. 4) показав, що для розподілу часткових деформацій, що базується на методі

постійності часткових деформацій (Метод 1) характерна двозонна зміна частки деформацій по діаметру: різке падіння у зоні вільного редукування до контакту внутрішньої поверхні робочого конусу з оправкою та поступове зростання у зоні сумісної деформації по діаметру та товщині стінки. Для розподілу часткових деформацій, який базується на методі пропорційності часткових деформацій по діаметру та товщині стінки (Метод 2) характерна постійна частка деформацій по діаметру на всій довжині робочого конусу. Розподіл часткових деформацій по діаметру, який базується  на рівнянні (10) зв’язку параметрів деформації та зміни  властивостей (Метод 3), забезпечує зменшення частки деформації по діаметру у відповідності до зміни  властивостей металу.

Рівняння (10), (13) та (14) зв’язку параметрів деформації та зміни  властивостей металу дозволяють прогнозувати та корегувати  властивості труб після прокатки. При прокатці труб зі сталі 304 (AISI) за маршрутом 38х3,6 → 18х1,5 мм встановлено, що розбіжність між прогнозованим та фактичним рівнем  властивостей склала: 5,7%, причому фактичні значення як для , так і для були більшими.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ФОРМИ ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕРІЗУ РОБОЧОГО КОНУСУ НА ЗМІНУ ВЛАСТИВОСТЕЙ МЕТАЛУ

Експериментальне дослідження зміни ширини рівчака калібрів в умовах зміни частки деформації по діаметру у сумарній деформації.

Дослідження полягало у порівнянні відносної ширини калібру Bx/Dx по довжині робочого конусу для маршрутів прокатки, які мають однакову сумарну деформацію εΣ = 54,5% та різні частки деформації по діаметру: 63х5→51х1,8 мм – εDΣ = 0,27; 63х5→45х2,05 мм – εDΣ = 0,41; 63х5→38х2,5 мм – εDΣ = 0,57; 63х5→30х3,3 мм – εDΣ = 0,75; 63х5→25х4,25 мм – εDΣ = 0,87. Розрахунок інструменту здійснювався у відповідності до методу пропорційності обтиснень без урахування рівняння (10). За результатами досліджень встановлено, що при побудові інструменту без врахування узгодженого зі зміною  властивостей розподілу частки деформації по діаметру має місце немонотонна зміна Bx/Dx у залежності від εDΣ. Це призводить до збільшення інтенсивності використання ресурсу  властивостей металу та негативно впливає на точність геометричних розмірів труб.

Для усунення цього недоліку розроблено та запропоновано використання методу еквівалентних розмірів робочого конусу для розрахунку форми та розмірів поперечного профілю інструменту для холодної пільгерної прокатки труб.

Рис. 5. Схема до визначення еквівалентних розмірів поперечного перерізу робочого конусу

Метод еквівалентних розмірів. Метод еквівалентних розмірів, направлений на розвиток розробленого у попередніх дослідженнях каркасного методу побудови інструменту, який передбачає визначення розмірів поперечного перерізу робочого конусу не в координатах Bx та Dx, що є традиційним для холодної пільгерної прокатки, а за допомогою коефіцієнту kb, який характеризує відхилення фактичних розмірів поперечного перерізу, зокрема Dθx від еквівалентних розмірів, зокрема Dекв з урахуванням полярного кута φ (рис 5). З огляду на те, що розподіл часткових деформацій по довжині робочого конусу є функцією зміни площі поперечного перерізу робочого конусу, положення Dекв визначається за умови:

,     (15)

що забезпечує рівність площ поперечного перерізу еквівалентного та фактичного поперечних перерізів робочого конусу у контрольному перерізі х. У загальному вигляді зв'язок між фактичними та еквівалентними розмірами робочого конусу може бути записаний як:

,  (16)

де: φ – полярний кут (0º та 180º відповідають горизонтальній осі калібру, 90º – гребеню калібру), φ1 – полярний кут, який відповідає умові Dφx = Dекв у поперечному перерізі х; kbх – коефіцієнт, що враховує форму поперечного перерізу робочого конусу.

Для прокатки труб з круглою формою поперечного перерізу при визначенні kbх існують такі граничні умови: на початку зони обтиснень kbх дорівнює максимальному значенню kbmax, яке обумовлено умовами захвату металу валками, на кінці зони обтиснень kbх = 0. Тому для даного випадку одним із шляхів визначення kbх може бути залежність:

,      (17)

де n - показник інтенсивності розподілу часткових обтиснень.

Вплив форми поперечного перерізу робочого конусу на зміну  властивостей металу враховується за допомогою рівняння (10), яке може бути наведено у такому вигляді:

,   (18)

з якого витікає, що змінюючи kb від перерізу (х-1) до перерізу (х) робочого конусу, можна впливати на розподіл частки деформації по діаметру у деформації по площі поперечного перерізу та, відповідно, на інтенсивність використання ресурсу  властивостей металу:

.   (19)

Результати математичного моделювання холодної пільгерної прокатки труб зі змінною формою поперечного перерізу показали, що найменший рівень нерівномірності деформації притаманний калібрам, у яких cosφ1 має найнижчі значення, наприклад калібрам з випуском по дотичній. Однак, значний рівень напружень, що виникає у металі призводить до надмірних навантажень на деталі стану. З іншого боку, збільшення cosφ1, яке характерно, наприклад, для овальних калібрів, разом зі зниженням напружень призводить до збільшення нерівномірності деформації.

При експериментальній прокатці труб зі сталі 316 (AISI) за маршрутом 48×3,9→25,4×2,11 мм з використанням інструмента, у якому kbх змінювався по довжині робочого конусу від 0,32 до 0 (варіант 1)  та з використанням інструменту, у якого відношення Bx/Dx змінювалвісь по довжині робочого конусу з 1,09 до 1 (варіант 2) встановлено, що ресурс  властивостей kσ та коефіцієнт використання ресурсу  властивостей  у прокатаних труб склали: для варіанту 1  kσ = 1,46;  = 1,37; для варіанту 2 - kσ = 1,35;  = 1,47.

Таким чином, встановлено, що метод еквівалентних розмірів за допомогою показників  cosφ1 та k дозволяє привести форму поперечного перерізу робочого конусу у відповідність до визначеного характеру зміни  властивостей металу при холодній пільгерній прокатці та збільшити різницю між напруженням міцності та напруженням текучості за рахунок використання ефекту знакозмінності напружень у зоні деформації, що позитивно впливає на експлуатаційні показники готових труб.

ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛОВИХ ТА КІНЕМАТИЧНИХ УМОВ ХОЛОДНОЇ ПІЛЬГЕРНОЇ ПРОКАТКИ

Вплив параметрів процесу холодної пільгерної прокатки на температуру металу. Дослідження теплових умов холодної пільгерної прокатки труб проводилося у розвиток досліджень ефекту теплої деформації для різних марок сталей, який знайшов свою реалізацію у створенні Державним трубним інститутом способу теплої пільгерної прокатки труб. У даній роботі дістало подальший розвиток дослідження визначення впливу на температуру металу окремих параметрів процесу холодної та теплої пільгерної прокатки на станах великого, середнього та малого типорозмірів труб зі сталей аустенітного класу. Апроксимація експериментальних даних дозволила одержати емпіричні функції, які описують зростання температури металу у залежності від технологічних параметрів холодної пільгерної прокатки труб.

Кількість подвійних рухів робочої кліті. Цей показник не відноситься до деформаційних факторів, але показує скільки разів за одиницю часу здійснюється деформація робочого конусу. Тому він впливає не тільки прибуткові статті теплового балансу, а й на інтенсивність видалення тепла з зони деформації. Залежність зміни максимальної температури робочого конусу ΔТ відносно температури заготовки від кількості подвійних рухів робочої кліті n може бути описана функцією:

,      (20)

де α = 17,59…88,4 та β = 0,48…0,55 – показники апроксимації. Оскільки значення показника β відрізняється несуттєво, то для технічних розрахунків може бути прийнятим рівним 0,5 для всіх типорозмірів станів.

Температура труби-заготовки. Вплив температури заготовки T0 на Δt є показником зміни роботи деформації, яка у свою чергу характеризує  здібність металу змінювати  властивості під впливом температури нижче точки рекристалізації. Для сталей аустенітного класу, у яких ефект теплої деформації проявляється найбільш явно, визначення Δt можливо за залежністю:

,     (21)

де γ = 360…430 та δ =(-0,002) -  показники апроксимації. Таким чином типорозмір стану практично не впливає на характер зміни температури у залежності від температури труби-заготовки.

Величина подачі. З літератури відомо, що збільшення подачі m призводить до пропорційного зростання сили прокатки, в той же час як зростання температури металу може бути описано функцією:

,     (22)

де λm = 111,1…183,6 та φm = 0,13…0,39 -  показники апроксимації. Аналіз значень емпіричних показників показав, що типорозмір стану суттєво впливає на характер зміни температури. Це пов’язано з різною долею лінійної величини m в об’ємі подачі, який залежить від площі поперечного перерізу заготовки.

Коефіцієнт витяжки. Для досліджених маршрутів прокатки залежність Δt від сумарного коефіцієнта витяжки µ має вигляд:

,     (23)

де ξ = 76,87…138,2 та ψ = 0,56…0,62 – показники апроксимації. Значення показнику ψ відрізняється несуттєво, тому для технічних розрахунків він може бути прийнятим рівним 0,6 для всіх типорозмірів станів.

Для всіх досліджених параметрів процесу величина достовірності апроксимації R2 знаходилася у діапазоні 93,4…98,9.

Встановлено, що підвищення температури прокатки робочого конусу у визначених межах забезпечує зниження сили прокатки не тільки для сталей аустенітного класу, а ще й сталей феритного класу.

Вплив способу подачі охолоджуючої рідини на твердість поверхні. Попередніми дослідженнями було встановлено, що кращі результати при охолодженні робочого конусу дає використання масляних мастильно-охолоджуючих рідин (МОР). Однак, використання таких МОР є не завжди прийнятним з точки зору екології. В рамках наукового співробітництва з Гановерським університетом ім. Ляйбниця у дослідженнях ефекту появи парового шару на поверхні охолоджуваних деталей діаметрами 27, 30, 45, 60 та 68 мм циліндричної форми було встановлено, що ефект від охолодження водою, яка подається з водо-повітряних спрейєрів, виражений у розподілі твердості металу HVi у напряму від охолоджуваної поверхні в середину зразка, може бути визначений за залежністю:

,     (24)

де: Q – витрата води (кг/с); h – емпіричний коефіцієнт;HV0 – базова твердість у перерізі при повітряному охолодженні.

Отримана залежність дає можливість вибирати витрату води, яка дозволить за рахунок енергії стриї подолати паровий шар на поверхні робочого конусу.

Вплив температури на  властивості металу. За результатами експериментальних досліджень температури робочого конусу встановлено, що приріст температури Тx металу у перерізі, що відстоїть від початку робочого конусу на відстані х може бути визначено за залежністю:

,     (25)

де: κ і ν – показники апроксимації.

Для досліджених сталей AISI 304, 316, 31803 та 410 визначені значення емпіричних коефіцієнтів, а також величина достовірності апроксимації R2, яка знаходиться у діапазоні 97,9…99,8%.

Таким чином для визначення напруження текучості з урахуванням впливу температури металу можливо за залежністю:   

,    (26)

де  ct, kt і z – показники апроксимації.

Для досліджених сталей AISI 304, 316, 31803 та 410 визначені значення емпіричних коефіцієнтів, а також величина достовірності апроксимації R2, яка знаходиться у діапазоні 97,12…98,76%.

Кінематичні особливості холодної пільгерної прокатки труб. Реалізація розподілу часткових деформацій по діаметру, що базується  на рівнянні (10) зв’язку параметрів деформації та зміни  властивостей металу, може привести до підвищених значень конусності рівчака та оправки на окремих ділянках робочого конусу. Така ситуація збільшує різницю між природним катальним радіусом Rкп та радіусом зчеплення ведучої шестерні Rш та призводить до таких негативних явищ як збільшення вісьової сили прокатки, сил тертя, зменшення терміну служби інструменту та неконтрольованого підвищення температури металу. Для усунення цього недоліку запропоновано здійснювати зміщення ведучої рійки за залежністю, що забезпечує мінімальну вісьову силу. Така залежність для кожного випадку прокатки може бути знайдена за даними з датчику вісьових сил. Визначення величини зміщення рейки можливо за схемою (рис. 6). В умовах нерухомої ведучої рійки під час кочення шестерні горизонтальна проекція розгортки дуги cd на лінію зчеплення буде відповідати ділянці l2, а розгортка дуги по RКП – ділянці l1. Різниця між цими ділянками ΔP може бути виражена залежністю:

,  (27) або: .(28)

Суми різниць ΣΔРхі при прямому та зворотному русі робочої кліті будуть визначати зміщення ведучої рейки. Так, для прокатки в валках з кільцевими калібрами діаметром 300 мм при величині Dш = 290 мм, та деформації по діаметру ΔD, рівній 10, 13, 22, 27 та 32 мм, зміщення ведучої рейки буде складати відповідно 17,6; 32,5; 54,8; 93,7 та 92,8 мм.

РОЗВИТОК ТА ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ РЕЖИМІВ ДЕФОРМАЦІЇ ПРИ ХОЛОДНІЙ ПІЛЬГЕРНІЙ ПРОКАТЦІ ТРУБ З КРУГЛОЮ ТА НЕКРУГЛОЮ ФОРМОЮ ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕРІЗУ

Вплив режиму деформації на зміну напружень у металі по довжині робочого конусу та визначення коефіцієнту напруженого стану при холодній пільгерній прокатці. Проведені дослідження впливу розподілу часткових деформацій та форми поперечного перерізу робочого конусу на зміну  властивостей металу при холодній пільгерній прокатці дозволили в умовах порівняння експериментальних та теоретичних даних визначити коефіцієнт напруженого стану Кσ, який є характеристикою сумарного впливу параметрів деформації на зміну  властивостей. Кσ визначався як відношення нормального напруження вздовж відповідної вісі до напруження текучості металу у даному перерізі робочого конусу х.

Дослідження проводились у рамках співробітництва з Університетом «Політехніка Ченстохова» (Польща) та полягали в розробці вихідних даних та обробці результатів моделювання за методом скінчених елементів у середовищі програми Forge 3® холодної пільгерної прокатки труб (рис. 7.) з варіюванням параметрів деформації, зокрема зміни по довжині робочого конусу розподілу частки деформації по діаметру у сумарній деформації εDxx, відношення фактичних та еквівалентних розмірів поперечного перерізу kbx, та відношення поточних конусностей рівчака калібрів та оправки γxx.

Встановлено, що нормальні напруження, які виникають уздовж вісі у у випуску калібру є незначними,  а у вершині – можуть бути прийнятими як середнє значення між напруженнями вздовж осей х та z .

Проведена обробка результатів моделювання дозволила отримати такі аналітичні залежності для визначення коефіцієнтів напруженого стану вздовж основних осей х та z для частин поперечного перерізу робочого конусу, що відповідають вершині та випуску калібру.

Вісь х, випуск калібру: ,  (29)

де: ; .     

Вісь х, вершина калібру:,  (30)

де: ; .      

Вісь z, випуск калібру: ,  (31)

де: ; ;    

Вісь z, вершина калібру: .  (32)

Розраховані коефіцієнти напруженого стану металу у випуску та вершині калібру враховують основні впливові параметри режиму деформації. Так для розрахунку напруженого стану у випусках калібру включено показник зв’язку фактичних та еквівалентних розмірів kbx, у той же час, при розрахунках у вершині калібру цей показник відсутній. Взаємозв’язок факторів та їх вплив було визначено на основі проведеного математичного моделювання для найбільш розповсюджених маршрутів прокатки труб. Слід зазначити, що отримані залежності для розрахунку коефіцієнту напруженого стану металу є прийнятні для усіх основних методів розрахунку режимів деформації по довжині робочого конусу, що використовуються на виробництві.

Аналіз впливу типу розподілу обтиснень на напруження у зоні деформації показав, що для методів розрахунку режимів деформації, які передбачають лінійну конусність оправки, наприклад метод 1, у випусках калібрів мають місце значні розтягаючі напруження з величинами, що навіть перевищують межу текучості. Використання методу 3, який базується  на рівнянні (10) зв’язку параметрів деформації та зміни  властивостей металу, дозволяє зменшити коефіцієнт напруженого стану металу за рахунок раціонального розподілу часткових деформацій по довжині робочого конусу та використання методу еквівалентних розмірів для забезпечення знакозмінності напружень у зоні деформації.

Використання залежностей (29…32) дозволяє проводити комплексний аналіз відомих методів розрахунку режимів деформації холодної пільгерної прокатки труб, а також  дозволяє виявити нераціональні або несприятливі режими та визначити основні напрями інтенсифікації виробництва при збереженні рівня якості. Проведення розрахунків дозволяє проводити оптимізацію режимів деформації, які відображуються у геометрії деформуючого інструменту.

Метод розрахунку режиму деформації для холодної пільгерної прокатки труб з круглою формою поперечного перерізу. Результати досліджень зв’язку параметрів деформації та зміни  властивостей металу можуть бути реалізовані у методі визначення технологічного режиму холодної пільгерної прокатки, що базується на методі пропорційності часткових деформацій. Це дозволить раціонально використовувати ресурс  властивостей металу, зокрема в умовах підвищених обтиснень по діаметру. Зміна площі поперечного перерізу робочого конусу описується  функцією (9), знаменник якої визначає розподіл часткової витяжки. З огляду на це, розподіл часткових деформацій по площі поперечного перерізу буде мати вигляд:

.      (33)

Частка обтиснень по діаметру визначається за допомогою залежностей (13) та (14). Діаметр рівчака калібру визначається за залежністю:

,     (34)

де D3 – діаметр заготовки.

Діаметр оправки:

,      (35)

де tx - товщина стінки робочого конусу:

,  (36)

де tтр та Dтр відповідно товщина стінки та діаметр труби після прокатки.

На практиці для розрахунку інструменту замість Dx слід використовувати еквівалентний діаметр Dекв, а потім, за допомогою коефіцієнта kbх, переходити до фактичних розмірів рівчака калібрів та оправки.

Застосування запропонованого методу розрахунку режиму деформації дозволило привести розподіл часткових деформацій по довжині робочого конуса у відповідність до зміни  властивостей металу. Так, при прокатці труб зі сталі AISI 304 (σВЗ = 616 МПа; σТЗ = 305 МПа) за маршрутом 38х3,6 → 18х1,5 мм з використанням інструмента, який був побудований за різними методами  визначення режиму деформації по довжині робочого конусу (див. розділ 3), відношення заміряних значень напруження міцності до напруження текучості (kσx) змінювалвісь у відповідності до розподілу частки деформації по діаметру у сумарній деформації (рис. 8).

Причому найбільше значення (kσx) характерно для прокатки з використанням інструменту, виготовленого за запропонованим у даній роботі методом розподілу частки деформації по діаметру у сумарній деформації. Кінцеві  властивості та показники їх використання склали: для методу 1 – (σВтр = 804 МПа; σТтр = 710 МПа; kσтр = 1,13; SσΣ = 1,78); для методу 2 – (σВтр = 780 МПа; σТтр = 572 МПа; kσтр = 1,36; SσΣ = 1,48); для методу 3 – (σВтр = 837 МПа; σТтр = 558 МПа; kσтр = 1,5; SσΣ = 1,34).

Середній бал зерна, визначений за методикою ASTM E 112 після термічної обробки за однаковими режимами склав: 6,5 - для методу 1; 6,7 – для методу 2; 8,9 – для методу 3. Труби, що були прокатані з використанням інструмента, який виконаний за методами розрахунку режимів деформації 1 та 2, не відповідали вимогам замовника (розмір зерна не більш 7 балу). Структура металу труб, що були прокатані з використанням запропонованого у роботі методу розрахунку режиму деформації (метод 3), на відміну від методів 1 та 2, має зерно 10…11,5 балів та зовсім не має великих зерен 3,5…4 балів. Це свідчить про те, що розподіл частки деформації по діаметру у деформації по площі поперечного перерізу у відповідності до характеру зміни  властивостей металу з урахуванням знакозмінності деформації дозволяє отримувати труби з дрібнозернистою структурою, яка забезпечує підвищений ресурс властивостей в умовах подальшої експлуатації.

Прогнозування властивостей труб після холодної пільгерної прокатки.

Таблиця 1

Результати прогнозування властивостей труб після холодної пільгерної прокатки

Dз, мм

57

95

48

63

38

93

93

tз, мм

5

11

3,6

5

3,6

8

11

Dтp, мм

38

70

28

38

18

42

42

tтp, мм

3

7,8

1,5

2,5

1,5

4

7

Метод 2

kσтр

1,55

1,31

1,25

1,03

1,32

1,16

1,13

SσΣ

1,35

1,38

1,36

1,38

1,54

1,49

1,53

SσΣ (прогноз)

1,31

1,34

1,34

1,35

1,42

1,45

1,49

kσтр (прогноз)

1,60

1,35

1,27

1,04

1,43

1,19

1,16

Погрішність прогнозу SσΣ, %

2,92

2,85

1,49

1,74

7,70

2,57

2,58

Погрішність прогнозу kσтр, %

-3,01

-2,93

-1,51

-1,77

-8,35

-2,64

-2,65

Метод 3

kσтр

1,73

1,47

1,37

1,11

1,50

1,25

1,20

SσΣ

1,21

1,23

1,25

1,28

1,35

1,39

1,44

SσΣ (прогноз)

1,27

1,30

1,30

1,31

1,36

1,39

1,42

kσтр (прогноз)

1,65

1,39

1,32

1,08

1,48

1,25

1,21

Погрішність прогнозу SσΣ, %

-4,99

-5,46

-3,97

-2,39

-1,18

-0,24

1,10

Погрішність прогнозу kσтр, %

4,76

5,18

3,81

2,33

1,17

0,24

-1,11

Порівняння методів (за фактичними даними)

Збільшення kσтр, %

11,52

12,22

9,11

7,84

14,04

7,34

6,22

Зменшення SσΣ, %

10,33

10,89

8,35

7,27

12,31

6,84

5,86

У загальному випадку для прогнозування  властивостей труб після холодної пільгерної прокатки вихідними даними є: властивості заготовки (σвз та σтз), параметри деформації (εD та εΣ), а також коефіцієнт інтенсивності використання  властивостей bD, який визначається  або за залежністю (7), або експериментально для групи маршрутів прокатки, які характеризуються певним набором технологічних елементів. Далі за залежністю (6) визначається коефіцієнт використання  властивостей SσΣ, притаманний даному маршруту прокатки. Для отримання розрахункового значення ресурсу  властивостей труби kσз, ресурс  властивостей заготовки kσз потрібно розділити на значення SσΣ. Для отримання абсолютних значень напружень текучості та міцності готової труби можуть бути використані залежності (11) та (12). У таблиці 1 наведені фактичні та прогнозовані значення ресурсу  властивостей, коефіцієнту використання  властивостей, а також відносна погрішність прогнозування для маршрутів прокатки, режими для яких визначалися за методами 2 та 3 (Див. розділ 3). Дані таблиці 1 показують, що максимальна погрішність прогнозування ресурсу  властивостей становить 8,35%, а збільшення ресурсу  властивостей металу за рахунок використання розробленого технологічного режиму для всіх досліджених маршрутів становить 6,22…14,04% по фактичним даним.

Дослідження впливу запропонованого режиму деформації на точність геометричних розмірів труб проводилися для маршрутів прокатки:

57×5→38×3 мм, стан ХПТ 55, подача 7мм, εΣ = 59,6%, εD = 55,9%;

32×2,8→16×1,5 мм, стан ХПТ 32, подача 7 мм, εΣ = 80%, εD = 65,7%.

Встановлено, що у дослідженій партії кількість труб з мінімальними відхиленнями від номінальних розмірів збільшилася:

  •  по симетричній різностінності – на 30…80%;
  •  по ексцентричній різностінності – на 60…80%;
  •  по овальності – на 16…48%.

У всіх випадках більші значення відповідали прокатці на стані більшого типорозміру зі збільшеною на 17,6% долею деформації по діаметру. Це підтверджує важливість раціонального розподілу деформації по діаметру по довжині робочого конусу.

Метод розрахунку режиму деформації для холодної пільгерної прокатки труб із зовнішніми та внутрішніми поздовжніми ребрами. Головним фактором, який утруднює процес холодної пільгерної прокатки труб з некруглою формою поперечного перерізу є зміна властивостей металу під час деформації, яка у багатьох випадках призводить до розтріскування робочого конуса.

Для усунення цього негативного фактору необхідно узгодження режиму деформації та зміни  властивостей металу по довжині робочого конусу з урахуванням форми поперечного перерізу робочого конусу, яке запропоновано в роботі. Це можливо при використанні методу еквівалентних розмірів поперечного перерізу.

Так, для прокатки труб з внутрішніми ребрами визначення еквівалентного внутрішнього радіусу Rэ робочого конусу можливо на підставі рівності площ поперечного перерізу металу по обидва боки від окружності еквівалентного радіусу за допомогою рівняння:

 (37)

де: х – поточна координата, f1(x) – функція, що описує лінію ab, f2(x) – функція, що описує лінію bc, f3(x) – функція, що описує лінію cd. ха, xb, xc, xd – лінійні координати точок a, b, c та d у яких функції змінюють свій вигляд, хN – лінійна координата точки, яка відповідає перетину еквівалентного радіусу та однієї з функцій f1(x), f2(x) або f3(x) за умови рівності площ.

Рішення рівняння (37) за умови того, що функції f1(x), f2(x) або f3(x) визначені, наприклад, замовником труб, дозволяє визначити еквівалентний внутрішній радіус  для конкретного випадку прокатки. Аналогічно визначається й зовнішній еквівалентний радіус.

Розподіл часткових обтиснень для розрахунку технологічного режиму розраховується саме для еквівалентних розмірів поперечного перерізу за залежностями (15…18). Зміна поперечного профілю  інструменту по довжині робочого конусу визначається шляхом вирішення рівняння (18) відносно Dφx. Для виготовлення труб з гвинтовими поздовжніми ребрами (рис. 9, а), розрахунок інструменту ведеться аналогічно урахуванням куту повороту. Особливістю прокатки труб із зовнішніми ребрами є те, що при прокатці плавникових труб (рис. 9, б) механізм повороту робочого конусу відключають, а при прокатці ребристих труб (рис. 9, в) – встановлюють кратною

центральному куту між ребрами. Прокатку рекомендовано проводити при зменшених на 50…70% величинах подачі. Використання рівняння (10) зв’язку параметрів режиму деформації та зміни  властивостей металу при розрахунку інструменту для прокатки труб з некруглою формою поперечного перерізу важливо з огляду на те, що менш зміцнений метал дає змогу формувати більш високі ребра. Так, при прокатці труб зі сталі 12Х1МФ та сталі 20 з прямими та гвинтовими поздовжніми ребрами при відношенні товщини стінки у вершині ребра та на його дні як 2:1, з використанням інструменту, розрахованого за запропонованим методом, на відміну від інших методів розрахунку, за якими прокатка проводилася з відповідними параметрами деформації, було досягнуто повне виконання заданої форми поперечного перерізу. Дефектів відмічено не було.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведені теоретичні узагальнення та нове рішення науково-прикладної проблеми, яка полягає у визначенні знакозмінного впливу деформації по діаметру та площі поперечного перерізу на зміну властивостей металу при розробці раціональних деформаційних, теплових та кінематичних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб з прогнозованим рівнем властивостей металу, які б забезпечували високі показники якості та можливість подальшого деформування труб при виробництві готових виробів.

  1.  Огляд літературних джерел показав, що відомі методи розрахунку режимів деформації не враховують впливу частки деформації по діаметру у сумарній деформації, а також не достатньо враховують форму поперечного перерізу на зміну властивостей металу труб. Це приводить до неефективного використання ефекту знакозмінності деформацій та напружень та підвищеного неконтрольованого зміцнення металу, що обмежує деформаційні можливості способу холодної пільгерної прокатки труб, збільшує циклічність виробництва і унеможливлює задоволення потреб ринку у трубах з високими споживчими характеристиками, зокрема прогнозованим рівнем властивостей металу і некруглою формою поперечного перерізу, що, у свою чергу, робить розглянуту у роботі проблему актуальною.
  2.  Вперше отримано залежність, яка пов’язує частку деформації по діаметру у сумарній деформації з показником зміни властивостей металу при холодній пільгерній прокатці труб. Отримана залежність враховує частку деформації по діаметру, як параметру деформації, що суттєво впливає на відношення напруження міцності до напруження текучості металу після циклу прокатки. Встановлено, що зменшення частки деформації по діаметру в сумарній деформації для всіх досліджених маршрутів прокатки і технологічних елементів призводить до збільшення відношення напруження міцності до напруження текучості, визначеного у роботі як ресурс властивостей металу. Інтенсивність такого збільшення залежить від параметрів деформації та технологічних елементів процесу, зокрема методу розрахунку режиму деформації, теплового режиму прокатки, параметрів обладнання та величини подачі. Визначено, що відношення ресурсів властивостей металу до та після деформації є показником використання властивостей металу в конкретних умовах деформації. До залежності також входить показник, який дозволяє в діапазоні від 0 до 1 оцінити ефективність технологічних елементів з точки зору використання ресурсу властивостей металу. Так, для досліджених маршрутів найгірший показник, рівний 0,97, має холодна прокатка на лінійно-конусній оправці. Збільшення подачі при теплій прокатці на 50% призводить збільшення цього показнику з 0,7 до 0,92, метод пропорційних обтиснень дозволяє отримати показник 0,5. Застосування залежності дозволяє оптимізувати  параметри деформації для мінімізації використання ресурсу  властивостей, а також при заданих параметрах деформації прогнозувати  властивості металу готових труб.
  3.  Вперше визначено залежності частки деформації по діаметру від сумарної деформації в умовах безперервного нарощування сумарної деформації по довжині робочого конусу та відповідної зміни властивостей металу при холодній пільгерній прокатці труб. Залежності враховують поточні параметри зони деформації, зміну властивостей металу та у визначених граничних умовах забезпечують варіювання по довжині робочого конусу частки деформації по діаметру для утримання властивостей металу у потрібному діапазоні. Це дозволяє розподіляти деформацію по діаметру по довжині робочого конусу не обмежуючись параметрами маршруту прокатки, що у свою чергу, надає більшої гнучкості у проектуванні технології прокатки.

Визначено особливості застосування рівняння зв’язку параметрів деформації та зміни властивостей для розподілу деформації по довжині робочого конусу та встановлено рівень погрішності прогнозування властивостей металу при прокатці із заданими параметрами деформації на рівні 5,7%.

Науково обґрунтовані напрямки розвитку методу розподілу часткових деформацій по довжині робочого конусу з урахуванням особливостей холодної пільгерної прокатки сталей, деформування яких у звичайних умовах ускладнено. Удосконалено розподіл часткових деформацій по діаметру і товщині стінки у частині визначення характеру зміни площі поперечного перерізу робочого конусу, який відповідає отриманим даним про зміну властивостей металу під час деформації. Встановлено, що врахування характеру зміцнення металу, а також масштабного фактору для різних типорозмірів стану ХПТ при розподілі часткових деформацій по довжині робочого конусу дозволяє зменшити максимальні значення вертикальної сили прокатки на 5…12%, а вісьової – на 10…35%. що, у свою чергу, призводить до покращення показників якості труб за геометричними розмірами.

Експериментально підтверджений зв'язок таких параметрів процесу холодної пільгерної прокатки, як температура металу, розподіл часткових деформацій та однорідність структури металу з заданою величиною аустенітного зерна.

  1.  Вперше розроблено метод визначення еквівалентних розмірів поперечного перерізу робочого конусу в умовах знакозмінності деформації при холодній пільгерній прокатці труб. Метод враховує зміну форми поперечного перерізу робочого конусу по всій довжині периметру калібру. Це дозволяє підвищити точність визначення формозміни металу у тангенціальному напрямку. Зв'язок фактичних та еквівалентних розмірів здійснюється за допомогою показника, що змінюється у відповідності до поточного центрального кута. Встановлено, що при побудові поперечного профілю рівчака калібрів без врахування узгодженого зі зміною  властивостей розподілу частки деформації по діаметру має місце немонотонна зміна ширини калібру у залежності від частки деформації по діаметру у сумарній деформації. Усунення такого недоліку при інших рівних умовах дозволяє на 7% підвищити ресурс  властивостей металу у трубах після прокатки.
  2.  Вперше визначено залежність, яка пов’язує деформацію у поздовжньому та поперечному напрямах з урахуванням зміни частки деформації по діаметру по довжині робочого конусу при холодній пільгерній прокатці труб. Залежність узгоджує розвиток деформації у поздовжньому та поперечному напрямках з урахуванням впливу розподілу деформації по діаметру на зміну властивостей металу. Це дозволяє проектувати поперечний профіль інструменту за сучасними методами, включаючи каркасний метод, з урахуванням зміни властивостей металу по довжині робочого конусу. Встановлено, що зміна форми поперечного перерізу робочого конусу при незмінній площі поперечного перерізу впливає на розподіл частки деформації по діаметру у деформації по площі поперечного перерізу та, у відповідності до отриманих залежностей, на зміну властивостей металу. Доведено, що зміна форми поперечного профілю деформуючого інструменту для досліджених маршрутів прокатки дозволяє отримати зменшення напруження текучості на 18%, а напруження міцності – на 3% у порівнянні з прокаткою за базовим методом розрахунку, що підтверджує висновок про позитивний вплив знакозмінності деформації на властивості металу.
  3.  Дістав подальшого розвитку метод розрахунку режиму деформації при холодній пільгерній прокатці, який враховує зміну властивостей металу у зоні деформації та забезпечує отримання труб з прогнозованим рівнем властивостей металу. Це дозволяє розробити технологічний режим холодної пільгерної прокатки труб, ефективність якого може бути оцінена значенням показнику інтенсивності використання  властивостей металу, рівним 0,47. Застосування розробленого технологічного режиму для промислових маршрутів прокатки дозволило збільшити різницю між напруженнями міцності та текучості на 6,22…14,04% за рахунок ефективного використання ефекту знакозмінності напружень в зоні деформації, а також збільшити у дослідженій партії кількість труб з мінімальними відхиленнями від номінальних розмірів: по симетричній різностінності – на 30…80%; по ексцентричній різностінності – на 60…80%; по овальності – на 16…48%. Встановлено, що температура початку та кінця рекристалізації в металі труб, які були прокатані за розробленим режимом на 25…50˚С нижче, чим при прокатці по базовому методу. Структура металу для досліджених маршрутів складалася із зерен 10…11 балів та на відміну від базових режимів деформації не мала зерен 3…4 балу. Це свідчить про те, що раціональний розподіл сумарної деформації та деформації по діаметру по довжині робочого конусу дозволяє отримати рівномірну дрібнозернисту структуру, яка, забезпечує підвищений ресурс металу в умовах подальшої деформаційної обробки.
  4.  Одержали подальший розвиток на основі моделювання за методом скінчених елементів наукові уявлення про розподіл нормальних напружень по довжині робочого конусу та визначено залежності, які пов’язують коефіцієнт напруженого стану металу з параметрами деформації при холодній пільгерній прокатці труб. Ці залежності враховують варіювання параметрів деформації, зокрема зміни по довжині робочого конусу частки деформації по діаметру, відношення фактичних та еквівалентних розмірів поперечного перерізу та відношення поточних конусностей рівчака калібрів та оправки, що дозволяє врахувати вплив параметрів деформації на напружений стан металу. Використання розробленого у роботі режиму деформації дозволяє зменшити максимальні значення коефіцієнту напруженого стану металу у порівнянні з базовим режимом деформації з 1,05 до 0,72 за розтягаючими напруженнями та з 3,7 до 1,8 за стискаючими напруженнями, а також забезпечити плавність зміни цього коефіцієнту за рахунок раціонального розподілу часткових деформацій по довжині робочого конусу та використання методу еквівалентних розмірів для забезпечення знакозмінності напружень у зоні деформації.
  5.  Одержали подальший розвиток на основі експериментальних досліджень уявлення про взаємний вплив таких технологічних елементів холодної пільгерної прокатки як: температура металу, коефіцієнт витяжки, кількість подвійних рухів кліті, величина подачі, межа міцності, межа текучості, твердість поверхні та спосіб її охолодження. Отримані залежності взаємозв’язку технологічних елементів дозволяють підвищити точність розрахунків режимів деформації та розширити діапазон застосування способу теплої прокатки сталей на станах холодної пільгерної прокатки великого, середнього та малого типорозмірів. Розроблено спосіб для зміщення ведучої рейки за залежністю, що забезпечує мінімальну вісьову силу та визначено величину цього зміщення у залежності від різниці між вимушеним та природним катальними радіусами.
  6.  Розроблено  технологічний режим холодної пільгерної прокатки труб із зовнішніми та внутрішніми поздовжніми ребрами, у якому знайшли відображення результати досліджень впливу розподілу частки деформації по діаметру у сумарній деформації на зміну  властивостей металу та застосований метод еквівалентних розмірів робочого конусу для зв’язку між поздовжнім та поперечним профілями рівчаку калібрів. При прокатці труб зі сталі 12Х1МФ та сталі 20 з відношенням товщини стінки у вершині ребра та між ребрами 2:1 з використанням інструменту, розрахованого за запропонованим методом було досягнуто повне виконання заданої форми поперечного перерізу за один цикл деформації.
  7.  Визначено критерій оцінки ефективності технологічних елементів холодної та теплої пільгерної прокатки з точки зору використання ресурсу  властивостей металу, а також визначити значення цього критерію для груп маршрутів прокатки труб з аустенітних сталей. Розроблені рекомендації щодо прогнозування рівню властивостей у промислових умовах та методика прогнозування властивостей металу після холодної пільгерної прокатки, які по даним про базові властивості металу, параметри деформації та технологічні елементи конкретного способу прокатки дозволяють прогнозувати зміну властивостей металу з погрішністю +7,7…-4,99%. Для досліджених промислових маршрутів прокатки досягнуто рівень погрішності прогнозування  властивостей в трубах після прокатки на рівні 0,24…8,37%.
  8.  Теоретичні і експериментальні результати розробок, наведені в дисертації, використані в умовах: ЗАО «Сентравис продакшн Україна» – аналіз  властивостей сталей AISI 304, 316 та 31803, режим деформації труб з прогнозованим рівнем властивостей (довідка від 17.12.2009р.); ЗАТ „ЮТіСТ”  – режими деформації для холодної пільгерної прокатки труб із сталі ШХ 15 з підвищеною деформацією по діаметру (довідка від 15.10.2009 р.); ЗАТ „Дніпровський завод „Алюмаш” – залежності впливу обтиснень по діаметру на  властивості труб (довідка від 15.09.2009 р.); ДП «Укрдіпромез» – метод побудови поперечного профілю рівчака калібрів для прокатки труб з підвищеними вимогами до властивостей металу (довідка від 5.10.2009 р); ТОВ «Прецизіон труб юг» (довідка від 21.12.2009 р) - розрахунок режиму деформації для прокатки труб з гвинтовими внутрішніми ребрами. ТОВ «Стальконструкція» (довідка від 5.12.2008 р) – елементи конструкції стана холодної пільгерної прокатки, таблиці маршрутів прокатки, розрахунок енергосилових параметрів. Інститут матеріалознавства Гановерського університету ім. Ляйбниця (ФРН) (лист підтримки від 22.02.2010 р.) – вплив параметрів двофазного охолодження на  властивості, твердість та залишкові напруги в геометричних моделях; відділ інженерії процесів та фізики матеріалів університету „Політехніка Ченстохова” (Республіка Польща) (Довідка про застосування від 24.11.2009 р.) – прогнозування  властивостей аустенітних сталей в умовах змінних параметрів деформації. Розробки, які виконані в дисертації, використовуються у навчальному процесі на кафедрі обробки металів тиском Національної металургійної академії України (довідка від 4.01.2010 р.).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У РОБОТАХ:

  1.  Фролов В. Ф. Холодная пильгерная прокатка труб : Монография / Фролов В. Ф., Данченко В. Н., Фролов Я. В. – Дніпропетровськ : Пороги, 2005. – 255 с.
  2.  Фролов Я. В. Температура металла при холодной пильгерной прокатке труб / Я. В. Фролов // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2003. – № 3. – С. 57-59.
  3.  Данченко В. Н. Совершенствование технологии и оборудования для холодной пильгерной прокатки труб / В. Н. Данченко, Я. В. Фролов,
    В. Т. Вышинский // Сталь. – 2003. – № 4. – С. 48-54.
  4.  Фролов Я. В. Проектирование интенсивных режимов деформации при пильгерной прокатке прецизионных труб / Я. В. Фролов // Сучасні проблеми металургії. (Наукові вісті. Пластична деформація металів). Том 7. – Дніпропетровськ: Системні технології, 2004. – C. 180-192.
  5.  Данченко В. Н. Развитие научных основ процесса холодной и теплой пильгерной прокатки / В. Н. Данченко, Я. В. Фролов //Развитие теории процессов производства труб: Сб. научн. тр. НМетАУ –  Днепропетровск: Системные технологии. – 2005. – С. 134-157.
  6.  Фролов Я. В. Определение режима деформации при теплой пильгерной прокатке котельных труб с однородной структурой / Я. В. Фролов, Ю. Ю. Мацко, Ю. Ж. Шпак, И. А. Панасенко // Сучасні проблеми металургії.
    (Наукові вісті. Пластична деформація металів) Дніпропетровськ: Системні технології.
    2005. № 8 – С. 419424.
  7.  Дехтярьов В. С. Тримірне моделювання параметрів холодної пільгерної прокатки / В. С. Дехтярьов, Я. В. Фролов // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць. – Краматорськ: ДДМА. – 2006. – С. 59 – 64.
  8.  Frolov Ya. V. The heat conditions of the pilger rolling / Ya. V. Frolov, I. Mamuzic, V. N. Danchenko // Metallurgia. –  2006. –  № 3. – С. 179–184.
  9.  Дехтярев В.С. Уменьшение эксцентричной разностенности при холодной пильгерной прокатке труб / В. С. Дехтярев, Ю. Ю. Мацко,
    Я.
     В. Фролов // Металл и литье Украины. –2006. 11-12. С. 39-41.
  10.  Дехтярев В.С. Эффективная калибровка для станов холодной прокатки труб / В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов // Вісник Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут": Машинобудування. – К.: НТУУ "КПІ", 2007. – Вип. 51. – С.148-154.
  11.  Фролов Я. В. Определение упругой деформации оправки стана ХПТ при прокатке тонкостенных труб / Я. В. Фролов, В. С. Дехтярев, Ю. Ю. Мацко // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць. – Краматорськ: ДДМА. – 2007. –С.335–338.
  12.  Дехтярев В.С. Новый метод построения поперечного профиля рабочей части ручья калибров станов ХПТ / В.С. Дехтярев, Я.В. Фролов // Теория и практика металлургии. – 2007. – № 1. – С. 25–29.
  13.  Данченко В.М. Аналіз механізмів зниження вісьових сил на станах ХПТ / В. М. Данченко, В. Т. Вишинський, А. В. Сьомічев, Я. В. Фролов, С. Р. Рахманов // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2007. – № 1. – С. 46-49.
  14.  Сьомічев А. В. Вісьові сили в осередку деформації при холодній пільгерній прокатці / А. В. Сьомічев, Я. В. Фролов, В. М. Данченко // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2007. – № 5. – С. 79–81.
  15.  Фролов Я. В. Требования к технологии и оборудованию холодной пильгерной прокатки / Я. В. Фролов // Теория и практика металлургии. – 2008. – № 1. – С. 58–66.
  16.  Терещенко А. А. Метод расчета инструмента для холодной пильгерной прокатки труб по маршрутам с повышенной деформацией по диаметру / А. А.Терещенко, Я. В. Фролов // Теория и практика металлургии. – 2008. – № 5– 6. – С. 102– 106.
  17.  Терещенко А.А. Параметры технологических элементов при производстве труб для энергетического машиностроения / А. А. Терещенко, В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов // Сучасні проблеми металургії. (Наукові вісті. Пластична деформація металів). – Дніпропетровськ: Системні технології. –  2008. – Т.11. – С. 385-392.
  18.  Проектирование калибровки инструмента станов холодной пильгерной прокатки труб / В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов, В. В. Бояркин, К. Краузе // Теория и практика металлургии. –  2008. –  № 2. – С. 43–45.
  19.  Randschichtvergüten von Zahnwellen mittels Wasser-Luft-Sprühkühlung / Krause, C.; Hassel, T.; Frolov, I.; Gretzki, T.; Kästner, M.; Seewig, J.; Bormann, D.; Bach, Fr.-W. // HTM 63, 1, S. 22 - 26, 2008
  20.  Фролов Я.В. Развитие методов расчета калибровки станов ХПТ / Я. В. Фролов, В. С. Дехтярев // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2009  №2. – С. 52–54.
  21.  Дехтярев В.С. Анализ упругой деформации валка при холодной пильгерной прокатке на станах ХПТ 55 / В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов, А. С. Бобух // Теория и практика металлургии. – 2009. – № 5– 6. – С. 64– 66.
  22.  Manufacturing Surface Hardened Components of 42CrMo4 by Water-Air Spray Cooling / T. Gretzki, C. Krause, I. Frolov, T. Hassel, M. Nicolaus, Fr.-W. Bach, M. Kastner, O. Abo-Namous // Steel research international. – 2009. – № 12 (80). – S. 906– 915.
  23.  Опыт внедрения способа прокатки труб с подачей и поворотом труб-заготовок при полном ходе рабочей клети на станах холодной прокатки / А. А.Терещенко, А. П. Головченко, Я. В. Фролов, В. С. Дехтярев // Бюллетень научно-технической и экономической информации. «Черная металлургия». – 2009. – №1. – С. 63–64.
  24.  Технологические аспекты производства холоднодеформированных труб для энергетического машиностроения / А. А. Терещенко, А. П. Головченко, В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов // Сталь. – 2009. – № 1. – С. 66-70.
  25.  Фролов Я. В. Учет упрочнения металла теплообменных труб из аустенитных сталей при периодической прокатке на станах ХПТ / Я. В. Фролов, А. А. Терещенко, С. С. Дудка // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». – 2009. - № 9. – С. 61 – 63.
  26.  Дехтярев В. С. Комплексный подход к реализации новых технологий производства прецизионных холоднодеформированных труб / В. С. Дехтярев, Я. В. Фролов, А. А. Терещенко // Металлург. – 2009. – № 3. – С. 55–58.
  27.  Фролов Я. В. Влияние ширины ручья калибров станов ХПТ на изменение механических свойств металла труб / Я. В. Фролов, А. А. Терещенко, А. П. Головченко // Обработка материалов давлением. – 2009. – № 1(20). – С. 257–260.
  28.  Нова технологічна схема підготовки труб з нержавіючих сталей та сплавів до фінішної обробки / А. А. Терещенко, А. П. Головченко, Я. В. Фролов, В. С. Дехтярев // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2009. – №1. – С. 80–82.
  29.  Surface hardening spline geometries of heat-treatablesteel CF53  using water-air spray cooling / Frolov I. V., Gretzki Th., Yu Z., Nuernberger F. Hassel Th., Bach Fr.-W. // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць. – Краматорськ: ДДМА. – 2009. – С. 270–275.
  30.  Фролов Я.В. Розвиток методу розрахунку параметрів інструменту для холодної пільгерної прокатки труб / Я. В. Фролов // Теория и практика металлургии. – 2009. – № 5-6. – С. 67–70.
  31.  Фролов Я.В. Влияние параметров режима деформации на механические свойства металла при холодной пильгерной прокатке труб / Я. В. Фролов // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2010. – №1. – С. 71–73.
  32.  Фролов Я.В. Розвиток та застосування методів розрахунку інструменту для холодної пільгерної прокатки труб / Я. В. Фролов, В.С. Дехтярьов // Теория и практика металлургии. – 2010. – № 1-2. – С. 103106.
  33.  Фролов Я.В. Холоднокатаные трубы с внутренними и наружными
    ребрами / Я. В. Фролов // Современные направления производства сварных и бесшовных труб из черных и цветных металлов: тематич. сб. науч. трудов I
    nternational Тube Аssociation. - Днепропетровск: – 2007. – С. 195–203.
  34.  Frolov Ya. V. Widening of Warm Rolling Purposes for Non-Austenite Steels in Precision Tubes Production / Ya. V. Frolov // Advances in metallurgical processes and materials: тематич. сб. науч. трудов Advance Technologies  in Metallurgy. - Днепропетровск:– 2007. – С. 231–238.
  35.  Спосіб холодного або теплого пільгерного прокатування труб з внутрішніми повздовжніми ребрами: Патент 21301: Україна, МПКВ21В 21/00 / Фролов В. Ф., Фролов Я. В., Сенина Т. В.; власник патенту Державне підприємство «Науково-дослідний інститут трубної промисловості ім. Я.Ю. Осади». - № u200609061 ; заявл. 15.08.06 ; опубл. 15.03.07, Бюл. №3.
  36.  Спосіб холодного або теплого прокатування труб із зовнішніми повздовжніми ребрами: патент 21300: Україна, МПК В21В 21/00 / Фролов В. Ф., Фролов Я. В., Сенина Т. В.; власник патенту Державне підприємство «Науково-дослідний інститут трубної промисловості ім. Я.Ю. Осади». - № u200609059 ; заявл. 15.08.06; опубл. 15.03.07, Бюл. №3.
  37.  Робоча кліть стана холодної пільгерної прокатки труб: патент 65161: Україна, МПК 7В21В21/04, В211321/00. / Фролов В. П.,
    Фролов Я. В., Сенина Т. В., Смирнов В. Г., Данильченко В. В. ; власник патенту ЗАТ «Ново-краматорський машинобудівний завод».  № 2003065369 ; заявл. 10.06.03 ; опубл. 15.03.04, Бюл. №3.
  38.  Спосіб регулювання величини примусового катаючого радіуса валків і стан холодної пільгерної прокатки труб для його реалізації: патент 65925: Україна, МПК 7В21132/00 / Фролов В. П., Фролов Я. В., Чубарь А. Г., Смирнов В. Г., Данильченко В. В.; власник патенту ЗАТ «Ново-краматорський машинобудівний завод».  № 2003076169 ; заявл. 03.07.03 ; опубл. 15.04.04, Бюл. №4.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві:

[1] – параграфи 1.3, 2.1, розділи 3, 5, 7 та 10; [3] -  аналіз режимів деформації при холодній пільгерній прокатці; [5] – аналіз теоретичних підґрунть режимів деформації; [6] – розрахунок режиму деформації, аналіз впливу розподілу деформації на однорідність структури металу; [7] – постановка задачі тримірного моделювання холодної пільгерної прокатки, аналіз та узагальнення результатів; [8] – дослідження теплового режиму холодної пільгерної прокатки труб; [9] - постановка задачі дослідження зміни товщини стінки від параметрів поперечного профілю інструменту, аналіз та узагальнення результатів; [10] – обґрунтування методів урахування масштабного фактору при створенні режиму деформації, аналіз та узагальнення результатів; [11] - постановка задачі врахування пружної деформації оправки, аналіз та узагальнення результатів; [12] - постановка задачі створення поперечного профілю, який відповідає раціональному напружено-деформованому стану при холодній пільгерній прокатці труб з високою точністю, аналіз та узагальнення результатів; [13], [14]  – дослідження впливу вісьових сил на режим деформування та якість труб; [16] – дослідження закономірностей прокатки труб з підвищеними обтисненнями по діаметру; [17] – обґрунтування характеристик технологічних елементів холодної пільгерної прокатки труб для енергетичного машинобудування; [18] – узагальнення основних методів проектування калібровок інструменту; [19], [22], [29] – експериментальні дослідження впливу параметрів охолодження на твердість поверхні металу, апроксимація отриманих даних; [20] – розробка режиму деформації з урахуванням зміни властивостей металу; [21] - постановка задачі врахування пружної деформації валка, аналіз та узагальнення результатів; [23] – аналіз параметрів прокатки з подвійною подачею та поворотом; [24] - дослідження впливу технологічних елементів холодної пільгерної прокатки на режим деформування; [25] - постановка задачі та аналіз отриманих даних експериментального дослідження впливу деформації по діаметру на межу міцності металу робочого конусу; [26] - розробка методу врахування зміни  властивостей металу при проектуванні режиму деформації; [27] – організація та проведення експериментального дослідження впливу параметрів поперечного профілю рівчака калібрів на зміну  властивостей металу, обробка результатів; [28] – обґрунтування параметрів технологічної схеми підготовки труб до фінішної обробки; [32] – реалізація розробленого режиму деформації у методі розрахунку калібровки інструмента; [35], [36] – розробка методу розрахунку інструменту для прокатки труб з некруглою формою поперечного перерізу; [37], [38] – обґрунтування впливу кінематичних параметрів стану холодної пільгерної прокатки на режим деформації.

Анотації

Фролов Я.В. Розвиток наукових основ та розробка технологічних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб з Прогнозованим рівнем властивостей металу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.05. – Процеси і машини обробки тиском. – Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2010.

Дисертація присвячена врахуванню знакозмінного впливу параметрів деформації на зміну властивостей низколегованих та високолегованих сталей при холодній пільгерній прокатці та створенні на цій базі ефективних технологічних режимів холодної пільгерної прокатки прецизійних труб з високими споживчими характеристиками, зокрема з прогнозованим рівнем властивостей металу та складною формою поперечного перерізу. Отримано залежність, яка пов’язує частку деформації по діаметру у сумарній деформації з показником зміни властивостей при холодній пільгерній прокатці труб. Визначено залежності частки деформації по діаметру від сумарної деформації в умовах безперервного нарощування сумарної деформації по довжині робочого конусу та відповідної зміни властивостей металу при холодній пільгерній прокатці труб. Розроблено метод визначення еквівалентних розмірів поперечного перерізу робочого конусу в умовах знакозмінності деформації. Визначено залежності, які пов’язують коефіцієнт напруженого стану металу з параметрами деформації. Одержали подальший розвиток уявлення про взаємний вплив температури металу, коефіцієнту витяжки, кількості подвійних рухів кліті, величини подачі, межі міцності, межі текучості, твердості поверхні та способу її охолодження. Роблено технологічний режим холодної пільгерної прокатки, який враховує зміну властивостей металу у зоні деформації та забезпечує отримання труб з прогнозованим рівнем властивостей металу. Розроблено технологічний режим холодної пільгерної прокатки труб із зовнішніми та внутрішніми поздовжніми ребрами. Розроблені методика та рекомендації щодо прогнозування властивостей металу після прокатки.

Ключові слова: холодна пільгерна прокатка труб, режим деформації, прогнозування властивостей металу; прецизійні труби; калібровка інструменту.

Фролов Я.В. Развитие научных основ и разработка технологических режимов холодной пильгерной прокатки прецизионных труб с прогнозированным уровнем свойств металла. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.05. – Процессы и машины обработки давлением. – Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2010.

Диссертация посвящена учету знакопеременного влияния параметров деформации на смену свойств низколегированных и высоколегированных сталей при холодной пильгерной прокатке и создании на этой базе эффективных технологических режимов холодной пильгерной прокатки прецизионных труб с высокими потребительскими характеристиками, в частности с прогнозируемым уровнем свойств металла и сложной формой поперечного сечения. Получена зависимость, которая связывает долю деформации по диаметру в суммарной деформации с показателем изменения свойств металла при холодной пильгерной прокатке труб. Получил развитие метод распределения частных деформаций по диаметру по длине рабочего конуса и метод расчета режима деформации при холодной пильгерной прокатке труб в части учета особенностей изменения свойств металла. Разработан метод определения эквивалентных размеров поперечного сечения рабочего конуса в условиях знакопеременности деформации. Определены зависимости, которые связывают коэффициент напряженного состояния металла с параметрами деформации. Получили дальнейшее развитие представления о взаимном влиянии температуры металла, коэффициента вытяжки, количества двойных ходов клети, величины подачи, напряжения прочности, напряжения текучести, твердости поверхности и способа ее охлаждения. Разработан технологический режим холодной пильгерной прокатки труб с внешними и внутренними продольными ребрами. Разработаны методика и рекомендации для прогнозирования свойств металла после прокатки.

Ключевые слова: холодная пильгерная прокатка труб, режим деформации, прогнозирование свойств металла; прецизионные трубы; калибровка инструмента.

Frolov Ya.V. Development of scientific bases and deformation modes of cold pilger rolling of tubes with predicted metal properties. – Manuscript.

Thesis for Doctor's of Technical Science degree by the speciality 05.03.05. – Processes and machines for pressure treatment. – National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipropetrovsk, 2010.

Dissertation is devoted to solving the problem of incorporation of the influence of deformation parameters to change the properties of metal during cold pilger rolling and developing on this base effective technological regimes cold rolling precision pipes with high consumer properties, including the predicted level of metal properties and no-round shape of cross section.

Dependence, which links the strain on the proportion of diameter and the properties of metal during cold pilger rolling, was obtained. Previously, cold pilger rolling remained change properties depending on the total (in cross section area) strain. The dependence takes into account the proportion of strain on diameter, as the deformation that significantly affects the ratio of strength and yield stresses of metal after rolling cycle. Determined that this ratio is an indicator of use the properties of metal deformation in specific pilger circumstances. The relationship is also an indicator that can range from 0 to 1 to evaluate the effectiveness of technological elements in terms of use of resource metal properties.

The characteristics of deformation during cold pilger rolling correlation that links the proportion of strain rate on diameter and use the properties of metal along the length of working cone is given. Scientifically base for the method of partial deformation distribution along the working cone for cold pilger rolling of steel, deformation of which under normal conditions is difficult is established. Relationship of such parameters of cold pilger rolling process, as the temperature of metal, distribution of partial deformation and homogeneity of metal structures is experimentally confirmed.

The method of determining equivalent dimension of cross-section of working cone at cold pilger rolling is found. The method takes into account the change in the working cone cross the entire length of the die’s perimeter. Actual and equivalent sizes connect by using indicator, which changes according to the current central angle.

The dependence that links the deformation in longitudinal and transverse directions to the changing of deformation in diameter along the length of working cone at cold pilger rolling is established. Known dependence to determine the form of cross profile tool takes to account only total strain. Found that changing the relative width for the investigated rolling routes in certain limits to obtain yield stress decrease by 18%, ultimate tensile strength - 3% increase and relative elongation - 6.2%.

The method for determining the mode of deformation during cold pilger rolling, which takes into account changes in the properties of metal in the zone of deformation and ensures a certain level tube’s metal properties is developed.  6. Based on modeling by FEM research and the distribution of normal stresses along the working cone and determined dependence coefficient that relates the stress and the parameters of the metal deformation in cold pilger rolling is further developed.

On the basis of experimental researches of mutual influence of such technological elements of cold pilger rolling as: temperature metal hood ratio, the number of mill movements, feed volume, strength, yield stress, ultimate tensile strength, surface hardness and method of technological cooling are further elaborated. A method to shift the leading dependence on rails, which provides minimum axial force and determine the amount of displacement depending on the difference between forced and natural rolling radius is found.

Technological modes of cold pilger rolling with external and internal longitudinal ribs which reflected the results of researches of the distribution of particle diameter on the deformation in total deformation to alter the properties of metal and applied the method of equivalent size of the working cone of communication between the longitudinal and transverse profiles sizes are found.

The recommendations concerning the prediction level properties at industrial conditions and methods of forecasting the properties of metal after cold pilger rolling are given.

Key words: cold pilger rolling; partial deformation; prediction of properties of metal; precision tubes; tool design.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49321. Пароходик догоняет большой пароход 49.92 KB
  Целью работы также является проведение сравнительного анализа языков программирования. Сравнить языки потребуется как в общем, так и применительно поставленной задаче. Одной из подзадач является создание описание алгоритма программы и составление математической модели. Пароходы будут состоять из линий и окружностей. Для написания выбран язык программирования, среда Delphi 7.
49322. Моделирование логических игровых программ средствами Delphi 747.5 KB
  Объект исследования – применение среды программирования Borland Delphi с целью изучения возможности отображения графической информации, построения фракталов.
49323. СИНТЕЗ СХЕМЫ ГЕНЕРАТОРА ЧИСЕЛ СО СТРУКТУРОЙ АВТОМАТА МУРА 6.4 MB
  Синтезировать схему генератора чисел 0-15-2-1-5-6-10-9 0-13-1-7-5-2-11-6-12 со структурой автомата Мура и Мили на RS и D триггерах в базисе ИЛИ-НЕ, определить схему с минимальным количеством входов, проверить правильность синтеза в MicroCap.
49324. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ МОДУЛЯ ПРОХОЖДЕНИЯ ТЕСТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ПРОВЕРКИ УЧАЩИХСЯ НА ЗНАНИЕ АЛГОРИТМОВ 1.58 MB
  Обзор систем тестирования Приложение Визуальная студия тестирования Система тестирования INDIGO
49325. Методы локализации неисправностей на аппаратуре СВ и РМ 1.63 MB
  После записи числа Х в ячейку памяти У при наличии свободных оперативных регистров контролируем содержимое ячейки ЗУ: на информационном поле оперативного пульта управления набираем адрес У; нажимаем клавиши НУ ЗАП ССП ПУСК; на поле индикации при переключателе режимов установленном на значении ОР число Х не отображается. Вычислительное устройство ВчУ является основным операционным устройством СВ предназначенным для обработки цифровой и логической информации реагирования на сигналы прерывания внешних устройств и управления...
49328. Возможности Hex-редакторов 843.76 KB
  Актуальность: в настоящее время hexредакторы используются в основном профессиональными программистами которые работают с языками низкого уровня. Hexредакторы вместе с дизассемблерами активно применяются хакерами для написания вирусов взлома программ и создания crck’ов. Понятие hexредактора Hexредактор англ.
49329. Цепи постоянного тока 136.43 KB
  Оглавление Цель курсовой работы Постановка задачи Расчет схемы Определение токов и напряжений в ветвях методом контурных токов Определение токов и напряжений в ветвях методом узловых потенциалов Баланс мощности Определение номинальных значений пассивных элементов цепи R LC Моделирование Список использованной литературы Целью курсовой работы является закрепление и...