IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Холодная прокатка на станах ХПТР является одним из основных способов производства особотонкостенных холоднодеформированных труб с отношением внешнего диаметра к толщине стенки до 100 и более. Трубы, полученные данным способом, имеют высокие точность, качество поверхности, механические и эксплуатационные свойства. Несмотря на широкое распространение станов ХПТР и довольно длительную их работу на многих предприятиях, до сих пор не изучены некоторые особенности прокатки. Данная работа посвящена аналитическому изучению точности труб,  изготавливаемых методом холодной прокатки роликами [1].

Для проведения исследований используется метод конечных элементов, который реализуется с помощью пакета прикладных программ DEFORM-3D. Для моделирования процесса пластической деформации были разработаны трёхмерные геометрические модели трубы, роликов и оправки. Были приняты следующие допущения:

• 1. деформируемая среда (труба)-жесткопластическая;
• 2. ролики и оправка-абсолютно жёсткие;
• 3. температура в процессе прокатки не изменяется;
• 4. трение на контакте задается по закону Зибеля:

где -касательное напряжение на контактной поверхности;

-коэффициент трения;

-предел текучести материала трубы.

На рисунке 1 представлены основные элементы компьютерной модели.

     Калибр образуется тремя роликами 3 , ориентированными под углом 120º. Радиус калибра равен внешнему радиусу готовой трубы 2. Для препятствования заклиниванию трубы калибр ролика имеет небольшую развалку. Коэффициент развалки калибра определяет долю металла, затекающего в выпуски калибра:

где -коэффициент развалки;

-площадь выпуска калибра;

-теоретическая площадь трубы в i-ом поперечном сечении.

     Неподвижная оправка 1 имеет диаметр, точно соответствующий внутреннему диаметру труб.   Ролики перекатываются по трубе по заданной траектории, определяемой калибровкой опорной планки, и образуют рабочий конус, как показано на рисунке 2.    

В результате математического моделирования планируется получить регрессионные зависимости наведенной поперечной и продольной разностенности в зависимости от факторов: относительная тонкостенность заготовки K₁, подача K₂, угол кантовки K₃, интенсивность упрочнения материала трубы K₄, коэффициент развалки K₅, коэффициент вытяжки K_6, коэффициент трения K₇:

Таким образом, используя производные, можно минимизировать функцию и определить минимальные значения разностенности:

Способ исследований при помощи метода конечных элементов позволит значительно удешевить исследование по сравнению с экспериментальным, так как не требует заводского оборудования и дорогих материалов для изготовления образцов труб и инструмента. Главным недостатком такого метода является длительное время расчета и наличие нужного программного обеспечения.

Список использованных источников.

• 1. Вердеревский В.А. Роликовые станы холодной прокатки труб. М.: Металлургия, 1992. 240 с.