АО «Северский трубный завод», Полевской, Россия

О. А. Панасенко, начальник трубопрокатной лаборатории научно-исследовательского центра, эл. почта: PanasenkoOA@stw.ru

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия
А. О. Халезов, аспирант кафедры обработки металлов давлением (ОМД), эл. почта: alekssanja633@mail.ru
Д. Ш. Нухов, доцент кафедры ОМД, канд. техн. наук, эл. почта: d.s.nukhov@urfu.ru
Е. А. Григорьев, бакалавр кафедры ОМД, эл. почта: egorik.grigirik@mail.ru

Изучение формоизменения металла в процессах винтовой прокатки и прошивки непрерывнолитой заготовки является нетривиальной задачей. Теоретическое описание этих процессов классическим аналитическими методами предполагает принятие различного рода допущений и упрощений. В настоящее время широкое распространение для анализа процессов обработки металлов давлением получили численные методы конечно-элементного моделирования в качестве альтернативы упрощенным аналитическим решениям. За счет отказа от допущений, вызванных математическими трудностями, численные методы имеют преимущество перед аналитическими методами, несмотря на наличие сложностей при определении граничных условий, характера зависимости сопротивления деформации металла от термомеханических параметров процесса пластической деформации и др. Рассмотрено применение методики оценки формоизменения заготовки при винтовой прошивке с учетом сложного характера течения металла. Предложено учитывать влияние «наплыва» металла при входе и выходе из локального очага и на основе этого корректировать расчет ширины контактной поверхности с применением конечно-элементного моделирования процесса винтовой прошивки. Установлено, что аналитические формулы сильно занижают результат определения ширины контактной поверхности металла с валком. Отклонение результатов аналитического расчета ширины контактной поверхности от результатов, полученных в ходе промышленного эксперимента, составило более 40. Результаты расчета длины контактной поверхности, полученные по предлагаемой методике с применением программы QForm, отличаются от результата физического моделирования на 1,0 и 1,4 %, а ширины контактной поверхности — менее 10 %. Сравнение расчетного и опытного значений площади контактной поверхности металла с валком показало занижение расчета на 5,5%, полученных по предлагаемой методике с применением программы QForm.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (тема № FEUZ-2023-0015).

1. Топоров В. А. Комплексная реконструкция сталеплавильного и трубопрокатного производства на ОАО «СТЗ» — новый шаг к производству высококачественных труб для нефтегазовых компаний // Труды международной научно-технической конференции «Трубы-2014». — Челябинск : Изд-во ООО «Полиграф-Мастер», 2015. № 2. — С. 17–20.
2. Пат. 2578887 РФ. Способ получения полых гильз на прошивном стане / Топоров В. А., Толмачев В. С., Пьянков Б. Г. и др.; заявл. 30.09.2014 ; опубл. 27.03.2016.
3. Пат. 2494825 РФ. Валок прошивного стана / Топоров В. А., Рятков В. Л., Губкин Ю. Г. и др.; заявл. 18.04.2012 ; опубл. 10.10.2013.
4. Пат. 2518040 РФ. Технологический инструмент для прошивки непрерывнолитых заготовок / Меркулов Д. М., Глубчик Р. М., Топоров В. А. и др.; заявл. 01.10.2012 ; опубл. 10.06.2014.
5. Потапов И. Н. Теория трубного производства. — М. : Металлургия, 1991. — 424 с.
6. Данилов Ф. А. Горячая прокатка и прессование труб. — М. : Металлургия, 1972. — 591 с.
7. Богатов А. А. Винтовая прокатка непрерывнолитых заготовок из конструкционных марок стали : учебное пособие. — Екатеринбург : Издательство УрФУ, 2017. — 164 с.
8. Голубчик Р. М., Меркулов Д. В. Оценка размеров прошиваемых заготовок по параметрам циклического формоизменения // Сталь. 2012. № 12. С. 37–40.
9. Топоров В. А., Богатов А. А., Нухов Д. Ш., Панасенко О. А. Определение геометрических соотношений очага деформации при винтовой прошивке заготовок // Черные металлы. 2019. № 4. С. 27–31.
10. Romantsev B. A., Skripalenko M. M., Skripalenko M. N., Yusupov V. S., Vorotnikov V. A., Sidorov A. A. Assessment of shear strains, kinematic state, and deformation zone in two-high screw rolling processes // Metallurgist. 2024. Vol. 68, Iss. 7. P. 1059-1064. DOI: 10.3103/s0967091224701110
11. Топоров В. А., Степанов А. И., Панасенко О. А., Ибрагимов П. А. Применение конечно-элементного моделирования для совершенствования процесса прошивки на прошивном стане // Металлург. 2014. № 7. С. 28–31.
12. Yang Sh., Liu H., Wang D., Wang G., Cao X. Analysis of the varying thickness rolling process based on the principle of pre-displacement // Metals. 2023. Vol. 13, Iss. 11. 1799. DOI: 10.3390/met13111799
13. Lezhnev S., Naizabekov A., Tolkushkin A., Panin E. Choosing the design of a radial-shear rolling mill for obtaining a screw profile // Modelling. 2024. Vol. 5. P. 1101–1115. DOI: 10.3390/modelling5030057
14. Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Wójcik Ł., Skripalenko M. M. Prediction of ductile fracture in skew rolling processes // Int. J. Mach. Tools Manuf. 2021. Vol. 163. 103706. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2021.103706
15. Liu H., Li Q., Gui H., Li Sh., Chen J., Tuo L., Zhang P., Shen Ch. Technology optimization analysis of three-roll rotary piercing process for seamless steel pipe // Journal of the Minerals Metals & Materials Society. 2024. Vol. 76. P. 3465-3475. DOI: 10.1007/s11837-024-06541-2
16. Осадчий В. Я., Коликов А. П. Производство и качество стальных труб : учеб. пособие; под ред. В. Я. Осадчего. — М. : Изд-во МГУПИ, 2012. — 370 с.
17. Выдрин А. В., Нерозников В. Л., Звонарев Д. Ю., Трубников К. В. Анализ влияния настроечных параметров прошивного стана на изменение диаметра и толщины стенки гильзы // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2022. Т. 22. № 1. С. 42–52. DOI: 10.14529/met220105
18. Звонарев Д. Ю., Нерозников В. Л., Выдрин А. В. Определение настроек прошивного стана с помощью цифровых технологий // Черные металлы. 2019. № 9. С. 24–30.
19. Nguyen Q., Aleshchenko A. S. Research on the mandrel wear of a screw rolling piercing mill by the finite element method // Key Engineering Materials. 2022 Vol. 910. P. 381–387. DOI: 10.4028/p-4m4o75
20. Arbuz A., Popov F., Panichkin A., Kawałek A., Lutchenko N., Ozhmegov K. Using the radial-shear rolling method for casted zirconium alloy ingot structure improvement // Materials. 2024. Vol. 17, Iss. 20. 5078. DOI: 10.3390/ma17205078