Расчет технических параметров формоизменения трубной заготовки при различных режимах экспандирования в линии ТЭСА 1420 при производстве труб большого диаметра Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ЭКСПАНДИРОВАНИЯ В ЛИНИИ ТЭСА 1420 ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

© Вдовин И.В.*

Выксунский филиал Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», г. Выкса

Приведены методики расчёта деформаций и напряжений, возникающих при экспандировании (раздаче) трубной заготовки на специальном оборудовании - гидромеханическом экспандере. Дан сравнительный анализ известных методик В.И. Феодосьева и М.В. Сторожева. Предложенные методики расчёта можно использовать в реальной технологии производства сварных труб большого диаметра для оценки геометрических параметров профиля трубной заготовки на заключительных операциях технологической линии.

Ключевые слова: производство сварных труб, давление раздачи, радиальное напряжение, тангенциальное напряжение, деформация заготовки, геометрические параметры.

Электросварные трубы большого диаметра, предназначены для строительства магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродукто-проводов, рассчитанных на рабочее давление до 12,5 МПа включительно, в том числе и подводных. Общая потребность в трубах большого диаметра складывается из спроса труб на ремонт и реконструкцию действующих магистральных трубопроводов и на строительство новых.

На ОАО «Выксунский металлургический завод», входящий в ЗАО «Объединенная металлургическая компания», впервые в отечественной практике трубного производства освоено производство одношовных сварных труб диаметром 1420 мм методом шаговой формовки (ГСОБ).

Целью данной работы является разработка методики определения напряженно-деформированного состояния (НДС) при калибровке труб большого диаметра способом пошаговой раздачи на гидромеханическом экспандере. Актуальность темы продиктована отсутствием научных разработок по данному процессу.

Завершающее поэтапное расширение прямошовной трубы большого диаметра производится на участке экспандирования. Материал трубы подвергается деформации в холодном состоянии сверх предела текучести, что приводит к остаточной деформации трубы. Задача экспандера состоит в том,

* Студент. Научный руководитель: Самусев С.В., профессор кафедры Технологии и оборудования обработки металлов давлением, доктор технических наук.

чтобы достичь предписанной в спецификации округлости, прямолинейности и точности размера внутреннего диаметра.

1 - калибрующая головка; 2 - штанга; 3 - цилиндр; 4-6 - устройства подъема трубы;

7, 8 - поворотные устройства; 9 - клещевая тележка; 10 - труба; 11 - поддерживающий ролик;

12, 13 - система поддержки поперечины.

Рис. 1. Общий вид участка гидромеханического экспандера

На рис. 1 представлен участок гидромеханического экспандера.

В начале расчёта определяется число необходимых шагов с округлением на целые шаги в сторону увеличения. Запускается клещевая тележка 9, установленная по оси экспандера. Клещи закрываются, и тележка запускается с трубой и перемещает ее для расширения по инструменту экспандера. Клещи имеют гидравлический привод.

Для оценки НДС возникающего в стенке трубной заготовки при раздаче были использованы две методики. Это методика В.И. Феодосьева и методика М.В. Сторожева, Е.А. Попова. Математический аппарат методики В.И. Феодосьева состоит из ниже приведенных формул.

Давление:

Р =

-Р-8

где аТ - предел текучести стали;

в = 1.15 - коэффициент, учитывающий возникающие упрочнения в

стали при пластической деформации; д - толщина стенки трубы; г - внутренний радиус трубы;

Радиальное напряжение:

1 -

Я

2 Л

^ = Р-

Я2 - г2

где Я - наружный радиус.

г

2

г

2

г

Технические науки

217

Тангенциальное напряжение:

2 \ л К 2

Радиальная деформация:

в + °г)

Е

где ^ - коэффициент Пуассона; Е - модуль упругости.

Тангенциальная деформация:

ъ* =

Е

Осевая деформация:

Ъ = -(ъ, + ъг)

Математический аппарат методики М.В. Сторожева и Е.А. Попова. Давление:

р = ¡Зсгт 1п — г

Радиальное напряжение:

г

г т — Тангенциальное напряжение:

Расчет деформаций производится аналогично методу В.И. Феодосьева. При расчете НДС для трубной заготовки диаметром 1420 мм, толщиной стенки 26 мм и класса прочности К 60 были получены результаты приведенные в табл. 1. Эпюры напряжений изображены на рис. 2.

а) б)

Рис. 2. Эпюры напряжений а) по В.И. Феодосьеву; б) по М.В.Сторожеву, Е.А.Попову

Таблица 1

Сравнение значений НДС полученных той и другой методикой

Параметры Методика В.И. Феодосьева Методика М.В. Сторожева, Е.А. Попова Относительная разница в значениях, %

Давление, МПа 24,48 24,026 1,89

Радиальное напряжение внутреннее, МПа -24,48 -24,026 1,89

Радиальное напряжение наружное, МПа 0 0 0

Тангенциальное напряжение внутреннее, МПа 656,468 668,026 1,73

Тангенциальное напряжение наружное, МПа 631,989 644 1,86

Радиальная деформация внутренняя -0,0011 -0,0011 0

Радиальная деформация наружная -0,00095 -0,000967 1,76

Тангенциальная деформация внутренняя 0,00319 0,003376 5,51

Тангенциальная деформация наружная 0,0032 0,0032 0

Осевая деформация -0,002212 -0,002254 1,86

В заключение работы были сделаны следующие выводы: во-первых, исходя из незначительной разницы в значениях НДС, методики можно признать равнозначными, во-вторых, равнозначность методик подтверждает, что оценка НДС при раздаче трубной заготовки является верной. Следовательно, данные способы расчета можно использовать в реальной технологии с целью получения труб с точными геометрическими параметрами.

Список литературы:

1. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов. - изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: «Машиностроение», 1977. - 423 с.

2. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: учебник для вузов. - 9-е изд. перераб. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1986. - 512 с.