Общая характеристика работы 3
1 Обзор технологических и теоретических особенностей волочения
труб 5
1.1 Технологические основы и виды процессов волочения 5
1.2 Способы повышения производительности процесса волочения. 9
2 Оптимизация процесса многократного волочения труб 16
2.1 Определение набора определяющих параметров и параметров
отклика. Разработка концептуальной модели процесса 16
2.2 Критерий оптимизации и управляющие параметры процесса ... 18
2.3 Определение системы ограничений процесса 18
2.4 Математическое описание процесса 19
2.5 Выбор и обоснование способа оптимизации 23
2.6 Выводы и задачи по главе 24
3 Экспериментальное исследование процесса волочения труб 25
3.1 Оборудование для проведения эксперимента 25
3.2 Порядок проведения экспериментального исследования 27
3.3 Выводы и задачи по главе 27
Заключение 28
Библиографический список 29
Актуальность работы. В настоящее время доля производства холоднодеформированных труб в общем объеме производства трубной продукции постоянно растет. Из холоднодеформированных труб производится технологически сложная продукция ответственного назначения, спрос на которую непрерывно увеличивается с развитием приоритетных отраслей машиностроения.
Основным потребителем стальных холоднодеформированных труб является автомобильная промышленность.
Развитие промышленности, постоянное совершенствование и выпуск высокотехнологичной продукции диктует высокие требования к комплектующим материалам. Высокая точность размеров, долговечность, высокий коэффициент надежности, низкая себестоимость - одни из основных требований к металлопродукции, в том числе и к холоднодеформированным трубам.
Одним из основных способов получения данного вида продукции является волочение.
К числу достоинств процесса волочения можно отнести высокую точность получаемых труб, высокие разовые обжатия и коэффициенты вытяжки за проход. Процесс волочения обладает высокой гибкостью, что позволяет быстро переходить с производства одного размера труб к другому. Малое количество дополнительного оборудования и промежуточных технологических операций делает продукцию конкурентоспособной за счет низкой себестоимости и высокого качества.
Несмотря на перечисленные достоинства, процесс волочения имеет свои недостатки. Разовые обжатия трубы по наружному диаметру ограничены механическими свойствами материалы трубы. Повышение разовых обжатий может привести к обрыву трубы при волочении. Поэтому для получения продукции нужного размера требуется большее количество проходов - дополнительные операции.
Для уменьшения количества дополнительных операций и повышения производительности процесса волочения может быть применен способ волочения через две последовательно установленные волоки.
Следует отметить, что увеличение количества рабочего инструмента накладывает определенные ограничения на процесс волочения и обуславливает необходимость решения оптимизационной задачи.
Целью работы повышение производительности процесса многократного волочения труб на основе оптимизации режимов деформации.
Для достижения поставленной цели в необходимо решить следующие задачи исследования:
1. Провести анализ существующих технологических и теоретических особенностей процесса волочения труб.
2. Разработать математическую модель процесса многократного волочения труб для различных схем волочения.
3. Провести экспериментальное исследование процесса волочения труб, статистическую обработку и анализ полученных результатов.
4. Решить оптимизационную задачу процесса многократного волочения труб и определить оптимальный режим деформации.
5. Предложить эффективные технические решения, направленные на повышение производительности процесса многократного волочения труб.
6. Выполнить проверку полученных теоретических результатов и технических решений в промышленных условиях.
Научная новизна работы заключается в разработке на основе теоретических, экспериментальных и практических исследований процесса волочения труб в двух последовательно установленных волоках комплексной математической модели, учитывающей упрочнение металла, контактное трение на контакте с инструментом, геометрическую форму канала волок, скорость деформации, и позволяющей определять оптимальные режимы деформации при многократном волочении труб, а также предлагать на этой основе рекомендации по совершенствованию процессов деформации и выбору оборудования.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Разработанная математическая модель процесса многократного волочения труб позволит создать на ее основе автоматизированную методику расчета технологических параметров волочения. Автоматизированная методика даст возможность определять оптимальную калибровку рабочего инструмента и подбирать режимы деформации для ведения процесса безобрывочного волочения с максимальной вытяжкой.
Результаты работы в будущем могут быть внедрены в учебный процесс для профессиональной подготовки специалистов трубоволочильных цехов металлургических заводов. Кроме того, материалы, связанные с математическим описанием и оптимизацией технологического процесса волочения могут быть использованы при чтении лекций в курсе «Теория обработки металлов давлением» студентам, обучающимся по направлению «Металлургия».
Методы исследований и достоверность полученных результатов.
Экспериментальное исследование процесса волочения труб будет осуществлено с использованием физического и математического моделирования.
Математическое моделирование будет проводиться с использованием лицензионной программы Qform 2D/3D, основанной на методе конечных элементов. Построение геометрических моделей инструмента и очагов деформации будет осуществляться в CAD системе трехмерного твердотельного проектирования КОМПАС-3D.
Физическое моделирование будет проводиться на экспериментальной волочильной установке в ОАО «РосНИТИ».
Выполненные работы и работы, которые необходимо сделать для достижения поставленной цели и решения поставленных задач, расписаны по тексту научно-квалификационной работы.
Повышение производительности процесса волочения может быть достигнуто за счет увеличения разовых обжатий и увеличения суммарного коэффициента вытяжки, что позволит снизить количество проходов для получения труб заданных размеров, количество вспомогательных операций и за счет этого уменьшить себестоимость продукции.
Использование для этих целей принципиально нового способа волочения труб в двух последовательно установленных волоках обусловливает необходимость проведения подробного анализа и оптимизации процесса для нахождения оптимальной формы рабочего инструмента и оптимального распределения деформации между волоками для обеспечения стабильного прохождения процесса безобрывочного волочения.
Решаемая оптимизационная задача требует тщательного подхода к изучению процесса безоправочного волочения, ввиду его особенности по сравнению с оправочным волочением и волочением в одной волоке. Решение оптимизационной задачи и обоснование правильности принятых решений с использованием физического моделирования на лабораторной установке, позволит перейти к апробации на промышленном волочильном оборудовании и в случае доказанности своей работоспособности, - внедрению в технический процесс.
