Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время, разрезка горячего металлопроката фрикционными дисками является неотъемлемой частью на металлургических и трубопрокатных предприятиях России и за рубежом. Основное достоинство данного метода резки это технологическая простота, дешевизна и высокая производительность реза.
Важнейшими показателями эффективности процесса горячего разделения трубы является качество торца после реза, а также стойкость пильного диска.
Несмотря на применение в трубном производстве импортных пил, изготовленных из высококачественных сплавов, стойкость пильных дисков, а вместе с тем и качество получаемого торца трубы, являются узким местом в процессе термофрикционного резания, а значит, исследование и усовершенствование термофрикционной резки трубы является актуальной задачей, особенно в условиях современного автоматизированного производства.
Целью работы является повышение эффективности термофрикционной резки труб путем изменения геометрических параметров элементов резания.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Исследовать текущий процесс термофрикционной разрезки горячего трубопроката, а именно - выявить характер протекания процесса резания и образования заусенцев, выявить характер износа классических пил горячего резания.
Создать математические модели, описывающие исследуемые процессы.
На основе полученных данных создать математическую модель для определения геометрических параметров зубьев пилы, обеспечивающих выполнения требований по качеству торца и стойкости инструмента.
На основе выполненных расчетов изготовить пилу горячего реза с новой геометрией режущей части и провести промышленные испытания на линии прессования труб 2000 тонн ТПЦ-2 ОАО «ВТЗ».
Объект исследования - технологический процесс фрикционной разрезки горячего трубопроката дисковыми пилами с зубьями.
Методика исследований. Теоретические исследования и разработка математических моделей процесса фрикционного резания горячего трубопроката базируется на основных положениях теории резания, теории пластического деформирования материалов, теории сопротивления материалов.
Экспериментальное исследование проводилось на ОАО «Волжский Трубный Завод» на современной технологической базе в условиях автоматизированного производства цеха ТПЦ-2 пресса 2000. Металлографические исследования проводились на растровом микроскопе TESLA BS300, оптическом микроскопе NEOPHOT-21. Исследование динамики процесса резки трубопроката проводилось с помощью скоростной видеокамеры VS-FAST. Обработка полученных данных проводилась с помощью современной вычислительной техники. Проведено компьютерное моделирование с применением пакета прикладных программ SolidWorks и CosmosWorks для исследования напряженно-деформационного состояния зуба пилы, а также с созданной программы расчета температурного поля заготовки и зуба пилы.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается корректностью применения математического аппарата анализа принятых допущений, применяемых при разработке моделей, сравнением с результатами экспериментальных исследований.
Научная новизна:
Впервые установлено избыточное выделение тепла по задней поверхности зуба пилы, получено уравнение теплового баланса процесса термофрикционной разрезки горячей трубы, позволяющее определить величину расплавленного слоя металла в процессе термофрикционной разрезки заготовки.
Впервые выявлен характер образования заусенцев на торце горячей трубы в процессе термофрикционной разрезки. Получена зависимость образования заусенцев для классической пилы, позволяющая рассчитать размеры заусенцев на торце трубы.
Предложена новая схема резания горячих труб, позволяющая управлять количеством выделяемого тепла по задней поверхности зуба пилы и
компенсировать недостаток жесткости технологической системы. 4. Выявлен механизм износа классической фрикционной пилы с зубьями и пилы с новой геометрией. Установлено, что пластическая деформация зуба классической пилы является следствием значительного теплового и силового нагружения зубьев пилы по задней поверхности. Установлен диффузионный характер износа пилы с новой геометрией. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитывать износ пилы с новой геометрией.
Практическая ценность:
Применение пил с новой геометрией режущей части позволит:
Исключить закрытие внутреннего отверстия трубы заусенцем, который существенно усложняет дальнейшую технологическую обработку труб.
Минимизировать нижний заусенец на торце трубы, для его удаления на фасонной операции, что позволит уменьшить расходный коэффициент на металл за счет сохранения заднего конца трубы.
Исключить технологическую операцию по удалению заднего, дефектного конца трубы из процесса прессования трубы на линии пресс 2000 ТПЦ-2 ОАО «ВТЗ».
Увеличить стойкость пильного диска до 6-10 раз в сравнении с пилами классической геометрии, в зависимости от разрезаемого материала, сократить требуемое количество новых пил в год, сократить простои оборудования связанные с обслуживанием пильных дисков и гальванических ванн.
Созданные математические модели позволяют в зависимости от входных параметров процесса резания получать выходные параметры термофрикционной пилы, что позволяет применять пилы с новой геометрией на любом производстве.
На защиту выносится:
математическая модель для расчета теплового баланса процесса фрикционной разрезки горячего трубопроката дисковой пилой с зубьями;
математическая модель образования заусенцев для классической пилы, позволяющая рассчитывать размеры заусенцев на торце трубы;
новая схема резания горячих труб, позволяющая управлять количеством выделяемого тепла по задней поверхности зуба пилы и компенсировать недостаток жесткости технологической системы;
математическая модель, позволяющая рассчитывать геометрические параметры зубьев пилы в зависимости от входных параметров процесса резания;
математическая модель, позволяющая рассчитывать износ пилы с новой геометрией.
Реализация результатов работы. Теоретическая часть работы выполнялась в лаборатории «Технология машиностроения» ВолгГТУ. На основе теоретико-экспериментальных исследований получена пила с новой геометрией, которая была испытана на ОАО «Волжский Трубный Завод», г. Волжский.
Апробация и публикация работы. Основные результаты работы доложены на научных конференциях Волгоградского государственного технического университета в 2006 - 2007 годах, на международной конференции «ТРУБЫ-2009» в г. Челябинск.
По теме диссертации опубликовано 7 работ из них 3 из списка ВАК, в том числе 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, списка литературы и приложений, включает 176 страниц машинописного текста.
