автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование и совершенствование непрерывной валковой формовки при производстве электросварных прямошовных труб

На правах рукописи

КОЛОБОВ Александр Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОЙ ВАЛКОВОЙ ФОРМОВКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ

Специальность 05.16.05 - "Обработка металлов давлением"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на ОАО «Северсталь».

Научный руководитель: кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Юсупов Владимир Сабитович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Самусев Сергей Владимирович

кандидат технических наук, доцент Дмитриев Виктор Дмитриевич

Ведущее предприятие: ОАО «Московский трубный завод ФИЛИТ»

Защита диссертации состоится 18 мая 2005 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.060.02 в Институте металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова Российской академии наук по адресу: 117334, Москва, Ленинский пр., 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова Российской академии наук.

Автореферат разослан «_» марта 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Шелест А.Е

~1¥Ж

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Во всем мире электросварные трубы малого и среднего диаметров нашли применение в машиностроении, в гидросистемах низкого и высокого давления, а также как конструкционные. Объем производства и потребления труб постоянно растет. Поэтому весьма актуальной задачей является улучшение качества сварных труб, совершенствование технологии производства и повышение эффективности процесса валковой формовки и сварки.

Вопросам теории формовки и технологии производства электросварных прямошовных труб посвящены работы известных ученых П.Т. Емельяненко, Б.Д. Жуковского, Л.И. Зильберштейна, А.П. Чекмарева, Я.П. Осадчего, Е.М. Кричевского, В.А. Рымова, П.И. Полухина, Ю.М. Матвеева, Я.Л. Ваткина, Ю.Я. Ваткина, В.Я. Осадчего, В.Н. Данченко, А.П. Коликова, C.B. Самусева, Ю.Ф. Шевакина и других.

В настоящее время продолжает расширяться сортамент электросварных прямошовных труб, изготавливаемых на непрерывных трубных агрегатах. При этом постоянно повышаются требования к готовой продукции, особенно к надежности сварного соединения. Технологический инструмент трубоформовочных станов призван обеспечить устойчивость полосы и качество сварного шва. Учет роста скоростей сварки привел к необходимости совершенствования технологии формовки и геометрии применяемого валкового инструмента. Поэтому возрастает роль теоретических и экспериментальных исследований, направленных на создание оптимальных методов расчета основных параметров процесса валковой формовки полосы при производстве электросварных труб.

Цель работы состоит в разработке эффективной методики расчета калибровки валков для формовки труб, обеспечивающей повышение качества сварного соединения электросварных труб, снижение производственных затрат

и времени на настройку трубоформовочного стана, повышение производительности трубоэлектросварочного агрегата.

Для достижения указанной цели в работе решены следующие задачи:

- проведено исследование продольных деформаций полосы при формовке и сварке трубной заготовки на действующих трубоэлектросварочных агрегатах;

- определены режимы деформации трубной заготовки в линии трубоэлектросварочного агрегата, обеспечивающие максимальную прочность сварного соединения, снижение гофрообразования и смещения кромок при формовке;

- разработана методика расчета калибровки валков для формовки труб, учитывающая заданный режим распределения деформации трубной заготовки;

- на основе предложенной методики создана автоматизированная система расчета калибровки валков и построения чертежей рабочих валков.

Научная новизна.

1. Получено статистически значимое регрессионное уравнение, позволяющее определять в зависимости от типа размера трубы величину продольной деформации трубной заготовки в процессе ее редуцирования в закрытых формовочных калибрах для обеспечения максимальных значений качественных характеристик сварного шва.

2. Проведен теоретический анализ процесса редуцирования в закрытых калибрах, на основе которого получено выражение для определения коэффициента вытяжки трубной заготовки при условии постоянства толщины стенки в процессе формовки.

3. Предложена новая формула расчета ширины исходной полосы для производства электросварных прямошовных труб, учитывающая продольные деформации полосы в процессе формовки.

4. Разработана новая методика расчета калибровки валков трубоэлектросварочных агрегатов на основе заданного распределения обжатий трубной заготовки по клетям трубоэлектросварочного агрегата (ТЭСА). Методика позволяет рассчитывать все геометрические размеры открытых и закрытых калибров формовочных клетей, а также сварочной и калибровочных клетей.

Практическая ценность. Предложены и внедрены новые конструкции формовочных калибров, защищенные патентами РФ.

Разработанная в диссертации новая методика расчета калибровки валкового инструмента применяется в цехе гнутых профилей ОАО «Северсталь» при проектировании технологического инструмента для производства электросварных прямошовных труб.

На основе предложенной методики создана автоматизированная система расчета и графического построения калибров рабочих валков, интегрированная в систему автоматизированного рабочего места (АРМ) конструктора валковой оснастки на базе системы автоматизированного проектирования AutoCAD 14, что позволяет существенно сократить время и расходы на проектирование калибровок валков и повысить надежность и качество выполнения расчетов технологического инструмента.

Реализация и внедрение результатов работы:

1. Новая методика и автоматизированная система для расчета калибровок валков внедрены в цехе гнутых профилей ОАО «Северсталь» на ТЭСА «19-50», «50-76», «25-60», «10-25», «10-38», «12-63» и ПГА 2-8x100-600.

2. Внедрена новая конструкция первой формовочной клети с открытым калибром на ПГА 2-8x100-600 для формовки труб при двухрадиусной схеме сворачивания и новая конструкция последней формовочной клети с разрезной шайбой с овальным калибром на ТЭСА «19-50» и «50-76».

3. Новые режимы деформации трубной заготовки и их распределение по клетям формовочного стана используется при проектировании

калибровок на ТЭСА «19-50», «50-76», «25-60», «10-25», «10-38», «12-63»

и ПГА 2-8x100-600 для всех типов размеров производимых на них труб.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: научно-технической конференции «Северсталь - пути к совершенствованию» (Череповец, 2003); V конгрессе прокатчиков (Череповец,

2003); Международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию научной школы МИСиС по обработке металлов давлением (Москва,

2004).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 6 научных работах и 3 патентах Российской федерации.

Достоверность результатов и сделанных на их основе выводов обеспечивается применением методов теоретического анализа процессов формоизменения металлов при их деформации, результатами внедрения усовершенствованной технологии на промышленных агрегатах при производстве товарной продукции, а также использованием пакетов современных программ для персональных компьютеров (AutoCAD 14, AutoLisp, Delphi).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, библиографического списка, включающего 114 наименований и 6 приложений. Объем работы составляет 172 страницы, 44 рисунка, 19 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель, задачи исследований, раскрыта научная новизна результатов и практическая значимость, представлена структура диссертации.

В первой главе рассмотрены современные схемы непрерывной валковой формовки трубной заготовки в линии ТЭСА. Приведены основные принципы расчета калибровок валков для производства электросварных прямошовных труб. Описаны различные подходы к выбору радиусов сворачивания трубной заготовки в формовочных, сварочной и калибровочных клетях трубного стана. Рассмотрены основные методики расчета ширины исходной заготовки.

В главе рассмотрено исследование и анализ деформированного состояния полосы в процессе формовки, впервые предложенные Г.Я. Гуном и развитые В.А. Рымовым. Показано, что основное влияние на качество электросварных прямошовных труб и наличие дефектов формовки (гофробразование, смещение и «крыша» кромок) оказывает величина продольной деформации трубной заготовки в очаге формовки. Эффективное управление величиной и характером продольных деформаций достигается за счет реализации процесса холодного редуцирования трубной заготовки в закрытых формовочных калибрах с разрезной шайбой.

Установлено, что в литературных источниках отсутствуют четкие положения и рекомендации по расчету калибровки валков с учетом распределения величины деформации трубной заготовки при ее редуцировании в процессе непрерывной валковой формовки труб малого и среднего диаметров. В используемых на практике методиках расчета калибровок валкового инструмента холодное редуцирование осуществляется за счет опосредованного закладывания припусков на ширину исходной заготовки. На основе анализа сделан вывод об отсутствии эффективной методики расчета калибровки валков, основанной на связи величины холодного редуцирования с шириной исходной полосы, изменениями периметров трубной заготовки и радиусами гиба трубной заготовки в формовочных клетях ТЭСА.

Исходя из этого, основными задачами данной работы являются:

1. Изучение фактических величин вытяжек трубной заготовки по клетям ТЭСА в процессе непрерывной формовки электросварных прямошовных труб.

2. Выявление рациональных режимов деформации трубной заготовки в закрытых формовочных и сварочном калибрах, обеспечивающих наилучшее качество сварного соединения.

3. Разработка методики, алгоритмов и автоматизированной системы расчета калибровки валков на основе учета заданного режима распределения деформаций трубной заготовки по клетям трубоэлектросварочного агрегата.

Вторая глава посвящена описанию методики исследования продольных деформаций трубной заготовки в формовочных клетях с открытыми и закрытыми калибрами, в сварочном калибре. Определены характеристики сварного шва, отражающие качество трубы при различных режимах деформации в процессе формовки трубной заготовки, такие как величина максимальной раздачи трубы, результаты испытания на сплющивание до соприкосновения стенок трубы, величина выхода годного.

Третья глава посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию влияния вытяжек формуемой трубной заготовки в клетях ТЭСА на качество готовой трубы.

В разделе 3.1 представлены результаты исследования фактических вытяжек трубной заготовки по клетям действующего ТЭСА. Анализ экспериментальных данных показал, что вытяжки, применяемые в сварочной клети и формовочных клетях с закрытыми калибрами на ТЭСА «19-50» ОАО «Северсталь», носят случайный характер в зависимости от диаметра готовой трубы, номера клети, т.е. заранее не установлены на этапе расчета калибровки и целенаправленно не устанавливаются вальцовщиком на стане. В целом ряде профилеразмеров вытяжка в отдельных закрытых калибрах и сварочной клети отсутствует.

Приведенные в разделе 3.2 результаты исследования влияния на качество труб вытяжки в сварочной клети после оптимальной настройки

положения индуктора при неизменных токовых и скоростных параметрах сварки, показывают, что зависимость имеет экстремум (рис.1). Эксперименты проводили на трубах 021.3x1.5, 063.5x2.5, 045x2.0, 0102x4 на ТЭСА «19-50», «50-76» и ПГА 2-8x100-600. Установлено, что наибольший выход годного достигается для указанного сортамента труб с отношением % = 10-40 в

диапазоне ц = 1.008-1.012. Найденные параметры получения бездефектной трубы за счет регулирования положения индуктора и вытяжки в сварочном калибре были признаны изобретением и на них получено решение о выдаче патента на изобретение.

0,00 0,50 1,00 1,50

Величина деформации в сварочном калибре, %

"+—21,3x1,5 -»-45x2 0 "^"63,5x2,5 -НЕ-102x4,0 |

Рис. 1. Влияние продольной деформации в сварочном калибре

Дальнейший анализ деформирования трубной заготовки в сварочном узле позволил автору сформулировать еще один оригинальный способ получения трубы, защищенный патентом РФ. Сущность нового способа поясняется схемой на рис.2 и состоит в следующем.

Для водогазопроводных труб, которые работают под давлением, большое значение имеет не только отсутствие дефектов шва, таких как непровары, но и собственно прочность шва, которая непосредственно связана с усилием прижатия кромок друг к другу в момент сварки в сварочной клети. Для того, чтобы исключить доформовку радиусов трубной заготовки в сварочном калибре и максимально увеличить усилие сжатия кромок при сохранении их

устойчивости, предложено осуществлять формовку трубной заготовки перед сварочной клетью в виде овального цилиндра, со щелью, малая ось сечения которого равна диаметру сварочной клети, а боковые части трубной заготовки, сопряженные между собой, сформованы радиусом, равным радиусу сварочного калибра. При этом задано соотношение большой и малой осей овальной цилиндрической заготовки, обеспечивающее устойчивость кромок в процессе сварки и правильную форму сваренной трубы. Кроме того, с увеличением поперечной жесткости уменьшается относительное смещение кромок в зоне сварки. Установлено, что в случае применения двухрадиусной схемы формовки с редуцированием полосы в закрытых калибрах наиболее предпочтительная величина овализации (отношение большой оси к малой) в последней формовочной клети составляет % = 1.02 -1.05.

Рис.2. Схема формовки трубной заготовки в последней формовочной и сварочной клетях: а - последняя по ходу формовки клеть с закрытым калибром; б - сварочная клеть

В разделе 3.3 приведены результаты экспериментального исследования влияния вытяжки трубной заготовки в закрытых калибрах с разрезной шайбой на качество сварного соединения труб малого и среднего диаметров. Эксперименты проводили на действующих трубоэлектросварочных агрегатах «19-50», «50-76» и профилегибочном агрегате 2-8x100-600 цеха гнутых профилей ОАО «Северсталь» на 15 типоразмерах труб. Для каждого типаразмера трубы было проведено исследование 20 режимов производства с различной величиной вытяжки заготовки при формовке.

В разделе 3.4 в результате обработки данных эксперимента, полученных в разделе 3.3., методом наименьших квадратов (МНК) получено статистически значимое регрессионного уравнение, позволяющее определять в зависимости от типа размера трубы величину продольной деформации трубной заготовки в процессе ее редуцирования в закрытых формовочных калибрах для обеспечения максимальных значений качественных характеристик сварного шва

е = 0.938 е-ооопр, (1)

где Е- величина продольной деформации трубной заготовки, отвечающая максимальным качественным параметрам трубы; Р - средний периметр готовой трубы.

Коэффициент множественной корреляции для полученного МНК-уравнения равен R =0.9825.

В разделе 3.5 проведен анализ полученной регрессионной зависимости (1). Изменение продольных деформаций в очаге гиба носит знакопеременный характер. На участке внеконтактной деформации (перед калибром) происходит резкое изменение угла гиба и кромка сначала продольно растягивается (£хх), а затем на участке контактной деформации (в калибре) продольно сжимается (—бя ). Оба этих процесса вызывают пластическую продольную деформацию, максимальное значение которой может превышать в несколько раз величину упругой деформации е„ > 0.2%.

Гофрообра ювание возможно на участке упругой разгрузки, в случае если полоса, выйдя из калибра (в котором она продольно сжимается), подойдет к этому участку, имея продольные деформации (растягивающие или сжимающие), превышающие упругие. Известно, что поперечные деформации при растяжении или сжатии пропорциональны продольной деформации (сужение в поперечном направлении вызывает удлинение в продольном).

Поэтому возникающие в калибре продольные сжимающие деформации ( —£хх) компенсируются (перераспределяются) в нем за счет продольных растягивающих деформаций (ехх), которые в свою очередь возникают благодаря сжатию трубной заготовки в поперечном направлении (-е^).

При осуществлении процесса редуцирования с величиной относительной

продольной деформации равной в0 (рис. 3) максимальная величина

продольной деформации в клети [е^] не превышает упругой за счет

выравнивания сжимающих продольных деформаций растягивающими, получаемыми в результате поперечного сжатия.

09 " 06

03

|£Г| 2М«и»очм формой**.»»

Рис.3. Изменение величины продольной деформации при различных режимах редуцирования трубной заготовки (а - зависимость рациональной деформации трубной заготовки при формовке в закрытых калибрах от размеров готовой трубы; б - изменение величины продольной деформации полосы вдоль очага валкового калибра)

--

____ л— ,,««171

1 ■ 1

р СЬеям*асртетртоСы.м1*

В случае приложения к трубной заготовке значительных поперечных сжимающих деформаций, имеем в результате продольные деформации растяжения е,, максимальная величина которых существенно превышает по величине упругие |е1та> | > 0.2%.

В случае реализации процесса редуцирования с относительной продольной деформацией £2> т.е. приложения к полосе поперечных деформаций сжатия, получаем значительные продольные деформации сжатия, максимальная величина которых по модулю также превышает упругие |е^|>0.2%.

Для последних двух случаев процесс формовки сопровождается гофрообразрованием на кромках трубной заготовки. Кроме того, чрезмерное поперечное сжатие трубной заготовки приводит к искривлению (смещению) кромок и подрезанию их торцов боковыми плоскостями разрезной шайбы.

В разделе 3.6 на основе теоретического анализа параметров редуцирования трубной заготовки в закрытых калибрах получено выражение для определения коэффициента вытяжки трубной заготовки при условии постоянства толщины стенки в процессе формовки в виде

где Р0 - периметр трубной заготовки до редуцирования; Р0 - периметр трубной

заготовки после редуцирования; в- толщина стенки трубы; - величина

коэффициента пластического натяжения в клети, при котором не происходит

изменения толщины стенки трубы (г^ =0.34-5-0.5); а = Р"и в = + ^■

л к

Под коэффициентом пластического натяжения г принято понимать отношение

продольных (осевых) растягивающих напряжений о, к сопротивлению деформации к, деформируемого в калибре металла

о,

kf

(3)

Зная ширину исходной заготовки для производства трубы (периметр трубной заготовки до редуцирования В,=Р0), можно найти ее периметр после редуцирования Рр, воспользовавшись уравнением (1), которое позволяет определять рациональную вытяжку трубной заготовки в закрытых калибрах

(4)

Р -Ь. > ц'

1

учитывая, что -. Подставляя Р0 и Р. в уравнение (2) находим

1-е

теоретическое значение коэффициента вытяжки для двух значений 0.34 и = 0.5, при котором утонение стенки в процессе редуцирования трубной заготовки отсутствует. Результаты расчета теоретических вытяжек представлены на рис. 4.

09 01 07 06

03

04 0.3

01

3

-<rJ

О 50 100 130 200 250 300 350 «Ю «50

Средний периметр трубы, мм

Рис.4. График изменения деформации трубной заготовки в процессе редуцирования в закрытых калибрах при условии постоянства толщины стенки трубы: 1- при =0.5; 2 - при 7гр = 0.34; 3 - предложенный рациональный режим деформации, обеспечивающий наилучшие качество сварного шва

Сопоставляя полученные теоретические кривые, показывающие область деформации трубной заготовки в закрытых калибрах без изменения толщины стенки (кривые 1,2), с кривой 3, построенной на основе предложенного в работе рационального режима деформации, необходимо отметить их качественное совпадение. Отсюда можно сделать вывод, что предложенные режимы редуцирования трубной заготовки в закрытых формовочных калибрах реализуются в зоне обжатий, отвечающих условию неизменности толщины стенки.

Четвертая глава посвящена разработке методики расчета калибровки валков. В основу расчета положена двухрадиусная схема формовки. В разделе 4.1. описана общая схема расчета, проведено разделение клетей ТЭСА на группы по видам калибров и их функциональному назначению.

В разделе 4.2 выполнен анализ расчета ширины исходной заготовки по формуле Б.Д. Жуковского

В„ =я(От-8)+ДВф+ДВс+ДВ,, (5)

где ДВф - уменьшение ширины заготовки в процессе формовки;

ДВСВ - уменьшение ширины заготовки в процессе сварки;

ДВЖ - припуск на обжатие при калибровке трубы.

Входящий в формулу (5) припуск на сварку ДВС1 (на образование сварочного грата) включает в себя количество металла, удаляемого в процессе горячей осадки свариваемых кромок во внутренний и наружный грат. На практике процесс 'высокочастотной сварки труб давлением с оплавлением всегда реализуется с редуцированием трубной заготовки в сварочной клети. Таким образом, м#ожно говорить о том, что часть припуска на изменение ширины исходной полосы в формовочных клетях ДВф должна бьггь задействована в сварочной клети для обеспечения необходимого усилия сжатия кромок и получения удовлетворительного качества сварного шва. Такая ситуация приводит к нестабильному режиму деформации трубной заготовки в процессе формовки, особенно в закрытых калибрах, появлению дефектов

формовки и снижению качественных характеристик сварного соединения. Для устранения вышеуказанных недостатков в диссертации предлагается ширину исходной заготовки определять с учетом заданного распределения деформации трубной заготовки в соответствующих группах клетей по формуле

®заг = яФо ~ )циФГ ца ц, + ДВИ, (6)

где Б,, - диаметр готовой трубы, мм; 80 - толщина стенки трубы, мм; ц1№1 - вытяжка трубной заготовки во второй формовочной группе клетей; цс, - вытяжка трубной заготовки в сварочной клети; ц,- вытяжка трубной заготовки в калибровочных клетях; ДВс<- припуск на оплавление кромок и образование грата.

Величина вытяжки трубной заготовки в формовочных калибрах с разрезной шайбой (вторая формовочная группа) цЦФГ определяется по предложенной зависимости (1). Численное значение рационального обжатия трубной заготовки по периметру в сварочной клети принимается в соответствии с установленным выше диапазоном значений: ц„ =1.008-1.012. В калибровочных клетях трубоэлектросварочных станов величина обжатия по диаметру принимается обычно равной ц. = 1.007 -1.013.

В разделе 4.3 приведен расчет калибровочных валков ТЭСА. Средний периметр калибра (]-1)-ой калибровочной клети определяется исходя из величины обжатия трубы в калибровочной группе

Р(Н) ) (?)

где Р1 - средний периметр калибра .¡-ой клети группы (для последней по ходу

прокатки калибровочной клети он равен среднему периметру готовой трубы, _ _ %

Р; = рг т -8Т)); - коэффициент вытяжки трубы в ]-ой клети

калибровочной группы.

Обычно принимается равномерное распределение деформаций трубной заготовки по группе клетей. Зная средний периметр клети, находим радиус

калибра 0-1 )-й калибровочной клети по формуле (радиус калибра последней по ходу прокатки клети группы равен радиусу готовой трубы = Кт)

_ Рн +кБ0

2л

(8)

Затем определяются геометрические размеры валков, образующих калибр.

В разделе 4.4 приведен расчет калибровки валков сварочной клети. Средний периметр калибра сварочной клети находится по формуле

Р„=Р,,кгц^г> (9)

где Рс. - средний периметр сварочной клети; Р, кг - средний периметр калибра первой по ходу формовки клети калибровочной группы; ц,лг - вытяжка в первой по ходу формовки клети калибровочной группы. Тогда радиус сварочного калибра равен

Р„+я8„

2 я

(10)

В разделе 4.5 приведен расчет калибровки формовочных валков с закрытыми калибрами. Средний периметр закрытого овального калибра, установленного перед сварочной клетью (рис.5), находится по формуле

Ро. =цс.Р», (11)

где Пев - вытяжка трубной заготовки в сварочной клети.

Рис.5. Закрытый овальный калибр

Радиус боковой части овального калибра равен радиусу сварочного калибра Я, = . Расстояние а между центрами этих радиусов находится из

соотношения

Рой —РЯ

(12)

Средний радиус сопряжения нижней части калибра находится по формуле

Яг = (Я, -50) + -

(13)

где <р - угол сопряжения (принимается равным ю.,.15 °).

Затем находятся параметры остальных закрытых калибров (рис.6). Средний периметр калибра ()-1) клети находится в соответствии с принятым режимом обжатия трубной заготовки в закрытых калибрах по формуле

Рис.6. Формовочный валок с закрытым калибром

Ро-о = Р}^ ^ИФТ > (14)

где Р- средний периметр калибра 1) клети (для первого по ходу формовки

закрытого калибра в группе Р,Н1 = в„); Р, - средний периметр калибра ]-ой

клети группы; ц,ифГ- величина вытяжки трубной заготовки в ]-ой клети II

1

формовочной группы.

Средний периметр закрытого калибра можно выразить как

Р = 2лЯ-2Я5, (15)

где Я - средний радиус закрытого калибра; 5- угол на шайбе (угол развала кромок в калибре), рад.

Из (1.5) имеем радиус сворачивания полосы в закрытом калибре

__с

Р + л8т -

К=-(16)

2я-2— 57.3

где 8 - угол на шайбе (угол развала кромок в калибре).

Угол развала кромок обычно принимается равным ю 14°. Центральный угол гиба а для каждой клети группы находим как

а = 360° - 5. (17)

Толщину разрезной шайбы клети с закрытым калибром находим по формуле

2в = 2К5т(§). (18)

Далее определяются непосредственно геометрические размеры валков.

В разделе 4.6 приведен расчет калибровки формовочных валков с открытыми калибрами. Радиусы сворачивания полосовой заготовки в формовочных клетях с открытыми калибрами задаются для нижних валков по известной зависимости

К. = "ит, (19)

.1

где Я, - радиус калибра нижнего валка первой формовочной группы; п - порядковый номер первой клети 2-ой формовочной группы; ] - порядковый номер клети 1-ой формовочной группы. Радиус калибра верхнего валка

(20)

2

где Б,, - толщина стенки трубы.

Радиусы гиба периферийного участка полосы на верхнем и нижнем валках соответственно

г, =^-8,. (21)

Далее производится расчет формоизменения трубной заготовки в формовочных клетях с открытыми калибрами. Длина периферийного участка полосы

в -л'т" Р " 180 '

где р - угол гиба периферийного участка полосы. Длина центрального участка полосы

В» =в»г--вэ.

Центральный угол гиба в клети находится го выражения

180В

а =-5-.

л-R.

(23)

(24)

Проекция центрального участка полосы на горизонтальную плоскость для верхнего и нижнего валков соответственно (рис.7)

Рис.7. Расчет формоизменения трубной заготовки в клетях с открытыми калибрами

Ч. = 2R„sm^j, b,_. = 2R.sin^

(25)

Расстояние между центрами радиусов гиба периферийных участков для верхнего и нижнего валка, где а < 90°, соответственно

Ь0.,=2

b„. =2

(R.-r.Hf

Для клетей, в которых а, > 90°, соответственно

ь0„ =2

(R.-r.>«(f-90')

.b„. =2

(R.-г.Нг»1

(26)

(27)

Проекция всей заготовки на горизонтальную плоскость для верхнего и нижнего валков, где (у + р)<90°, соответственно

b, =2

Ь0и , . fa

,b2.,=2

2 -+r,sinl- + P

(28)

Для клетей, в которых | _i + p | > од0, соответственно

+ r„cosi у + P - 90°

b^=2

^ + r,cosi|+p-90°

(29)

Далее определяются непосредственно геометрические размеры валков с открытыми калибрами. В разделе 4:7 приведена схема расчета вертикальных валков.

Пятая глава посвящена описанию автоматизированной системы расчета, архивирования данных и графического построения калибровок рабочих валков для формовки труб, созданной на основе представленной в главе 4 методики расчета калибровки валков. Программа, реализующая разработанный алгоритм, создана на базе пакета AutoCAD 14 и состоит из нескольких, интегрированных в единый комплекс, частей.

Расчетная часть программы создана с помощью языка программирования Pascal 7.0 и включает в себя расчет ширины исходной заготовки, формоизменения полосы по клетям и определение геометрических размеров формовочных, калибровочных валков и их элементов.

Вторая часть автоматизированной системы включает в себя графическое представление информации в среде AutoCAD 14 и архивацию данных. Данный программный блок реализован на базе процедур адаптации AutoCAD с помощью языков программирования Autolisp и Delphi.

В шестой главе представлено внедрение результатов диссертации. Новые технологические режимы формовки, разработанные с учетом рациональных продольных деформаций, защищены патентами РФ и внедрены в процесс производства прямошовных электросварных труб малого и среднего диаметров в условиях цеха гнутых профилей ОАО «Северсталь» в 2001-2004 гг, что позволило повысить выход годного, снизить расходный коэффициент и поднять производительность ТЭСА.

Автоматизированная система расчета и графического построения калибров внедрена в цехе гнутых профилей ОАО «Северсталь» и в настоящее время используется для расчета и корректировки калибровок для новых профилеразмеров труб. Внедрение новой методики и программы расчетов калибров дало возможность значительно сократить время настройки трубоэлектросварочного агрегата после перевалки и при изменении толщины стенки трубы.

Общий экономический эффект от внедрения результатов работы в 20022004 гг. составил 1644.9 тыс. рублей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В производственных условиях проведено экспериментальное исследование режимов деформации трубной заготовки в процессе формовки и сварки электросварных прямошовных труб в линии ТЭСА. Установлено, что режимы деформации трубной заготовки, применяемые в формовочных клетях с закрытыми калибрами и сварочной клети, носят преимущественно случайный характер. В формовочных клетях с открытыми калибрами вытяжки полосы минимальны и находятся практически в области упругой деформации.

2. На основе исследования процессов деформации трубной заготовки в сварочном калибре установлен диапазон вытяжек трубной заготовки, обеспечивающих получение наилучших показателей качества сварного шва. Разработан способ получения бездефектных труб за счет регулирования

положения индуктора и осуществления вытяжки трубной заготовки в сварочной

*

клети. Предложен новый способ получения электросварных труб методом их формовки в последнем по ходу формовки закрытом калибре с разрезной шайбой. Оба способа защищены патентами РФ и используются на ТЭСА ОАО «Северсталь».

3. Получено регрессионное уравнение, позволяющее определять в зависимости от типа размера трубы рациональные режимы продольной деформации трубной заготовки в закрытых калибрах с разрезной шайбой, обеспечивающие максимальные значения качественных характеристик сварного соединения. Показано, что найденное уравнение является статистически корректным и значимым.

4. Проведен теоретический анализ деформации трубной заготовки в процессе редуцирования, на основе которого получено выражение для определения коэффициента вытяжки заготовки при условии неизменности толщины стенки в процессе валковой формовки Показано, что предложенные режимы рациональных деформаций трубной заготовки при ее редуцировании в формовочных клетях с закрытыми калибрами реализуются в области обжатий без изменения толщины стенки трубы.

5. Разработана новая методика расчета калибровки валков для производства электросварных прямошовных труб, которая предполагает использование новой формулы расчета ширины исходной заготовки и которая базируется на учете заданного распределения продольных деформаций трубной заготовки по клетям ТЭСА. Методика позволяет рассчитывать все геометрические параметры калибров и размеры валков формовочных, калибровочных и сварочной клетей.

6. На основе методики расчета калибровок валков создана автоматизированная система расчета, архивирования данных и графического построения калибровок рабочих валков.

I

Основные материалы диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Колобов A.B. Повышение качества элекгросварных труб в процессе формовки // Северсталь - пути к совершенствованию. Тез. докл. науч.-техн. конф,- Череповец, 2001. - С.39-41.

2. Методика расчета формовки электросварных прямошовных труб / А.В.Колобов, А.Н. Тюляпин, М.Г.Барабанцев. и др. / / Сб. трудов 5-го конгресса прокатчиков, г. Череповец, 2003 г. - М., 2004,- С.342-345.

3. Колобов A.B. Разработка технологии формовки труб с заданным распределением обжатий с целью повышения качества готовой продукции // Северсталь - пути к совершенствованию. Тез. докл. науч.-техн. конф,-Череповец, 2003. С.40-41.

4. Барабанцев Г.Е., Миронович В.Н., Колобов A.B. Обеспечение качества электросварных труб с использованием средств УЗК // В мире неразрушающего контроля.2004. №3. С. 18-19.

5. Патент 2228813 РФ. Валок трубоформовочного стана / Г.Е. Барабанцев, А.Н. Тюляпин, A.B. Колобов и др. // Изобретения. Полезные модели. 2004. №14. С

6. Патент 2232655 РФ. Способ изготовления электросварных прямошовных труб / A.M. Ламухин, Г.Е. Барабанцев, A.B. Колобов и др. // Изобретения. Полезные модели. 2004. №19. С 21.

7. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2002133556/02 (035311) от 10.12.2002 г. Способ изготовления электросварных прямошовных труб.

8. Расчет калибровки валков стана 2-8x100-600 для формовки труб/Г.Е. Барабанцев, А.Н. Тюляпин, A.B. Колобов и др. // Производство проката. 2001. №8. С.23-27.

9. Разработка системы автоматизированного проектирования инструмента формовочных трубных станов / Колобов A.B., Барабанцев Г.Е., Тюляпин А.Н. и др. // Теория и технология процессов пластической деформации - 2004. Тез. докл. межд. науч.-техн. конф., посвященной 85-летию научной школы МИСиС по обработке металлов давлением, г. Москва, 26-27 октября, 2004 г. - М., 2004.

23.

С.119-120.

Формат 60 х 90'Лб Бумага офсетная Тираж 100 экз.

Объем. 1,5 п. л Заказ 355

Отпечатано с готовых оригинал-макетов в типографии Издательства «Учеба» МИСиС, 117419, Москва, ул. Орджоникидзе, 8/9 Тел.:954-73-94,954-19-22 ЛР №01151 от 11.07.01

^-4309

РНБ Русский фонд

2006-4 7988

Введение.

1. Современные методы формовки электросварных прямошовных труб.

1.1. Основные методы формовки и принципы расчета калибровки валков для производства электросварных труб.

1.2. Анализ деформированного состояния полосы в процессе непрерывной валковой формовки.

1.3. Выводы.

2. Методика исследования деформации трубной заготовки по клетям трубоэлектросварочного агрегата.

3. Исследование деформации трубной заготовки в линии трубоэлектросварочного агрегата.

3.1. Экспериментальное исследование распределения продольных деформаций полосы по клетям трубоформовочного стана.

3.2. Исследование деформации трубной заготовки в сварочном калибре.

3.3. Исследование деформации трубной заготовки в закрытых формовочных клетях.

3.4. Регрессионная зависимость деформации трубной заготовки в закрытых формовочных калибрах от размеров трубы.

3.5. Анализ полученной регрессионной зависимости деформации трубной заготовки от размеров трубы.

3.6. Теоретический анализ процесса редуцирования трубной заготовки в закрытых калибрах.

3.7. Выводы.

4. Методика расчета калибровки формовки труб, обеспечивающей повышение качества готовой продукции.

4.1. Общая схема расчета калибровки валков.

4.2. Расчет ширины исходной заготовки и диаметров по дну калибров горизонтальных клетей.

4.3. Расчет калибровки валков калибровочной группы.

4.4. Расчет калибров валков сварочной группы.

4.5. Расчет калибровки валков второй формовочной группы.

4.6. Расчет калибровки валков первой формовочной группы.

4.6.1. Расчет формоизменения полосы в формовочных клетях с открытыми калибрами.

4.6.2. Расчет калибровки открытого формовочного калибра 1-го типа.

4.6.3. Расчет калибровки открытого формовочного калибра Н-го типа.

4.6.4. Расчет калибровки открытого формовочного калибра Ш-го типа.

4.7. Расчет калибровки вертикальных валков.

4.7.1. Расчет калибровки вертикальных валков 1-го типа.

4.7.2. Расчет калибровки вертикальных валков Н-го типа.

4.7.3. Расчет калибровки вертикальных валков Ш-го типа.

4.8. Выводы.

5. Автоматизированная система расчета и графического построения калибров рабочих валков.

6. Внедрение результатов работы.

Актуальность темы. Во всем мире электросварные трубы малого и среднего диаметров нашли применение в машиностроении, в гидросистемах низкого и высокого давления, а также как конструкционные. Объем их производства и потребления постоянно растет. Поэтому весьма актуальной задачей является улучшение качества сварных труб, путем совершенствования технологии производства и повышения эффективности процесса валковой формовки и сварки.

Вопросам теории формовки и технологии производства электросварных прямошовных труб посвящены работы известных ученых П.Т. Емельяненко, Б.Д. Жуковского, Л.И. Зильберштейна, Я.Е. Осада, А.П. Чекмарева, Я.П. Осадчего, Е.М. Кричевского, В.А. Рымова, П.И. Полухина, Ю.М. Матвеева, Я.Л. Ваткина, Ю.Я. Ваткина, В.Я. Осадчего, В.Н. Данченко, А.П. Коликова, С.В. Самусева, Ю.Ф. Шевакина и других.

Способ непрерывной валковой формовки полосовой заготовки с последующей сваркой кромок токами высокой частоты является одним из наиболее высокопроизводительных при производстве прямошовных труб.

В настоящее время продолжает расширяться сортамент электросварных прямошовных труб, изготавливаемых на непрерывных трубоэлектросварочных агрегатах. При этом постоянно повышаются требования к готовой продукции, особенно к надежности сварного соединения. Технологический инструмент трубоформовочных станов призван обеспечить устойчивость полосы и качество сварного шва. Учет роста скоростей сварки привел к необходимости совершенствования технологии формовки и геометрии применяемого валкового инструмента. Поэтому возрастает роль теоретических и экспериментальных исследований, направленных на создание оптимальных методов расчета основных параметров процесса валковой формовки полосы при производстве электросварных труб.

Цель работы состоит в разработке эффективной методики расчета калибровки валков для формовки труб, обеспечивающей:

- повышение качества сварного соединения электросварных труб;

- снижение производственных затрат и времени на настройку трубоформовочного стана;

- повышение производительности трубоэлектросварочного агрегата.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- определены основные методы и принципы расчета калибровок валков для производства электросварных труб; проведен анализ современных методов моделирования процессов формовки труб на трубоэлектросварочных агрегатах;

- проведено исследование продольных деформаций полосы при ее формовке и сварке на действующих трубоэлектросварочных агрегатах;

- определены режимы деформации трубной заготовки в линии трубоэлектросварочного агрегата, обеспечивающие максимальную прочность сварного соединения, снижение гофрообразования и смещения кромок при формовке;

- разработана методика расчета калибровки валков для формовки труб, учитывающая заданный режим распределения деформации трубной заготовки;

- на основе предложенной методики создана автоматизированная система расчета калибровки валков и построения чертежей рабочих валков;

- методика и программа расчета калибровок валков внедрена в цехе гнутых профилей ОАО «Северсталь»; произведен расчет и проектирование валковой оснастки для производства труб 020-0159 на ТЭСА «19-50», «50-76» и ПГА 2-8x100-600; изготовлены рабочие валки и произведена продукция, полностью удовлетворяющая требованиям отечественных и иностранных стандартов, распространяющихся на электросварные прямошовные трубы. Методы исследования:

- расчетно-аналитические;

- экспериментальная оценка и измерение продольных деформаций трубной заготовки;

- определение механических свойств сварного соединения; математическая статистика;

- формализация методики калибровки в виде алгоритма расчета, программирование с использованием языков Pascal 7.0, Delphi 5.0 и AutoLisp.

Научная новизна.

1. Получено статистически значимое регрессионное уравнение, позволяющее определять в зависимости от типа размера трубы величину продольной деформации трубной заготовки в процессе ее редуцирования в закрытых формовочных калибрах для обеспечения максимальных значений качественных характеристик сварного шва.

2. Проведен теоретический анализ процесса редуцирования в закрытых калибрах, на основе которого получено выражение для определения коэффициента вытяжки трубной заготовки при условии постоянства толщины стенки в процессе формовки.

3. Предложена новая формула расчета ширины исходной полосы для производства электросварных прямошовных труб, учитывающая продольные деформации полосы в процессе формовки.

4. Разработана новая методика расчета калибровки валков трубоэлектросварочных агрегатов с использованием полученной регрессионной зависимости деформации трубной заготовки в закрытых формовочных клетях от размеров трубы. На основе заданного распределения обжатий трубной заготовки по клетям трубоэлектросварочного агрегата (ТЭСА) методика позволяет рассчитывать все геометрические размеры открытых и закрытых калибров формовочных клетей, а также сварочной и калибровочных клетей.

Практическая ценность.

Предложены и внедрены новые конструкции открытых и закрытых формовочных калибров, защищенные патентами РФ.

Разработанная в диссертации новая методика расчета калибровки валкового инструмента для производства прямошовных электросварных труб малого и среднего диаметров применяется в цехе гнутых профилей ОАО «Северсталь» при проектировании технологического инструмента для производства электросварных труб и позволяет на этапе расчета учитывать все основные параметры формовки трубы, оказывающие влияние на качество продольного сварного соединения.

На основе предложенной методики создана автоматизированная система расчета и графического построения калибров рабочих валков, интегрированная в систему автоматизированного рабочего места (АРМ) конструктора валковой оснастки на базе системы автоматизированного проектирования (САПР) AutoCAD 14, что позволяет существенно сократить время и расходы на проектирование калибровок валков и повысить надежность и качество выполнения расчетов технологического инструмента.

Предложены практические принципы настройки формовочных и сварочных клетей, обеспечивающие получение качественного сварного соединения за счет контроля величины обжатия трубной заготовки в указанных калибрах.

Реализация и внедрение результатов работы: 1. Новая методика и автоматизированная система для расчета калибровок валков внедрены в цехе гнутых профилей ОАО «Северсталь» на трубоэлектросварочных агрегатах «19-50», «50-76», «25-60», «10-25», «10-38», «12-63» и ПГА 2-8x100-600.

2. Внедрена новая конструкция первой формовочной клети с открытым калибром на ПГА 2-8x100-600 для формовки труб при двухрадиусной схеме сворачивания.

3. Внедрена новая конструкция последней формовочной клети с разрезной шайбой с овальным калибром на ТЭСА «19-50» и «50-76».

4. Новые режимы деформации трубной заготовки и их распределение по клетям формовочного стана используются при проектировании калибровок на ТЭСА «19-50», «50-76», «25-60», «10-25», «10-38», «12-63» и ПГА 2-8x100-600 для всех типов размеров производимых на них труб.

5. Внедрение вышеуказанных мероприятий позволило получить экономический эффект 1644.9 тыс. рублей в 2002-2004 гг. на агрегатах цеха гнутых профилей ОАО «Северсталь».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- научно-технической конференции «Северсталь - пути к совершенствованию», Череповец, 2003;

- V конгрессе прокатчиков, Череповец, 2003;

- Международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию научной школы МИСиС по обработке металлов давлением, Москва, 2004.

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертационной работы, опубликованы в 6 научных работах и 3 патентах Российской федерации.

Достоверность результатов и сделанных на их основе выводов обеспечивается применением методов теоретического анализа процессов формоизменения металлов при их деформации, результатами внедрения усовершенствованной технологии на промышленных агрегатах при производстве товарной продукции, а также использованием пакетов современных программ для персональных компьютеров (AutoCAD 14, AutoLisp, Delphi).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, библиографического списка, включающего 114 наименований и 6 приложений. Объем работы составляет 172 страницы, 44 рисунка, 19 таблиц.

Выход

ACAD

Edit Menu

EdUProg

NewProg

NewMenu

EtaseAl

Меню ЦГП

Шайба плоская

Полоемна

Шайба круглая

Для системы автоматизированного проектирования в AutoCAD 14 добавлено меню пользователя ЦГП.

При «Автоматическом режиме» можно выбрать файл, содержащий данные по конкретному валку и элементу валка.

IIufiii|) LI НИЛ It It Г И ЩНК'МЙЯ

Цапка; Doc

125

CJ] lOn «|10v §11n

SlW

Л]12п <i

Имя фита: | з м Й1 тл a]Ssh d]Gvb aj7b 3)7n a)7pb |aj7sh

1}

Открыть j

I in файлов: I' dat и

Отмена

Найти

Найти Файл.

Рис. 5.2. Пример интерфейса автоматизированной системы расчета

Рисунок i

RingBdlt Thread:значение ие определено "Facet 3" nil Command Other corner:

MODEL TILE

Рис. 5.3. Пример эскиза формовочного валка шаш^л ■ 1Рксякол1>

Поздод вио Б стаешь Фермат Мнстдогёбнтъ -Рч4ссв$тъ RsSMfcbHOOTfc Л. > !енид> ШТ1 О^мишь М

Г о

CD

Ж %

ГТа ЗТГо j ■ Слоем

Слоем

МФ1. гЧп , ЯП ь. I И

KiWIi т

CWo.fi

Oo.fi

JJgg; rvrr 73

ЕГ В и ы

RingBn "Facet

Comтэт

It Thread: значение не определено" 3" nil

Other corner

278.91.31.61 .0 00

MODEL T(LE

Рис. 5.4. Пример чертежа рабочего формовочного валка

Управление I |ыфнчоским архивом "ЦГП"

УЧАСТОК № 1 В ТЭСА "19-50"

В Формующие клети + Клеть 1 Й Клеть 2 " Верк Л*- Низ Ш Клеть Э Клеть 4 Клеть 5 Клеть 6 В-^ Верх

-Л- Шайба

Б окоеой з лвмемт

Клеть 7 Br Клеть 8 Калибратор

Правильно калибровочная клеть Н fej ТЭСА "50 • 76"

Ф Формующие клети 0 V" Калибратор Клеть Э Щ Клеть 10 Ш ш ш й ш М

0 Ш 3

-

30

32

АСАО

Закрыть

Рис.5.5. Пример организации архива чертежей в автоматизированной системе проектирования калибровок валков

Для реализации программы необходимы следующие программные и аппаратные средства:

- операционная система Windows 98, 2000, ХР;

- AutoCad 14;

- оперативная память 64 Мбайт (минимум);

- 10 Мбайт памяти на жестком диске (без учета установки AutoCAD 14);

- Pentium 700 (минимум) или сопоставимый с ним;

- 800x600 VGA монитор и видеоадаптер (1024x768 или выше);

- устройство указания («мышь»);

- параллельный порт.

На основании результатов проведенной работы была усовершенствована технология непрерывной валковой формовки при производстве электросварных прямошовных труб. Новые технологические режимы формовки, разработанные с учетом рациональных продольных деформаций, были внедрены в процесс производства прямошовных электросварных труб малого и среднего диаметров в условиях цеха гнутых профилей ОАО «Северсталь» в 2001-2004 гг. (см. Приложения 2-4), Новые технологические режимы защищены патентами РФ и вошли в технологические инструкции по производству труб на ТЭСА «19-50», «50-76», «25-60», «10-25», «10-38», «12-63» и ПГА 2-8x100-600.

Внедрение новых технологических режимов формовки труб позволило повысить выход годного, снизить расходный коэффициент и поднять производительность. На рис. 6.1-6.3 приведена динамика изменения расходного коэффициента при производстве круглых и профильных конструкционных труб на ТЭСА и профиле гибочном агрегате (ПГА) «2-8x100-600» цеха гнутых профилей ОАО «Северсталь» за период 2001-2004 гг.

2001 2002 2003 2004

Рис.6.1. Динамика изменения расходного коэффициента при производстве электросварных конструкционных труб на ТЭСА за период 2001-2004 гг

Рис. 6.2. Динамика изменения расходного коэффициента при производстве электросварных конструкционных труб на Г1ГА «2-8x100-600» за период 2001-2004 гг На рис. 6.2 представлена динамика роста производства электросварных труб за 2001-2004 г.г. на трубоэлектросварочных агрегатах цеха гнутых профилей ОАО «Северсталь». тыс. т

2001 2002 2003 2004

Рис. 6.3. Производство электросварных конструкционных труб на ТЭСА за период 2001-2004 гг

Разработанная методика расчета калибровки валков для формовки электросварных труб была использована в качестве алгоритма в автоматизированной системе расчета и графического построения калибров. Автоматизированная система внедрена в цехе гнутых профилей ОАО «Северсталь» и в настоящее время используется для расчета и корректировки калибровок для новых профилеразмеров труб (см. Приложение 5).

Внедрение новой методики и программы расчетов калибров дало возможность значительно сократить время настройки трубоэлектросварочного агрегата после перевалки и при смене толщины стенки трубы. На рис. 6.4. представлена диаграмма изменения времени настройки трубоэлектросварочных агрегатов цеха гнутых профилей ОАО «Северсталь».

Благодаря использованию рациональных режимов деформации трубной заготовки в процессе ее формовки в линии трубоэлектрос варочного агрегата исключается необходимость выполнения на стане дополнительных технологических операций по подстройке оборудования (формовочных и сварочной клетей), связанных с процессом устранения дефектов формовки и получением сварного шва требуемого качества.

Общий экономический эффект от внедрения результатов работы в 20022004 гг. составил 1644.9 тыс. рублей (Приложение 6).

1. В производственных условиях проведено экспериментальное исследование режимов деформации трубной заготовки в процессе формовки и сварки электросварных прямошовных труб в линии действующего трубоэлектросварочного агрегата. Установлено, что режимы деформации трубной заготовки, применяемые в формовочных клетях с закрытыми калибрами и сварочной клети, на стане целенаправленно не устанавливаются и не контролируются, то есть носят преимущественно случайный характер. В формовочной группе клетей с открытыми калибрами вытяжки полосы минимальны и находятся практически в области упругой деформации. Рассмотрены особенности формоизменения трубной заготовки в первом по ходу формовки калибре. Предложена новая конструкция формовочного валка с открытым калибром, позволяющая осуществлять высококачественную формовку полосовой заготовки различной толщины без смены валкового инструмента. Новая конструкция валка защищена патентом РФ и внедрена на стане «2-8х 100-600» цеха гнутых профилей ОАО «Северсталь».

2. На основе исследования процессов деформации трубной заготовки в сварочном калибре установлен диапазон вытяжек, обеспечивающих получение наилучших показателей качества сварного шва. Разработан способ получения бездефектных труб за счет регулирования положения индуктора и осуществления вытяжки трубной заготовки в сварочной клети. Предложен новый способ получения электросварных труб методом их формовки в последнем по ходу формовки закрытом калибре с разрезной шайбой, при котором заготовка формуется до получения радиуса, равного радиусу сварочного калибра, с целью исключения доформовки боковых частей заготовки в сварочном калибре. Оба способа защищены патентами РФ и используются на трубоэлектросварочных агрегатах ОАО «Северсталь».

3. Получено статистически значимое регрессионное уравнение, позволяющее определять в зависимости от типа размера трубы рациональные режимы продольной деформации трубной заготовки в закрытых калибрах с разрезной шайбой, обеспечивающие максимальные значения качественных характеристик сварного соединения.

4. Проведен теоретический анализ деформации трубной заготовки в процессе редуцирования, на основе которого получено выражение для определения коэффициента вытяжки заготовки при условии неизменности толщины стенки в процессе валковой формовки. Показано, что предложенные режимы рациональных деформаций трубной заготовки при ее редуцировании в формовочных клетях с закрытыми калибрами реализуются в области обжатий без изменения толщины стенки трубы.

5. Разработана методика расчета калибровки валков для производства электросварных прямошовных труб, которая предполагает использование новой формулы расчета ширины исходной заготовки и которая базируется на учете заданного распределения продольных деформаций трубной заготовки по клетям ТЭСА. Методика позволяет осуществлять расчет всех геометрических параметров калибров и элементов валков горизонтальных и вертикальных формовочных, калибровочных и сварочной клетей. На ее основе создана автоматизированная система расчета, архивирования данных и графического построения калибровок рабочих валков, которая внедрена в цехе гнутых профилей ОАО «Северсталь» и успешно применяется при разработке калибровок валков для производства электросварных прямошовных труб среднего и малого диаметров.

141

1. Машины и агрегаты трубного производства: Учеб. пособие для вузов / А.П. Коликов, В.П. Романенко, С.В. Самусев и др. -М.: МИСИС, 1998. -536 с.

2. А.с. 1489868 СССР. Способ производства прямошовных сварных труб / Е.М. Халамез, В.Б. Буксбаум, И.А. Телицын и др. // Открытия. Изобретения. 1989. №24. С.22.

3. Патент 2056961 РФ. Способ изготовления прямошовных электросварных труб / Ю.К. Дозорцев, А.Б. Ламин, Г.Г. Поклонов и др. // Изобретения. 1996. №9. С.56.

4. Финкельштейн Я.С. Справочник по прокатному и трубному производству. -М.: Металлургия, 1975. — 450 с.

5. Друян В.М., Балакин В.Ф. Производство сварных труб. М.: Металлургия, 1981.-176с.

6. Патент 2228811 РФ. Валок трубоформовочного стана / Р.С. Тахаутдинов, Д.П. Максимов, В.Г. Антипанов и др. // Изобретения. Полезные модели. 2004. №14. С.36.

7. Чехин А.Ф., Жулидов Н.В. Определение положения рабочего инструмента при формовке трубной заготовки гладкими валками // Металлург. 1998. №6 С.41-43.

8. Полухин П.И. Прокатное производство. — М.: Металлургиздат, 1960. — 920 с.

9. Матвеев Ю.М. Теоретические основы производства сварных труб М.: Металлургия, 1967. - 169 с.

10. Грудев А.П., Машкин А.Ф., Ханин М.И. Технология прокатного производства: Учеб. Пособие для вузов — М: Арт-бизнес-центр, Металлургия, 1994.-656 с.

11. Головкин Р.В., Кричевский Е.М. Производство прямошовных труб на непрерывных трубоэлектросварочных станах М.: Металлургия, 1973.-150 с.

12. Новый способ формовки полосы при производстве прямошовных сварных труб / Г.И. Осинский, В.В. Горбунов, И.Н. Потапов и др. // Бюл. ин-та Черметинформация — М.: Черная металлургия, 1977. №16. 55 с.

13. Гуляев Г.И., Давыдов Ф.Д. Сравнение типов калибровок валков трубоэлектросварочных агрегатов // Сталь. 1996. №11. С.48-50.

14. Рымов В.А., Полухин П.И., Потапов И.Н. Совершенствование производства сварных труб.- М.: Металлургия, 1983. -307 с.

15. А.с. 1523210 СССР. Способ изготовления прямошовных сварных труб и трубосварочный стан для его осуществления / Ф.С. Сейдалиев, Ю.Л. Сиркис,

16. A.А. Савельев и др. // Открытия. Изобретения. 1989. №43. С.31.

17. Новые процессы производства труб / Ю.М. Матвеев, Ю.В. Самарянов, П.Г. Гилев и др. — М.: Металлургия, 1969. 265 с.

18. Производство труб для оросительных систем / П.И. Полухин, И.Н. Потапов,

19. B.А. Рымов, и др. -М.: Металлургия, 1980. 111 с.

20. Богатов А.А., Топотов А.В. Электросварные холоднодеформированные трубы.-М.: Металлургия, 1991.-265 с.

21. Производство труб электросваркой методом сопротивления/Б.Д. Жуковский, А.И. Зильберштейн, Я.Е. Осада и др. М.: Металлургиздат, 1953.-463 с.

22. Матвеев Ю.М. Сварные трубы —М.: Металлургиздат, 1950. -241 с.

23. Технология и оборудование трубного производства / В.Я. Осадчий, А.С. Вавилин, В.Т. Зимовец и др. — М.: Интермет инжиниринг, 2001. -603 с.

24. Гуляев Г.И., Давыдов Ф.Д. Анализ калибровок валков трубоэлектросварочных агрегатов // Сталь. 1993. №9. С.57-58.

25. Гуляев Г.И., Давыдов Ф.Д. Оценка конструкций и схем формовки современных трубоэлектросварочных агрегатов // Сталь. 1996. №8.С.46-48.

26. Головкин Р.В., Кричевский Е.М. Производство прямошовных труб на непрерывных трубоэлектросварочных станах. М.: Металлургия, 1973.-150 с.

27. Технология трубного производства / В.Н. Данченко, А.П. Коликов, Б.А. Романцев и др. М.: Интермет инжиниринг, 2002.-637 с.

28. Колобов А.В. Повышение качества электросварных труб в процессе формовки // Северсталь пути к совершенствованию. Тез. докл. науч.-техн. конф.- Череповец, 2001. - С.39-41.

29. Новый способ формовки полосы при производстве прямошовных сварных труб / Г.И. Осинский, В.В. Горбунов, И.Н. Потапов и др. // Бюл. ин-та Черметинформация М.: Черная металлургия, 1977. №16. - С.55.

30. Гуляев Г.И., Давыдов Ф.Д. Сравнение типов калибровок валков трубоэлектросварочных агрегатов // Сталь. 1996. №11. С.48-50.

31. Ваткин Я.Л., Ваткин Ю.Я.трубное производство. М.: Металлургия, 1970.-512 с. -31. Матвеев Ю.М., Ваткин Я.Л. Калибровка инструмента трубных станов. — М.: Металлургия, 1970. -475 с.

32. Матвеев Ю.М., Ваткин Ю.Я., Кричевский Е.М. Сварные трубы. — М.: Металлургия, 1972. -185 с.

33. Патент 2168383 РФ. Способ определения ширины заготовки для профилирования /В.Г. Антипанов, Е.В. Карпов, С.В. Кривоносов и др. // Изобретения. Полезные модели. 2001. №16. С.34.

34. Чекмарев А.П., Калужский В.Б. Гнутые профили проката М.: Металлургия, 1974.-263 с.

35. Тришевский И.С. Производство и применение гнутых профилей проката: Справочник. -М.: Металлургия, 1975. -534 с.

36. Медников Ю.А., Аникеев В.Ф. Выбор оптимальных деформаций в сварочном калибре при производстве тонкостенных труб непрерывной печной сваркой с редуцированием // Производство сварных и бесшовных труб: сб. статей. -М.: Металлургия, 1964. Вып.2. С.26-33.

37. Методика расчета формовки электросварных прямошовных труб / А.В.Колобов, А.Н. Тюляпин, М.Г.Барабанцев. и др. // Сб. трудов 5-го конгресса прокатчиков, г. Череповец, 2003 г. М., 2004.- С.342-345.

38. Колобов А.В. Разработка технологии формовки труб с заданным распределением обжатий с целью повышения качества готовой продукции // Северсталь пути к совершенствованию. Тез. докл. науч.-техн. конф.-Череповец, 2003, С.40-41.

39. Маневич Ф.Д., Шошин В.А. Применение редуцирования при профилировке трубной заготовки из ленты // Трубное производство Украины: темат. обзор. — Киев: Ин-ттехн. информ., 1963, С.103-108.

40. Матвеев Ю.М., Ваткин Ю.Я., Кричевский Е.М. Сварные трубы. М.: Металлургия, 1972.-183 с.

41. Совершенствование технологии производства и повышение качества электросварных труб / Г.И. Гуляев, Ф.Д. Давыдов, К.И. Шкабатур и др. — Киев: Техника, 1984.-120 с.

42. Гуляев Г.И., Давыдов Ф.Д. Сравнение традиционной и усовершенствованной технологий производства электросварных труб//Сталь. 1996. №1. С.49-50.

43. Гуляев Г.И., Давыдов Ф.Д. Повышение качества электросварной трубной заготовки при калибровании // Сталь. 1987. №6. С.64-66.

44. Гуляев Г.И., Давыдов Ф.Д. Проверка, корректировка и расчет калибровок трубоэлектросварочных агрегатов // Сталь. 1993. №1. С.58-60.

45. Гуляев Г.И., Давыдов Ф.Д. Анализ потерь, связанных с ошибками в расчетах калибровок валков трубоэлектросварочных агрегатов // Сталь. 1994. №2. С.56-58.

46. Повышение эффективности производства электросварных труб малого и среднего диаметров / Г.И. Гуляев, Ф.Д. Давыдов, B.C. Куцин и др.//Сталь. 1995. №9. С.44-45.

47. Гуляев Г.И., Давыдов Ф.Д., Давыдов А.Ф. Выбор калибровки валков для производства электросварных труб малого и среднего диаметров//Сталь. 1997. №12. С.40-42.

48. Разработка овальных схем непрерывного формообразования трубной заготовки / В.А. Рымов, И.Н. Потапов, В.В. Горбунов и др. // Сталь. 1982. №10. С.66-68.

49. Методика оценки калибровки валков формовочного стана / С.В. Самусев, Е.В. Логинов, Г.В. Нестеров и др. // Сталь. 2002. №6. С.57-60.

50. Унификация технологического инструмента трубоэлектросварочных агрегатов Московского трубного завода / В.А. Рымов, И.Н. Потапов, В.И. Суворов и др. // Сталь. 1981. №2. С.52-54.

51. Определение геометрических параметров очага формовки / В.А. Рымов,

52. B.В. Горбунов, М.Ю. Матвеев и др. // Пластическая деформация металлов и сплавов: сб. науч. тр. МИСиС. -М.: Металлургия, 1981. №130. С.85-87.

53. Пластическая деформация металлов и сплавов: Науч. тр. МИСиС / П.И.Полухин, В.А. Рымов, В.В. Горбунов и др. М.: Металлургия, 1980. №129.1. C. 17-22.

54. Жуковский Б.Д., Фурманов В.Б., Макиевский Ю.И. Продольные деформации по ширине полосы при ее непрерывной формовке в трубную заготовку // Производство труб: сб. статей. М.: Металлургия, 1975. №1. С.108-112.

55. А.с. 192153 СССР. Способ непрерывной формовки трубной заготовки из штрипса вертикальными валками / В.М. Шварц // Открытия. Изобретения. 1967. №35. С23.

56. Патент 2230619 РФ. Трубоформовочный стан / Ю.А. Бодяев, B.J1. Носов, Д.П. Максимов и др. // Изобретения. Полезные модели. 2004. №17. С.26.

57. Горбунов В.В. Исследование процесса непрерывного формообразования трубной заготовки и разработка новых схем формовки для производства прямошовных электросварных труб // Дисс. на соискан. уч. степени канд. техн. наук. Москва, 1978.-171с.

58. Суворов В.И. Исследование и совершенствование технологии производства электросварных прямошовных труб на непрерывных станах // Дисс. на соискан. уч. степени канд. техн. наук. Челябинск, 1976. — 156с.

59. Цыкалов В.Ф. Исследование особенностей деформации заготовки в формовочных и сварочных клетях непрерывных трубосварочных станов // Дисс. на соискан. уч. степени канд. техн. наук. — Челябинск, 1977. 192с.

60. А.с. 389860 СССР. Устройство для совмещения продольных кромок трубной заготовки по высоте на непрерывных валковых станах / В.Б. Фурманов, Б.Д. Жуковский, Л.И. Зильберштейн // Открытия. Изобретения. 1973. №30. С.46.

61. А.с. 1611487 СССР. Способ производства сварных труб / Е.П. Петрунин, И.З. Машинсон, Л.И. Пархомец и др. // Изобретения. 1990. №45. С.46.

62. А.с. 1733150 СССР. Способ изготовления труб на непрерывных трубоэлектросварочных агрегатах. / Е.М. Халамез, Д.С. Фридман, В.Б. Буксбаум и др. // Изобретения. 1992. №18. С.36.

63. А.с. 265056 СССР. Способ непрерывной формовки прямошовных электросварных труб / В.Д. Вольпер, Б.Д. Жуковский, Л.И. Зильберштейн м др. // Открытия. Изобретения. 1970. №10. С.52.

64. А.с. 393002 СССР Устройство для раздельного натяжения продольных кромок трубной заготовки перед сварочным узлом / В.Н.Бураковский, К.И. Шкабатур, Р.Г. Чус и др. // Открытия. Изобретения. 1971. №33. С. 40

65. А.с.1787055 СССР. Способ изготовления сварных прямошовных труб /Е.М. Халамез, Г.А. Ткачева, Ю.Н. Бобылев и др. // Изобретения. 1993. №1. С.25.

66. А.с. 1750768 СССР. Способ производства электросварных труб и стан для его осуществления /В.И. Пунин, М.С. Овчаров, Ю.К. Шапкин и др. // Изобретения. 1992. №28. С.36.

67. А.с. 1731339 СССР. Технологический инструмент сварочной клети / Е.М. Халамез, В.Б. Буксбаум, В.А. Чувалев и др. // Изобретения. 1992. №17. С.22.

68. А.с. 396142 СССР. Способ формовки прямошовной трубной заготовки / Ю.Ф. Воробьев, Г.В. Иванов, Р.С. Кожевников // Открытия. Изобретения. 1973. №36. С.11.

69. А.с. 1624488 СССР. Валково-цепной формовочный стан / В.Б. Макаров, Е.М. Кричевский, А.Н. Медников// Открытия. Изобретения. 1964. №10. С. 12.

70. А.с.313585 СССР. Роликовая формующая проводка трубоформовочного стана / М.С. Овчаров, С.П. Медведев, JI.M. Сидоренко и др. // Открытия. Изобретения. 1971. №27. С.21.

71. А.с. 360993 СССР. Рабочая клеть трубоформовочного стана / А.Н. Медведев, Ю.Д. Крупин, А.С. Казакевич и др. // Открытия. Изобретения. 1973. №1. С.22-23.

72. А.с. 484914 СССР. Трубоформовочный стан /В.Ф. Разин, JI.B. Лопатинская, В.Ф. Листов и др. // Открытия. Изобретения. 1975. №35. С.22.

73. А.с. 465245 СССР. Трубоформовочный стан для производства двухшовных труб / В.И. Суворов, В.А. Светлаков, В.А. Рымов и др. // Открытия. Изобретения. 1975. №12. С 21.

74. А.с. 548332 СССР. Трубоформовочный стан / В.И. Суворов, В.А. Рымов, В.Я. Иванцов и др. // Открытия. Изобретения. 1977. №8. С.30.

75. А.с. 553023 СССР. Формовочный стан для производства сварных труб / В.П. Бедняков, Е.А. Волчков, Д.В. Терентьев и др. // Открытия. Изобретения. 1977. №13. С.22.

76. Производство труб: Пер. с нем. / Под ред. Потапова И.Н. М.: Металлургия, 1980.-285с.

77. А.с. 430917 СССР. Способ формовки труб и профилей. / В.И. Суворов, Ю.М. Матвеев, В.Ф. Цыкалов // Открытия. Изобретения. 1974.21. С.29.

78. А.с. 1776474 СССР. Способ изготовления сварных прямошовных труб / Н.К. Худяков, А.Н. Кириченко // Изобретения. 1992. №43. С.32.

79. Формовка полосы с ее принудительной расформовкой при производстве прямошовных сварных труб / С.В. Самусев, A.M. Фадеев, В.А. Рымов и др. -М.: Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1985. №6. С.54-55.

80. Расчет калибровки инструмента трубоформовочного стана для производства труб из нержавеющих сталей / Рымов В.А., Потапов И.Н., Самусев С.В. и др. // Сталь. №6. С.59-61

81. Иванов Е.И. Исследование процесса валковой формовки заготовок конечной длины для прямошовных электросварных труб // Дисс. на соискан. уч. степени канд. техн. наук. Днепропетровск, 1976. - 171с.

82. А.с. 1353548 СССР. Способ производства электросварных труб / В.Б. Буксбаум, Е.М. Халамез, Б.Г. Барменков и др. // Открытия. Изобретения. 1987. №43. С.47.

83. Исследование формообразования трубной заготовки из высоколегированных сталей / В.А. Рымов, С.В. Самусев, A.M. Фадеев и др. // Теория и технология обработки металлов давлением: сб. науч. тр. МИСиС. -М.: Металлургия, 1982. №142. С.24-28.

84. Барабанцев Г.Е., Миронович В.Н., Колобов А.В. Обеспечение качества электросварных труб с использованием средств УЗК // В мире неразрушающего контроля.2004. №3. С.18-19.

85. Патент 2228813 РФ. Валок трубоформовочного стана / Г.Е. Барабанцев, А.Н. Тюляпин, А.В. Колобов и др. // Изобретения. Полезные модели. 2004. №14. С 23.

86. Богданов В.Н. Высокочастотная сварка металлов. — JL: Машиностроение, 1965.-68 с.

87. Шамов А.Н., Лунин И.В., Иванов В.Н. Высокочастотная сварка металлов. -Л.: Политехника, 1991. 234 с.

88. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2002133556/02 (035311) от 10.12.2002 г. Способ изготовления электросварных прямошовных труб.

89. Гельман А.С. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение, 1970. - 312 с.

90. Иванов В.Н., Лунин И.В., Кулжинский В.Л. Высокочастотная сварка металлов. -Л.: Машиностроение, 1979. -95 с.

91. Локшин М.З. Исследование, разработка и промышленное внедрение процесса производства прямошовных труб из алюминиевых сплавов // Дисс. на соискан. уч. степени канд. техн. наук. — Москва, 1973. — 180 с.

92. Патент 2232655 РФ. Способ изготовления электросварных прямошовных труб / A.M. Ламухин, Г.Е. Барабанцев, А.В. Колобов и др. // Изобретения. Полезные модели. 2004. №19. С 21.

93. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. -М.: Металлургия, 1980. 318 с.

94. Дрейпер Н, Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. — М.: Финансы и статистика, 1986.-353 с.

95. Любовский Б.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. М: Высшая школа, 1982. -224 с.

96. Ефимова М.Р., Петрова Е.В., Румянцев В.Н. Общая теория статистики. М.: Инфра-М, 1998.-408 с.

97. Кинасошвили Р.С. Сопротивление материалов. -М.: Физматгиз, 1962. -386 с.

98. Определение рациональной степени редуцирования при формовке полосы в трубную заготовку/В.Б. Фурманов, П.Н. Калинушкин, В.Н. Бураковский и др. //Сталь. 1981. №2. С.62-63.

99. Потапов И.Н., Коликов А.П., Друян В.М. Технология трубного производства. -М.: Металлургия, 1991.-421 с.

100. Потапов И.Н., Коликов А.П., Друян В.М. Технология производства труб. -М.: Металлургия, 1994. -528 с.

101. Калибровка инструмента трубоформовочного стана / В.А. Рымов, И.Н. Потапов, П.М. Гаврилин и др. // Бюл. ин-та Черметинформация М.: Черная металлургия, 1983. №2. - 22 с.

102. Гуляев Г.И., Давыдов Ф.Д., Давыдов А.Ф. Анализ способов и приемов формовки заготовки для производства электросварных труб//Сталь. 1997. №4. С.51-54.

103. А.с. 1391754 СССР. Стан для производства электросварных прямошовных труб / В.Б. Фурманов, В.М. Ульянов, В.Н. Бураковский // Открытия. Изобретения. 1986. №16. С.31.

104. Патент 2149721 РФ. Способ формовки трубной заготовки и разрезная шайба для его осуществления / К.И. Колесников, В.Ф. Цыкалов, В.Б. Буксбаум и др. // Изобретения. Полезные модели. 2000. №15. С.52

105. Патент 2185909 РФ. Валковый калибр стана для производства сварных прямошовных труб / Ю.А. Мягков // Изобретения. Полезные модели. 2002. №21. С.42.

106. Влияние подготовки кромок штрипса на величину внутреннего грата при индукционной сварке труб / Ю.М. Матвеев, Ю.А. Медников, В.Ф. Аникеев и др. // Производство сварных и бесшовных труб: сб. Статей. М.: Металлургия, 1968. Вып.8. С.34-40.

107. Производство труб сваркой постоянным током с минимальным внутренним гратом / Г.И. Гуляев, В.Н. Мизера, А.В. Лысяк и др. // Сталь. 1981. №2. С.49-51.

108. Расчет калибровки валков стана 2-8x100-600 для формовки труб/Г.Е. Барабанцев, А.Н. Тюляпин, А.В. Колобов и др. // Производство проката. 2001. №6. С.24-33.