CC BY
14
ЭДЕБИЕТТЕРДЩ Т1З1М1
1 Ельмуратов, С. К. Устойчивость прямоугольных пластин линейно-переменной толщины // Строительная механика: науч.методич.сб. - Караганда, 1978. - с. 67-72
2 Варвак, П. М. Развитие и приложение метода сеток к расчету пластинок. - Киев:АН УССР, 1949. -136 с.
3 Смирнов, А. Ф. Численный метод расчета на устойчивость пластинок переменной толщины. - М : Труды МИИТ, 1963.
С. Торайгыров атындаFы Павлодар мемлекеттж университет^ Павлодар к. 13.09.12. материал редакцияFа тYстi.
С.К. Ельмуратов, А.Ф. Ельмуратова, Д.К. Оразова Устойчивость пластин переменной толщины S.K. Elmuratov, A.F. Elmuratova, D.C. Orazova Stability of plates of variable thickness
Исследуется устойчивость прямоугольных пластин переменной толщины при различном соотношении сжимающих сил.
The article regards the tolerance of rectangular bars with variable thickness under compressive force of different correlation.
УДК 621.7.01
Г.М. Жанабаева, Р.И. Сержанов, А.В. Богомолов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДООХЛАЖДАЕМЫХ ПРОШИВНЫХ ОПРАВОК
В статье представлены материалы экспериментальных исследований конструкции водоохлаждаемых прошивных оправок, теоретически изучено влияние режимов обработки на качество работы оправки, широко применяемой в трубопрокатном производстве.
Прошивные оправки в процессе эксплуатации разогреваются до высоких температур и испытывают значительные удельные усилия. На стойкость оправок оказывает влияние большое количество факторов: химический состав и режим термообработки металла, калибровка оправок, марка прокатываемой стали, температура металла заготовки
59
перед прошивкой, машинное время прокатки, настройки прошивного стана, условия охлаждения оправок и др. К особенностям эксплуатации водоохлаждаемых прошивных оправок необходимо отнести цикличность воздействия высоких температур (~ 1200 0С) и сложный характер их охлаждения: постоянно изнутри, периодически снаружи. При производстве труб из легированных сталей эти условия усугубляются, что приводит к их ускоренному износу.
Рисунок 1 — Расположение контрольных точек на поверхности оправки: I, II — зоны распределения температуры;
1... 7 — точен, в которых отслеживалось изменение температуры при нагреве и
охлаждении.
Рисунок 1 - Расположение контрольных точек на поверхности оправки
1,11 - зоны распределения температуры; 1.. .7 - точки в которых отслеживалось изменение температуры при нагреве и охлаждении
Наиболее распространенным видом износа оправок при прошивке легированных сталей является пластическая деформация носка. При этом основными факторами, влияющими на этот процесс, являются особенности температурного поля и удельных усилий на оправку. Поэтому весьма актуальной задачей является установление механизма износа прошивных оправок.
Материалом для изготовления прошивных оправок являются конструкционные стали содержащие хром, никель, молибден, ванадий, марганец, кремний, иногда вольфрам. Применяются также оправки из марганцовистой стали (типа стали Гатфильда). Для формирования на наружной поверхности оксидированного слоя и высокой твердости готовые оправки подвергают нормализации и отпуску.
На Синарском трубном заводе водоохлаждаемые прошивные оправки изготовляют из стали 12Х2МФСР, относящейся к особо прочной, стойкой к истиранию и работающей при температуре 450 - 600 0С. Твердость оправки после термической обработки составляет ~ 30 HRC. Твердотельная модель оправки с указанием контрольных точек представлена на рисунке 1. Распределение температуры в оправке после прошивки и охлаждения, полученное 60
путем математического моделирования (рисунок 2), позволяет определить наиболее разогретые при прошивке зоны - это носок и прилегающая к нему сферическая часть. Так, для выбранных условий моделирования: - после 15 с. цикла прошивки (нагрева), температура носка составляет 1100 0С; в начале перехода к сферической поверхности - 850 0С, в середине этого участка 150 0С. Еще более значительные перепады температуры можно отметить внутри -ближе к поверхности полости охлаждения (рис. 2). Характер распределения температуры позволяет весь объем оправки разделить на две зоны, разделенные пунктирной линией (рисунок 1 поз. I, II). Первая в процессе циклического воздействия нагрева и охлаждения подвергается закалке, вторая - нет.
1 200С-1000 -800 -600 -400 -200 -
О Н-т-т-т-т-т-Ttc
0,0 5,2 10,3 15,5 20,6 25,8 31,0
Рисунок 2 — Изменение температуры ъ контрольных точках по рис. 1
Рисунок 2 - Изменение температуры в контрольных точках по рисунку 1
Наибольшие термические напряжения возникают в начале первого цикла работы при контакте оправки, имеющей обычную температуру, с нагретой заготовкой. Если использовать предварительный "мягкий" подогрев оправки перед первой прошивкой, то эти напряжения оказываются значительно меньше. Это является важным практическим выводом, поскольку на практике возможно внедрение процесса подогрева оправки в технологическую цепочку процесса прошивки заготовки на прошивном стане.
Значения термических напряжений являются большими по величине, чем усилие, действующее от металла на оправку малого диаметра. Поэтому их влияние на срок службы оправки очень велико.
В поверхностных слоях оправки неизбежно преобладают деформации сжатия, что сказывается на сроке службы оправки.
В случае более интенсивного охлаждения оправки между прошивками наблюдается большая амплитуда колебаний термических напряжений. Поэтому более благоприятным с точки зрения напряженного состояния было бы применять охлаждения оправки на воздухе. Однако при таком режиме оправка разогревается до очень высоких температур, что тоже недопустимо. Поэтому охлаждение в воде более целесообразно.
61
Оправка меньшего диаметра, как и оправка большего диаметра, испытывает в начале первого цикла работы такие же высокие термические напряжения. Для подобной оправки тоже целесообразно применять предварительный нагрев перед прошивкой.
Материал для изготовления оправки должен обладать свойствами жаропрочности, высоким сопротивлением ползучести, как основным фактором жаропрочности, высокой релаксационной стойкостью, высоким значением предела текучести. Материал носика оправки должен обладать высокой термостойкостью и теплопроводностью, чтобы обеспечить быстрое отведение от него тепла.
В результате патентных исследований авторами предложено изменить технологию охлаждения прошивной оправки.
В ходе эксперимента было рассмотрено два вида расположения водоох-лаждаемых каналов: диагональное и центральное. Экспериментальные данные показали, что диагональное охлаждение наиболее эффективно, нежели чем центральное, т.к. диагональное водоохлаждение оправки, позволит лучше охлаждать те участки оправки, которые нагреваются до наибольших температур
Таблица 1
№ Живое сечение при диагональном расположение водоохлаждаемых каналов Живое сечение при центральном расположение водоохлаждаемых каналов Глубина погружения оправки
1 56 38 70
2 84 74 50
3 54 36 90
4 81 72 49
5 52 28 75
6 79 70 48
7 58 40 90
8 77 68 51
9 60 42 89
10 75 66 52
11 62 44 85
12 73 69 53
13 65 61 57
14 71 69 54
15 67 63 56
16 69 65 55
Вывод
1. Целесообразно применять водоохлаждаемые оправки, имеющие каналы для подачи охлаждающей жидкости. Это позволит лучше охлаждать те участки оправки, которые нагреваются до наибольших температур (носок оправки и область перехода его в сферический участок).
62
2. Экспериментально установлено, что диагональное расположение каналов обеспечивает лучшие условия охлаждения (выше процент живого сечения).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Жанабаева, Г. М., Сержанов, Р. И., Богомолов, А. В. Стойкость оправок прошивного стана // IV Чокинские чтения. 2010 - Т.2 - С. 127-134.
2 Потапов, И. Н., Полухин, П. И. Технология винтовой прокатки. - М. : Металлургия, 1990 г. - 344 с.
3 Жанабаева, Г. М., Сержанов, Р. И., Богомолов, А. В. Рациональная форма рабочей части прошивной оправки // XI Сатпаевские чтения. 2011 - Т.34 - С. 48-52.
4 Жанабаева, Г. М., Сержанов, Р. И., Богомолов, А. В. Rational form working part piercing mandrel // - 2011 - том 25 - С. 3-5.
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар. Материал поступил в редакцию 10.09.12.
Г.М. Жанабаева, Р.И. Сержанов, А.В. Богомолов
Суды суыту сырмалыны тYзетудщ эксперементалды зерттеу
G.M. Zhanabayeva, R.I. Serzhanov, A.V. Bogomolov
Experimental study of water-cooled piercing mandrels
Мацалада цубырды uлемдейтiн eHdipici кец цолдануда, сапалы жумысты вндеу тэpтiбiне эсерт теоретикалыц зеpттелдi, суды суыту сырмалыны тузету цурылымын эксперементалды зерттеу материалдары берлген
The paper presents experimental research materials on construction of water-cooled piercing mandrels, theoretical study of the effect of treatment conditions on the quality of work of the mandrel, which is widely used in pipe rolling.
УДК 621.7.01
63
