CC BY
27
Шинкин В.Н.1, Барыков А.М.2 ©
1Профессор, доктор физ.-мат. наук, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; управляющий директор, кандидат экономических наук, ОАО
«Выксунский металлургический завод»
СИЛА ДАВЛЕНИЯ ПУАНСОНА ТРУБОФОРМОВОЧНОГО ПРЕССА SMS MEER ПРИ ИЗГИБЕ ЧАСТИЧНО ИЗОГНУТОЙ ТОЛСТОЙ СТАЛЬНОЙ ЗАГОТОВКИ
Аннотация
Получен аналитический метод расчета технологических параметров гибки частично изогнутой стальной толстолистовой заготовки (левая часть которой имеет цилиндрическую форму, а правая часть -плоскую форму) на трубоформовочном прессе SMS Meer: максимального усилия пресса при формовке, размера и формы контактной зоны пуансона и заготовки. Результаты исследований могут быть применены при производстве стальных труб большого диаметра для магистральных газонефтепроводов.
Ключевые слова: стальная труба большого диаметра, стальная листовая заготовка,
трубоформовочный пресс.
Keywords: steel major-diameter pipe, steel blank, O-forming press.
Формовка заготовки на трубоформовочном прессе SMS Meer. Рассмотрим изгиб стальной цилиндрической заготовки, опирающейся на закругленные матрицы (бойки), под действием давления пуансона пресса (рис. 1). Пусть H - глубина прогиба (обжатие) заготовки при формовке; гп и гм радиусы пуансона и матрицы; вгп - радиус недеформируемой части заготовки (в > 1); Ршф - усилие пуансона при формовке; R1 и R -реакции опор заготовки с левой и правой матрицами; а1 и а - углы контакта заготовки с левой и правой матицами; ф1 и ф - углы левой и правой зон контакта пуансона и заготовки; L - расстояние между матрицами; р - коэффициент силы трения скольжения; h и b -толщина и ширина заготовки; от - предел текучести; E - модуль Юнга; Пр и Пс - модули упрочнения при растяжении и сжатии; р = гп + h/2 - радиус кривизны нейтральной плоскости заготовки.
© Шинкин В.Н., Барыков А.М., 2015 г.
Изгибающий момент в контактной зоне пуансона и заготовки равен
4+h(i -2x)2(i+x)l, h=(nj;4+n‘ ^
_ 4 3 J Eh 24атр
M (p) = bh 2ат
Будем считать, что при формовке левая неконтактная поверхность заготовки между пуансоном и матрицами остается цилиндрической, а правая неконтактная поверхность заготовки - плоской. Тогда
Рис. 2. Формовка частично изогнутой заготовки на прессе SMS Meer
a = j = arcsin
r + r
п м
i
L
(rn + Гм - H )2 + \- +
- arctg f \ rn + Гм - H
L
— + гм
v 2 j
jl0 = a1 - j = arccos
j20 = arcsin
j = - j20 + arcsin
(b rn + гм)2 + rn2(b-1)2-(rn + гм -H)2 -^L + Гм 2(b Гм + rn) rn (b-!)
(fiirn + гм )sin jo
V (ДГп + Гм )2 - 2(ДГ, + Гм )rn (b - l)c°s jo + rn2 (b - 1)2
L
— + гм
______________________2 м______________________
V(b rn + Гм )2 - 2(b rn + Гм ) rn (b - !) c°s jo + rn2 (b - 1)2
a=j+jo-
2
r
м
2
Угол контактной зоны ф£ = (ф1 + ф). Длина контактной зоны пуансона и заготовки lk = гп(ф1 + ф). Правая и левая реакции матриц равны
M cos a
R =
+ Гм -(гп + Гм ) sin a
*1 =-
M
2 brn
a-jЛ ■(a-j
cos| 1 1 I + m sinl 1 1
Усилие пуансона трубоформовочного пресса SMS Meer при изгибе частично изогнутой стальной заготовки равно
Ршф = R1 (cos a + m sin a) + R(cos a + m sin a).
трубоформовочном прессе SMS Meer (17 ударов пуансона)
Производство труб из стального листа. В практике производства труб большого диаметра для магистральных газонефтепроводов утвердился процесс формовки трубной заготовки из толстого стального листа по схеме 1СОБ (рис. 2, 3) [1-45]. Перед формовкой труб стальной лист правят на многороликовых листоправильных машинах [5-11, 36-39]. Дефект образования гофра продольной кромки стального листа на кромкогибочном прессе изучался в работах [1, 2, 12-24], вредное влияние остаточных напряжений в стенке стального листа после трубоформовочного пресса на процесс экспандирования трубы - в [1, 2, 25], дефект «точка перегиба» при изгибе стального листа на трубоформовочном прессе - в [1, 2, 27], дефект несплавления сварного продольного шва при сборке трубы - в [1, 2, 34], дефект стального листа раскатной пригар с риской - в [1, 2, 35], процессы прокатки стального листа для производства труб - в [46-56].
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. Шинкин В.Н. Математическая модель правки стальной полосы на пятироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №8 (88). С. 344-349.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. Шинкин В.Н. Упругопластическая деформация металлического листа на трехвалковых вальцах // Молодой ученый. 2015. №13 (93). С. 225-229.
11. Шинкин В.Н. Шестироликовый режим предварительной правки стальной полосы на листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №14 (94).
12. 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.
13. Шинкин В.Н. Гофр продольной кромки листа при его формовке на кромкогибочном прессе // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2009. Вып. 6. С. 171-174.
14. 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.
15. 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.
16. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Упругопластическое изменение металла на кромкогибочном прессе при формовке труб большого диаметра // Сталь. 2011. № 6. С. 53-56.
17. 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.
18. 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.
19. 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.
20. 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.
21. 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.
22. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процесса формовки заготовки для труб большого диаметра // Сталь. 2011. № 1. С. 54-58.
23. 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.
24. 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.
25. 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.
26. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процессов экспандирования и гидроиспытания труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011. № 10. С. 12-19.
27. 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.
28. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Гибка стального листа на трубоформовочном прессе при производстве труб большого диаметра // Сталь. 2015. № 4. С. 38-42.
29. Шинкин В.Н. Производство труб большого диаметра по схеме JCOE фирмы SMS Meer для магистральных трубопроводов // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 3 (74). Часть 1. С. 64-67.
30. Шинкин В.Н. Расчет технологических параметров кромкогибочного пресса фирмы SMS Meer // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 4 (75). Часть 1. С. 114-119.
31. 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 (76) Часть 1. С. 96-99.
32. 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 (77). Часть 1. С. 115-118.
33. Шинкин В.Н. Оценка усилий трубоформовочного пресса SMS Meer при изгибе стальной цилиндрической заготовки // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 7 (78).
34. 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.
35. Шинкин В.Н., Мокроусов В.И. Критерий разрыва труб газонефтепроводов при дефекте «раскатной пригар с риской» // Производство проката. 2012. № 12. С. 19-24.
36. 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.
37. 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.
38. 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.
39. 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.
40. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Критерий перегиба в обратную сторону свободной части листовой заготовки на трубоформовочном прессе SMS MEER // «ОМД-2014. Фундаментальные проблемы. Инновационные материалы и технологии» - М.: ООО Белый ветер, 2014. Часть 2. -С. 40-45.
41. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Критерий разрушения труб большого диаметра при несплавлении сварного соединения и внутреннем давлении // «Высокие технологии, фундаментальные исследования, инновации» - СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2014. - С. 171-175.
42. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Упругопластическая деформация стального листа на трехроликовой гибочной машине // «Механические свойства современных конструкционных материалов» - М.: ИМЕЕТ РАН, 2014. - С. 326-327.
43. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Математическая модель расчета формы трубной заготовки после кромкогибочного пресса SMS Meer // Евразийский союз ученых. 2014. № 5. Часть 3. С. 112-115.
44. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Упругопластическая деформация стального листа в пятироликовой правильной машине // «Deformation & Fracture of Materials and Nanomaterials (DFMN 2015)» - М.: ИМЕЕТ РАН, 2015.
45. Пермичев Н.Ф., Барыков А.М., Палева О.А. Управление инновационным потенциалом предприятия. - Нижний Новгород: Изд. ВВАГС, 2008. - 83 с.
46. 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.
47. 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.
48. 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.
49. Мухин Ю.А., Бельский С.М. О допустимости одного упрощения при анализе процесса несимметричной тонколистовой прокатки // Производство проката. 2007. № 7. С. 11-13.
50. 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.
51. Бельский С.М., Мухин Ю.А. Нейтральные углы и контактное давление при тонколистовой прокатке со скоростной асимметрией // Производство проката. 2007. № 11. С. 13-17.
52. 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.
53. 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.
54. 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.
55. Бельский С.М. О некоторых эффектах применения осевой сдвижки рабочих валков // Производство проката. 2008. № 7. С. 21-24.
56. 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.
