АНАЛИЗ НА ПЭВМ МАРШРУТОВ ВОЛОЧЕНИЯ, ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ ТРУБ

1 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет УПИ» А.А. Богатов, Н.А. Смирнов, В.В. Харитонов, Г.А. Орлов, А.В. Тропотов АНАЛИЗ НА ПЭВМ МАРШРУТОВ ВОЛОЧЕНИЯ, ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ ТРУБ Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой «Обработка металлов давлением» Научный редактор: доц., канд. техн. наук. С.И. Паршаков Методические указания к самостоятельной работе по курсу «Технология трубного производства», курсовому и дипломному проектированию для студентов всех форм обучения специальности Обработка металлов давлением. Предназначены для автоматизированного анализа многооперационных технологий изготовления труб, с целью проектирования для заданного состава оборудования рациональных маршрутов и режимов обработки, удовлетворяющих системе технологических ограничений. Поддержка расчетов осуществляется системой реляционных баз данных. Указания содержат общую характеристику пакета прикладных программ для анализа процессов производства холоднодеформированных труб, правила и примеры его использования, а также задания к практическим занятиям. ГОУ ВПО УГТУ УПИ, 2005 Екатеринбург 2005

2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение Назначение и характеристика экспертной системы для проектирования и анализа маршрутов производства холоднодеформированных труб Работа с пакетом программ Запуск и выход из программы Главное меню Порядок ввода исходных данных Выполнение расчета Представление результатов и окончание работы Пример ввода исходных данных и выполнения отчета Исходные данные Порядок ввода исходных данных Задания для самостоятельной работы Библиографический список Приложение Приложение ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 2 из 31

3 Введение Производство холоднодеформированных труб является многооперационным и многоцикличным процессом, включающим операции пластической, термической, химической и механической обработки. В состав операций пластической обработки входят: холодная прокатка труб на станах ХПТ, ХПТР, волочение труб на короткой, длинной или самоустанавливающейся оправке и без оправки на станах линейного и барабанного типа, а также редуцирование труб на многоклетевом стане. Для восстановления пластических свойств наклепанного металла и получения заданных механических характеристик в готовом изделии предусмотрена операция термической обработки труб. Операции технологического цикла могут выполняться по различным, в ряде случаев альтернативным, маршрутам и находятся в тесной зависимости от сортамента продукции, парка инструмента и состава оборудования цеха. На производстве поиск оптимальных вариантов технологии затрудняется изза необходимости работы с большими массивами исходных данных, включающих сортамент заготовки и выпускаемой продукции, техническую характеристику оборудования, действующие технологические схемы, режимы обработки и др. Для использования данных в расчетах требуется постоянное поддержание их в актуальном состоянии: своевременно обновлять и дополнять информацию на электронных носителях. В связи с этим разработку процессов холодной прокатки и волочения труб целесообразно вести в среде автоматизированной системы управления базами данных (СУБД), позволяющей создавать прикладные программы для оптимизации различных вариантов маршрутной технологии. Для анализа технологии все данные об объекте проектирования заносятся на электронные носители в реляционные базы данных. Такой подход был реализован в экспертной системе, позволяющей проектировать и выполнять анализ многооперационных процессов холодной деформации труб [1]. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 3 из 31

4 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА МАРШРУТОВ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ Экспертная система предназначена для формирования технологии производства труб заданного сортамента, анализа технологии на соответствие блоку технологических ограничений и автоматизированного выбора набора вариантов маршрутов в максимальной степени соответствующих экономическому критерию режимов обработки труб, удовлетворяющих заданным технологическим ограничениям. По каждому процессу обработки металлов давлением или отдельно взятому маршруту может быть проведен более глубокий анализ устойчивости технологии с применением метода статистических исследований и подключением специальных программ. Технология объекта формируется с учетом данных по имеющимся сырьевым, материальным и энергетическим ресурсам, уровнем заработной платы персонала, состава оборудования и его характеристики, освоенных производственных переходов, видов и допускаемой последовательности операций. По всем видам оборудования учитываются ограничения, связанные с предельно допустимыми размерами до и после обработки. Для операций обработки металлов давлением (прессование, холодная прокатка труб на станах ХПТ или ХПТ-тандем, ХПТР, волочения труб без оправки, на короткой, длинной и самоустанавливающихся оправках или прокаткой на редукционно-растяжном стане) по единому методологическому подходу разработаны математические модели процессов, позволяющие рассчитать напряженно-деформированное состояние в любой точке поперечного сечения трубы, дать оценку использованию ресурса пластичности металла с учетом характера движения материальной частицы и упрочнения металла при пластической обработке [2]. Механические свойства металлов и сплавов представлены в виде коэффициентов эмпирических кривых сопротивления деформации сдвига, кривых пластичности металла в зависимости от показателя напряженного состояния (б/т) и параметра Лодэ µ σ, величины, обратной коэффициенту Мэнсона- Коффина, учитывающей немонотонную знакопеременную деформацию в расчетах степени поврежденности металла [3]. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 4 из 31

5 Для сформированных маршрутов изготовления труб заданного сортамента производится расчет энергосиловых и кинематических параметров, а также поврежденности металла при многопроходной деформации. При этом учитываются влияние промежуточной и окончательной термической обработки на прочностные и пластические свойства деформируемого материала, закономерности контактного трения. Для процесса волочения на самоустанавливающейся оправке определяется амплитуда колебаний и положение динамического равновесия оправки в очаге деформации. Алгоритмы программ разработаны на основе приведенных в работах [2 5] математических моделей для расчета напряженно-деформированного состояния и разрушения металла в процессах холодной прокатки и волочения труб. Для обеспечения необходимого качества продукции при холодной прокатке труб на станах ХПТ важно иметь возможность производить оценку отклонения размеров технологического инструмента и оснастки от заданных параметров и оценивать влияние отклонений на устойчивость производственного процесса. В экспертной системе разработаны алгоритмы и рабочие программы для прямого и обратного расчета технологического инструмента и оснастки для процесса холодной прокатки труб на станах ХПТ согласно схеме, представленной на рис При несоответствии маршрута (прохода) блоку технологических ограничений ПЭВМ выводит в текстовый файл соответствующие предупреждения («обрыв головки оправки», «появление микропор, не устранимых отжигом» и т. д.). Пакет программ включает базы данных, сервисное программное обеспечение ввода, корректировки и удаления исходной информации, а также процедуры анализа и выполнения расчетов. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 5 из 31

6 Исходные данные Расчет профиля калибра и параметров прокатки Параметры прокатки Расчет параметров прокатки Расчет профиля оправки Кулаки шлифовального станка «Монбар» Профиль калибра и оправки Расчет калибра и оправки Профиль оправки Расчет профиля кулака и глубины и кулака разворота круга шлифовального станка ЛЗ-250 Профиль кулаков станка ЛЗ- 250 информация, процедура обработки информации Рис Схема обмена информации и расчетов профиля калибров станов ХПТ и кулаков шлифовальных станков 2. РАБОТА С ПАКЕТОМ ПРОГРАММ 2.1. Запуск и выход из программы Для запуска пакета программ необходимо на рабочем столе выбрать ярлык с надписью Эксперт и двойным нажатием левой кнопки мыши запустить программу. При этом в оперативную память компьютера загружается СУБД FoxPro8.0 и головная процедура apusk. Система разработана в сетевом варианте. Для быстрого завершения работы предусмотрен пункт Выход. На машинальное нажатие кнопки система запросит подтверждение. Это может происходить при закрытии пользователем многочисленных экранных форм и приложений. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 6 из 31

7 2.2. Главное меню Главное меню системы дано на рис Рис Главное окно 2.3. Порядок ввода исходных данных Система поддерживает актуальное состояние по ранее выбранным параметрам: объекту проектирования, маршруту, переходу по холодной прокатке или прессованию труб, выбранному виду оборудованию, операции, сплаву и другим данным. Просмотр активных записей производится из главного меню по маршруту Справочник Темы. Смена объекта проектирования производится в экранной форме (рис. 2.2), вызываемой из главного меню по маршруту Тема Объект. Рис Выбор объекта проектирования Смена маршрута или ввод ключевых параметров для создания нового маршрута производится в экранной форме (рис. 2.3), вызываемой из главного меню по маршруту Тема Маршрут. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 7 из 31

8 Рис Экранная форма выбора, создания нового маршрута С нажатием кнопки Поиск выявляется маршрут соответствующий введенным в верхней части экрана форме, размерам изделия и сплаву. Если маршрута с такими параметрами нет, то после нажатия кнопки Поиск таблица оказывается пустой. Кнопка Все позволяет показать всю базу. Нажатием кнопки Оk становится активным маршрут в строке которого в крайней левой позиции установлен указатель4. Кнопка Отказ приводит к выходу из экранной формы. При нажатии на кнопку Создать новый маршрут дополнительно создается маршрут с заданными в верхней части экрана формой, размерами готового изделия и маркой металла. Ввод, корректировка исходных данных по проходам и выполнение анализа маршрута на соответствие технологическим ограничениям производится в экранной форме (рис. 2.4), вызываемой из главного меню по маршруту Задачи Анализ маршрута. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 8 из 31

9 Рис Экранная форма анализа технологического маршрута Перемещение по проходам маршрута, ввод/сохранение, редактирование/откат, удаление записи (прохода) производится с использованием кнопок размещенных в нижней части экрана. Помимо построчного редактирования многие таблицы снабжены возможностью редактирования списком в Browse-окне. Вызов Browse-окна с внесением изменений производится кнопками и. Пример Browse-окна для редактирования параметров маршрута по проходам приведен на рис Рис Browse-окно технологического маршрута по проходам Список «горячих клавиш» для работы в Browse-окне приведен в табл ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 9 из 31

10 «Горячие клавиши» для работы в Browse-окне Таблица 2.1 «Горячие клавиши» F2 F3 F4 А5 F9 Ctrl + y Ctrl + t Ctrl + w Esc Действия Переход на первую запись Переход на последнюю запись Снятие фильтра с записей таблицы Печать данных в файл basa.txt Восстановление индексного файла процедурой reindex Дополнение базы последней записью Пометка записи к удалению Выход из окна с сохранением результатов всех корректировок Выход из окна без сохранения результата последней корректировки Внутри используемых экранных форм находятся разные объекты: списки (меню), командные и селекторные кнопки (флажки), которые снабжены заголовками. Для поиска необходимой информации списки снабжены линейками прокрутки. Работа пользователя осуществляется в окнах при помощи мыши и клавиатуры. Переход от окна к окну или от одного отображаемого на экране объекта к другому осуществляется установкой курсора мыши и нажатием ее кнопки по выбранному объекту, или клавишами Tab, Enter, Page Down, Page Up, или стрелками курсора. В каждый момент времени на экране активно только одно окно, а внутри этого окна один объект. Объекты, в которых пользователю представляется произвести выбор, окрашены в синий цвет, редактируемые поля в белый цвет, не подлежащие корректировке поля в серый цвет. Завершение редактирования поля осуществляется переходом на следующий объект. Основные виды объектов представлены в табл Активизация раскрывающегося списка (меню) осуществляется щелчком мыши на его стрелке. Выполнение действий, предписанных объекту, при его активизации начинается после одинарного (в меню) или двойного (в списке) нажатия кнопки мыши или после нажатия клавиши Enter. Аналогично осуществляется выбор строки из списка. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 10 из 31

11 Окно Объект Пункт меню Поле редактирования Кнопка Флажок Виды и признаки активности объектов на экране Признак активности объекта Таблица 2.2 Фон заголовка окна в верхней части обрамления раскрашен отличающимся цветом Фон наименования пункта раскрашен выделяющимся цветом Курсор находится в области поля Наименование на кнопке выделяется пунктирным прямоугольником. Если кнопка имеет обрамление, то действие ее выполняется также нажатием клавиши ENTER Контур флажка выделен Последовательность ввода проходов и других данных необходимых для расчета не принципиальна. Все записи располагаются автоматически по мере убывания первого размера поперечного сечения. Обязательными параметрами для расчета являются марка металла, по которому имеются данные о механических характеристиках, вид технологической операции, форма и размеры исходной заготовки и промежуточных труб, трение на наружной и, при необходимости, на внутренней поверхности трубы. При запуске на расчет система подскажет, какие данные требуется ввести дополнительно. Операции, для которых разработаны математические модели даны в прил. 1. При выполнении расчетов с использованием метода статистических исследований рекомендуется задавать допуски на размеры заготовки и размеры готовой трубы. Отклонения промежуточных размеров определяются по допускам на размеры технологического инструмента. Параметры традиционного технологического инструмента введены в базы данных из стандартов предприятий. Рекомендуется при разработке новых технологических схем использовать указанную в базах информацию или дополнять ее новыми данными. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 11 из 31

12 Параметры инструмента Таблица 2.3 Вид инструмента Волока Оправка цилиндрическая (короткая) Оправка цилиндрическая (длинная) Оправка цилиндроконическая и самоустанавливающаяся Параметры Диаметр цилиндрического пояска, мм; допуск (+/ ) на диаметр цилиндрического пояска, мм; длина цилиндрического пояска, мм; допуск (+/ ) на длину цилиндрического пояска; полуугол конусности волоки, град.; допуск (+/ ) на полуугол конусности волоки, град. Диаметр оправки, мм; допуск (+/ ) по диаметру оправки, мм; длина цилиндрического участка оправки, мм; общая длина оправки, мм; диаметр стержня, мм. Диаметр оправки, мм; допуск (+/ ) по диаметру оправки, мм; длина цилиндрического участка оправки, мм; общая длина оправки, мм; диаметр захватки, мм. Диаметр цилиндрического пояска оправки, мм; допуск (+/ ) по диаметру, мм; длина оправки, мм; допуск (+/ ) на длину оправки, мм; длина цилиндрической калибрующей части оправки, мм; допуск (+/ ) на длину калибрующей части оправки, мм; диаметр бочки оправки, мм; допуск (+/ ) на диаметр бочки оправки, мм; полуугол конусности оправки, град.; допуск (+/ ) на полуугол конусности оправки, град.; диаметр стержня, мм. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 12 из 31

13 Калибры стана ХПТ Оправка стана ХПТ Планки стана ХПТР Валки обкатного стана длиннооправочного волочения Тип стана; диаметр трубы до и после прокатки, мм; толщина стенки трубы до и после прокатки, мм; метод калибровки ручья калибра; количество разбиений; длина зоны редуцирования, мм; длина зоны калибровки, мм; зазор между заготовкой и оправкой, мм; зазоры между ребордами калибра, мм; конусность профиля на входе в зону обжатия, мм/мм; угол кантовки трубы, град.; угол выпуска калибров, град. Тип стана; диаметр трубы после прокатки, мм; допуск (+/ ) по диаметру, мм; конусность оправки, мм/мм; параметр кривизны Длина зоны подачи-поворота, мм; длина зоны редуцирования, мм; длина зоны обжатия, мм; длина зоны калибровки, мм; высота планки, Н 1, мм; высота планки, Н 2, мм; ширина планки, мм Радиус валка, мм; радиус очерчивания калибра, мм; угол очерчивания калибра, град.; метод калибровки ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 13 из 31

14 2.4. Выполнение расчета Для выполнения расчетов в окне Установки необходимо ввести данные, указанные на рис Рис Экранная форма установок для расчета Тема наименование работы вводится при необходимости для отражения в отчете. Траектория частицы задается в интервале от 0 до 1. Вид печати задается кратким, подробным или полным Представление результатов и окончание работы Результаты расчета и сообщения о недостающих данных направляются в предварительно очищенный системой текстовый файл, который автоматически раскрывается по окончании расчета. Результаты расчета из Блокнота или другого текстового редактора могут быть отправлены на печать. До выполнения расчетов в текстовом файле содержатся результаты предшествующего расчета. Перечень сообщений программы о несоответствии в исходных данных и технологии и путях их устранения даны в прил. 2. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 14 из 31

15 3. ПРИМЕР ВВОДА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ВЫПОЛНЕНИЯ ОТЧЕТА 3.1. Исходные данные Проверить по технологическим ограничениям следующий маршрут волочения трубы из стали 30ХГСА: 1-й проход: 22 1,15 с/о 18 1,0; 2-й проход: 18 1,0 б/о 14 1,1. Параметры волок: полуугол конусности 12 град.; длина калибрующего пояска волоки 1,5 мм. Параметры цилиндроконической оправки: полуугол конусности 10 град.; длина калибрующего пояска волоки 2 мм. Коэффициент трения: на контакте металла с волокой 0,1; на контакте металла с оправкой 0, Порядок ввода исходных данных Перед вводом исходной информации необходимо предварительно убедиться в том, что в базах данных отсутствуют параметры данного маршрута. Если данные отсутствуют, то необходимо их создавать как это описано в разделе 2.2 для экранной формы Выбор маршрута (рис. 2.3). Если маршрут существует, то необходимо сделать его актуальным установкой курсора в соответствующую строку и нажатием клавиши Ok. Далее в экранной форме анализа технологического маршрута (рис. 2.4) вводятся недостающие параметры. Для начала работы следует ознакомиться с надписями подсказок на кнопках с пиктограммами. Ввод новых записей начинается нажатием кнопки. Изменение данных в существующей записи нажатием кнопки. Ввод исходных данных допускается в произвольном порядке, однако рекомендуется сначала определить форму попереч- ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 15 из 31

16 ного сечения изделия (для трубы это имеет условное обозначение КР-КР), а также технологическую операцию. От значения этих параметров зависят подписи ячеек данных. Форма сечения и операция выбираются в поле ввода со списком (Combo Box). Для выбора необходимого значения из списка следует распахнуть список нажатием курсором мыши на треугольник, обращенный вершиной вниз. После ввода по двум проходам выполнить расчет нажатием клавиши Расчет по маршруту. Вывод результатов на печать выполняется средствами текстового редактора Блокнот. Для запуска программы Блокнот необходимо нажать на кнопку Результаты. 4. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Работа 1. Исследование энергосиловых параметров и поврежденности при волочении труб Проанализировать маршруты изготовления труб заданного размера способом волочения на самоустанавливающейся и закрепленной цилиндрической оправках (табл. 4.1). Определить для каждого из этих способов усилие волочения P, относительное напряжение на выходе из волоки σ вол /σ s, поврежденность ω на наружной и внутренней поверхностях трубы. Результаты расчетов представить в виде табл Выполнить аналогичные расчеты для способов волочения на короткой закрепленной и длинной оправках. Результаты расчетов занести в табл Выполнить расчет указанных выше технологических параметров волочения той же заготовки без оправки. Оценить ожидаемое изменение толщины стенки трубы. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 16 из 31

17 Варианты заданий (к работе 1) Таблица 4.1 d 0, S 0, d 1, S 1, Марка α, L к, f, β, L ц, L б, D б, мм мм мм мм стали град. мм мм град. мм мм мм ,7 20 2, ,0 0, ,0 34 1, ,0 0,06 9, ,0 52 2, ,0 0, ,4 48 1, ,5 0, ,7 45 1,3 30ХГСА 12 3,0 0, ,3 42 1, ,5 0, ,2 20 1,0 Л ,5 0, ,3 16 1, ,0 0, ,4 25 1,2 Л ,5 0, ,4 38 1, ,5 0, Примечание. d 0, d 1 наружный диаметр заготовки и готовой трубы; S 0, S 1 толщина стенки заготовки и готовой трубы; α, β углы конусности волоки и конической части оправки; f коэффициент трения; L к длина калибрующего пояска волоки; L ц, L б длина цилиндрической части и бочки оправки; D б диаметр бочки оправки. Способ волочения 1 с/о 2 к/о* 3 к/о 4 д/о 5 б/о Результаты расчетных экспериментов (к работе 1) d 0, мм S 0, мм d 1, мм S 1, мм P, кн σ вол / σ s, Таблица 4.2 Ω наружная поверхность внутренняя поверхность 6 б/о Примечание. с/о самоустанавливающаяся оправка; к/о* цилиндроконическая закрепленная оправка; к/о цилиндрическая закрепленная оправка; д/о длинная подвижная оправка; б/о безоправочное волочение. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 17 из 31

18 Работа 2. Рассчитать фактическую толщину стенки трубы, энергосиловые параметры и поврежденность металла после каждого прохода волочения по маршруту: 38 3,5 28 2,6 20 2, ,7 12 2, ,6 8 2,55 7,50. Размеры исходной заготовки и предполагаемые значения наружного диаметра и толщины стенки трубы по проходам указаны в мм. Материал трубы сталь 20. Первый проход осуществляется на короткой цилиндрической оправке, остальные без оправки. Угол конусности волоки 13º. Длина цилиндрического пояска волоки 4 мм. Коэффициенты трения на волоке и оправке 0,1. Проверить возможность многопроходного волочения труб по указанному маршруту без промежуточных отжигов. В итоговом протоколе работы программы для каждого прохода волочения указываются следующие данные: диаметр и толщина стенки трубы, коэффициент вытяжки, накопленная поврежденность и степень деформации сдвига, предел текучести материала трубы, переднее и заднее относительное натяжение, давление на волоку и оправку. Работа 3. Рассчитать энергосиловые параметры и поврежденность металла после каждого прохода деформации по маршруту: а) Холодная прокатка на стане ХПТ ,5 38 1,5 мм. б) Волочение на цилиндроконической оправке 38 1,5 35 1,4 мм. в) Безоправочное волочение 35 1,4 30 1,5 мм. Материал трубы сталь 20. Сравнить итоговую поврежденность металла труб при наличии и отсутствии промежуточной термообработки. Для первого прохода на стане ХПТ задать следующие исходные данные: подача 12 мм; длина хода клети 590 мм; длина хода клети за периоды подачи и поворота заготовки 78 мм; коэффициенты трения на валке и оправке 0,1; методика расчета калибровки инструмента МИСиС; радиус валка по реборде 182 мм; радиус начальной окружности ведущей шестерни 168 мм; коэффициент полировки 2,5; зазор между калибрами 0,3 мм; конусность ручья калибра в зоне редуцирования 0,1; угол выпуска калибра 30 град.; конусность оправки на одну сторону 0,0125; угол кантовки трубы перед обратным ходом клети 57 град. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 18 из 31

19 Для проходов волочения исходные данные задать аналогично п. 3. В итоговом протоколе работы программы для прохода ХПТ имеется таблица разбиения на мгновенные очаги деформации (МОД) рабочего конуса прокатки, где приняты следующие обозначения: N номер МОД; ход обозначение прямого или обратного хода клети; Х продольная координата МОД; угол угловая координата положения частицы в поперечном сечении; D x диаметр калибра или наружный диаметр трубы; D внут. внутренний диаметр трубы или диаметр оправки; S x толщина стенки трубы; Л сум. накопленная степень деформации сдвига; S/T коэффициент напряженного состояния; Р, Q соответственно усилие металла на валок и осевое усилие на заготовку. По результатам расчетов построить графики распределения усилий Р, Q по длине рабочего конуса. Разделы итогового протокола программы для каждого прохода волочения указаны в работе 2. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 19 из 31

20 Библиографический список 1. Богатов А.А. Система автоматизированного проектирования процессов холодной деформации труб / А.А. Богатов [и др.] // Новости черной металлургии России и зарубежных стран. М., Ч. 1 : Черная металлургия : бюллетень НТИ Богатов А.А. Расчет маршрутов изготовления холоднодеформированных труб : учебное пособие / А.А. Богатов, О.И. Мижирицкий, А.В. Тропотов. Свердловск : Изд-во УПИ, Богатов А.А. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением / А.А. Богатов, О. И. Мижирицкий, С.В. Смирнов. М. : Металлургия, Богатов А.А. Электросварные холоднодеформированные трубы / А.А. Богатов [и др.] М. : Металлургия, Богатов А.А. Пакет программ для автоматизированного анализа на ПЭВМ маршрутов холодной прокатки и волочения труб / А.А. Богатов [и др.] // Теория и технология процессов пластической деформации : труды науч.-технич. конференции МИСиС. М. : Изд-во МИСиС, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 20 из 31

21 Приложение 1 Технологические операции производства холоднодеформированных труб, для которых разработаны рабочие программы анализа на соответствие технологическим ограничениям Код Наименование операции Протяжка каскадная Протяжка каскадная на цилиндрической оправке Протяжка каскадная на цилиндроконической оправке Протяжка Прессование Прошивка прессованием на стакан Холодная прокатка труб Холодная прокатка труб роликами Обкатка продольная Протяжка на длинной оправке Протяжка на короткой оправке Протяжка на цилиндроконической оправке Протяжка безоправочная Протяжка бухтовая безоправочная Протяжка бухтовая на самоустанавливающейся оправке Теплая прокатка Отжиг Редуцирование холодное Протяжка безоправочная через две волоки Холодная прокатка труб на стане тандем ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 21 из 31

22 Нет данных по режиму обкатки трубы Д 1 = (Д 1 ) мм на оправке Нет данных по режиму обработки трубы размерами (Д 1 ) (S 1 ) мм Приложение 2 Сообщения программы автоматизированного проектирования процессов холодной деформации труб ( условные обозначения даны в примечании к таблице) Сообщение системы Причина отказа и способ его устранения Примечание Материал <обозначение>. Проверка по маршруту не выполняется ввиду отсутствия данных по указанному материалу Пользователь при работе в базе данных ввел, откорректировал или удалил данные, которые пришли в несоответствие c другими данными. При выборе материала из предлагаемого списка сообщение не выдается Нет волоки, соответствующей Параметры волоки не попали в диапазон изменения диаметра Выбирается первая диаметру протягиваемой трубы Д 1 = (Д 1 ) мм протянутой трубы от Д 1min. до Д 1max не помеченная к уда- лению строка Нет валков для обкатки труб диаметром Д 1 = (Д 1 ) мм Параметры обкатных валков стана длиннооправочного волочения не попали в диапазон изменения диаметра протя- То же нутой трубы от Д ц min до Д ц max В режимах обкатки нет строки <материал> (Д 1 ) (S 1 ) мм В режиме обработки нет строки (операции) (Д 0 ) (S 0 ) (Д 1 ) (S 1 ), не помеченной к удалению. Нарушен порядок ввода данных То же Строка формируется системой при вводе данных ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 22 из 31

23 Нет калибров стана ХПТ для прокатки трубы диаметром D 1 = (D 1 ) мм Нет оправки для волочения труб диаметром d 1 = (d 1 ) мм Нет оправки стана ХПТР для прокатки трубы диаметром D 1 = (D 1 ) мм Нет ролика стана ХПТР для прокатки трубы Д 1 = (Д 1 ) мм Отсутствуют данные по коэффициенту трения на волоке Отсутствуют данные по коэффициенту трения на оправке Параметры первой точки калибра должны соответствовать заготовке Параметры калибра стана ХПТ не попали в диапазон изменения от Д 1min до Д 1max наружного диаметра трубы после прокатки Параметры короткой, длинной и цилиндроконической оправки с соответствующим кодом инструмента выбираются по внутреннему диаметру протянутой трубы (по условию d 1 = d ц ) Параметры оправки стана ХПТР выбирают по наружному диаметру трубы после прокатки, попадающему в диапазон от Д 1min до Д 1max Параметры роликов стана ХПТР выбираются по диаметру трубы после прокатки, попадающему в диапазон от Д 1min до Д 1max В режимах обработки пользователь должен указать номинальное значение (и предельное отклонение от номинальной величины) коэффициента трения на волоке То же на оправке Первая строка, описывающая профиль калибра, должна соответствовать заготовке. Остальные точки указываются по ходу очага деформации до готового размера Выбирается первая не помеченная к удалению строка То же То же То же ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 23 из 31

24 Давление на волоку превышает допустимое значение Расчетное давление превышает допустимое значение, заданное исходными данными в режимах обработки Риски, обрыв труб при волочении Давление на оправку превышает Расчетное давление превышает допустимое значение, заданное То же допустимое значение исходными данными в режимах обработки Крупные микропоры Поврежденность металла превышает значение 0,65 Трещины (преимущественно на внутренней поверхности трубы) Малая подача вызывает недопустимое количество МОД Расчетное количество мгновенных очагов деформации при прокатке на станах ХПТ и ХПТР превышает значение 100. Необходимо задать большую подачу Микропоры Поврежденность металла превышает значение 0,25 Микропоры, ухудшающие эксплуатационные характеристики трубы Не определена в одной из зон степень деформации сдвига В одной из трех зон волочения труб (редуцирования, обжатия на коническом или на цилиндрическом участке оправки) не взят численным методом интеграл Обратиться к разработчику программы Не определена длина (номер) участка очага деформации В одной из трех зон волочения труб численным методом определилась отрицательная величина длины зоны То же ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 24 из 31

25 Не определена расчетная толщина стенки в конце зоны редуцирования Недопустимая геометрия инструмента S p <= S 1 или tg(g) <= tg(t) Нет самоустановки оправки, обрыв трубы Недопустимая геометрия инструмента. Расчет продолжается при НС (НС положение равновесия самоустанавливающейся оправки) Толщина стенки в конце зоны редуцирования S p находится вне программно-заданного диапазона 0,8S 1 <= S p <= 1,3S 1 Не выполняются условия оправочного волочения: 1). Расчетная толщина стенки в конце зоны редуцирования не больше толщины стенки трубы после волочения. 2). Средний угол наклона внутренней поверхности трубы в зоне редуцирования к оси волочения не больше полуугла конусности цилиндроконической оправки Положение равновесия оправки (НС) находится вне расчетного диапазона. На линейном волочильном стане расчет продолжается при НС = 0,5 Длина зоны редуцирования при установке оправки в крайнее переднее положение занимает всю коническую часть очага деформации. Рекомендуется изменить геометрию инструмента То же Отсутствует возможность получения трубы заданных размеров ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 25 из 31

26 Нет захвата Не выполняется условие: в первой клети arctg(f) >= arccos[1 E(1) D(1)/(P D(2))], редукционного стана где f коэффициент трения; Е(1) относительная деформация по диаметру в первой клети; D(1) диаметр заготовки, мм; D(2) диаметр после первой клети, мм; D(2) = D(1) (1-Е(1)). Изменить параметры прокатки Обрыв головки длинной оправки Усилие волочения превышает максимально допустимую величину для головки длинной оправки Низкое качество Не выполняется условие: (S p S 1 )/tgα + L ц >= L цo, где S p внутренней поверхности L ц = (L ц ) толщина стенки в конце зоны редуцирования при крайнем заднем положении самоустанавливающейся оправки Обрыв захватки трубы Не выполняется условие б В /б S < 0,85 Обрыв стержня оправки Усилие, действующее на стержень короткой и цилиндроконической оправки на линейном стане, превышает допустимое значение Повышенная разностенность, низкое качество внутренней поверхности трубы ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 26 из 31

27 Отсутствует зазор между цилиндрической частью оправки и заготовкой Оправка не вводится в заготовку (z < 0,4мм) Оправка не вводится в заготовку Отсутствуют данные о конусности оправки и величине зазора Не выполняется условие: D 0 2 S 0 D оп > 0,01 мм При волочении на короткой и длинной оправках программно определен минимально допустимый односторонний зазор между внутренней поверхностью заготовки и оправкой, равный 0,4 мм При волочении на цилиндроконической оправке программно определен минимально допустимый односторонний зазор между внутренней поверхностью заготовки и бочкой оправки, равный: z = 0,05 мм при d 0 < 8 мм, z = 0,2 мм при d 0 >= 8 мм В исходных данных для ХПТ необходимо определить конусность оправки или зазор на сторону между внутренней поверхностью заготовки и цилиндрической частью оправки Если заданы и конусность, и зазор, то зазор пересчитывается по конусности ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 27 из 31

28 Относительное среднее Для получения заданной толщины стенки готовой трубы натяжение в стане после редукционного стана количество клетей недостаточно. превышает значение 0,75 Расчет продолжается при среднем относительном натяжении в стане, равном 0,75. Однако выход на заданные размеры трубы не обеспечивается Расчетное число клетей Данные по суммарному обжатию трубы и количеству клетей в стане не соответствуют друг другу превышает допустимое максимальное значение Ужимы окружная деформация Не выполняется заданное в программе условие устойчивости профиля трубы превышает допустимое значение Усилие волочения Расчетное усилие превышает заданное допустимое значение превышает конструктивную характеристику стана Разрушение металла Поврежденность превышает значение 1,0 Преждевременный выход из строя оборудования волочильного стана ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 28 из 31

29 Ошибка в параметрах редукционного стана Посадка на бочку внутренней поверхности трубы Потеря устойчивости профиля трубы на участке редуцирования Не выполняется одно из условий: межклетевое расстояние больше диаметра валка; длина редукционного стана меньше 400 м; количество клетей должно быть в диапазоне от 3 до 30; диаметр валка должен быть больше диаметра заготовки; диаметр валка меньше 500 мм; количество валков в клети должно быть от 2 до 4; коэффициент трения должен быть в диапазоне от 0 до 0,7; относительное обжатие в клети не должно превышать 20 % Не выполняется условие: 2 (R 2 S 2 ) >= D б Не выполняется граничное условие: 1 D 1 /D 0 >= 280 (S 0 /D 0 ), где D 1 наружный диаметр трубы в конце зоны редуцирования Посадка трубы на бочку, затягивание оправки за крайнее переднее положение и обрыв трубы Ужимы ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 стр. 29 из 31

30 Богатов А. А., Смирнов Н. А., Харитонов В. В., Орлов Г. А., Тропотов А. В. Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб Условные обозначения < > значение символьной переменной; ( ) значение числовой переменной; [ ] обозначение необязательного параметра и максимально допускаемого значения параметра; D 0 наружный диаметр заготовки, мм; S 0 толщина стенки заготовки, мм; D 1 наружный диаметр трубы после обработки, мм; S 1 толщина стенки после обработки, мм; d 1 внутренний диаметр трубы после обработки, мм; α угол наклона рабочей конической поверхности волоки к ее оси, град.; T угол наклона конической поверхности оправки к ее оси, град.; G средний угол наклона внутренней поверхности трубы в зоне редуцирования к оси волочения, град.; S p, S 2 толщина стенок трубы в конце зоны редуцирования; L ц длина рабочего цилиндрического пояска волоки, мм; L цо длина рабочего цилиндрического пояска оправки, мм; Д о диаметр бочки конической оправки, мм; R 2 наружный радиус трубы в конце зоны редуцирования, мм; б В осевое напряжение на выходе из очага деформации, МПа; б s предел текучести на входе в очаг деформации, МПа. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ стр. 30 из 31

31 Учебное электронное текстовое издание Богатов Александр Александрович Смирнов Николай Аркадьевич Харитонов Валентин Валентинович Орлов Григорий Александрович Тропотов Александр Васильевич АНАЛИЗ НА ПЭВМ МАРШРУТОВ ВОЛОЧЕНИЯ, ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ ТРУБ Редактор Компьютерная верстка А.А. Гребенщикова А.А. Гребенщикова Рекомендовано РИС ГОУ ВПО УГТУ-УПИ Разрешен к публикации Электронный формат PDF Формат /8 Издательство ГОУ ВПО УГТУ-УПИ , Екатеринбург, ул. Мира, 19 Информационный портал ГОУ ВПО УГТУ-УПИ