CC BY
28
Шинкин В.Н.1, Барыков А.М.2 ©
Профессор, доктор физ.-мат. наук, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; управляющий директор, кандидат эконом. наук, АО «Выксунский
металлургический завод»
МАТЕМАТИЧЕСКИЙ КРИТЕРИЙ ПЕРЕГИБА СТАЛЬНОЙ ЗАГОТОВКИ НА ТРУБОФОРМОВОЧНОМ ПРЕССЕ SMS MEER
Аннотация
Для процесса производства труб большого диаметра по технологии SMS Meer получен аналитический критерий возникновения дефекта «точка перегиба» заготовки при ее изгибе на трубоформовочном прессе.
Ключевые слова: стальные трубы большого диаметра, трубоформовочный пресс, радиус кривизны заготовки, овальность трубы.
Keywords: the steel major-diameter tubes, O-forming press, the blank’s radius of curvature, the tube ovality.
Дефект «точка перегиба» при формовки заготовки в О-форму. Дефект «точка перегиба» - точка нейтральной линии поперечного сечения стенки трубной заготовки, в которой ее кривизна меняет знак. Совокупность таких точек образует линию перегиба заготовки. При формовке заготовки на прессе пошаговой формовки в О-форму из-за больших изгибающих моментов от свободно весящей в воздухе части заготовки может возникать дефект «точка перегиба» - необратимый пластический изгиб заготовки в сторону, противоположную нормальному изгибу трубы.
Пусть h - толщина заготовки, а1 и а2 - углы контакта листовой заготовки с бойками; от и у - предел текучести (Па) и плотность металла заготовки (кг/м3), g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с ).
Первый случай перегиба. Рассмотрим перегиб плоской свободной части заготовки при ее формовке слева направо (рис. 1). В этом случае перегиб заготовки о бойки в обратную сторону возникает, если поперечная длина свободной части заготовки s1 больше £1т:
s
1т
1
hs
3g cos a1
© Шинкин В.Н., Барыков А.М., 2015 г.
где р - безразмерный коэффициент, учитывающий силы инерции при изгибе заготовки.
Рис. 2. Последний удар формовочного ножа по центру заготовки
Второй случай перегиба. Рассмотрим перегиб свободной цилиндрической части заготовки при ее формовке слева направо и справа налево (рис. 1, 2). В этом случае перегиб заготовки о бойки в обратную сторону возникает, если длина цилиндрического участка свободной части заготовки s2 больше s2l., которая определяется из нелинейного уравнения:
кат ш2т 1
2
V 2 у
sin
V 2 у
V 2 у
sin
a2 +'
a
- sin a
а=т
Л
где b - коэффициент пружинения стальной заготовки, гп - радиус пуансона.
2
Рис. 3. Пошаговая формовка правой части заготовки
Третий случай перегиба. Рассмотрим перегиб изогнутой свободной части заготовки, состоящей из прямолинейного участка длинной s3 и цилиндрического участка длинной s0 (рис. 3). В этом случае перегиб заготовки о бойки в обратную сторону возникает, если длина s3 больше s3l., которая определяется из квадратного уравнения:
asо = p — 2ai, so = asobr ,
/22 m ^зт cos a
\
2
+ m^3Ts0 cos a} +
hsT
6
= g
+
V
s02 1
2 as0 1
V 2 J
a
sin
s0
a
sinl a! +
a
s0
sin a
v
2
2
Наиболее опасным является первый шаг изгиба заготовки слева направо на трубоформовочном прессе, при котором возникает максимальный изгибающий момент от свободной части заготовки. Зависимость максимальной поперечной длины свободной части заготовки s1т от толщины заготовки h при разных пределах текучести От показана на рис. 4.
Рис. 4. Максимальная поперечная длина свободной части заготовки при изгибе на трубоформовочном прессе без дефекта точка перегиба
Производственные дефекты стальных труб. Новейшими технологиями производства прямошовных одношовных труб большого диаметра являются процессы по схеме 1СОЕ [1-46]. Перед формовкой труб стальной лист правят на листоправильных машинах [1, 2, 6-10]. Дефект образования гофра продольной кромки стального листа на кромкогибочном прессе изучался в работах [1, 2, 11-27], дефект несплавления сварного продольного шва при сборке трубы — в [1, 2, 24], дефект остаточных напряжений стального листа после трубоформовочного пресса - в [1, 2, 37], дефект стального листа раскатной пригар с риской - в [1, 2, 38], процессы прокатки стального листа для производства труб - в [47-57].
Литература
1. Шинкин В.Н. Механика сплошных сред для металлургов. - М: Изд. Дом МИСиС, 2014. - 628 с.
2. Шинкин В.Н. Сопротивление материалов для металлургов. - М: Изд. Дом МИСиС, 2013. - 655 с.
3. Шинкин В.Н. Сопротивление материалов. Простые и сложные виды деформаций в металлургии.
- М: Изд. Дом МИСиС, 2008. - 307 с.
4. Шинкин В.Н. Теоретическая механика для металлургов. - М: Изд. Дом МИСиС, 2012. - 679 с.
5. Буланов Э.А., Шинкин В.Н. Механика. Вводный курс. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013.
- 172 с.
6. Шинкин В.Н., Федотов О.В. Расчет технологических параметров правки горячекатаной рулонной полосы на пятироликовой машине линии Fagor Arrasate // Производство проката. 2013. № 9. С. 43-48.
7. Шинкин В.Н., Борисевич В.Г., Федотов О.В. Холодная правка стального листа в четырехроликовой листоправильной машине // В сборнике: Глобализация науки: проблемы и перспективы. Том 2. — Уфа: Башкирский государственный университет, 2014. — С. 119-121.
8. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Расчет технологических параметров холодной правки стального листа на девятироликовой машине SMS Siemag металлургического комплекса стан 5000 // Производство проката. 2014. № 5. С. 7—15.
9. Шинкин В.Н. Расчет технологических параметров правки стального листа на одиннадцатироликовой листоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Производство проката. 2014. № 8. С. 26—34.
10. Шинкин В.Н. Математическая модель правки тонкого стального листа на пятнадцатироликовой листоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Производство проката. 2015. № 1. С. 42-48.
11. Шинкин В.Н., Уандыкова С.К. Гибка стальной листовой заготовки на кромкогибочном прессе при производстве труб большого диаметра // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. 2009. № 16. С. 110-112.
12. Шинкин В.Н. Гофр продольной кромки листа при его формовке на кромкогибочном прессе // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2009. Вып. 6. С. 171-174.
13. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процесса пластического формоизменения листовой заготовки для производства труб большого диаметра // Обработка металлов давлением, 2011. № 3(28). С. 7—11.
14. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Формовка листовой заготовки в кромкогибочном прессе и условие возникновение гофра при производстве труб магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011. № 4. С. 14-22.
15. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Упругопластическое изменение металла на кромкогибочном прессе при формовке труб большого диаметра // Сталь. 2011. № 6. С. 53—56.
16. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Elastoplastic shaping of metal in an edge-ending press in the manufacture of large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 6. P. 528—531.
17. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Модель пластического формоизменения кромок листовой заготовки при производстве труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Известия вузов. Черная металлургия. 2011. № 9. С. 45—49.
18. Шинкин В. Н. Математическое моделирование процессов производства труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. №4 (62). Вып. 4. С. 69-74.
19. Шинкин В.Н., Коликов А.П., Барыков А.М. Технологические расчеты процессов производства труб большого диаметра по технологии SMS Meer // Металлург. 2011. № 11. С. 77-81.
20. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Engineering calculations for processes involved in the production of large-diameter pipes by the SMS Meer technology // Metallurgist. 2012. Vol. 55. Nos. 11—12. P. 833—840.
21. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процесса формовки заготовки для труб большого диаметра // Сталь. 2011. № 1. С. 54-58.
22. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Simulation of the shaping of blanks for large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 1. P. 61—66.
23. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процессов экспандирования и гидроиспытания труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011. № 10. С. 12-19.
24. Шинкин В.Н., Барыков А.М., Коликов А.П., Мокроусов В.И. Критерий разрушения труб большого диаметра при несплавлении сварного соединения и внутреннем давлении // Производство проката. 2012. № 2. С. 14-16.
25. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Расчет формы трубной заготовки при гибке на кромкогибочном и трубоформовочном прессах фирмы SMS Meer при производстве труб большого диаметра по схеме JCOE // Производство проката. 2014. № 12. С. 13-20.
26. Шинкин В.Н. Критерий перегиба в обратную сторону свободной части листовой заготовки на трубоформовочном прессе SMS Meer при производстве труб большого диаметра // Производство проката. 2012. № 9. С. 21-26.
27. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Гибка стального листа на трубоформовочном прессе при производстве труб большого диаметра // Сталь. 2015. № 4. С. 38-42.
28. Шинкин В.Н. Математическая модель правки стальной полосы на пятироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №8 (88). С. 344-349.
29. Шинкин В.Н. Правка толстой стальной полосы на одиннадцатироликовой листоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №9 (89). С. 359-365.
30. Шинкин В.Н. Расчет технологических параметров правки тонкой стальной полосы на пятнадцатироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №10 (90). С. 361-366.
31. Шинкин В.Н. Холодная правка толстого стального листа на девятироликовой машине фирмы SMS Siemag на металлургическом комплексе стан 5000 // Молодой ученый. 2015. №11 (91). С.467-472.
32. Шинкин В.Н. Четырехроликовый режим холодной правки толстого стального листа на пятироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №12 (92). С. 356-361.
33. Шинкин В.Н. Упругопластическая деформация металлического листа на трехвалковых вальцах // Молодой ученый. 2015. №13 (93). С. 225-229.
34. Шинкин В.Н. Шестироликовый режим предварительной правки стальной полосы на листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №14 (94). С. 205-211.
35. Шинкин В.Н. Определение критических давлений магистральных газонефтепроводов при частичном несплавлении продольного сварного шва стальных толстостенных труб // Молодой ученый. 2015. №15 (95).
36. Мокроусов В.И. Формовка плоской стальной заготовки на трубном прессе // Молодой ученый. 2015. №15 (95).
37. Шинкин В.Н., Коликов А.П., Мокроусов В.И. Расчет максимальных напряжений в стенке трубы при экспандировании с учетом остаточных напряжений заготовки после трубоформовочного пресса SMS Meer // Производство проката. 2012. № 7. С. 25-29.
38. Шинкин В.Н., Мокроусов В.И. Критерий разрыва труб газонефтепроводов при дефекте «раскатной пригар с риской» // Производство проката. 2012. № 12. С. 19-24.
39. Шинкин В.Н. Производство труб большого диаметра по схеме JCOE фирмы SMS Meer для магистральных трубопроводов // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 3-1. С. 64-67.
40. Шинкин В.Н. Расчет технологических параметров кромкогибочного пресса фирмы SMS Meer // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 4-1. С. 114-119.
41. Шинкин В.Н. Математический критерий возникновения гофра при формовке стальной листовой заготовки на кромкогибочном прессе SMS Meer // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 5-1. С. 96-99.
42. Шинкин В.Н. Расчет усилий трубоформовочного пресса SMS Meer при изгибе плоской толстой стальной заготовки при производстве труб большого диаметра // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 6-1. С. 115-118.
43. Шинкин В.Н. Оценка усилий трубоформовочного пресса SMS Meer при изгибе стальной цилиндрической заготовки // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 7-1. С. 74-78.
44. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Сила давления пуансона трубоформовочного пресса SMS Meer при изгибе частично изогнутой толстой стальной заготовки // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 8-1.
45. Мокроусов В.И. К вопросу о разрыве стальных прямошовных труб при гидроиспытаниях и дефекте сварного шва // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 8-1.
46. Пермичев Н.Ф., Барыков А.М., Палева О.А. Управление инновационным потенциалом предприятия. - Нижний Новгород: Изд. ВВАГС, 2008. - 83 с.
47. Скороходов В.Н., Чернов П.П., Мухин Ю.А., Бельский С.М. Математическая модель процесса свободного уширения при прокатке полос // Сталь. 2001. № 3. С. 38-40.
48. Скороходов В.Н., Мухин Ю.А., Бельский С.М. Нейтральные углы при прокатке в валках неравных диаметров, вращающихся с одинаковой угловой скоростью // Производство проката. 2006. № 5. С. 2-6.
49. Скороходов В.Н., Мухин Ю.А., Бельский С.М. Контактное давление при тонколистовой прокатке в валках неравных диаметров, вращающихся с одинаковой угловой скоростью // Производство проката. 2007. № 2. С. 15-20.
50. Мухин Ю.А., Бельский С.М. О допустимости одного упрощения при анализе процесса несимметричной тонколистовой прокатки // Производство проката. 2007. № 7. С. 11-13.
51. Скороходов В.Н., Мухин Ю.А., Бельский С.М. Энергетический баланс и величина нейтральных углов при прокатке в валках неравных диаметров // Производство проката. 2007. № 9. С. 15-18.
52. Бельский С.М., Мухин Ю.А. Нейтральные углы и контактное давление при тонколистовой прокатке со скоростной асимметрией // Производство проката. 2007. № 11. С. 13-17.
53. Скороходов В.Н., Мухин Ю.А., Бельский С.М., Мазур С.И. Особенности профилировок рабочих валков для клетей с осевой сдвижкой. Сообщение 1 // Производство проката. 2007. № 12. С. 17-19.
54. Бельский С.М. Влияние формы эпюры переднего удельного натяжения на распределение давления прокатки и выходных напряжений по ширине полосы // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2008. № 1. С. 43-46.
55. Скороходов В.Н., Мухин Ю.А., Бельский С.М., Мазур С.И. Особенности профилировок рабочих валков для клетей с осевой сдвижкой. Сообщение 2 // Производство проката. 2008. № 1. С. 21-24.
56. Бельский С.М. О некоторых эффектах применения осевой сдвижки рабочих валков // Производство проката. 2008. № 7. С. 21-24.
57. Бельский С.М., Мухин Ю.А., Мазур И.П. Теоретический анализ влияния натяжений на уширение металла при тонколистовой прокатке // Производство проката. 2008. № 11. С. 13-17.
