Диссертация (1026274), страница 10
Текст из файла (страница 10)
АПРОБАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИПри адаптации математической модели к условиям трубоформовочныхстанов расчеты проводились сначала для отработанных технологий итехнологии, где наблюдался брак, а затем уже исследования новых маршрутов.4.1.Моделирование процесса валковой формовки трубной заготовки∅530 мм и толщиной 10 мм на ТЭСА 203-530По заданию АО «Выксунского металлургического завода» был проведенанализ причин повышенного износа валкового инструмента и образованиядефектов трубной заготовки.Исследования были начаты с моделирования отработанных технологийпроизводства труб с целью сравнения результатов расчетов с фактическимиданными, полученными в ходе эксплуатации стана.4.1.1.
Конструкция формовочного стана ТЭСА 203-530 АО «ЭЗТМ»Трубоэлектросварочный цех №3 пущен в эксплуатацию в декабре 1977 года.В его состав входил трубоэлектросварочный стан ТЭСА 203-530 с системойавтоматическогорегулированияпроцессасварки,участокобъемнойтермообработки труб, где возможно было проводить любые виды термическойобработки, два участка отделки труб, которые были оснащены полнымкомплексом средств неразрушающего контроля. Годовой объем производства –380 тыс.
тонн труб в год.Исходной заготовкой для производства электросварных труб являлсягорячекатаный рулонный прокат из углеродистой и низколегированной стали,производимый на литейно-прокатном комплексе.Формовочныйстандлиной14400ммсостоялизчередующихсявертикальных и горизонтальных формовочных клетей. Горизонтальные рабочиеклети приводные, вертикальные – холостые. Вертикальные (эджерные) клетипредназначались для предотвращения распружинивания трубной заготовки идля увеличения деформации изгиба.72В первых формовочных клетях применялись калибры открытого типа, а впоследних ‒ закрытого.
Верхние валки клетей с закрытыми калибрами имелишовонаправляющиешайбы,которыеудерживалитрубнуюзаготовку,препятствуя проворачиванию последней, и обеспечивали правильное вхождениезаготовки в сварочную клеть. Схема формовочного стана представлена ниже(Рис. 4.1.).Рис. 4.1.Схема формовочного стана ТЭСА 203-530[9]Задачей моделирования процесса формовки являлся анализ возможностиосвоения трубной продукции из марки стали класса прочности К42 (пределупругости 240 МПа, предел выносливости 430 МПа, допустимое относительноеудлинение 34%) для заданного маршрута формообразования (Рис. 4.2.).Рис.
4.2.«Заводская» калибровка валкового инструмента формовочного стана ТЭСА 203530 (ø530х10 мм)Согласно представленному маршруту формообразования была выбранасоответствующая модель валкового инструмента (Рис. 4.3.), которая вдальнейшем и использовалась для расчета формовки трубной заготовки.73Рис. 4.3.Конструкция валкового инструмента формовочного стана ТЭСА 203-5304.1.2. Анализ результатов моделированияВ исследовании процесса формообразования трубной заготовки особоевнимание уделялось моменту захода плоского штрипса в первую формовочнуюклеть.
Так как этот процесс во многом определяет стабильность дальнейшегопроцесса формовки (Рис. 4.4.)Рис. 4.4.Картина входа трубной заготовки в первую формовочную клеть.Согласно представленному ранее маршруту формообразования, на данномэтапе происходит подгиб прикромочных участков по двухрадиусной схемепрофилирования валкового инструмента. Важно добиться плавного входа вкалибр, чтобы не образовался излом в кромке, поэтому на данном этапе часто74используются радиусы профилирования геометрии валкового инструмента внесколько раз превышающие диаметр готовой трубы.На картине эквивалентных напряжений можно заметить (Рис.
4.5.), чтоприсутствует неравномерность деформаций по ширине штрипса: наибольшиеперемещения металла происходят в прикромочной области, так как идетподгибка данного участка. По центру также происходить продольное удлинениеметалла.Рис. 4.5.Эквивалентные напряжения в трубной заготовке в формовочной клети № 1.При этом подтвердилась теория Шевакина[24] о наличие деформации полосыеще задолго до встречи трубной заготовки с формующими валками, гдепоявляются растягивающие напряжения в кромке трубной заготовки.После выхода из формовочной клети №1 трубная заготовка поступает вэджерныеклети,предназначенныедляподдержанияот«обратногопружинения», которое вызвано с упругими свойствами материала.
Напряженияв прикромочной области снижаются, а в месте наибольшего формоизмененияобразуется зона с повышенными напряжениями. Многочисленные расчетывыявили основные тенденции поведения полосы как в клетях открытого типа,75так и в межклетевом пространстве. Максимальные эквивалентные пластическиедеформации составляют 0,066 (Рис. 4.6.).Рис. 4.6.Эквивалентные пластические деформации клетях 4 и 5Максимальные напряжения возникают в прикромочной области и достигаютзначений 390 МПа (Рис.
4.7.)Рис. 4.7.Эквивалентные напряжения в клети 5(слева) и 8 (справа)На участке перехода (формовочная клеть 9), где угол формовки центральногоучастка составляет более 80 градусов, меняется характер распределениянапряжений в трубной заготовке. Прикромочная область испытывает сжатие(Рис. 4.8.).76Рис. 4.8.Эквивалентные напряжения в клетях 9, 10Хотя заход трубной заготовки в первые клети с закрытым типом калибрапроисходит почти плавно, на выходе из предыдущей клети наблюдаетсяобразование излома кромки. Данный эффект связан с действием момента,возникающего в следствие пружинения металла («противомомент»), а такжеинтенсивного задания металла трубной заготовки в калибр (Рис.
4.9.).Рис. 4.9.Задание трубной заготовки в первую клеть с закрытым типом калибра77Поведение трубной заготовки в клетях закрытого типа, при входе металлав калибр, сопровождается областями, в которых напряжения превышают420 МПа (Рис. 4.10.).Рис. 4.10.Зоны высокий напряжений в клетях закрытого типа.На участке захода трубной заготовки в сварочный калибр образуется изломприкромочной области, что в последствии приводи к браку готовой продукции –образованию «крыши» и непровара (Рис.
4.11.).Рис. 4.11.Поведение трубной заготовки в сварочном калибре784.1.3. Сравнение с физическим процессомКак сказано выше, до настоящего времени анализ конструкции калибра инастройка стана были возможны только при апробации процесса впромышленных условиях. При этом настройка стана проводилась только "наглаз". Использование математической модели позволяет не только оценитькартину поведения трубной заготовки, но также качественно оценить контактноевзаимодействие трубной заготовки с валковым инструментом (Рис. 4.12).Представлена картина контактного взаимодействия трубной заготовки ивалкового инструмента (а), фото валка формовочной клети, иллюстрирующееизнос (б).абРис.
4.12.Отсутствие полного контакта трубной заготовки с поверхностью формующихвалков.Поведение материала трубной заготовки отличается от теоретическойкалибровки валкового инструмента (Рис. 4.13.)Рис. 4.13.Сравнение исходного профиля калибра с профилем сечения расчетной модели79Аналогичную картину можно наблюдать при качественном сравнениичисленного эксперимента с натурным на примере взаимодействия трубнойзаготовки с эджерами (Рис. 4.14, 4.15)Рис. 4.14.Моделирование контакта эджерных валков с трубной заготовкойРис. 4.15.Износ поверхности валков эджерной клетиПроведена апробация модели непрерывной валковой формовки труб напримере реального процесса производства трубы ∅530мм в рамках ТЭСЦ-3 АО«Выксунскийметаллургическийзавод».Сопоставлениерезультатовмоделирования с реальным поведение металла в формовочном стане ТЭСА 203530.
Согласно проведенному анализу[56, 58, 63] были выявлены причинывозникновения дефектов и повышенного износа валкового инструмента.Причиной возникновения брака является отсутствие полного контакта трубной80заготовки с валковым инструментом, что приводит к повышенному износувалков и удорожанию процесса производства (т.к. стоимость комплекта валковсоставляет не менее 50 млн.
рублей).4.2.Исследование процесса формообразования в стане NAKATA FFXТЭСЦ3 АО «Выксунский металлургический завод»До настоящего времени станы с элементами гибкой формовки, такназываемойтехнологией«CageForming»,вотечественнойтрубнойпромышленности не использовались. Это объясняет отсутствие теоретической ирасчетной базы.Поэтому для нового формовочного оборудования японской фирмы NAKATAАО «Выксунский металлургический завод» были проведены исследования поадаптации математической модели к данному типу оборудования.
Особенностьюстана является наличие участка с уникальной технологией гибкой формовкиFFX, описание которой было приведено в главе 1. Схема формовочного станапредставлена на Рис. 4.16.Рис. 4.16.Компоновка формовочного стана 203-530 NAKATAFFX АО «ВМЗ»Отличительной особенностью данного оборудования – является сочетаниетехнологии FFX c клетями закрытого типа традиционной конструкции[18, 64].4.2.1. Исходные данныеЗадачей[18] моделирования процесса формовки являлся выбор положениявалкового инструмента в зоне гибкой формовки, а также калибровка валков81формовочного стана, которая должна быть определена исходя из анализаповедения материала для получения трубной заготовки диаметром 530 мм итолщиной стенки 6 мм из марки стали класса прочности К52 (Сталь 13ХФА:предел прочности – 517,4 МПа; предел текучести – 417,9 МПа; относительноеудлинение – 31,1 %) для заданного маршрута формообразования. Согласнорекомендациямпроизводителяяпонскогооборудования,былвыбранследующий маршрут калибровки валкового инструмента (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
