ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА И ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОПРАВОЧНОГО ВОЛОЧЕНИЯ ТРУБ С ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ
Актуальность работы. Металлоизделия, обеспечивающие лучшее соотношение экономического эффекта от их применения к стоимости производства и эксплуатации, отвечают современным требованиям энерго- и ресурсосбережения. К числу подобных изделий относятся профильные трубы, имеющие некруглое поперечное сечение и обладающие пониженной металлоемкостью, рациональной формой, изготовленные из материалов, отвечающих требованиям их эксплуатации. Применение таких труб в отраслях общего машиностроения, металлургии, атомном машиностроении, теплоэнергетике, строительстве и других обеспечивает получение значительного технического и экономического эффекта.
Из всего многообразия профильных труб в работе рассмотрены такие, которые имеют переменную по сечению толщину стенки, а само сечение содержит внутри или снаружи правильный многоугольник или сложную, криволинейную форму. Они могут быть получены путем одно- или многопроходного оправочного волочения в профильной волоке или на профильной оправке. В связи с отмеченными условиями этого процесса возникают следующие основные его особенности: сложный характер течения металла с утонением или утолщением элементов поперечного сечения профиля. Возникающее при таком процессе повышенное сопротивление течению в направлении ребер многоугольного профиля, либо по выступам криволинейного профиля, значительное давление на волочильный инструмент и рост сил трения приводит к увеличению усилия волочения.
Проведенный обзор показал, что имеющиеся в настоящее время теоретические и экспериментальные исследования касаются производства точных сплошных профилей. Имеются лишь отдельные разработки, посвященные определению размеров заготовки для производства многогранных труб переменного поперечного сечения. Калибровка рабочего инструмента производится на основе простых геометрических соотношений, содержащих лишь размеры заготовки и готовой трубы и не учитывающих особенности течения металла.
Задачи разработки системы автоматизированного расчета параметров труб по переходам волочения, в том числе и для изготовления труб с криволинейным профилем, определения течения металла при волочении в профильном инструменте, построения рациональной формы его рабочего канала, определения давления на инструмент, формоизменения при профилировании, напряженно-деформированного состояния и поврежденности металла практически не исследованы. Отсутствует методика определения усилия волочения рассматриваемых труб.
Степень разработанности темы исследования
Процесс получения профильных труб путем деформации гладкой трубной заготовки известен достаточно давно, и рассматривался в работах В.Л. Колмогорова, А.А. Богатова, В.И. Соколовского, И.Л. Перлина, М.З. Ерманка. Из рассмотренных работ, посвященных изучению процессов волочения профильных труб следует отметить работы С. В. Паршина, Н. В. Семеновой, Р. А. Окулова, Е. В. Шоковой. Эти работы касаются исследования формоизменения и напряженно - деформированного состояния профильных труб, которые могут быть получены волочением без оправки путем изгиба стенки. А. И. Дорохов занимался изучением процесса изготовления профильных труб с переменной толщиной стенки и предложил метод определения размеров заготовки, а В. Н. Данченко, В. В. Сергеев, Э. В. Никулин разработали методику определения параметров технологического инструмента для труб, имеющих поперечное сечение в виде правильных многоугольников.
Следует отметить, что получение труб с переменной толщиной стенки в значительной мере отличается от такового для труб с постоянной толщиной стенки, в частности, наличием повышенных величин деформации в зонах утонения и утолщения профиля. Процесс недостаточно исследован в аспектах определения параметров напряженно - деформированного состояния, поврежденности металла, точности геометрических размеров готового профиля (а именно влияния на последнюю размеров трубной заготовки). Развитие теории профилирования труб с переменной толщиной стенки характеризуется переходом от определения отдельных параметров процесса к созданию расчетной и исследовательской модели процесса, позволяющей определить комплекс параметров процесса, инструмента, заготовки, а также свойства готовой трубы.
Цель работы - исследование и совершенствование процесса и рабочего инструмента для оправочного волочения труб с переменной по периметру толщиной стенки, выдача рекомендаций по рациональному ведению технологии и применению необходимых машин.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
1. Разработать геометрические и конечно-элементные модели очага деформации при волочении профильных ТПТС на профильной оправке или в профильной волоке, в том числе и при многопереходных процессах. Разработать с использованием этих моделей метод определения калибровки профильных волок и оправок.
2. Разработать автоматизированную систему определения размеров заготовки, позволяющую учитывать форму и размеры готовой трубы, выбирать эти размеры с учетом существующих ГОСТов на круглые трубы. Такие расчеты необходимо выполнять как для ТПТС, имеющих в составе поперечного сечения правильные многоугольники, так и имеющие криволинейный профиль.
3. Провести исследования, включающие определение напряженно- деформированного состояния материала трубы в очаге деформации, поврежденность металла и энергосиловые параметры процесса. Определить влияние параметров процесса волочения и конфигурации готовой трубы на заполнение углов сечения.
4. Провести экспериментальное исследование, в частности оценку адекватности процесса профилирования труб на основе исследования микроструктуры исходных протянутых труб и определения деформированного состояния, разработать рекомендации по
совершенствованию процессов профилирования ТПТС и выбору параметров инструмента и оборудования.
Научная новизна работы заключается в разработке комплексной модели процессов оправочного волочения профильных труб с переменной толщиной стенки, включающей создание геометрической и конечно-элементной моделей, учитывающих упрочения металла и контактное трение, которые позволили находить: форму и размеры заготовки на промежуточных переходах и калибровку рабочего инструмента, новые зависимости для энергосиловых параметров процесса, напряженно - деформированного состояния, контактного давления металла на инструмент и поврежденности металла в очаге деформации, предложить на этой основе рекомендации по совершенствованию процессов деформации и выбору оборудования.
Теоретическая и практическая значимость работы:
1. Создана комплексная модель процессов оправочного волочения профильных труб, имеющих переменную по сечению толщину стенки, и на этой основе найдены новые зависимости энергосиловых параметров процесса и локальных характеристик напряженно - деформированного состояния металла в очаге деформации.
2. Разработана автоматизированная система, позволяющая при заданных размерах готовых труб определять необходимые параметры трубной заготовки на промежуточных переходах
3. Разработаны рекомендации по ведению технологического процесса профилирования, использование которых позволяет получать трубы заданной геометрии, а поврежденность металла будет находиться в допустимых пределах.
4. Разработаны предложения по построению рационального профиля рабочего инструмента, совершенствованию технологии и выбору состава оборудования, позволяющих повысить эффективность их использования.
Методология и методы диссертационного исследования
Для достижения поставленной цели было использовано сочетание теоретических, вычислительных и экспериментальных методов исследования. Экспериментальное исследование процесса профилирования проводили на испытательной машине ИР5113-100 в лаборатории УрИ ГПС МЧС РФ, измерение размеров профильных труб и волок в УрФУ им. Б.Н. Ельцина (координатно-измерительная машина Global Performance), изучение микрошлифов труб в лаборатории ИМаш УрО РАН.
Построение калибровки рабочего инструмента и расчет параметров заготовки на промежуточных переходах волочения основаны на применении принципа наименьшего действия и реализовано на основе компьютерной геометрии. Комплексная модель процесса, содержащая геометрические и математические модели реализована в лицензионной версии программы ANSYS, основанной на методе конечных элементов. Построение геометрических моделей очага деформации осуществлялось в лицензионной CAD системе трехмерного твердотельного моделирования Компас 3D. Математическая модель процесса основана на полной системе уравнений теории пластичности, а определение энергосиловых параметров процесса волочения проведено на основе основополагающего принципа теории пластичности - баланса мощностей в очаге деформации.
Обработка и анализ экспериментальных данных проводилась с помощью методов математической статистики. Результаты теоретических исследований согласуются с данными экспериментальных исследований.
Положения, выносимые на защиту:
1. Постановка задач теоретического и экспериментального исследований, позволяющих определить конфигурацию рабочего канала волок и профиль оправок, в том числе при многопереходных процессах, энергосиловые параметры, распределение показателей напряженно-деформированного состояния и поврежденность металла, а также пути совершенствования процесса профилирования.
2. Методика построения комплексной модели очага деформации, учитывающая особенности геометрии, силовых условий и течения металла в процессе профилирования при соблюдении условия безобрывности труб и создания на этом основании необходимой конфигурации профильных волок и оправок.
3. Разработка автоматизированной системы расчета необходимых параметров заготовки на промежуточных переходах при заданных размерах готовых труб с учетом ограничений на допустимую степень деформации и позволяющую рассчитывать, как одно-, так и многопереходные процессы волочения.
4. Методика оперативного построения линий тока металла и эквипотенциалей для одно- и многопереходного волочения профильных труб, позволяющую находить калибровку рабочего инструмента.
5. Результаты теоретических исследований влияния параметров процесса на формоизменение металла в очаге деформации, контактное давление на инструмент, напряженно-деформированное состояние и поврежденность металла.
6. Результаты экспериментальных исследований профилирования труб с переменной толщиной стенки, включающие натурное моделирование с целью оценки адекватности принятых теоретических моделей и определения микроструктуры образцов для установления интенсивности деформации.
7. Создание рекомендаций по совершенствованию процесса изготовления профильных труб и определению конфигурации рабочего инструмента при одно- и многопроходном волочении, а также выбору оборудования, позволяющего повысить эффективность процесса.
Степень достоверности результатов, полученных в работе, подтверждается применением современных методов исследования и большим объемом экспериментального материала, обработанного с использованием методов математической статистики. Положения и выводы по работе не противоречат известным научным представлениям и результатам.
Апробация работы
Основные результаты работы доложены и обсуждены на Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием «Инженерная мысль машиностроения будущего» (Екатеринбург, 2013), II Международной заочной научно-практической конференции «Автоматизированное проектирование в машиностроении» (Новокузнецк, 2014), Международной научно-практической конференции «Материаловедение. Машиностроение. Энергетика» (Екатеринбург, 2015), IV Международной молодежной научной конференции «ФТИ-2017», (Екатеринбург, 2017), XI Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) Л8’2017 «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2017).
Публикации. По теме работы опубликовано 11 работ, в том числе 3 работы в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, 1 приложения. Работа изложена на 162 страницах, содержит 69 рисунков, 8 таблиц. Библиографический список содержит 126 наименований.
Из всего многообразия профильных труб в работе рассмотрены такие, которые имеют переменную по сечению толщину стенки, а само сечение содержит внутри или снаружи правильный многоугольник или сложную, криволинейную форму. Они могут быть получены путем одно- или многопроходного оправочного волочения в профильной волоке или на профильной оправке. В связи с отмеченными условиями этого процесса возникают следующие основные его особенности: сложный характер течения металла с утонением или утолщением элементов поперечного сечения профиля. Возникающее при таком процессе повышенное сопротивление течению в направлении ребер многоугольного профиля, либо по выступам криволинейного профиля, значительное давление на волочильный инструмент и рост сил трения приводит к увеличению усилия волочения.
Проведенный обзор показал, что имеющиеся в настоящее время теоретические и экспериментальные исследования касаются производства точных сплошных профилей. Имеются лишь отдельные разработки, посвященные определению размеров заготовки для производства многогранных труб переменного поперечного сечения. Калибровка рабочего инструмента производится на основе простых геометрических соотношений, содержащих лишь размеры заготовки и готовой трубы и не учитывающих особенности течения металла.
Задачи разработки системы автоматизированного расчета параметров труб по переходам волочения, в том числе и для изготовления труб с криволинейным профилем, определения течения металла при волочении в профильном инструменте, построения рациональной формы его рабочего канала, определения давления на инструмент, формоизменения при профилировании, напряженно-деформированного состояния и поврежденности металла практически не исследованы. Отсутствует методика определения усилия волочения рассматриваемых труб.
Степень разработанности темы исследования
Процесс получения профильных труб путем деформации гладкой трубной заготовки известен достаточно давно, и рассматривался в работах В.Л. Колмогорова, А.А. Богатова, В.И. Соколовского, И.Л. Перлина, М.З. Ерманка. Из рассмотренных работ, посвященных изучению процессов волочения профильных труб следует отметить работы С. В. Паршина, Н. В. Семеновой, Р. А. Окулова, Е. В. Шоковой. Эти работы касаются исследования формоизменения и напряженно - деформированного состояния профильных труб, которые могут быть получены волочением без оправки путем изгиба стенки. А. И. Дорохов занимался изучением процесса изготовления профильных труб с переменной толщиной стенки и предложил метод определения размеров заготовки, а В. Н. Данченко, В. В. Сергеев, Э. В. Никулин разработали методику определения параметров технологического инструмента для труб, имеющих поперечное сечение в виде правильных многоугольников.
Следует отметить, что получение труб с переменной толщиной стенки в значительной мере отличается от такового для труб с постоянной толщиной стенки, в частности, наличием повышенных величин деформации в зонах утонения и утолщения профиля. Процесс недостаточно исследован в аспектах определения параметров напряженно - деформированного состояния, поврежденности металла, точности геометрических размеров готового профиля (а именно влияния на последнюю размеров трубной заготовки). Развитие теории профилирования труб с переменной толщиной стенки характеризуется переходом от определения отдельных параметров процесса к созданию расчетной и исследовательской модели процесса, позволяющей определить комплекс параметров процесса, инструмента, заготовки, а также свойства готовой трубы.
Цель работы - исследование и совершенствование процесса и рабочего инструмента для оправочного волочения труб с переменной по периметру толщиной стенки, выдача рекомендаций по рациональному ведению технологии и применению необходимых машин.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
1. Разработать геометрические и конечно-элементные модели очага деформации при волочении профильных ТПТС на профильной оправке или в профильной волоке, в том числе и при многопереходных процессах. Разработать с использованием этих моделей метод определения калибровки профильных волок и оправок.
2. Разработать автоматизированную систему определения размеров заготовки, позволяющую учитывать форму и размеры готовой трубы, выбирать эти размеры с учетом существующих ГОСТов на круглые трубы. Такие расчеты необходимо выполнять как для ТПТС, имеющих в составе поперечного сечения правильные многоугольники, так и имеющие криволинейный профиль.
3. Провести исследования, включающие определение напряженно- деформированного состояния материала трубы в очаге деформации, поврежденность металла и энергосиловые параметры процесса. Определить влияние параметров процесса волочения и конфигурации готовой трубы на заполнение углов сечения.
4. Провести экспериментальное исследование, в частности оценку адекватности процесса профилирования труб на основе исследования микроструктуры исходных протянутых труб и определения деформированного состояния, разработать рекомендации по
совершенствованию процессов профилирования ТПТС и выбору параметров инструмента и оборудования.
Научная новизна работы заключается в разработке комплексной модели процессов оправочного волочения профильных труб с переменной толщиной стенки, включающей создание геометрической и конечно-элементной моделей, учитывающих упрочения металла и контактное трение, которые позволили находить: форму и размеры заготовки на промежуточных переходах и калибровку рабочего инструмента, новые зависимости для энергосиловых параметров процесса, напряженно - деформированного состояния, контактного давления металла на инструмент и поврежденности металла в очаге деформации, предложить на этой основе рекомендации по совершенствованию процессов деформации и выбору оборудования.
Теоретическая и практическая значимость работы:
1. Создана комплексная модель процессов оправочного волочения профильных труб, имеющих переменную по сечению толщину стенки, и на этой основе найдены новые зависимости энергосиловых параметров процесса и локальных характеристик напряженно - деформированного состояния металла в очаге деформации.
2. Разработана автоматизированная система, позволяющая при заданных размерах готовых труб определять необходимые параметры трубной заготовки на промежуточных переходах
3. Разработаны рекомендации по ведению технологического процесса профилирования, использование которых позволяет получать трубы заданной геометрии, а поврежденность металла будет находиться в допустимых пределах.
4. Разработаны предложения по построению рационального профиля рабочего инструмента, совершенствованию технологии и выбору состава оборудования, позволяющих повысить эффективность их использования.
Методология и методы диссертационного исследования
Для достижения поставленной цели было использовано сочетание теоретических, вычислительных и экспериментальных методов исследования. Экспериментальное исследование процесса профилирования проводили на испытательной машине ИР5113-100 в лаборатории УрИ ГПС МЧС РФ, измерение размеров профильных труб и волок в УрФУ им. Б.Н. Ельцина (координатно-измерительная машина Global Performance), изучение микрошлифов труб в лаборатории ИМаш УрО РАН.
Построение калибровки рабочего инструмента и расчет параметров заготовки на промежуточных переходах волочения основаны на применении принципа наименьшего действия и реализовано на основе компьютерной геометрии. Комплексная модель процесса, содержащая геометрические и математические модели реализована в лицензионной версии программы ANSYS, основанной на методе конечных элементов. Построение геометрических моделей очага деформации осуществлялось в лицензионной CAD системе трехмерного твердотельного моделирования Компас 3D. Математическая модель процесса основана на полной системе уравнений теории пластичности, а определение энергосиловых параметров процесса волочения проведено на основе основополагающего принципа теории пластичности - баланса мощностей в очаге деформации.
Обработка и анализ экспериментальных данных проводилась с помощью методов математической статистики. Результаты теоретических исследований согласуются с данными экспериментальных исследований.
Положения, выносимые на защиту:
1. Постановка задач теоретического и экспериментального исследований, позволяющих определить конфигурацию рабочего канала волок и профиль оправок, в том числе при многопереходных процессах, энергосиловые параметры, распределение показателей напряженно-деформированного состояния и поврежденность металла, а также пути совершенствования процесса профилирования.
2. Методика построения комплексной модели очага деформации, учитывающая особенности геометрии, силовых условий и течения металла в процессе профилирования при соблюдении условия безобрывности труб и создания на этом основании необходимой конфигурации профильных волок и оправок.
3. Разработка автоматизированной системы расчета необходимых параметров заготовки на промежуточных переходах при заданных размерах готовых труб с учетом ограничений на допустимую степень деформации и позволяющую рассчитывать, как одно-, так и многопереходные процессы волочения.
4. Методика оперативного построения линий тока металла и эквипотенциалей для одно- и многопереходного волочения профильных труб, позволяющую находить калибровку рабочего инструмента.
5. Результаты теоретических исследований влияния параметров процесса на формоизменение металла в очаге деформации, контактное давление на инструмент, напряженно-деформированное состояние и поврежденность металла.
6. Результаты экспериментальных исследований профилирования труб с переменной толщиной стенки, включающие натурное моделирование с целью оценки адекватности принятых теоретических моделей и определения микроструктуры образцов для установления интенсивности деформации.
7. Создание рекомендаций по совершенствованию процесса изготовления профильных труб и определению конфигурации рабочего инструмента при одно- и многопроходном волочении, а также выбору оборудования, позволяющего повысить эффективность процесса.
Степень достоверности результатов, полученных в работе, подтверждается применением современных методов исследования и большим объемом экспериментального материала, обработанного с использованием методов математической статистики. Положения и выводы по работе не противоречат известным научным представлениям и результатам.
Апробация работы
Основные результаты работы доложены и обсуждены на Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием «Инженерная мысль машиностроения будущего» (Екатеринбург, 2013), II Международной заочной научно-практической конференции «Автоматизированное проектирование в машиностроении» (Новокузнецк, 2014), Международной научно-практической конференции «Материаловедение. Машиностроение. Энергетика» (Екатеринбург, 2015), IV Международной молодежной научной конференции «ФТИ-2017», (Екатеринбург, 2017), XI Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) Л8’2017 «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2017).
Публикации. По теме работы опубликовано 11 работ, в том числе 3 работы в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, 1 приложения. Работа изложена на 162 страницах, содержит 69 рисунков, 8 таблиц. Библиографический список содержит 126 наименований.
Итоги выполненной работы таковы - работа является результатом исследований, направленных на совершенствование процесса и выбора параметров рабочего инструмента для изготовления труб с переменной по периметру поперечного сечения толщиной стенки, а также на получение рекомендаций по применению оборудования, обеспечивающего при реализации этого процесса наибольшую эффективность.
По итогам выполнения диссертационной работы можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:
1. Для исследования процесса волочения труб с переменной толщиной стенки, имеющих наружное и внутреннее профилирование при одно- и многопереходной деформации необходима разработка комплексных моделей, включающих твердотельные модели очага деформации, учитывающие калибровку рабочего инструмента, механические свойства материала и контактное трение, а также использование полной системы уравнений теории пластичности, содержащей уравнения равновесия, зависимость деформаций от перемещений и физические уравнения связи напряжений и деформаций для пространственного случая.
2. С применением компьютерной графики разработана автоматизированная система выбора размеров трубной заготовки, а также поиска конфигурации и размеров труб на промежуточных переходах, которая основывается на учете особенностей течения металла и стандартных размерах заготовки и может быть использована для расчетов процесса оправочного волочения труб, имеющих поперечное сечение в виде правильных многоугольников или в виде криволинейных профилей.
3. Калибровка рабочего инструмента произведена на основе построения линий тока металла, ортогональных исходному и конечному профилям трубы, а также эквипотенциалей, ортогональных линиям тока, при этом использование сплайнов Безье позволяет удовлетворить граничным условиям контуров профиля и основано на применении принципа наименьшего действия. Деление линий тока на части, пропорциональные необходимым значениям вытяжек по переходам и расположение по точкам деления эквипотенциалей позволяет описать входное и выходное поперечное сечение инструмента на заданных переходах волочения как при одно-, так и при многопереходном процессах деформации.
4. В работе приведены примеры выбора размеров, построения линий тока и эквипотенциалей для конкретных случаев выполнения профиля поперечного сечения инструмента на основе регулярных многоугольников или криволинейных профилей, как для однопроходного, так и для нескольких переходов волочения.
5. Использование уравнения баланса мощностей с учетом внеконтактных зон, мощности сил контактного трения на волоке и оправке, и мощности пластической деформации при учете упрочнения металла, закона Зибеля и соотношения Мизеса позволило определить усилие волочения профильных труб на подвижной и неподвижной оправках.
6. Сложное геометрическое описание комплексных моделей очага деформации, основанное на наличии плоскостной симметрии пластической области и при учете упрочнения металла и контактного трения, а также необходимости локального определения механических переменных и использованию универсального метода решения задач теории пластической деформации - метода конечных элементов.
7. Применение разработанной комплексной модели процесса и метода МКЭ позволяет, на примере профилирования трубы в шестигранник на круглой оправке, найти необходимые локальные характеристики деформации: интенсивность деформаций, контактное давление, показатель напряженного состояния и поврежденность, а также формоизменение трубы.
8. Экспериментальное исследование, поставленное в условиях, отражающих реальный процесс и результаты эксперимента, обработанные статистически, позволили заключить, что расхождение теории и эксперимента находится в допустимых пределах, а допущения модели - корректны.
9. Результаты исследования волочения, проведенного на предложенных моделях и данные экспериментов позволили разработать предложения по совершенствованию процесса и рекомендовать использование оборудования, применение которого позволит повысить эффективность оправочного волочения труб.
Методики и результаты работы используются в учебном процессе при подготовке студентов ФГАОУ ВО УрФУ им. Б.Н. Ельцина по направлению «Технологические машины и оборудование». Разработки по совершенствованию процесса и инструмента для изготовления труб с переменной толщиной стенки переданы АО «Первоуральский новотрубный завод», и рекомендованы им для использования.
Перспективы дальнейшей разработки темы заключаются в следующем:
- создание прикладного программного обеспечения для расчета геометрических параметров инструмента и готовой трубы, обладающего высокой универсальностью в отношении формы рассматриваемых труб;
- применение разработанной методики при расчете параметров заготовки при профилировании в один и несколько переходов;
- разработка комплексной технологической последовательности быстрого изготовления волочильного инструмента с рациональной формой и заданными свойствами;
- совершенствование конструкций волочильного оборудования для получения готовой продукции, в полной мере отвечающей требованиям заказчиков и действующих стандартов.
По итогам выполнения диссертационной работы можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:
1. Для исследования процесса волочения труб с переменной толщиной стенки, имеющих наружное и внутреннее профилирование при одно- и многопереходной деформации необходима разработка комплексных моделей, включающих твердотельные модели очага деформации, учитывающие калибровку рабочего инструмента, механические свойства материала и контактное трение, а также использование полной системы уравнений теории пластичности, содержащей уравнения равновесия, зависимость деформаций от перемещений и физические уравнения связи напряжений и деформаций для пространственного случая.
2. С применением компьютерной графики разработана автоматизированная система выбора размеров трубной заготовки, а также поиска конфигурации и размеров труб на промежуточных переходах, которая основывается на учете особенностей течения металла и стандартных размерах заготовки и может быть использована для расчетов процесса оправочного волочения труб, имеющих поперечное сечение в виде правильных многоугольников или в виде криволинейных профилей.
3. Калибровка рабочего инструмента произведена на основе построения линий тока металла, ортогональных исходному и конечному профилям трубы, а также эквипотенциалей, ортогональных линиям тока, при этом использование сплайнов Безье позволяет удовлетворить граничным условиям контуров профиля и основано на применении принципа наименьшего действия. Деление линий тока на части, пропорциональные необходимым значениям вытяжек по переходам и расположение по точкам деления эквипотенциалей позволяет описать входное и выходное поперечное сечение инструмента на заданных переходах волочения как при одно-, так и при многопереходном процессах деформации.
4. В работе приведены примеры выбора размеров, построения линий тока и эквипотенциалей для конкретных случаев выполнения профиля поперечного сечения инструмента на основе регулярных многоугольников или криволинейных профилей, как для однопроходного, так и для нескольких переходов волочения.
5. Использование уравнения баланса мощностей с учетом внеконтактных зон, мощности сил контактного трения на волоке и оправке, и мощности пластической деформации при учете упрочнения металла, закона Зибеля и соотношения Мизеса позволило определить усилие волочения профильных труб на подвижной и неподвижной оправках.
6. Сложное геометрическое описание комплексных моделей очага деформации, основанное на наличии плоскостной симметрии пластической области и при учете упрочнения металла и контактного трения, а также необходимости локального определения механических переменных и использованию универсального метода решения задач теории пластической деформации - метода конечных элементов.
7. Применение разработанной комплексной модели процесса и метода МКЭ позволяет, на примере профилирования трубы в шестигранник на круглой оправке, найти необходимые локальные характеристики деформации: интенсивность деформаций, контактное давление, показатель напряженного состояния и поврежденность, а также формоизменение трубы.
8. Экспериментальное исследование, поставленное в условиях, отражающих реальный процесс и результаты эксперимента, обработанные статистически, позволили заключить, что расхождение теории и эксперимента находится в допустимых пределах, а допущения модели - корректны.
9. Результаты исследования волочения, проведенного на предложенных моделях и данные экспериментов позволили разработать предложения по совершенствованию процесса и рекомендовать использование оборудования, применение которого позволит повысить эффективность оправочного волочения труб.
Методики и результаты работы используются в учебном процессе при подготовке студентов ФГАОУ ВО УрФУ им. Б.Н. Ельцина по направлению «Технологические машины и оборудование». Разработки по совершенствованию процесса и инструмента для изготовления труб с переменной толщиной стенки переданы АО «Первоуральский новотрубный завод», и рекомендованы им для использования.
Перспективы дальнейшей разработки темы заключаются в следующем:
- создание прикладного программного обеспечения для расчета геометрических параметров инструмента и готовой трубы, обладающего высокой универсальностью в отношении формы рассматриваемых труб;
- применение разработанной методики при расчете параметров заготовки при профилировании в один и несколько переходов;
- разработка комплексной технологической последовательности быстрого изготовления волочильного инструмента с рациональной формой и заданными свойствами;
- совершенствование конструкций волочильного оборудования для получения готовой продукции, в полной мере отвечающей требованиям заказчиков и действующих стандартов.
Подобные работы
- ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА И ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОПРАВОЧНОГО ВОЛОЧЕНИЯ ТРУБ С ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ
Диссертации (РГБ), технология конструкционных материалов. Язык работы: Русский. Цена: 4390 р. Год сдачи: 2018
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
Каталог работ (131352)
- Бакалаврская работа (31683)
- Диссертация (960)
- Магистерская диссертация (18582)
- Дипломные работы, ВКР (53448)
- Главы к дипломным работам (2110)
- Курсовые работы (9694)
- Контрольные работы (6189)
- Отчеты по практике (1308)
- Рефераты (1451)
- Задачи, тесты, ПТК (616)
- Ответы на вопросы (154)
- Статьи, Эссе, Сочинения (916)
- Бизнес-планы (49)
- Презентации (101)
- РГР (84)
- Авторефераты (РГБ) (1691)
- Диссертации (РГБ) (1879)
- Прочее (437)
Новости
06.01.2018
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь в выполнении учебных и научных работ на заказ ОФОРМИТЬ ЗАКАЗ
дальше»» Все новости
Статьи
- Где лучше заказывать диссертации и дипломные?
- Выполнение научных статей
- Подготовка диссертаций
- Подводные камни при написании магистерской работы
- Помощь в выполнении дипломных работ
»» Все статьи
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
