Размещено на http://allbest.ru

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

УДК 621.774.35.016.3

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

РОЗВИТОК МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ХОЛОДНОЇ ПЕРІОДИЧНОЇ РОЛИКОВОЇ ПРОКАТКИ З РЕГУЛЮВАННЯМ ДОВЖИНИ КУЛІСИ ДЛЯ ЗБІЛЬШЕННЯ ВИХОДУ ПРИДАТНОГО ОСОБЛИВОТОНКОСТІННИХ ТРУБ

Спеціальність 05.03.05 «Процеси та машини обробки тиском»

Маркевич Іван Вікторович

Дніпропетровськ - 2010

Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Григоренко Володимир Устинович, професор кафедри обробки металів тиском Національної металургійної академії України

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Сокуренко Віктор Павлович, Державне підприємство "Науково-дослідний конструкторсько-технологічний інститут трубної промисловості ім. Я.Ю. Осади", м. Дніпропетровськ, перший заступник директора з наукової роботи;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Бєліков Юрій Михайлович, ЗАТ "СЕНТРВИС ПРОДАКШН ЮКРЕЙН", науковий консультант.

Захист відбудеться «22» червня 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 « 14 » травня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої радиА.М. Должанський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Холодна періодична роликова прокатка труб (ХПТР) застосовується, в основному, для виробництва високоякісних особливотонкостінних труб, які використовуються в атомній енергетиці, авіації, приладобудуванні, суднобудуванні тощо.

Прокатка труб на станах ХПТР здійснюється у стик із заготовкою. Існуюча конструкція стана не дає можливості забезпечити деформування труби при відсутніх осьових силах. Як наслідок, при прокатці особливотонкостінних труб виникає вріз торців прокатуваної труби та труби-заготовки. Осьові сили визначають із поздовжніх складових сил, які діють у зонах випередження та відставання у миттєвому осередку деформації. Величина площ випередження та відставання і їх положення залежить від примусового їх розподілу при налагодженні довжин пліч куліси, де знаходяться кріплення тяг, які з'єднують, відповідно, кліть та сепаратор з кулісою. Для визначення положення зон випередження та відставання застосовують поняття катаючого радіуса, який на виході з осередку деформації розмежовує зону випередження та відставання. Лише для одного перерізу робочого конуса можливо було настроїти довжину пліч куліси таким чином, щоб процес проходив при природному катаючому радіусі. Тобто лише в одному перерізі робочого конуса відсутні осьові сили. При прокатці особливотонкостінних труб для усунення врізу торців недокатують кінцеві ділянки труб, де товщина стінки є більшою, ніж та, яку одержують при прокатці. роликовий прокатка стан комп'ютерний

Отже, виникає науково-технічне протиріччя між необхідністю забезпечити прокатку при природному катаючому радіусі по всій довжині робочого конуса та відсутністю такої можливості, обумовленою існуючою конструкцією стана. Це призводить до появи осьових сил та врізу торців при прокатці особливотонкостінних труб, збільшує витратний коефіцієнт високовартісного металу.

Припускаючи, що контактні нормальні напруження розподіляються рівномірно по контакту, В.А. Вердеревський одержав формули для визначення катаючого радіуса для прямого та зворотного ходу. Але такий підхід вимагає розвитку, оскільки відомо, що нормальні контактні напруження розподіляються нерівномірно по контакту, що призводить до виникнення неточності при розрахунку катаючого радіуса.

В існуючому методі розрахунку параметрів процесу ХПТР та при існуючій конструкції стана, розробленій «ВНИИМЕТМАШ», зазвичай визначають по перерізах робочого конуса деформаційні параметри, силу прокатки, далі визначають одне настроювальне значення катаючого радіуса та осьові сили та настроювальні значення довжин пліч куліси. Комп'ютерної реалізації для пошуку раціональних та мінімальних осьових сил не існує. Необхідно створити процес, де у всіх перерізах робочого конуса настроювальний катаючий радіус буде дорівнювати природному, та розробити метод розрахунку параметрів процесу ХПТР при регулюванні настроювального катаючого радіуса.

Отже, робота, спрямована на розвиток методу розрахунку параметрів холодної періодичної роликової прокатки труб при регулюванні настроювального катаючого радіуса для мінімізації осьових сил і зміни при цьому витратного коефіцієнта металу при прокатці особливотонкостінних труб, є актуальною.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Теоретичні та експериментальні етапи виконання дисертаційної роботи пов'язані з тематичними планами науково-дослідних робіт кафедри обробки металів тиском Національної металургійної академії України (НМетАУ). Дослідження виконані в рамках тематики держбюджетної науково-дослідної роботи ДР № 0106U002225. Автор був виконавцем зазначеної роботи.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розвиток методу розрахунку параметрів процесу холодної періодичної роликової прокатки труб при регулюванні настроювального катаючого радіуса і приведенні осьових сил при прокатці до значень близьких нулю.

Для досягнення мети поставлені такі задачі:

1. Виконати аналіз існуючого методу розрахунку параметрів холодної періодичної роликової прокатки труб, розглянути явище виникнення осьових сил та заходи щодо їх мінімізації, а також існуючі підходи, які забезпечують відповідність настроювального та природного катаючого радіусів, та існуючі для цього конструкції та механізми станів ХПТР.

2. Скласти математичний опис розрахунку параметрів холодної періодичної роликової прокатки труб для визначення параметрів калібровки, деформаційних параметрів, зміни напруження плину металу, сили прокатки, осьових сил, параметрів важільної системи стана ХПТР для прямого та зворотного ходу та створити комп'ютерну реалізацію складеного математичного опису і відповідні програми для розрахунку параметрів процесу та осьових сил і виконати за допомогою цих програм аналітично-розрахункове дослідження зміни параметрів із пошуком раціональних розподілень обтисків по довжині робочого конуса для обраного маршруту прокатки.

3. Виконати експериментальні дослідження осьових сил у процесі ХПТР для перевірки адекватності розроблених математичних описів та програм.

4. Розробити стан ХПТР з механізмом, що регулює відповідність настроювального катаючого радіуса природному та забезпечує зміну параметрів важільної системи по довжині робочого конуса під час прокатки і дає змогу вести процес прокатки на станах з мінімально можливими осьовими силами.

5. Розвинути метод розрахунку параметрів процесу ХПТР при рівних настроювальних та природних катаючих радіусах по перерізах робочого конуса, а також розвинути при цьому визначення значень природного катаючого радіуса.

6. Програмні продукти для розрахунку параметрів процесу та осьових сил передати на виробництво та для використання у навчальному процесі.

Об'єкт дослідження. Процес холодної періодичної роликової прокатки труб.

Предмет дослідження. Динаміка зв'язку значень осьових сил з параметрами процесу холодної роликової прокатки труб.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження, у тому числі, математичний опис параметрів, що характеризують процес холодної періодичної роликової прокатки, базуються на закономірностях теорії обробки металів тиском і теорії прокатки. Моделювання процесу ХПТР виконано на ПЕОМ. Експериментальні дослідження осьових сил проведені на промисловому стані ХПТР з регулюванням довжини пліч куліси із застосуванням методів тензометрії та приладів, які пройшли державну повірку.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна результатів теоретичних та експериментальних досліджень містить такі положення.

1. Одержано нові закономірності для розрахунку кута, що визначає положення природного катаючого радіуса для умов процесу ХПТР. Відмінність одержаних даних полягає у тому, що враховано нерівномірність розподілу нормальних контактних напружень по периметру калібру. Це підвищує точність визначення природного катаючого радіуса по перерізах робочого конуса.

2. Одержані додатково експериментальні дані про значення осьових сил у процесі ХПТР при зміні довжини пліч куліси. Відмінність даних полягає у тому, що вони одержані при зміні довжини пліч куліси. Раніше подібні дослідження не проводилися. Це розширює уявлення про величини та характер осьових сил у процесі ХПТР та дозволяє перевіряти розрахунковий математичний опис процесу.

3. Розвинуто метод розрахунку параметрів процесу холодної роликової прокатки труб при регулюванні довжини пліч куліси.Відмінність полягає у тому, що визначаються значення довжини пліч куліси по ходу процесу в перерізах робочого конуса при природному катаючому радіусі, а на базі цього визначається для кожного перерізу значення довжини більшого плеча куліси при прямому та зворотному ході кліті. Це приводить до мінімізації осьових сил і, як наслідок, можливості проектувати процес, який дозволить прокатувати особливотонкостінні труби зі збільшенням виходу придатного.

Практичне значення одержаних результатів. Виконані дослідження дозволяють:

- виконувати за допомогою складеного розрахункового моделювання комплексний аналіз процесу холодної періодичної роликової прокатки труб для конкретного маршруту прокатки при застосуванні розроблених програм «ХПТР-параметри» і «ХПТР-осьові» та вносити необхідні корективи у процес;

- побудувати новий стан ХПТР, що дозволяє вести прокатку з примусовим радіусом, близьким до природного, у всіх перерізах робочого конуса і мати мінімальні осьові сили та забезпечити, таким чином, мінімальні витрати металу при прокатці особливотонкостінних труб;

- використовувати результати роботи у вигляді комп'ютерних програм «ХПТР-параметри» та «ХПТР-осьові», що передані для застосування ЗАТ "СЕНТРАВИС ПРОДАКШН ЮКРЕЙН" для розрахунку та аналізу параметрів процесу холодної періодичної прокатки труб та для проектування калібровок інструменту станів ХПТР з метою полегшення наладки станів та поліпшення якості труб (акт від 06.10.2009 р.);

- застосовувати результати роботи при проведенні навчального процесу на кафедрі обробки металів тиском Національної металургійної академії України (акт від 05. 10. 2009 р.).

Особистий внесок здобувача. Всі результати досліджень, представлені у дисертаційній роботі, базуються на теоретичній та експериментальній роботі, проведеній особисто автором. У дисертаційній роботі не використані ідеї співавторів.

Особистий внесок здобувача відображений у публікаціях у спеціалізованих фахових збірниках, які відповідають переліку ВАК України, і полягає в тому, що здобувач: [1] - розробив комп'ютерну реалізацію визначення параметрів процесу ХПТР та важільної системи стана для обраного маршруту прокатки; [3] - виконав на базі розробленої комп'ютерної реалізації комплексний аналіз значень осьових сил та напружень на стиках торців труб, які виникають у процесі холодної періодичної роликової прокатки на стані ХПТР; [4] - розвинув метод розрахунку параметрів процесу ХПТР при регулюванні довжини плеча куліси для мінімізації осьових сил, [5] - розробив комп'ютерну систему автоматизованого проектування інструменту станів ХПТР із застосуванням сучасних програмних продуктів та програм «ХПТР-параметри», «ХПТР-осьові», що створені автором; [6] - одержав нову закономірність для визначення величини природного катаючого радіуса з урахуванням нерівномірного розподілу нормальних контактних напружень уздовж периметра калібру; [7] - вдосконалив стан холодної роликової прокатки труб та запропонував механізм, що дозволяє регулювати довжину пліч куліси та настроювальний катаючий радіус під час процесу прокатки по довжині робочого конуса, та отримав відповідний патент України.

Апробація результатів роботи. Матеріали дисертаційної роботи представлені на: Міжнародній науково-технічній конференції, присвяченій 100-річчю з дня народження С.З. Юдовича «Машини і пластична деформація металів» (20 - 23 листопада 2007 р., м. Запоріжжя); науково-технічній конференції «Інформаційні технології в металургії та машинобудуванні» (14 - 17 квітня 2008 р., м. Дніпропетровськ); Міжнародній науково-технічній конференції «Інформаційні технології в обробці тиском (дослідження, проектування та опанування процесів та машин)» (21 - 24 квітня 2008 р., м. Краматорськ); 8-ій Міжнародній науково-технічній конференції «Пластична деформація металів (теорія та технологія виробництва труб)» (14 - 15 травня 2008 р., м. Нікополь), Міжнародній науково-технічній конференції «Достижения и перспективы развития процессов и машин обработки давлением в металлургии и машиностроении» (21 - 24 квітня 2009 р., м. Краматорськ); Об'єднаному семінарі кафедри ОМТ НМетАУ та прокатних відділів Інституту чорної металургії НАН України (12 жовтня 2009 р., м. Дніпропетровськ).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковані у 6 статтях у спеціалізованих фахових виданнях та представлені в одному патенті України.

Структура дисертації. Робота складається зі вступу, п'ятьох розділів, основних висновків, викладена на 118 сторінках, містить таблиць - 6, рисунків - 48, список використаних джерел з 82 найменувань, додатків - 3.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі описані суть, стан і значущість наукової задачі, наведено обґрунтування актуальності роботи, викладений зв'язок з тематичними планами, науковими темами, визначені мета і задачі дослідження, об'єкт, предмет і методи досліджень, обґрунтовані наукова новизна, практичне значення одержаних результатів, особистий внесок здобувача та апробація одержаних результатів роботи.

АНАЛІЗ НАУКОВИХ РОБІТ ІЗ ВИЗНАЧЕННЯ ТА МІНІМІЗАЦІЇ ОСЬОВИХ СИЛ У ПРОЦЕСІ ХОЛОДНОЇ РОЛИКОВОЇ ПРОКАТКИ ТРУБ

Аналіз існуючого методу розрахунку параметрів процесу холодної роликової прокатки труб і осьових сил. Метод розрахунку параметрів процесу ХПТР комплексно викладено у роботах таких вчених, як Ю.Ф. Шевакін, Ф.С. Сейдалієв, В.А. Вердеревський. Метод розрахунку параметрів процесу ХПТР полягає у тому, що: задаються характером розподілу обтисків по перерізах обтискної зони робочого конуса; визначають у контрольних перерізах: розподіл обтисків стінки, деформацію металу, межу плину металу, силу прокатки; проектують калібровку планок і розраховують співвідношення пліч куліси; на базі призначеного настроювального катаючого радіуса розраховують осьові сили.

Таким чином, існуючий метод розрахунку параметрів процесу холодної роликової прокатки труб для існуючої конструкції стана ХПТР і осьових сил не дає можливості проектувати процес, розрахувати його параметри з відсутніми осьовими силами.

На сьогодні немає обґрунтування рекомендацій для обраних маршрутів прокатки щодо вибору характеру розподілу обтисків по довжині обтискної зони робочого конуса. Їх визначають, спираючись на рекомендації для процесу холодної валкової прокатки. Застосування розроблених програм на ПЕОМ дасть можливість розраховувати та робити аналіз параметрів процесу по перерізах робочого конуса і визначати раціональні значення співвідношення пліч куліси при мінімальних значеннях осьових сил.

Всі параметри процесу ХПТР по довжині робочого конуса є змінними. Природній катаючий радіус також є змінним. Пошук значень природного катаючого радіуса по перерізах ведеться за умов прирівнювання осьових сил нулю.

За існуючим методом розрахунку катаючий радіус розраховують, припускаючи, що нормальні контактні напруження розподіляються рівномірно по периметру калібру, але відомо, що розподіл нормальних контактних напружень не є рівномірним, вони збільшуються від вершини калібру до випуску. Тому виникає необхідність у більш точному розрахунку катаючого радіуса з урахуванням нерівномірністі розподілу нормальних контактних напружень по периметру калібру.

Аналіз робіт із створення процесів холодної періодичної прокатки з мінімізацією осьових сил. Для процесу ХПТР було розроблено та апробовано у «ВНИИМЕТМАШ» процес з плаваючим патроном подачі (пружний упор) та у «ВНИТИ» прокатку на плаваючій оправці.

Важливими для вирішення задачі мінімізації осьових сил у процесі ХПТР є пропозиції, які розроблені для процесу ХПТ (холодної пільгерної валкової прокатки труб). Були розроблені та випробуванні такі пропозиції, як застосування ексцентричних циліндричних шестерень та некруглих зубчастих коліс зі змінним примусовим катаючим радіусом «ВНИИМЕТМАШ» та «ВНИТИ»; рухомих зубчастих рейок «ВНИИМЕТМАШ», що зачіпляються з ведучими шестернями, закон переміщення яких задається кулачковим механізмом. Але досі на станах ХПТ підбір катаючого діаметра здійснюють підбором ведучих шестерень із різними діаметрами нейтрального кола. Відомі також пропозиції, запропоновані у НМетАУ: це спеціальний тип приводу валків та кліті та визначення режиму переміщення рейок, які забезпечують мінімальні значення осьових сил.

Але для процесу ХПТР вони не прийнятні через те, що стани ХПТР мають конструкцію, відмінну від стана ХПТ.

Виходячи з вищенаведеного, виникає потреба в розробці станів ХПТР, які мають змогу регулювання настроювального катаючого радіуса під час процесу прокатки по довжині робочого конуса.

МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ХОЛОДНОЇ ПЕРІОДИЧНОЇ РОЛИКОВОЇ ПРОКАТКИ ТРУБ ПРИ РЕГУЛЮВАННІ ДОВЖИНИ ПЛІЧ КУЛІСИ ДЛЯ МІНІМІЗАЦІЇ ОСЬОВИХ СИЛ

Методика досліджень Методика досліджень параметрів процесу холодної періодичної прокатки труб при регулюванні довжини куліси для мінімізації осьових сил представлена так:

скласти математичний опис розрахунку параметрів і розробити програми "ХПТР-параметри" та "ХПТР-осьові", виконати розрахунковий аналіз на прикладі конкретного маршруту прокатки;

– знайти нові закономірності по визначенню природного катаючого радіуса з урахуванням нерівномірності розподілу нормальних контактних напружень;

– розробити месдозу для одержання результатів вимірювань осьових сил, порівняти одержані дані з розрахунковими;

– розробити стан ХПТР з механізмом, що забезпечує регулювання довжини куліси під час процесу прокатки;

– розвинути метод розрахунку параметрів процесу ХПТР та розробити відповідну програму «ХПТР-куліса», що забезпечує визначення параметрів процесу ХПТР та важільної системи станів з урахуванням зміни довжини куліси.

РОЗВИТОК МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ХОЛОДНОЇ ПЕРІОДИЧНОЇ РОЛИКОВОЇ ПРОКАТКИ ПРИ РЕГУЛЮВАННІ ДОВЖИНИ КУЛІСИ

Комплексне розрахунково-аналітичне дослідження впливу вихідних даних на значення параметрів процесу ХПТР. Складено математичний опис розрахунку параметрів процесу ХПТР. В основу покладено залежність Ю.Ф. Шевакіна, де зміна всіх параметрів по довжині зони обтиснення стінки залежить від первинного розподілу обтисків. Розроблена відповідна комп'ютерна програма «ХПТР-параметри», із застосуванням цієї програми здійснено комплексне розрахунково-аналітичне дослідження процесу холодної прокатки труб роликами.

Інтенсивність зменшення товщини стінки по довжині ділянки обтиснення стінки залежить від коефіцієнта (n), що визначає інтенсивність розподілу обтисків по довжині робочого конуса за експоненціальним законом, який рекомендують приймати рівним 0,64 для всіх марок сталей для процесу ХПТ, а для процесу ХПТР рекомендацій не існує.

Важливо знайти раціональні значення n для роликової прокатки труб із різних марок сталі для кожного конкретного маршруту прокатки та величини подачі. На базі комп'ютерної реалізації та програми «ХПТР-параметри» проведено розрахунковий аналіз процесу ХПТР.

Аналіз показує, що, наприклад, для маршруту 30?1,4 > 28?0,7 марка матеріалу труби - сталь 12Х18Н10Т та сталь 20, подача m = 4мм за умови рівномірного розподілу сили прокатки по довжині зони обтиснення стінки можна рекомендувати використовувати коефіцієнт n = 2,0, а для сталі 20 - n = 1,5.

Складені математичний опис та програма «ХПТР-осьові». Це дозволило для призначеного настроювального катаючого радіуса і відповідного розрахункового та збільшеного і зменшеного на 1 і 2 мм значення довжин меншого плеча куліси розрахувати осьові сили, а, головне, ті напруження, які діють на торцях труб та призводять до врізу торців. Одержали можливість досліджувати процес та прогнозувати, буде чи не буде мати місце вріз торців труб при обраному маршруті прокатки та при визначених значеннях довжин пліч куліси.

Визначення величини природного катаючого радіуса при урахуванні нерівномірного розподілу нормальних контактних напружень по периметру калібру. Для визначення величини природного катаючого радіуса, спираючись на закономірність розподілу обтисків по периметру калібру, слід прийняти зміну нормальних контактних напружень на контакті ролика з трубою такою, що вони збільшуються від вершини калібру до його випуску.

Схема дії напружень на контакті труби з роликом і оправкою для зворотного ходу відрізняється напрямком дії поздовжніх складових напружень тертя на контакті метала з роликом, та співвідношенням площ зон випередження та відставання.

Розподіл нормальних контактних напружень по периметру калібру можна представити у вигляді:

;(1)

, (2)

де у_nвип - нормальні контактні напруження біля випуску калібру; у_nвер - нормальні контактні напруження біля вершини калібру.

Природний катаючий радіус знайдено із рівнянь рівноваги поздовжніх сил, які наведено нижче.

Для прямого (індекс «пр») ходу

(3)

для зворотного (індекс «зв») ходу

(4) ,

де R_тр - радіус труби; R_опр - радіус оправки; и_кп - кут, що визначає положення катаючого радіуса; l_У - повна дуга захвату; f - коефіцієнт тертя між трубою та роликом; f_опр - коефіцієнт тертя між оправкою та трубою.

Інтегрування виразів приводить до квадратного рівняння. Після його розв'язання розраховуємо кут и_кп, який визначає положення природного катаючого радіуса:

- для прямого ходу:

; (5)

- для зворотного ходу:

. (6)

Потрібний для процесу ХПТР з регулюванням настроювального катаючого радіуса природний катаючий радіус по перерізах:

- для прямого ходу

; (7)

- для зворотного ходу

, (8)

де R_ід.рол - ідеальний радіус ролика, R_трі - радіус труби у кожному контрольному перерізі робочого конуса.

Розробка процесу холодної роликової прокатки, що забезпечує відсутність осьових сил, і відповідного стана ХПТР. Відсутність осьових сил може бути забезпечена при значенні настроювального катаючого радіуса у кожному перерізі робочого конуса, рівним природному. Це можливо за рахунок створення спеціальних механізмів, які змінюють при прокатці довжину пліч куліси по довжині робочого конуса.

Для забезпечення прокатки при відсутніх осьових силах розроблено стан ХПТР зі спеціальним механізмом, що регулює довжину більшого плеча куліси. На це отримано патент України № 40801 від 27.04.2009 р. на «Стан холодної роликової періодичної прокатки труб».

Ролик, притиснутий пружиною до каліброваної балки, повторює її профіль. При цьому довжина більшого плеча куліси ОВ, де рухомо прикріплена тяга каретки, змінюється згідно із необхідною залежністю, що закладена в профіль каліброваної балки.

Необхідні довжини плеча куліси ОВ знаходять при значеннях катаючого радіуса, визначеного за одержаними закономірностями (5), (6), (7), (8).

Розвиток методу розрахунку параметрів процесу холодної роликової прокатки при регулюванні довжини плеча куліси для мінімізації осьових сил

Визначення зміни довжини куліси здійснюється по перерізах робочого конуса за нижченаведеним алгоритмом для обраного маршруту прокатки та стана ХПТР.

1. Приймаємо: значення коефіцієнта тертя між трубою і оправкою f_опр;

значення коефіцієнта тертя між трубою та роликом f.

2. Визначаємо розподіл товщини стінки по перерізах обтискної зони робочого конуса S_трі.

3. Визначаємо кут , який визначає положення природного катаючого радіуса для прямого ходу по одержаній у роботі закономірності (5).

4. Визначаємо значення природного катаючого радіуса R_кпрі для кожного перерізу робочого конуса для прямого ходу за формулою (7).

5. Визначаємо довжину куліси ОВ_іпр у перерізах робочого конуса для прямого ходу

, (9)

де R_ц - радіус цапфи ролика.

6. Визначаємо зміну довжини куліси ДOB_прі для прямого ходу

, (10)

де ОВ_о - довжина куліси ОВ у початковому перерізі робочого конуса деформації.

7. Визначаємо кут , який визначає положення природного катаючого радіуса для зворотного ходу за одержаними у роботі закономірностями (6).

8. Визначаємо значення настроювального катаючого радіуса R_кзві для кожного перерізу робочого конуса для зворотного ходу за формулою (8).

9. Визначаємо довжину куліси ОВ_зві у перерізах робочого конуса для зворотного ходу

. (11)

10. Визначаємо зміну довжини куліси ДOB_iзв для зворотного ходу

. (12)

11. Визначаємо середнє значення зміни довжини куліси для прямого та зворотного ходу

. (13)

За допомогою застосування розвинутого методу та відповідного стана ХПТР при виробництві особливотонкостінних труб можливо вести процес з мінімальними осьовими силами, що дає змогу виключити врізи торців труби-заготовки та труби, що прокатується, і, відповідно, вести процес без недокатки кінців труб, що дає змогу зменшити витрати металу.

На базі вище приведеного алгоритму складено математичний опис та створено відповідну комп'ютерну програму «ХПТР-куліса» для визначення зміни довжини куліси по перерізах робочого конуса.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ОСЬОВИХ СИЛ ПРИ ХОЛОДНІЙ РОЛИКОВІЙ ПРОКАТЦІ

Розробка та створення вимірювальної осьової месдози. Осьову месдозу виготовили у вигляді особливотонкостінної трубки з утовщеними кінцями, що мають різьбу. Перед заміром месдоза була протарирована за допомогою динамометричної скоби та гвинтового преса. При використанні на стані месдоза встановлюється між прокатуваною трубою та трубою-заготовкою. Результати досліджень фіксували за допомогою світлопроменевого осцилографа моделі Н-145.

Результати досліджень. Результати досліджень одержуємо у вигляді осцилограм. Різниця між фактичними та розрахунковими даними значень осьових сил становить 3-6%, що підтверджує адекватність програм, які застосовувалися при розрахунках та аналізі параметрів процесу ХПТР.

ПРОГРАМИ «ХПТР-ПАРАМЕТРИ», «ХПТР-ОСЬОВІ», «ХПТР-КУЛІСА», «САПР-ІНСТРУМЕНТ» ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

Програма «ХПТР-параметри». Ії створено на основі математичного опису розрахунку параметрів холодної періодичної роликової прокатки труб для визначення параметрів калібровки, деформаційних параметрів, сили прокатки. Застосування програми можливо для вирішення задач із розрахунку параметрів процесу ХПТР у перерізах зони обтиснення робочого конуса і вибору їх раціональних значень для обраних маршрутів прокатки. Програма використана для розрахунково-аналітичного пошуку раціональних значень коефіцієнта розподілу обтисків по довжині робочого конуса за експоненціальним законом (Акт від 07.10.2009 р. ).

Програма «ХПТР-осьові». Програму створено на основі математичного опису розрахунку параметрів процесу холодної періодичної роликової прокатки труб для визначення напруження плину металу на торцях прокатуваної труби та труби-заготовки та осьових сил. Застосовуючи програму «ХПТР-осьові», можливо вирішити питання з пошуку раціонального значення співвідношення довжин пліч куліси з точки зору забезпечення мінімальних значень осьових сил для оцінки можливої появи стикування торців особливотонкостінних труб для обраних маршрутів прокатки. Програма використана для розрахунково-аналітичного дослідження осьових сил (Акт від 07.10.2009 р.). За допомогою програми «ХПТР- осьові» здійснено розрахунок осьових сил для маршруту прокатки, за яким проведені експериментальні дослідження.

Програма «ХПТР-куліса». Її створено для розрахунку параметрів зміни довжини куліси по перерізах робочого конуса, що забезпечує процес ХПТР при рівних значеннях настроювального та природного катаючого радіусів уздовж робочого конуса. У програму закладені одержані у роботі нові закономірності для визначення катаючого радіуса. Програма «ХПТР-куліса», створена для визначення параметрів калібрування планки, яка дає змогу регулювати співвідношення довжин пліч куліси у вдосконаленій конструкції стана ХПТР, розробленій у роботі.

Система “САПР-інструмент”. Ця програма створена для проектування інструменту стана ХПТР з послідовним виводом креслень інструменту. Основою цієї системи є програми «ХПТР-параметри» та «ХПТР-осьові».

ВИСНОВКИ

У дисертації наведені теоретичні узагальнення та нове вирішення науково-прикладної задачі, що полягає у розвитку методу розрахунку параметрів процесу ХПТР при зміні довжини плеча куліси для мінімізації осьових сил при створенні стана з можливістю вести процес ХПТР при рівних природному та настроювальному катаючих радіусах по перерізах робочого конуса.

Задача вирішена: на основі розрахункового дослідження впливу вихідних характеристик процесу на зміни параметрів процесу ХПТР та впливу прийнятого настроювального катаючого радіуса на осьові сили;

визначення природного катаючого радіуса; виконаних експериментів із визначення осьових сил;

вдосконалення стана ХПТР з механізмом, що забезпечує вільний процес ХПТР з мінімальними осьовими силами;

розвитку методу розрахунку параметрів процесу при застосуванні вдосконаленого стана ХПТР.

Практичне значення одержаних результатів полягає у застосуванні розроблених комп'ютерних програм та у вдосконалені конструкції стана ХПТР у частині важільної системи приводу кліті та сепаратора.

1. З аналізу літературних джерел можна зробити такий висновок:стан методу розрахунку параметрів процесу холодної пільгерної роликової прокатки труб є таким, що приймається тільки одне значення настроювального катаючого радіуса, при якому здійснюється процес, і це призводить до протікання процесу при значних осьових зусиллях, що, в свою чергу, призводить до врізу торців труб при прокатці особливотонкостінних труб.

Такий стан речей веде до додаткових витрат металу. Це зумовлює актуальність роботи.

2. Складено розрахунковий математичний апарат для комплексного аналізу впливу вихідних характеристик процесу холодної роликової прокатки труб на параметри процесу для обраних маршрутів прокатки та настроювання важільної системи на значення осьових сил та на напруги, що виникають на торцях прокатуваної труби та труби - заготовки.

3. Одержані нові закономірності для розрахунку кута, що визначає положення природного катаючого радіуса для умов процесу ХПТР.

4. Враховано нерівномірність розподілу нормальних контактних напружень по периметру калібру, що дає змогу більш точно визначати природний катаючий радіус з урахуванням більшої кількості факторів, що визначають цей процес.

5. Для забезпечення співпадіння природного та настроювального катаючого радіуса по довжині робочого конуса вдосконалено стан ХПТР так, що з'явилася можливість регулювати довжину більшого плеча куліси під час прокатки.

(Отримано патент України № 40801 від 27.04.2009 р. на «Стан холодної роликової періодичної прокатки труб»).

Такий стан дозволить прокатувати особливотонкостінні труби зі зменшенням втрати вартісного металу на 2 - 5%.

6. Розвинуто метод розрахунку параметрів процесу холодної роликової прокатки труб при регулюванні довжини плеча куліси з метою забезпечення прокатки без осьових сил та розроблена відповідна програма «ХПТР-куліса».

7. Одержані додатково експериментальні дані про значення осьових сил у процесі ХПТР при зміні значень пліч куліси.

Це розширило уявлення про величину та характер осьових сил та дозволило перевірити адекватність розроблених програм.

8. Розроблена система САПР проектування інструменту стана ХПТР, що базується на розроблених програмах «ХПТР-параметри» та «ХПТР-осьові».

9. Програми «ХПТР-параметри» та «ХПТР-осьові» передані ВАТ «Сентравіс продакшн Юкрейн» для застосування при аналізі процесів та проектування інструменту стана (Акт від 07.10.2009 р.).

10. Результати роботи застосовуються на кафедрі обробки металів тиском Національної металургійної академії України у навчальному процесі (Акт від 05.10.2009 р.).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Григоренко В.У. Информационная система определения рациональных параметров процесса и рычажной системы станов ХПТР / В.У. Григоренко, И.В. Маркевич // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. - Випуск 3 (56). - Том 1. - Дніпропетровськ, 2008. - С. 111 - 115.

2. Маркевич И.В. Анализ осевых усилий в процессе холодной прокатки труб роликами на базе разработанной компьютерной реализации их расчета / Маркевич И.В. - Краматорськ: ДДМА, 2008. - С. 116 - 119 - (Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні) (Тематичний збірник наукових праць; Т.1)

3. Григоренко В.У. Анализ деформационных и силовых параметров процесса холодной периодической роликовой прокатки на базе разработанной компьютерной реализации его математического описания / В.У. Григоренко, И.В. Маркевич // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. - Випуск 1 (54). - Том 1. - Дніпропетровськ, 2008. - С. 37 - 43.

4. Григоренко В.У. Розвиток методу розрахунку параметрів процесу холодної роликової прокатки труб (ХПТР) для мінімізації осьових сил / В.У. Григоренко, І.В. Маркевич // Збірник наукових праць „Обработка материалов давлением”, м. Краматорськ, 2009. - С. 248 - 251.

5. Система автоматизованого проектування інструменту станів ХПТР/ В.У. Григоренко, І.В. Маркевич, С.О. Філатов, С.В. Пилипенко. - Дніпропетровськ: Пластична деформація металів. Теорія і технологія виробництва труб. Наукові вісті. Сучасні проблеми металургії. - Т.11, 2008. - С. 263 - 265.

6. Маркевич І.В. Визначення величини катаючого радіуса при нерівномірному розподілі нормальних контактних напружень уздовж периметра калібру / І.В. Маркевич, В.У. Григоренко, П.В. Дрожжа // Наукові Вісті. Сучасні проблеми металургії № 12. - Дніпропетровськ: Системні технології, 2009. - С. 41 - 49.

7. Патент України на корисну модель № 40801, Стан холодної періодичної роликової прокатки труб / Григоренко В.У., Маркевич І.В.; заявники та власники Григоренко В.У., Маркевич І.В. № 40801; заявл. 26.11.2008; набув чинності 27.04.2009, Бюл. № 8.

АНОТАЦІЯ

Маркевич І.В. Розвиток методу розрахунку параметрів процесу холодної періодичної роликової прокатки з регулюванням довжини куліси для збільшення виходу придатного особливотонкостінних труб. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05. - Процеси та машини обробки тиском. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ. - 2010.

Складено комплексний математичний апарат та відповідну комп'ютерну реалізацію, які дозволили виконувати розрахунковий аналіз параметрів процесу ХПТР та впливу налагодження важільної системи на значення осьових сил.

Одержані нові закономірності з розрахунку катаючого радіуса з урахуванням нерівномірності розподілу нормальних контактних напружень по периметру калібру, що в більшій мірі відповідає реальному процесу ХПТР.

Для одержання умов для співпадіння настроювального та природного катаючого радіусів по довжині робочого конуса вдосконалено стан ХПТР так, що є змога регулювати довжину більшого плеча куліси по довжині робочого конуса, та отримано деклараційний патент України № 40801 від 27.04.2009 р.

Одержані додатково експериментальні дані про значення осьових сил у процесі ХПТР при різних відношеннях більшого плеча куліси до меншого плеча.

Набув подальшого розвитку метод розрахунку параметрів процесу холодної роликової періодичної прокатки труб при регулюванні довжини більшого плеча куліси для проведення процесу у режимі без осьових сил та підвищення виходу придатного при прокатці особливотонкостінних труб.

Програми «ХПТР - параметри» та «ХПТР - осьові» передані ЗАТ «Сентравіс продакшн Юкрейн» для застосування при аналізі процесів та проектування інструменту стана. Результати роботи у вигляді комп'ютерних програм використовуються у навчальному процесі НМетАУ.

Ключові слова: ХОЛОДНА РОЛИКОВА ПІЛЬГЕРНА ПРОКАТКА ТРУБ, ОСЬОВІ СИЛИ, ПЛЕЧО КУЛІСИ.

АННОТАЦИЯ

Маркевич И.В. Развитие метода расчета параметров процесса холодной периодической роликовой прокатки с регулировкой длины кулисы для увеличения выхода годного особотонкостенных труб. - Рукопись.

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

Составлены комплексный математический аппарат и соответствующая компьютерная реализация, которая позволяет проводить расчетный анализ параметров процесса ХПТР и влияния настройки рычажной системы на значение осевых сил, а также рассчитывать напряжения вреза, возникающие на торцах прокатываемой трубы и трубы - заготовки.

Получены новые закономерности по расчету катающего радиуса, которые учитывают неравномерность распределения нормальных контактных напряжений по периметру калибра, что в большей мере отражает реальный процесс ХПТР при расчетах катающего радиуса.

Известно, что возникновение осевых сил и вреза торцов прокатываемых труб и труб-заготовок вызвано несоответствием естественного и настроечного катающих радиусов по длине рабочего конуса. Для получения условий для совпадения настроечного и естественного катающего радиусов по длине рабочего конуса в работе усовершенствован стан ХПТР, который дает возможность регулировки длины большего плеча кулисы во время процесса прокатки. На усовершенствованную модель стана ХПТР получен декларационный патент Украины № 40801 от 27.04.2009 г.

Получены дополнительные экспериментальные данные о значениях осевых сил в процессе ХПТР при переменных значениях отношения длин большего плеча кулисы к меньшому плечу. С помощью разработанной программы «ХПТР-осевые» проведен расчет экспериментального маршрута прокатки, и полученные расчетные данные подтвердили адекватность разработанной программы.

Получил дальнейшее развитие метод расчета параметров процесса холодной роликовой периодической прокатки труб при регулировке длины большего плеча кулисы для ведения процесса в режиме без осевых сил для повышения выхода годного дорогостоящего металла при прокатке особотонкостенных труб.

Программы «ХПТР-параметры» и «ХПТР-осевые» переданы на ЗАО «Сентравис продакшн Юкрейн» для использования при анализе процессов и проектирования инструмента стана. Результаты работы в виде компьютерных программ используются в учебном процессе НМетАУ.

Ключевые слова: ХОЛОДНАЯ РОЛИКОВАЯ ПИЛЬГЕРНАЯ ПРОКАТКА ТРУБ, ОСЕВЫЕ СИЛЫ, ПЛЕЧО КУЛИСЫ.

ABSTRACT

Markevich I.V. Development of the method for calculating parameters of the process of the cold die roller rolling with regulation of the link length in order to increase the good-to-bad yield of especially thin-wall tubes. - Manuscript.

Thesis for competition of the scientific degree of the candidate in technical sciences in the specialty 05.03.05. - Processes and machines of the plastic forming. - The National metallurgical academy of Ukraine, Dnipropetrovsk, 2010.

The complex mathematical apparatus and corresponding computerized realization had been composed which allows to carry out the calculation analysis of parameters of the CTRR process and the influence of adjusting lever system on the value of axial forces. The new laws for calculation of the rolling radius had been obtained taking into account the non-uniformity of distribution of the normal contact stresses along the perimeter of the roll pass that takes into account the real CTRR process with more accuracy. With purpose to obtain conditions for coincidence of adjusting and natural rolling radii along the length of the working cone the CTRR mill with regulation of the bigger link arm had been developed and the declarative patent of Ukraine №4081 from 27.04.2009 had been issued.

Additional experimental data had been obtained concerning values of axial forces in the CTRR process at the changing values of the bigger link arm in regard to smaller arm. The programs “CTRR - parameters” and “CTRR - axial” had been passed to the Open Joint-Stock Company “Centravis production Ukraine” for applying to the analysis of processes and designing of the mill tool. Results of the work in the form of computer programs are used in educational process in NMetAU.

Key words: COLD ROLLER PILGER TUBE ROLLING, AXIAL FORCES, LINK ARM.

Размещено на Allbest.ru