Введение к работе
Актуальность. Современные тенденции развития металлургии заключаются в гибком удовлетворении спроса на металлопродукцию и разработке рациональных энерго- и металлосберегающих технологий, в том числе и производства холоднодеформированных труб. Особенно актуальны вопросы повышения точности труб, так как они напрямую связаны с экономией дорогостоящих металлов и сплавов (в случае производства труб специального назначения), а также вопросы эксплуатационной надежности труб как заготовок для деталей машин, работающих в экстремальных условиях. Ввиду сложности процессов пластической деформации труб, часто прибегают к дорогостоящим экспериментальным исследованиям точности труб, определения показателей напряженно-деформированного состояния и энергосиловых параметров деформирования. Несмотря на несомненные успехи специалистов в области физического моделирования, эксперимент не всегда позволяет охватить и описать всю полноту процессов пластического деформирования труб. Поэтому актуальна разработка и углубление известных в теории обработки металлов давлением теоретических методов, в частности, аппарата механики деформируемого твердого тела. В данной работе развивается применение вариационных методов теории обработки металлов давлением для аналитического описания показателей точности и поврежденное труб в процессах холодной пластической деформации.
Работа выполнялась в рамках государственной научно-технической программы «Новые ресурсосберегающие и экологически чистые металлургические технологии», государственной федеральной программы «Интеграция» с институтом Машиноведения УрО РАН (г. Екатеринбург), а также по договорам с промышленными предприятиями ОАО «Ревдинский завод по обработке цветных металлов» (РЗОЦМ), ОАО «Синарский трубный завод» (СинТЗ, г. Каменск-Уральский), ОАО «Первоуральской Новотрубный завод» (ГШТЗ, г. Первоуральск).
ЧР5&1
(
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ
БИБЛИОТЕКА
С»
« OS
Пели и задачи работы. Дальнейшее развитие вариационных принципов механики деформируемого твердого тела для прогнозирования показателей точности и деформируемости труб, в частности, поперечной разностенности; на базе теоретических исследований создать новые способы производства труб повышенной точности; разработать и внедрить в производство пакеты прикладных программ для технологического обеспечения холодной периодической прокатки труб.
Для достижения этих целей необходимо решить следующие задачи:
-
С использованием вариационных принципов теории ОМД разработать комплекс математических моделей и алгоритмов для прогнозирования показателей точности труб, реализовать эти алгоритмы на ПЭВМ.
-
Провести математическое моделирование изменения показателей точности и деформируемости труб и предложить рациональные режимы обжатий, позволяющие получать трубы повышенной точности.
-
На базе математических моделей предложить и внедрить новые способы деформации труб, обеспечивающих существенное повышение точности и деформируемости.
-
На базе математических моделей разработать и внедрить пакеты прикладных программ по поддержке технологических расчетов калибровок инструмента станов холодной периодической прокатки труб, а также параметров настройки шлифовальных станков для изготовления технологического инструмента.
Научная новизна. Создана теоретическая база для разработки новых способов повышения точности труб в виде математических моделей изменения показателей точности при холодной деформации труб на базе вариационных методов теории ОМД. С помощью математических моделей изучены закономерности изменения показателей разностенности предварительно спрофилированных труб, предложены режимы деформации и профилировки для существенного снижения разностенности. Предложены, защищены авторскими свидетельствами и внедрены в производство новые способы прокатки и волочения труб с целью повышения их точности и
деформируемости. Разработаны усовершенствованные алгоритмы расчета показателей напряженно-деформированного состояния, энергосиловых параметров и поврежденности труб при холодной периодической прокатке. С помощью предложенных алгоритмов и программ для ЭВМ изучены особенности накопления поврежденности в процессах холодной прокатки с различными режимами и калибровками инструмента, в том числе на станах ХПТ-тандем. Предложена усовершенствованная калибровка стана ХПТ, обеспечивающая минимальную поврежденность и высокую точность труб. Разработаны основы теории периодического волочения труб.
Достоверность. Научные результаты и выводы получены на основе теоретических исследований, выполненных с учетом фундаментальных положений теории обработки металлов давлением, механики сплошных сред и функционального анализа. Они не противоречат существующей и полученной автором экспериментальной информации. Опробование в промышленных условиях новых способов изготовления труб, разработанных на основе теоретических исследований, подтвердило их работоспособность и эффективность с точки зрения улучшения качества труб и экономии дорогостоящего металла.
Практическая ценность. В результате решения поставленной научной проблемы разработаны и внедрены в производство новые способы изготовления труб, позволяющие повысить их качество, а также методики теоретического и экспериментального анализа процессов холодной периодической прокатки труб.
Оформлены в виде пакета прикладных программ и методического руководства к нему:
обобщенная методика расчета калибровок инструмента, показателей напряженно-деформированного состояния, энергосиловых параметров и поврежденности металла при прокатке на станах периодического действия;
методика расчета калибровки инструмента стана ХПТ-тандем с разделением конусов деформации под обжимной и калибрующей парами валков;
усовершенствованная методика расчета профилей-копиров и сменных кулаков шлифовальных станков для шлифовки калибров станов
хпт.
Разработаны математические модели, алгоритмы и программы прогнозирования показателей разностенности при деформации труб на базе вариационных методов механики деформируемого твердого тела.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее результаты докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Молодые ученые и специалисты черной металлургии Урала-научно-техническому прогрессу» (Свердловск, 1984); Всесоюзном семинаре «Оптико-геометрические методы исследований деформаций и напряжений» (Челябинск, 1986); на Всесоюзной научно-технической конференции «Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов давлением» (Пермь, 1987); на IV Всесоюзной научно-технической конференции «Теоретические проблемы прокатного производства» (Днепропетровск, 1988); на Всесоюзной научно-технической конференции «Новые технологические процессы прокатки как средство интенсификации производства и повышения качества продукции» (Челябинск, 1989); на Всесоюзном отраслевом совещании «Проблемы развития технологии и прогрессивного оборудования для производства стальных чугунных труб и баллонов» (Днепропетровск, 1990); на Всесоюзной научно-технической конференции «Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов давлением» (Пермь, 1990); на региональной научно-технической конференции «Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов» (Екатеринбург, 1995); на V Международной студенческой школе-семинаре «Новые информационные технологии» (получен диплом) (Украина, Судак, 1997); at the International
Seminar "Software For Engineering Calculations And Design of Metal Forming Processes Technology" (Ekaterinburg, 1998); на Ш Конгрессе прокатчиков (Липецк, 1999); на I Международной конференции «Металлургия и образование» (Екатеринбург, 2000); на Международной конференции «Павловские чтения» (Москва, 2000); на Международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2000); на Международной конференции, посвящ. памяти С.ЛКоцаря «Теория и практика производства проката» (Липецк, 2001), на VIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Пермь, 2001), на Всероссийской научно-методической конференции «Новые образовательные технологии в ВУЗе» (Екатеринбург, 2001), на IV Конгрессе прокатчиков (Магнитогорск, 2001), на V Конгрессе прокатчиков (Череповец, 2003); на Российской конференции «Трубы России-2004» (Екатеринбург, 2004); на Международной научно-технической конференции «Теория и технология процессов пластической деформации - 2004» (Москва, 2004); at the 7-th International Scientific and Technical Conference «The Plastic Deformation of Metals» (Ukraine, Dnipropetrovsk, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 65 работ, в том числе монография, 4 методических разработки, 4 авторских свидетельства на изобретения и 1 патент, 40 статей в центральных журналах и сборниках научных трудов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 242 наименований, 17 приложений, содержит 340 страниц машинописного текста, 108 рисунков и 25 таблиц.
