Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна Металургійна Академія України

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Розробка ЗАХОДІВ ПО ЗМЕНШЕННЮ ВІСЬОВИХ СИЛ ПРИ ХОЛОДНІЙ ПІЛЬГЕРНІЙ ПРОКАТЦІ ТОНКОСТІННИХ ТРУБ ПІДВИЩЕНОЇ ЯКОСТІ ТА РОЗШИРЕНОГО СОРТАМЕНТУ

Сьомічев Андрій Вікторович

Дніпропетровськ - 2008

Анотація

Сьомічев А.В. Розробка заходів по зменшенню вісьових сил при холодній пільгерній прокатці тонкостінних труб підвищеної якості та розширеного сортаменту. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05. - Процеси та машини обробки тиском. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2008.

В дисертаційній роботі отримано теоретичне узагальнення і нове рішення науково-технічної задачі, що полягає в розробці заходів зі зменшення вісьових сил при холодній пільгерній прокатці тонкостінних труб підвищеної якості та розширеного сортаменту.

Отримало подальший розвиток визначення вісьових сил в осередку деформації при холодній пільгерній прокатці, що дає можливість теоретично визначити швидкісний режим прокатки, що забезпечує мінімальне значення вісьових сил, підвищити якість металу та розширити сортамент.

Розроблений метод визначення контактних напружень в осередку деформації і вісьових сил може бути використаний для оцінки можливості прокатки тонкостінних труб на існуючих станах ХПТ.

Запропоновано механізм для регулювання кутової швидкості обертання валків та програма управління на основі нейромережі, що дає можливість точного керування електроприводом валків станів ХПТ.

Вперше поляризаційно-оптичним методом визначені напруження та деформації в оправках станів ХПТ, що дає можливість визначити пружну деформацію оправок станів ХПТ і оцінити адекватність теоретичних розробок.

Ключові слова: холодна пільгерна прокатка, тонкостінні труби, тиск в осередку деформації, вісьові сили, привод валків.

Аннотация

Семичев А.В. Разработка методов по уменьшению осевых сил при холодной пильгерной прокатке тонкостенных труб повышенного качества и расширенного сортамента. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05. - Процессы и машины обработки давлением. - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2008.

В диссертационной работе получило теоретическое обобщение и новое решение научно-технической задачи, которая состоит в разработке методов по уменьшению осевых сил при холодной пильгерной прокатке тонкостенных труб повышенного качества и расширенного сортамента.

Получило дальнейшее развитие теоретическое определение давления металла в очаге деформации, которое позволяет описать зависимость для оценки осевых сил в очаге деформации.

Получило дальнейшее развитие определение осевых сил в очаге деформации при холодной пильгерной прокатке, которое дает возможность теоретически определить скоростной режим прокатки, обеспечивающий минимальное значение осевых сил, позволяет повысить качество металла и расширить сортамент.

Разработанный метод определения контактных напряжений в очаге деформации и осевых сил использован для оценки возможности прокатки тонкостенных труб на существующих станах ХПТ.

Предложенный метод расчета осевых сил использован для проектирования привода валков станов ХПТ.

Впервые поляризационно-оптическим методом определены напряжения и деформации в оправках станов ХПТ, что дает возможность определить упругую деформацию оправок станов ХПТ и оценить адекватность теоретических разработок.

Полученные зависимости упругой деформации оправки станов ХПТ, которые учитывают влияния режима деформации, применены в методике расчета калибровки оправок станов ХПТ.

Ключевые слова: холодная пильгерная прокатка, тонкостенные трубы, давление в очаге деформации, привод валков.

Abstract

Syomichev A.V. Development of methods for reduction of axial forces during cold Pilger rolling of thin-walled pipes of high quality and extended sizes. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of candidate of engineering science on a specialty 05.03.05. - Processes and machines of processing by pressure. - National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnеpropetrovsk, 2008.

In the dissertation a theoretical generalization and new solution of scientifical-technical task that consists in development of mechanisms for reduction of axial forces during cold Pilger rolling of thin-walled pipes of high quality and extended sizes is provided.

A further development was given to theoretical definition of metal pressure in deformation zone that enables to describe dependency for estimation of axial forces in deformation zone.

A further development was given to definition of axial forces in deformation zone during cold Pilger rolling that provided a possibility to theoretically define a speed mode of rolling that guarantees minimal value of axial forces. Definition of axial forces is used for further improvement the quality of metal and extending pipe sizes.

Developed method for definition of contact stress in deformation zone and axial forces is used for assessment of possibility of rolling of thin-walled pipes on existing cold-rolling mills.

Proposed method of calculation of axial forces is used for design of rolls' drives of cold-rolling mills.

Polarizing-optical method is used for the first time for definition of stress and deformation in mandrels of cold-rolling mills that gives a possibility to define its elastic deformation and estimate the adequacy of theoretical developments.

Obtained dependencies of elastic deformation of mandrels of cold rolling mills for account of deformation influence are used in method for calibration of mandrels of cold-rolling mills.

Key words: cold Pilger rolling, thin-walled pipes, pressure in deformation zone, axial forces, rolls' drive.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми.

Валкові стани холодної пільгерної прокатки труб (ХПТ) займають ключове місце у виробництві тонкостінних труб з легованих марок сталей. Одним з факторів, що ускладнює отримання труб з товщиною стінки менше 1,5 мм, є вісьові сили в осередку деформації при холодній пільгерній прокатці.

Існуючі уявлення про вісьові сили засновані на експериментальних дослідженнях, мають емпіричний характер і не дають можливості провести розрахунок з урахуванням комплексу факторів, що впливають на параметри холодної пільгерної прокатки труб. Найбільше впливає режим деформування і сили тертя, що залежать від швидкості течії металу відносно інструменту. Однак існуючі закономірності для визначення вісьових сил не враховують режим деформування та не дають можливості провести розрахунок, якщо умови прокатки відрізняються від умов, за яких встановлювався зв'язок між факторами впливу на процес прокатки. Вісьові сили, що виникають в осередку деформації, призводять до ускладнень одержання труб з товщиною стінки менше 1,5 мм. Наслідком високого рівня вісьових сил є гофроутворення, стикування, врізання торців, вигин стрижня оправки, а також поломка деталей обладнання. Суттєво зменшити вісьові сили можливо лише за умов використання ефективних механізмів приводу з можливістю регулювання швидкості обертання валків.

Сучасне машинобудування потребує якісних високоточних тонкостінних труб, які є заготовкою для виробництва різноманітних гідравлічних систем. Найбільша увага приділяється тонкостінним трубам з точним внутрішнім діаметром. Одним з факторів, який впливає на точність внутрішнього діаметру, є пружна деформація оправки. При сучасному виробництві пружну деформацію оправки, якщо йдеться про конічну оправку, компенсують її переміщенням. Проте, такий захід призводить до зміни режиму деформації, появи значних навантажень на обладнання.

Таким чином, робота, що спрямована на визначення вісьових сил в осередку деформації при холодній пільгерній прокатці з урахуванням швидкостей інструменту та металу, режиму деформації та розробку на основі одержаних залежностей методів розрахунку швидкості обертання валків станів холодної пільгерної прокатки тонкостінних труб розширеного сортаменту з підвищеними вимогами до внутрішнього діаметру, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Виконання дисертаційної роботи відповідає напрямку наукових досліджень Національної металургійної академії України (НМетАУ). Дослідження виконані в рамках програм та відповідають тематиці держбюджетних науково-дослідних робіт кафедри обробки металів тиском НМетАУ, ДР №0106U002225, ДР №0103U003217. Автор був виконавцем цих робіт.

Мета і задачі дослідження.

Метою роботи є розробка заходів по зменшенню вісьових сил при холодній пільгерній прокатці тонкостінних труб підвищеної якості та розширення сортаменту валкових станів ХПТ.

Для досягнення поставленої мети сформульовані такі задачі:

- провести теоретичне визначення тиску металу в осередку деформації з сумісним урахуванням змінних кутової швидкості обертання валків та товщини стінки труби по довжині осередку деформації;

- визначити вісьові сили з урахуванням розподілу контактних напружень в осередку деформації;

- визначити розподіл пружної деформації оправки по довжині осередку деформації при холодній пільгерній прокатці тонкостінних труб з підвищеними вимогами до внутрішнього діаметру;

- провести експериментальне дослідження поляризаційно-оптичним методом розподілу напружень та деформацій оправки по довжині осередку деформації;

- визначити з використанням отриманих залежностей величину вісьових сил, параметри керування кутовою швидкістю валків стана ХПТ, що забезпечує зниження вісьових сил, та розробити нові ефективні схеми приводу валків станів ХПТ.

Об'єкт дослідження. Процес холодної пільгерної прокатки тонкостінних труб.

Предмет дослідження. Закономірності зміни та методи розрахунку вісьових сил та пружної деформації оправки при холодній пільгерній прокатці.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження засновані на фундаментальних закономірностях теорії обробки металів тиском і теорії пластичності. Натурні експерименти проводилися в лабораторних умовах поляризаційно-оптичним методом з використанням сучасної вимірювальної апаратури. При проведенні досліджень використані методи математичного моделювання із застосуванням комп'ютерної техніки.

Наукова новизна. Наукову новизну мають перелічені нижче результати теоретичних і експериментальних досліджень, які отримані в дисертації:

1. Отримало подальший розвиток теоретичне визначення тиску металу в миттєвих осередках деформації при холодній пільгерній прокатці.

Розробка відрізняється сумісним врахуванням змінних швидкості металу відносно валків, товщини стінки труби, кутової швидкості обертання валків по довжині осередку деформації.

Це дозволяє описати залежність для визначення вісьових сил в осередку деформації.

2. Отримало подальший розвиток визначення вісьових сил в миттєвих осередках деформації при холодній пільгерній прокатці.

Розробка відрізняється сумісним врахуванням змінних кутової швидкості обертання валків та товщини стінки труби по довжині осередку деформації.

Це дає можливість теоретично визначити швидкісний режим прокатки, що забезпечує мінімальне значення вісьових сил, підвищити якість металу та розширити сортамент.

3. Вперше визначено розподіл пружної деформації оправки по довжині миттєвого осередку деформації при холодній пільгерній прокатці.

Раніше розподіл пружної деформації оправки по довжині миттєвого осередку деформації не визначався.

Це дозволяє врахувати величини пружної деформації оправки при визначенні параметрів її раціональної калібровки, підвищити якість тонкостінних труб розширеного сортаменту.

4. Вперше поляризаційно-оптичним методом визначені напруження та на їх основі деформації в оправках станів ХПТ.

Раніше поляризаційно-оптичний метод дослідження для визначення напружень та деформацій в оправці станів ХПТ не використовувався.

Одержані дані дають можливість визначити пружну деформацію оправок станів ХПТ і оцінити адекватність теоретичних розробок.

Практична цінність отриманих результатів.

Отримані залежності пружної деформації оправки станів ХПТ для врахування впливу режиму деформування застосовані в методиці розрахунку калібровки оправок станів ХПТ.

Розроблена методика розрахунку вісьових сил використана для проектування приводу валків і може бути використана для проектування нових станів ХПТ.

Розроблений метод визначення контактних напружень в осередку деформації і вісьових сил може бути використаний для оцінки можливості прокатки тонкостінних труб на існуючих станах ХПТ.

Результати дисертаційної роботи передані для використання при удосконаленні технології холодної пільгерної прокатки тонкостінних труб ДП „Дніпропетровський завод прецизійних труб” (довідка від 21.09.2007 р.), а також використовуються при виконанні студентами дипломних проектів та магістерських робіт (довідка від 27.09.2007 р.).

Особистий внесок здобувача. У дисертації не використані ідеї співавторів публікацій. Усі принципові теоретичні та експериментальні результати, одержані в дисертації, засновані на дослідженнях, проведених автором. Особистий внесок здобувача в публікаціях зі співавторами полягає в наступному: [1] - аналіз наукових робіт по зниженню вісьових сил та механізмів, що забезпечують це зниження; [2] - дослідження напружено-деформованого стану оправок станів ХПТ поляризаційно-оптичним методом; [3, 4] - визначення вісьових сил в осередку деформації при холодній пільгерній прокатці та розробка механізмів регулювання кутової швидкості валків, що забезпечують мінімальне значення вісьових сил; [5] - застосування нейронних мереж при прокатці труб.

Апробація результатів дисертації.

Матеріали дисертації доповідались на: Міжнародній науково-технічній конференції «Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні» (м. Краматорськ, 2006 р.), Міжнародній науково-технічній конференції «Машини і пластична деформація металів» (м. Запоріжжя, 2007 р.), IV Міжнародній науково-практичній конференції «Машиностроение - горно-металлургическому комплексу: от идей к совместным программам реконструкции и модернизации» (м. Дніпропетровськ, 2006 р.), Об'єднаному науковому семінарі обробки металів тиском Національної металургійної академії України і прокатних відділів Інституту чорної металургії НАН України (м. Дніпропетровськ, 2005, 2006, 2007 р.р.).

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в 5 статтях у спеціалізованих виданнях і тематичних збірниках.

Структура дисертації. Робота складається зі вступу, чотирьох розділів і висновків, викладена на 117 сторінках; містить: таблиць - 2, рисунків - 76, список використаних джерел з 96 найменувань, додатків - 2.

2. Основний зміст роботи

У вступі представлена загальна характеристика роботи: обґрунтована актуальність теми, визначені мета, задачі, об'єкт, предмет і методи досліджень, висвітлені наукова новизна і практичне значення одержаних результатів, особистий внесок здобувача, публікації, апробація одержаних результатів.

Для розробки заходів по зменшенню вісьових сил необхідно найбільш точно визначити їх залежність від факторів холодної періодичної прокатки труб. Відомі формули Шевакіна Ю.Ф. для визначення вісьових сил. Подальший розвиток ці дослідження отримали у роботах Бєлікова Ю.М., який додав до рівняння рівноваги сил в осередку деформації сили тертя на оправці. Однак, обидві методики основані на емпіричних формулах визначення тиску, що не дозволяє отримати достовірні результати при значній зміні факторів, які впливають на процес прокатки. Соколовський В.І. вирішив диференційне рівняння рівноваги в осередку деформації за наближеними формулами швидкості та зміни товщини стінки в осередку деформації. Такий підхід не дозволяє враховувати особливості режиму деформації, а також визначити швидкісний режим прокатки, що забезпечує зниження вісьових сил.

Недоліком запропонованих механізмів є необхідність розробки нових деталей для кожного розміру труб. Ткаченко А.С., Шведченко А.А., Климковський Б.М., Мураш І.В. та ін. запропонували кулісний привід валків станів ХПТ. Однак, швидкість обертання валків залишається однаковою для прямого та зворотного ходів, що потребує подальшого вдосконалення цього механізму.

Метод визначення складових вісьової сили базується на рівнянні рівноваги в осередку деформації, з якого можливо визначити розподіл тиску.

З метою підвищення точності розрахунку вісьових сил при отриманні рівняння для розподілу тиску в осередку деформації враховано закони зміни швидкості та товщини стінки в миттєвому осередку за наведеними нижче формулами.

Швидкість металу у напрямку :

,(1)

де - радіус оправки в поперечному перерізі миттєвого осередку деформації;

- товщина стінки в поперечному перерізі осередку деформації;

- швидкість робочої кліті;

- середня товщина стінки в миттєвому осередку деформації,

- координата;

- конусність рівчака на валку;

- конусність оправки;

- полярна координата, що визначає положення точки в поперечному перерізі осередку деформації.

Швидкість металу у напрямку вісі , що одержана на основі умови незмінності маси в елементарному об'ємі:

,(2)

де - задня межа осередку деформації,

- товщина стінки заготовки.

Відносна швидкість течії металу в напрямку :

.(3)

Відносна швидкість течії металу в напрямку вісі :

,(4)

де - кутова швидкість валків;

- радіус валка по реборді.

Повна відносна швидкість течії металу:

.(5)

Повна швидкість течії металу:

.(6)

Різниця сил тертя в зонах відставання та випередження найбільше впливає на величину сумарної вісьової сили. Ця різниця залежить від швидкості обертання валків. Тому, для зниження вісьової сили необхідно регулювати кутову швидкість обертання валків. Щоб мати можливість змінювати кутову швидкість валків в процесі моделювання, запропонована формула для визначення швидкості точок поверхні валків станів ХПТ:

.(7)

Для розрахунку тиску в осередку деформації запропоноване рівняння (11), що одержано після точного вирішення диференційного рівняння рівноваги в осередку деформації:

,(8)

де - величина тиску;

і - коефіцієнти тертя на поверхні калібрів та оправки, відповідно.

На відміну від формули В.І. Соколовського, формула, що визначає розподіл тиску в осередку деформації включає вирази для швидкостей (1)-(7), а не наближені, врахована зміна товщини стінки за рівняннями (9), (10).

Для калібровки типу МІСіС:

,(9)

де - коефіцієнт витяжки;

- довжина робочої частини оправки; - коефіцієнт, що дорівнює 0,5-0,64.

Для калібровки пропорційних обтиснень (КПО):

,(10)

де - товщина стінки готової труби;

- показник крутизни профілю.

Формула розподілу тиску в миттєвому осередку деформації:

,(11)

де - напруження текучості.

Показник ступені :

,(12)

де - довжина осередку деформації.

,(13)

.(14)

В рівняннях (13), (14) знак „” відповідає зоні випередження, знак „-” відповідає зоні відставання.

На рис. 2 показано розподіл тиску в миттєвому осередку деформації, визначений за рівнянням (11) та за експериментом. Як видно, графік розподілу тиску за формулою (11) дає змогу адекватно його оцінити, що неможливо зробити при розрахуванні тиску за виразами, які базуються на наближених формулах для визначення швидкості та зміни товщини стінки в миттєвому осередку деформації.

На основі формули (11) визначені вісьові сили в осередку деформації.

Сумарна сила дії інструмента на метал уздовж вісі :

,(15)

де - кут конусності рівчака;

- кут конусності оправки,

- кут, що визначає бокову межу осередку деформації.

Сумарна сила тертя на валку вздовж вісі :

,(16)

де - кут, що визначає межу між зонами відставання та випередження.

Сумарна сила тертя на оправці:

. (17)

Отже, вісьова сила в осередку деформації при холодній пільгерній прокатці визначається за формулою:

.(18)

дослідження напружено-деформованого стану оправки в процесі холодної пільгерної прокатки поляризаційно-оптичним методом.

Одним з факторів, який впливає на точність внутрішнього діаметру, є пружна деформація оправки. Пружна деформація та напруження оправки досліджувались поляризаційно-оптичним методом в лабораторії НМетАУ фізичного моделювання нових процесів обробки металів тиском.

Вивчався напружено-деформований стан оправки в двох перерізах осередку деформації - подовжньому та поперечному.

Комплекс для моделювання показано на рис. 4. Комплекс доповнено моделями для моделювання осередку деформації станів холодної пільгерної прокатки. Прокатка здійснювалась на прокатному стані з валками із оптично чутливого матеріалу. Оправка у подовжньому перерізі являє собою трапецію, виготовлену у відповідності до технологічних вимог виготовлення інструменту для станів холодної пільгерної прокатки труб. Деформація труби на оправці моделювалась за допомогою відповідного свинцевого сплаву у вигляді стрічок, що прокатувались між валками та оправкою.

Ізохроми фіксувалися на плівку при сталому процесі прокатування. За рахунок синхронного обертання поляризатора та аналізатора були одержані ізокліни з порядками від 0° до 90°. Для моделювання поперечного перерізу осередку деформації використовувалась оправка у вигляді диска із оптично чутливого прозорого матеріалу (компаунд ЕД6М). Модель поперечного перерізу осередку деформації оправки та валків товщиною 5 мм, свинцева модель труби навантажувались у спеціальному прозорому контейнері. Це забезпечувало можливість дослідження оптичним методом із розташуванням моделей в одній площині.

Запроваджувалось моделювання прокатки труб з потовщенням, що утворюється у випусках калібрів під час прокатки. Для цього на свинцевих стрічках робилися потовщення. Особливістю ізохром в моделі поперечного перерізу оправки є їх симетрія відносно вісей z та y. Цього вдалося досягнути за рахунок попередніх розрахунків та відповідного вибору геометричних параметрів осередку деформації.

Після розшифровки експериментальних даних визначено напруження та деформації в оправці. Напруження досліджувалися у подовжній площині вертикально-симетричного перерізу валків та оправки. З цією метою розроблялася сумісна картина ізохром та ізоклін (від 0° до 90°) та досліджувались напруження , , у вибраному подовжньому перерізі осередку деформації. За визначеними полями напружень були розраховані параметри пружних деформацій оправки. Природно, що сумарна максимальна пружна деформація оправки відповідає максимальному контактному напруженню в осередку деформації.

Для розрахунку пружної деформації використовувався метод послідовних наближень. Тиск в осередку деформації розраховувався за формулою (11).

Для конічної оправки її діаметр по довжині робочого конусу:

,(19)

де - діаметр оправки в пережимі,

- середнє значення пружної деформації для миттєвого осередку деформації.

Для оправки КПО її діаметр по довжині робочого конусу:

,(20)

де - діаметр циліндричної частини оправки;

- внутрішній діаметр труби;

- бажана мінімальна конусність оправки;

- координата по довжині осередку деформації, для якої обчислюється діаметр оправки.

Розроблена методика дозволяє розраховувати діаметр оправки для її виготовлення з урахуванням пружної деформації, що важливо для прокатки високоточних тонкостінних труб. При цьому не проводиться підбір оправки експериментально, що дозволяє зберегти відповідність розрахункового та фактичного режимів обтиску на робочій частині рівчака. Це зменшує витрати на виготовлення оправок та підвищує точність внутрішнього діаметру готових труб.

Розробка механізмів регулювання кутової швидкості валків, що забезпечують мінімальне значення вісьових сил.

Суттєво знизити вісьові сили при збільшенні деформації по товщині стінки при прокатці тонкостінних труб можливо лише при застосуванні удосконалених механізмів приводу валків станів ХПТ.

Для виявлення можливості застосування механізму приводу валків стана ХПТ проаналізовано роботу просторового шарнірного чотириланкового механізму.

На першому етапі оцінки працездатності механізму приводу валків проведено структурний аналіз. Використання методики, що запропонована Малишевим А.П., не дало можливості оцінити рухливість механізму. Тільки застосування універсальної структурної теорії Озола О.Г. дозволило безпомилково визначити рухливість механізму. Структурна схема чотириланкового просторового шарнірного механізму зображена на рис. 9. Ланки цього механізму позначені арабськими цифрами та заштриховані або зображені товстими лініями. Ведучі ланки позначені двома лініями. Кінематичні пари позначені римськими цифрами, що означають кількість зв'язків, якими вони обмежують у русі ланки.

Місцевих рухливостей механізм не має. Загальна рухливість і кількість приводів співпадають, що підтверджує працездатність механізму.

Кут повороту, кутова швидкість, кутове прискорення для шатуна 6, з'єднаного з валком, і кривошипа приводу робочої кліті 1 є вхідними даними. Переміщення робочої кліті, поворот, швидкість, прискорення кривошипу приводу валків 4 є вихідними параметрами. Розрахунок параметрів проведено методом комп'ютерного моделювання. Виходячи з параметрів обертання валка, отриманих за умов мінімізації вісьових сил, можливо визначити необхідні швидкості та прискорення кривошипа приводу валків 4.

В результаті дослідження визначені розміри ланок просторового шарнірного чотириланкового механізму та закон зміни швидкості обертання кривошипа приводу валків. Для цього змінювали координати, що визначають положення ланок, а також швидкості руху ланок.

Кутова швидкість, яку забезпечує чотириланковий просторовий шарнірний механізм із застосуванням нейронної мережі, показана на рис. 10. Такий механізм забезпечує необхідний кут розвороту валка (до 180 градусів). Для збільшення кута розвороту валка необхідно встановити на валку ще одну шестірню меншого радіусу, якщо необхідно застосовувати кільцеві калібри. Звичайний кулісний механізм забезпечує розворот валка не більш ніж на 160 градусів. Швидкість валка на початку прямого та в кінці зворотного ходу кліті відрізняється від необхідної. Проте в цей час відбувається подача заготовки, тому швидкість у цей час не впливає на процес деформації.

Під час деформації чотириланковий просторовий шарнірний механізм при застосуванні керування електроприводом на основі нейронної мережі відтворює кутову швидкість, яка забезпечує мінімум вісьових сил. Стани ХПТ існуючих конструкцій можуть бути реконструйовані з використанням таких механізмів, які створюють умови для отримання якісних тонкостінних труб. За звичайних умов використання приводу валків шестірня-рейка таких результатів досягти неможливо. Аналіз інших механізмів виявив, що ці механізми не здійснюють необхідне регулювання кутової швидкості валків окремо для прямого та зворотного ходів.

метал деформація труба прокатка

Висновки

В дисертаційній роботі отримано теоретичне узагальнення і нове рішення науково-технічної задачі, що полягає в розробці заходів зі зменшення вісьових сил при холодній пільгерній прокатці тонкостінних труб з сумісним урахуванням змінних кутової швидкості обертання валків та товщини стінки по довжині миттєвого осередку деформації завдяки керуванню кутовою швидкістю валків для підвищення якості та розширення сортаменту труб.

1. На основі аналізу існуючого рівня теорії, технології і практики виготовлення тонкостінних труб встановлено, що дослідження, які спрямовані на визначення вісьових сил з сумісним урахуванням змінних кутової швидкості обертання валків, товщини стінки, пружної деформації оправки по довжині миттєвого осередку деформації та напружень металу при холодній пільгерній прокатці, є актуальними.

2. Отримало подальший розвиток теоретичне визначення тиску металу в миттєвих осередках деформації при холодній пільгерній прокатці за умов сумісного урахування змінних кутової швидкості обертання валків та товщини стінки труби по довжині осередку деформації. Визначено залежність для розрахунку вісьових сил в осередку деформації, що є основою для визначення необхідної кутової швидкості обертання валків. Так, наприклад, розрахунок величини тиску вздовж миттєвого осередку деформації для стану ХПТ-55 за маршрутом 34х3>23x1 мм (сплав Д-1, калібровка МІСіС) показує, що розбіжність теоретичних та експериментальних даних складає не більше 15 %.

3. Отримало подальший розвиток визначення вісьових сил в осередку деформації при холодній пільгерній прокатці.

Розробка відрізняється сумісним врахуванням змінних кутової швидкості обертання валків та товщини стінки труби по довжині осередку деформації.

Це дозволяє розробляти раціональні маршрути прокатки, які забезпечують зниження вісьових сил та розширення тонкостінної частини сортаменту труб підвищеної якості, що прокатуються на стані без утворення гофрів, стикування, врізання торців.

4. Вперше визначено розподіл пружної деформації оправки по довжині миттєвого осередку деформації при холодній пільгерній прокатці.

Це дозволяє підвищити точність розрахунку параметрів процесу, підвищити точність тонкостінних труб розширеного сортаменту, передусім внутрішнього діаметру.

Отримані залежності дозволяють визначити діаметр оправок для калібровок типу МІСіС та калібровок типу КПО.

5. Вперше поляризаційно-оптичним методом визначені напруження та деформації в оправках станів ХПТ.

Раніше поляризаційно-оптичний метод дослідження для визначення напружень та деформацій в оправках станів ХПТ не використовувався.

Отримані дані дають можливість визначити пружну деформацію оправок станів ХПТ. Порівняння величини пружної деформації оправки, що одержана на основі поляризаційно-оптичного методу, та розрахованої за розробленою методикою показує, що розбіжність складає не більше 5%.

6. Запропоновано механізм для регулювання кутової швидкості обертання валків та програма управління на основі нейромережі, що дозволяє керувати електроприводом валків станів ХПТ. Так, наприклад, для прокатки на стані ХПТ-55 за маршрутом 58х2,4>38x0,6 мм (сталь ШХ15, калібровка МІСіС) розбіжність швидкості, що забезпечує чотириланковий просторовий шарнірний механізм, та швидкості із застосуванням приводу шестірня-рейка досягає 24% по довжині прямого ходу робочої кліті.

7. Результати теоретичних та експериментальних досліджень, у тому числі метод розрахунку тиску в миттєвому осередку деформації стана ХПТ, метод розрахунку і аналіз вісьових сил, результати досліджень поляризаційно-оптичним методом напружень та деформацій в оправках станів ХПТ і розрахунок пружної деформації оправки, схеми привода валків і програма керування частотою обертання валків передані для використання на ДП „Дніпропетровський завод прецизійних труб” (довідка від 21.09.2007 р.).

8. Результати роботи використані на кафедрі ОМТ НМетАУ при виконанні студентами дипломних проектів та магістерських робіт (довідка від 27.09.2007 р.).

Основний зміст дисертації відображено у роботах

1. Фролов В.Ф., Данченко В.М., Вишинський В.Т., Сьомічев А.В., Фролов Я.В. Аналіз механізмів зниження вісьових сил на станах ХПТ // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - №1. - С. 46-49.

2. Сьомічев А.В., Шломчак Г.Г., Данченко В.М. Вивчення напружено-деформованого стану оправок станів ХПТ поляризаційно-оптичним методом // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. - 2006. - №1(3). - С. 73-76.

3. Сьомічев А.В., Фролов Я.В., Данченко В.М. Вісьові сили при холодній пільгерній прокатці // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - №5. - С. 79-81.

4. Сьомічев А.В., Вишиньский В.Т., Фролов Я.В., Данченко В.М. Визначення вісьових сил, що діють в осередку деформації при холодній пільгерній прокатці // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. - 2007. - №1(7). - С. 149-151.

5. Гуляев Ю.Г., Шифрин Е.И., Данченко В.Н., Гармашев Д.Ю., Семичев А.В. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением с применением искусственных нейронных сетей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - №1. - С. 53-59.

Размещено на Allbest.ru