Повышение эффективности производства сварных труб на основе теории непрерывного формоизменения и создания способов и устройств компактных станов ТЭСА Самусев, Сергей Владимирович

Введение к работе

Актуальность работы. Дальнейшее развитие промышленности, экономии всех видов ресурсов и рациональное использование производственного потенциала предъявляет высокие требования к. техническому уровню трубного производства и, в частности, к производству сварных труб, профилей и кабельных оболочек. Это обусловлено заказами на сварные трубы и профили из углеродистых и легированных марок сталей и цветных металлов, растущими потребностями нефтегазового комплекса, энергетического, сельскохозяйственного^химиче-ского и нефтяного машиностроения, автомобилестроения, судостроения, геологоразведки, автотракторной, электротехнической и; других отраслей промышленности.

Одна из главных проблем производства электросварных труб, заключается в разработке сбалансированных способов и процесса получения сварных труб, профилей и кабельных оболочек на основе исследования взаимодействия инструмента и трубной заготовки в линиях станов ТЭСА (трубоапектросварочных агрегатов).

Это потребовало таких технических разработок в трубной промышленности, которые смогли бы с минимальными вложениями существенно интенсифицировать работу существующего оборудования на базе новых компоновок ТЭСА и обеспечить эффективное производство.

Цель и задачи работы. Повышение эффективности производства сварных труб, создание новых способов производства и,компоновок станов ТЭСА, конструкций узлов на основе развития теории непрерывного формоизменения.

Анализ состояния и тенденций развития процессов производства прямошовных сварных труб малого и среднего диаметра, профилей и кабельных оболочек, технического уровня действующих станов ТЭСА и поставленная в работе цель позволили сформулировать следующие основные задачи диссертации:

1. Усовершенствовать методику определения напряженно-
деформированного состояния трубной заготовки для исследований,
расчетов и оценки геометрических параметров очагов деформации.
Определить и проанализировать совокупность факторов, характери
зующих валковый очаг деформации и влияющих на качество труб при
непрерывной формовке;

1. Определить критврий оценки проектирования технологического инструмента и алгоритм изменения калибровки и параметров калибров. Разработать методики расчета геометрических и технологических параметров в деформирующих сечениях цилиндрического и конического очагоз сворачивания;

2. Просвети экспериментальные исследования процессов формоизменения прямошозкых сверных труб, профилей и кабельных обо-

лочек. Разработать принципы управления энергосиловыми параметрами непрерывных процессов производства сварных труб и профилей на основе изменения геометрии инструмента, кинематических параметров деформирующего оборудования, определяющих взаимодействие инструмента и заготовки;

4. Создать рациональные способы диагностики, настройки и непрерывного формоизменения на основе методики расчета деформационных режимов, энергосиловых параметров и геометрии инструмента, обеспечивающих повышение эффективности производства в результате снижения дефектов сварных труб, повышения производительности агрегата и создания компактных станов ТЭСА;

5. Разработать деформирующие устройства, реализующие настройку инструмента на заданные параметры формоизменения для обеспечения эффективного производства сварных труб в формовочных, редукционно-калибровочных и профилировочных станах ТЭСА;

6. Разработать и внедрить в промышленных условиях эффективные технические решения для производства сварных труб, профилей и кабельных оболочек для валкового, валково-роликового и тракового инструмента на станах ТЭСА различных компоновок.

Научная новизна. Созданы научные основы и проведено теоретическое обобщение основных положений технологии производства прямошовных сварных труб, профилей и кабельных оболочек, разработан комплекс технических решений.

1. Усовершенствована методика исследования напряженно-
деформированного состояния заготовки, формоизменяемой по много
радиусным схемам сворачивания, позволяющая установить влияние
геометрических факторов на параметры формоизменения и разрабо
тать рекомендации по определению рациональных очагов деформа
ции;

2. Предложены критерии оценки параметров очага деформации и
технологического инструмента и аналитическое прогнозирование
влияния калибровки профиля и конструкции калибров на качество
сварных труб;

3. Разработана методика расчета энергосиловых параметров процесса формоизменения и обоснованы принципы управления энергосиловыми параметрами непрерывного формоизменения заготовки на основе ее взаимодействия с инструментом;

4. Разработана методика экспериментальных исследований силовых, деформационных, геометрических и кинематических параметров процесса формоизменения, позволившая уточнить разработанные методы расчета и принципы управления параметрами процесса;

5. Предложены методика и алгоритмические процедуры расчета рациональных технологических параметров в деформирующих сечениях цилиндрического и естественного конусного очагов сворачива-

ния, позволяющие составить таблицы настройки для традиционного и специального технологического инструмента;

6. Разработана методика реконструкции и модернизации формо_ГЛ вочных станов ТЭСА, основанная на новых способах производствами-создании деформирующих устройств компактных станов;

7. Получены подтвержденные в промышленных условиях новые._г технические решения для способов формовки валковым, валково-, роликовым и комбинированным инструментом и компоновки оборудования станов ТЭСА для производства сварных труб широкого размерно-марочного сортамента.

Основные разработки диссертации являются новыми, на них получены авторские свидетельства СССР на изобретения и патенты РФ.

Практическая ценность. Научные разработки и технические решения диссертации направлены на создание и развитие различных способов и оборудования производства сварных труб (до 530 мм), профилей и кабельных оболочек высокого качества, отвечающих требованиям отечественных и международных стандартов.

Созданные режимы, технологический инструмент валкового, зал-
ково-роликового и комбинированного типов и оборудование рабочих
клетей агрегатов для производства сварных полых изделий широкого
сортамента обеспечили повышение эффективности производства за
счет снижения расходных коэффициентов металла, устранения де
фектов формоизменения и поверхностных дефектов, а также повы
шения точности геометрических размеров этих изделий и производи
тельности агрегата. ,

Результаты исследований изложены в учебном пособии для Вузов «Машины и агрегаты трубного производства» (46,8 п.л.), алгоритмах и программах расчетов на ЭВМ, которые применяются в учебном процессе МИСиС, ЭФ МИСиС.

Совместно с рядом заводов, проектных и научно-исследовательских институтов разработаны и внедрены технологии производства сварных труб, профилей и кабельных оболочек для валкового, валково-роликового и тракового инструмента для различных станов ТЭСА, а также оборудование деформирующих рабочих клетей, укомплектованных универсальным технологическим инструментом и работающих в широком диапазоне кинематических параметров. Результаты этих разработок позволили обосновать принципы модернизации и реконструкции действующих станов ТЭСА и предложить но- -вые компоновки станов для вновь проектируемых агрегатов для производства сварных полых изделий широкого сортамента из различных марок сталей. Это позволило на различных заводах провести модернизации и реконструкции ряда станов, что обеспечило значительный технический и экономический эффект.

Реализация результатов работы в промышленности. Основные выводы теоретических и экспериментальных исследований, методы расчета геометрических и технологических параметров, калибровки и настройки инструмента и управления энергосиловыми параметрами непрерывных процессов производства сварных профилей позволили выбрать технологический процесс, режимы и оборудование, обеспечивающие необходимый уровень качества сварных изделий, предложить новые более компактные компоновки оборудования, позволяющие повысить для ряда производств скорость процесса на 20-50%, качество продукции на 10-15% и производительность на 20-30%.

Разработанные способы, технологические режимы, инструмент и оборудование позволяют получать:

сварные прямошовные трубы диаметром до 530 мм и соотношением диаметра к толщине стенки в пределах 25

сварные профили на профилировочных станах агрегатов: ТЭСА «10-38»; ТЭСА «10-60»; ТЭСА «20-76». Профили высокой точности по ТУ 14152-30-95, DIN2395-81,1.0301/1.1021, 1.1151,1.0338, 1.0337.

- сварные кабели в алюминиевой оболочке размерами: 11,6x0,9 мм, 18x1 мм, 24x1,3 мм; ТЭСА АК «10-35» и ТЭСА АК «10-40».

Результаты диссертационной работы внедрены в производство, в частности, в условиях:

ОАО МТЗ «ФИЛИТ». Реконструкции формовочных станов ТЭСА «19-102» и «20-76» Московского трубного завода, выполненные на базе разработанной методики, позволили существенно сократить длину формовочного стана, количество рабочих клетей и парк сменного технологического инструмента. Высвобожденные формовочные клети позволили наладить качественную подготовку и проведение планово-предупредительных ремонтов, что сократило простои стана по причинам механических повреждений и износов. Сокращение парка формовочного инструмента позволило существенным образом сократить время на технологические перестройки стана при переходе с размера на размер ( > 15%) и снизить затраты на дорогостоящий сменный инструмент. Комплекс таких технических мероприятий позволил улучшить качество выпускаемых сварных труб за счет устранения дефекта гофрообразования и смещения кромок трубной заготовки перед сваркой и увеличить выход годного на 7-10%.

Модернизация 2-х станов ТЭСА АДС «10-60» позволила существе* но повысить скорость производства на 15-30% за счет снижения распр; жинивания кромок заготовки и повышения выхода годного из коррозио*

но-стойких марок сталей на 10-12% - за счет устранения смещения кромок и продольных трещин в сварном соединении.

Нижнеднепровского трубопрокатного завода АО «НДТЗ». Модернизация 2-х формовочных станов ТЭСА 10-60 позволила исключить на ряде типоразмеров труб такие дефекты как гофры, «крышу» и смещение кромок трубной заготовки и повысить выход годного на 10-12 % за счеі управления энергосиловыми параметрами рабочих клетей и внедрения способов формовки труб с депланацией в очаге деформации.

ОАО «Институт Цветметобработка». Реконструкция ТЭСА АДС1 «10-60» Кольчугинского завода ОЦМ позволила внедрить новый спосоЄ формовки труб по коническому очагу сворачивания за счет изготовления и специальной настройки новых рабочих клетей с широким диапазонов пространственной установки валкового инструмента. Такая технологическая оснастка и оборудование позволили создать новые виды контактны> очагов деформации, что привело к новой, более оптимальной компоновке всего агрегата и повышению качества труб.

ОАО «ВНИИКП». Модернизация формовочных и редукционно-калибровочных станов ТЭСА АК «10-35» и «10-40» завода ОАО «Моска-бель»; ТЭСА АК «10-35» и «10-40» Самарской кабельной компании ТЭСА АК «10-35» завода «Южкабель» (г.Харьков); ТЭСА «10-40» Кировского завода ОЦМ (г. Киров) позволила существенно повысить качестве кабельной оболочки, исключив возникновение дефектов гофрообразова-ния и смещения кромок, повысить скорость процесса (скорость редуцирования) на 55-60%, производительность ТЭСА АК на 40-45%.

АО «ЭЗТМ». Теоретические и конструкторско-технологические разработки диссертации использовались при создании современной техноло гии и оборудования для производства сварных труб, профилей и кабель ных оболочек, в частности при проектировании, изготовлении и пуске ТЭСА «20-76» завода «Электросталь» и ТЭСА «20-76» Одесского метал лургического завода, Могилевского и Безмеинского металлургически) заводов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и конгрессах:

1. Всесоюзной конференции «Теоретические проблемы прокатного производства», г. Днепропетровск, t988r.

2. Всесоюзной конференции «Проблемы прокатного производства», г. Днепропетровск, 1990г.

3. Всероссийской научно-технической конференции « Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов давлением », г. Пермь, 1990г.

4. 11 Всесоюзной научно-технической конференции «Применение токов высокой частоты в электротермии», г. Ленинград, 1991г.

5. Всесоюзной конференции «Повышение технического уровня производства и улучшения качества труб нефтяного сортамента и газопроводных труб», г.Днепропетровск, 1995г.

6. 3-ем Конгрессе прокатчиков, г. Липецк, 1999г..

7. ПО «Электростальтяжмаш», г. Электросталь, 1978г.

8. На металлургической секции кабельной промышленности ОАО «ВНИИКП», 1999г.

9. На научном семинаре кафедры МТ-10, МГТУ им. Баумана,
1999г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в учебнике, 24 статьях, 37 авторских свидетельствах и патентах.

Структура диссертации: диссертация состоит из введения, 7 глав и выводов, включающих 377 страниц машинописного текста, 78 рисунков, 41 таблицу, библиографический список из 114 наименований источников отечественных и зарубежных авторов и приложения.