Помощь студентам в учебе
Создание универсального стана поперечно-винтовой прокатки и исследование технологических режимов его работы
|
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ СТАНОВ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ 7
1.1. Общность технологических и конструкторских направлений по использованию поперечно-винтовой прокатки в нашей стране и за рубежом 7
1.2. Обоснование необходимости создания универсального стана поперечно-винтовой прокатки 21
4 ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УНИВЕРСАЛЬНОГО СТАНА ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ ПВП 20-60 26
2.1. Описание конструкции рабочей клети 26
2.2. Описание конструкции линии универсального стана поперечно-винтовой прокатки ПВП 20-60 (вариант промышленного назначения) 33
2.3. Краткое описание технологического процесса 42
2.3.1. Работа стана ПВП 20-60 в режиме прошивки 43
2.3.2. Работа стана ПВП 20-60 в режиме раскатки 45
2.3.3. Работа стана ПВП 20-60 при прокатке изделий периодического профиля 48
2.4. Реализация технического проекта в рабочий при изготовлении на
(4
ЭЗТМ универсального стана ПВП 20-60 в металле 52
ГЛАВА 3. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО
СТАНА ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ ПВП 20-60 .... 79
3.1. Расширение технологических возможностей стана поперечно-винтовой прокатки ПВП 20-60 79
3.1.1. Прокатка круглых тел - шаров для мельниц и подшипников 80
3.1.2. Прокатка коротких тел вращения (штифты, втулки) 84
3.1.3. Прокатка профилированных труб для втулочных изделий типа велосипедных втулок 86
3.1.4. Прокатка изделий с винтовой (резьбовой) поверхностью 87
3.1.5. Прокатка ребристых труб 91
Ч ГЛАВА 4. ТРЕХМЕРНОЕ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ СПЛОШНОЙ ЗАГОТОВКИ. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 97
4.1. Общие соображения и допущения 97
4.2. Анализ распределения напряжений при двух- и трехвалковой схемах прокатки с задним подпором Ть усилием 120 кН 110
4.3. Анализ распределения напряжений при двух- и трехвалковой прокатке с натяжением усилием Tf= 80 кН 125
4.4. Анализ распределения и описание напряжений, возникающих при двух- и трехвалковой схемах прокатки с одновременным приложением усилий подпора Ть = 120 кН и натяжения Tf = 80 кН 4.5. Некоторые соображения о возможностях дальнейшего применения метода трехмерного конечно-элементного моделирования процессов поперечно-винтовой прокатки и выводы по результатам исследования 169
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ НА УНИВЕРСАЛЬНОМ СТАНЕ ПВП 20-60 ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВ 180
5.1. Краткое введение 182
5.2. Материал и методика проведения исследования 186
5.2.1. Использованные материалы 186
5.2.2. Технология непрерывного литья и модифицирования структуры слитков сплавов 01390 и 01391 187
5.2.3. Методика проведения поперечно-винтовой прокатки 189
5.2.4. Методика исследования структуры слитков и катаных прутков .. 190
5.3. Результаты исследования структуры катаных прутков 192
5.4. Выводы 200
6. Основные выводы по работе 201
7. Список литературы 204
ГЛАВА 1. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ СТАНОВ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ 7
1.1. Общность технологических и конструкторских направлений по использованию поперечно-винтовой прокатки в нашей стране и за рубежом 7
1.2. Обоснование необходимости создания универсального стана поперечно-винтовой прокатки 21
4 ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УНИВЕРСАЛЬНОГО СТАНА ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ ПВП 20-60 26
2.1. Описание конструкции рабочей клети 26
2.2. Описание конструкции линии универсального стана поперечно-винтовой прокатки ПВП 20-60 (вариант промышленного назначения) 33
2.3. Краткое описание технологического процесса 42
2.3.1. Работа стана ПВП 20-60 в режиме прошивки 43
2.3.2. Работа стана ПВП 20-60 в режиме раскатки 45
2.3.3. Работа стана ПВП 20-60 при прокатке изделий периодического профиля 48
2.4. Реализация технического проекта в рабочий при изготовлении на
(4
ЭЗТМ универсального стана ПВП 20-60 в металле 52
ГЛАВА 3. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО
СТАНА ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ ПВП 20-60 .... 79
3.1. Расширение технологических возможностей стана поперечно-винтовой прокатки ПВП 20-60 79
3.1.1. Прокатка круглых тел - шаров для мельниц и подшипников 80
3.1.2. Прокатка коротких тел вращения (штифты, втулки) 84
3.1.3. Прокатка профилированных труб для втулочных изделий типа велосипедных втулок 86
3.1.4. Прокатка изделий с винтовой (резьбовой) поверхностью 87
3.1.5. Прокатка ребристых труб 91
Ч ГЛАВА 4. ТРЕХМЕРНОЕ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ СПЛОШНОЙ ЗАГОТОВКИ. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 97
4.1. Общие соображения и допущения 97
4.2. Анализ распределения напряжений при двух- и трехвалковой схемах прокатки с задним подпором Ть усилием 120 кН 110
4.3. Анализ распределения напряжений при двух- и трехвалковой прокатке с натяжением усилием Tf= 80 кН 125
4.4. Анализ распределения и описание напряжений, возникающих при двух- и трехвалковой схемах прокатки с одновременным приложением усилий подпора Ть = 120 кН и натяжения Tf = 80 кН 4.5. Некоторые соображения о возможностях дальнейшего применения метода трехмерного конечно-элементного моделирования процессов поперечно-винтовой прокатки и выводы по результатам исследования 169
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ НА УНИВЕРСАЛЬНОМ СТАНЕ ПВП 20-60 ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВ 180
5.1. Краткое введение 182
5.2. Материал и методика проведения исследования 186
5.2.1. Использованные материалы 186
5.2.2. Технология непрерывного литья и модифицирования структуры слитков сплавов 01390 и 01391 187
5.2.3. Методика проведения поперечно-винтовой прокатки 189
5.2.4. Методика исследования структуры слитков и катаных прутков .. 190
5.3. Результаты исследования структуры катаных прутков 192
5.4. Выводы 200
6. Основные выводы по работе 201
7. Список литературы 204
Использование двухвалковой схемы поперечно-винтовой прокатки в России и за рубежом для прошивки заготовок в полую гильзу для производства горячекатаных труб известно около 150 лет, и долгое время этот процесс оставался основным и практически неизменным. Его совершенствование всегда являлось важной задачей для исследователей и конструкторов в попытках повысить производительность процесса, снизить технологические, энергетические и, как следствие, - экономические затраты при производстве выпускаемой продукции.
В течение длительного периода времени считалось, что только способ поперечно-винтовой прокатки с двухвалковой схемой прошивки может применяться для изготовления гладких бесшовных труб, так как именно при двухвалковой схеме металл деформируется таким образом, что вследствие неравномерности степени деформации в осевой зоне заготовки возникают растягивающие напряжения, приводящие к нарушению сплошности металла и вскрытию внутренней полости заготовки, что в свою очередь снижает осевое давление на прошивную оправку. Длительное время предварительное вскрытие внутренней полости считалось положительным фактором при прошивке гильз и утверждение, что прошивка на станах поперечно-винтовой прокатки возможна лишь при наличии в заготовке полости перед оправкой, долгое время являлось доминирующим.
Однако при подобном взгляде на процесс прошивки производство качественных труб из высоколегированных сталей и сплавов был невозможен из-за образования плен и закатов на внутренней поверхности труб, которые (плены и закаты) являлись прямым результатом предварительного вскрытия внутренней полости в заготовке.
Первые предположения о возможном предотвращении предварительного вскрытия внутренней полости заготовки в случае применения трех¬валковой схемы прошивки сделаны в работах [1-2], хотя упоминания о
попытках осуществить прокатку на первом опытном трехвалковом стане [3] относятся к 1883 г. Позднее, в 1926 году также делались безуспешные попытки осуществить прошивку на трехвалковом стане американской фирмы Блисс, И.У. В течение 1928-1932 гг. в США были продолжены исследования процесса прошивки на трехвалковом прошивном стане.
Исходя из представлений о возможности ведения процесса прошивки - при наличии в заготовке полости перед оправкой, многие исследователи
считали, что на трехвалковых станах отсутствуют условия, которые бы об¬легчали внедрение носка оправки в металл, поэтому процесс' неосуществим или затруднении является весьма энергоемким.
Последующие исследования показали, что прошивка на станах поперечно-винтовой прокатки, в т.ч. и на двухвалковых, возможна и реально осуществима без предварительного вскрытия внутренней полости перед прошивной оправкой. При этом значительно улучшается качество внутренней поверхности гильз, возрастает стойкость оправок и снижается расход энергии [3].
Тем не менее, ряд исследователей считали, что склонность к разрушению металла при прокатке на трехвалковых станах имеет место, но она значительно меньше, чем на двухвалковом- Некоторые исследователи считали, что разрушение металла в осевой зоне при прошивке на трехвалковом стане происходит также, как и на двухвалковом, но при большей вели¬чине критического обжатия [6], другие ученые и исследователи в своих работах эти утверждения отрицали [7].
Дополнительно прилагаемые к заготовке осевые усилия подпора и натяжения как при двухвалковой, так и при трехвалковой схемах прокатки- прошивки позволяет в значительной степени влиять на изменение схемы напряженного состояния в очаге деформации. Этим предотвращается преждевременное вскрытие внутренней полости в осевой зоне заготовки и дает возможность выполнять поперечно-винтовую прокатку, особенно при трехвалковой схеме, с повышенными обжатиями [8].
Глава 1. Тенденции развития конструктивных особенностей станов поперечно-винтовой прокатки
1.1. Общность технологических и конструкторских направлений по использованию поперечно-винтовой прокатки в нашей стране и за рубежом
Многочисленные исследования процессов поперечно-винтовой про¬катки, напряженно-деформированного состояния и преимуществ трехвалковой схемы поперечно-винтовой прокатки в 50-60 гг. явились толчком для создания различных конструкций станов поперечно-винтовой прокатки с трехвалковой схемой прокатки как в нашей стране, так и за рубежом.
В течение длительного периода времени считалось, что только способ поперечно-винтовой прокатки с двухвалковой схемой прошивки может применяться для изготовления гладких бесшовных труб, так как именно при двухвалковой схеме металл деформируется таким образом, что вследствие неравномерности степени деформации в осевой зоне заготовки возникают растягивающие напряжения, приводящие к нарушению сплошности металла и вскрытию внутренней полости заготовки, что в свою очередь снижает осевое давление на прошивную оправку. Длительное время предварительное вскрытие внутренней полости считалось положительным фактором при прошивке гильз и утверждение, что прошивка на станах поперечно-винтовой прокатки возможна лишь при наличии в заготовке полости перед оправкой, долгое время являлось доминирующим.
Однако при подобном взгляде на процесс прошивки производство качественных труб из высоколегированных сталей и сплавов был невозможен из-за образования плен и закатов на внутренней поверхности труб, которые (плены и закаты) являлись прямым результатом предварительного вскрытия внутренней полости в заготовке.
Первые предположения о возможном предотвращении предварительного вскрытия внутренней полости заготовки в случае применения трех¬валковой схемы прошивки сделаны в работах [1-2], хотя упоминания о
попытках осуществить прокатку на первом опытном трехвалковом стане [3] относятся к 1883 г. Позднее, в 1926 году также делались безуспешные попытки осуществить прошивку на трехвалковом стане американской фирмы Блисс, И.У. В течение 1928-1932 гг. в США были продолжены исследования процесса прошивки на трехвалковом прошивном стане.
Исходя из представлений о возможности ведения процесса прошивки - при наличии в заготовке полости перед оправкой, многие исследователи
считали, что на трехвалковых станах отсутствуют условия, которые бы об¬легчали внедрение носка оправки в металл, поэтому процесс' неосуществим или затруднении является весьма энергоемким.
Последующие исследования показали, что прошивка на станах поперечно-винтовой прокатки, в т.ч. и на двухвалковых, возможна и реально осуществима без предварительного вскрытия внутренней полости перед прошивной оправкой. При этом значительно улучшается качество внутренней поверхности гильз, возрастает стойкость оправок и снижается расход энергии [3].
Тем не менее, ряд исследователей считали, что склонность к разрушению металла при прокатке на трехвалковых станах имеет место, но она значительно меньше, чем на двухвалковом- Некоторые исследователи считали, что разрушение металла в осевой зоне при прошивке на трехвалковом стане происходит также, как и на двухвалковом, но при большей вели¬чине критического обжатия [6], другие ученые и исследователи в своих работах эти утверждения отрицали [7].
Дополнительно прилагаемые к заготовке осевые усилия подпора и натяжения как при двухвалковой, так и при трехвалковой схемах прокатки- прошивки позволяет в значительной степени влиять на изменение схемы напряженного состояния в очаге деформации. Этим предотвращается преждевременное вскрытие внутренней полости в осевой зоне заготовки и дает возможность выполнять поперечно-винтовую прокатку, особенно при трехвалковой схеме, с повышенными обжатиями [8].
Глава 1. Тенденции развития конструктивных особенностей станов поперечно-винтовой прокатки
1.1. Общность технологических и конструкторских направлений по использованию поперечно-винтовой прокатки в нашей стране и за рубежом
Многочисленные исследования процессов поперечно-винтовой про¬катки, напряженно-деформированного состояния и преимуществ трехвалковой схемы поперечно-винтовой прокатки в 50-60 гг. явились толчком для создания различных конструкций станов поперечно-винтовой прокатки с трехвалковой схемой прокатки как в нашей стране, так и за рубежом.
Впервые в мировой практике создана конструкция универсальной рабочей клети (в трех вариантах) для станов поперечно-винтовой прокатки, позволяющая поочередно осуществлять операции "прокатка- прошивка-раскатка" по двух-, трех- и даже четырехвалковой схемам с помощью одной станины и кассетной перевалки рабочих валков, с целью реализации преимуществ каждой схемы на одной рабочей клети.
Каждый из вариантов конструкции универсальной рабочей клети стана поперечно-винтовой прокатки защищен авторскими свидетельствами СССР на изобретения.
Конструкция универсальной рабочей клети стана поперечно-винтовой прокатки позволяет, помимо гладких изделий, изготовлять изделия периодического профиля, т.е. с изменением наружного диаметра по длине прокатываемого прутка, а также полых изделий с различными наружными и внутренними диаметрами по длине этих изделий и обеспечивать гибкую технологию производства малотоннажной широкономенклатурной продукции.
Стан ПВП 20-60 изготовлен в металле, смонтирован и эксплуатируется на заводе легких сплавов ВИЛС, обеспечивая промышленные и опытные прокатки спецсплавов.
Созданный универсальный стан поперечно-винтовой прокатки ПВП 20- 60 позволяет сравнивать достоинства и недостатки различных схем прокатки-прошивки-раскатки (двух- и трехвалковую) при совершенно одинановых технических и технологических условиях и определять выбор целесообразной технологии.
Применяя в процессе прокатки на стане ПВП 20-60 действие механизмов подпора и натяжения, которые изготовлены в составе стана, можно составлять различные схемы напряженно-деформированного состояния прокатываемого изделия с целью достижения наиболее благоприятных условий технологического процесса прокатки (минимальные энергозатраты, наибольшую производительность, лучшее качество поверхности и т.п.).
Конструкция универсальной клети стана ПВП 20-60 способна обеспечить (помимо классических операций прокатка-прошивка-раскатка) производство изделий специального машиностроительного назначения (шары, втулки, штифты, изделия с винтовой поверхностью, ребристые трубы). Выполнен сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния заготовки при прокатке по двух- и трехвалковой схемам с применением метода трехмерного конечно-элементного моделирования.
Каждый из вариантов конструкции универсальной рабочей клети стана поперечно-винтовой прокатки защищен авторскими свидетельствами СССР на изобретения.
Конструкция универсальной рабочей клети стана поперечно-винтовой прокатки позволяет, помимо гладких изделий, изготовлять изделия периодического профиля, т.е. с изменением наружного диаметра по длине прокатываемого прутка, а также полых изделий с различными наружными и внутренними диаметрами по длине этих изделий и обеспечивать гибкую технологию производства малотоннажной широкономенклатурной продукции.
Стан ПВП 20-60 изготовлен в металле, смонтирован и эксплуатируется на заводе легких сплавов ВИЛС, обеспечивая промышленные и опытные прокатки спецсплавов.
Созданный универсальный стан поперечно-винтовой прокатки ПВП 20- 60 позволяет сравнивать достоинства и недостатки различных схем прокатки-прошивки-раскатки (двух- и трехвалковую) при совершенно одинановых технических и технологических условиях и определять выбор целесообразной технологии.
Применяя в процессе прокатки на стане ПВП 20-60 действие механизмов подпора и натяжения, которые изготовлены в составе стана, можно составлять различные схемы напряженно-деформированного состояния прокатываемого изделия с целью достижения наиболее благоприятных условий технологического процесса прокатки (минимальные энергозатраты, наибольшую производительность, лучшее качество поверхности и т.п.).
Конструкция универсальной клети стана ПВП 20-60 способна обеспечить (помимо классических операций прокатка-прошивка-раскатка) производство изделий специального машиностроительного назначения (шары, втулки, штифты, изделия с винтовой поверхностью, ребристые трубы). Выполнен сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния заготовки при прокатке по двух- и трехвалковой схемам с применением метода трехмерного конечно-элементного моделирования.