НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o029.pdf (2050.63Кб)

УДК 621.774.36:539.381:51-74

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Процессы холодной пильгерной прокатки, реализованные на станах периодической холодной прокатки труб с клетями валкового типа (станы ХПТ), получили широкое распространение в производстве труб.
Теоретические основы метода холодной прокатки на станах ХПТ проработаны достаточно полно, что дает возможность оценивать технологические параметры процесса.
Однако высокие требования к качеству поверхности, точности и механическим свойствам материала труб требуют создания новых и совершенствования существующих способов прокатки, оптимизации технологических параметров, подбора новых технологических смазок, разработки новых материалов для инструмента.
Решить эти проблемы можно путем применения численных методов анализа, одним из которых является метод конечных элементов (МКЭ).
В связи с этим, в работе представлены результаты МКЭ-моделирования процесса холодной прокатки трубы на стане ХПТ в среде программы КЭ-моделирования ANSYS/ LS-DYNA 10.0.
Рассмотрена связанная задача прокатки, при решении которой наряду с механической, решалась задача нестационарной теплопроводности, т.к. учитывалось выделение тепла в заготовке за счет ее пластической деформации.
Результаты КЭ-моделирования позволили получить информацию о температурном и напряженно-деформированном состоянии заготовки во время прокатки, а также энергетические и силовые параметры прокатки.
Несмотря на значительную степень деформации металла при прокатке на стане ХПТ, показана принципиальная возможность применения лагранжевых КЭ-сеток для моделирования аналогичных технологических процессов при условии применения специальных конечных элементов и настроек, исключающих появление при решении паразитной энергии и больших искажений элементов.
В связи с тем, что максимальная температура в заготовке при прокатке не превышает температуру рекристаллизации стали, то нет необходимости использовать при моделировании модели материалов, учитывающие вязкопластические свойства.
Полученные результаты по изменению составляющих сил прокатки могут быть с успехом использованы для проектирования рабочего инструмента и изменения кинематики процесса прокатки с целью оптимизации энергетических и силовых параметров прокатки

1. Фролов В.П., Данченко В.М., Фролов Я.В. Холодная пильгерная прокатка труб: монография. Днепропетровск: Пороги, 2005. 260 с.
2. Соколова О.В., Восканьянц А.А., Комкова Т.Ю. Технология и оборудование производства труб на станах ХПТ: учеб. пособие / Под ред. А.П. Молчанова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 40 с.
3. Шевакин Ю.Ф., Коликов А.П., Райков Ю.Н. Производство труб: учеб. пособие. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. 268 с.
4. Данченко В.Н., Коликов А.П., Романцев Б.А., Самусев С.В. Технология трубного производства. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. 640 с.
5. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: пер. с англ. М.: Мир, 1986. 318 с.
6. Мальцев П.А., Дукмасов В.Г., Дубинский Ф.С., Выдрин А.В. Гибридный метод моделирования процессов прокатки сортовых профилей и труб // Вестник ЮУрГУ. 2010. № 4. С. 76-79.
7. Harada M., Honda А .,Toyoshima S. Simulation of Cold Pilgering Process by a Generalized Plane Strain FEM // Journal of ASTM International. 2005. Vol. 2, iss. 3. P. 233-247. DOI: 10.1520/JAI12334
8. Nakanishi H., Toyoshima S., Harada M., Honda A. 3D simulations for cold pilgering process by explicit FEM // X International Conference on Computational Plasticity COMPLAS X (2-4 September 2009, Barcelona, Spain). CIMNE, Barcelona, 2009. Available at: http://congress.cimne.com/complas09/proceedings/pdfs/p382.pdf , accessed 01.07.2014.
9. Ning An., Hai L. Finite Element Analysis of Rolling Process for Pilger Mill // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 881-883. P. 1420-1423. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.881-883.1420
10. Hallquist J.O. LS-DYNA Theoretical Manual. Livermore: LSTC, 1998. 497 p.
11. Восканьянц А . А ., Иванов А . В . Исследование процесса холодной поперечно-винтовой прокатки на трехмерной конечно-элементной модели // Всероссийская научно-техническая конференция, посвященная 100-летию со дня рождения академика А.И. Целикова (Москва, 14-15 апреля 2004 г.): сб. трудов / Под. ред. А.А. Восканьянца. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. С. 332–340.
12. Целиков А.И., Томленов А.Д., Зюзин В.И., Третьяков А.В., Никитин Г.С. Теория прокатки. Справочник. М.: Металлургия, 1982. 335 с.
13. Иванов А.В., Восканьянц А.А. Конечно-элементное моделирование процесса поперечно-винтовой прокатки сплошной заготовки на основе эйлерова описания движения сплошной среды // Пятая конференция пользователей программного обеспечения CAD - FEM GmbH (Москва, 21–22 апреля, 2005 г.): сб. трудов / Под. ред. А.С. Шадского. М.: Полигон-пресс, 2005. С. 227–237.
14. Никитин Г.С. Теория непрерывной продольной прокатки: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 399 с.
15. Колмогоров В.Л., Мигачев Б.А., Бурдуковский В.Г. Феноменологическая модель накопления повреждений и разрушения при различных условиях нагружения. Екатеринбург: Институт машиноведения УрО РАН, 1994. 106 с.

.