Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет − УПИ»
А.А. Богатов, Н.А. Смирнов, В.В. Харитонов, Г.А. Орлов, А.В. Тропотов
АНАЛИЗ НА ПЭВМ МАРШРУТОВ ВОЛОЧЕНИЯ, ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ ТРУБ Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой «Обработка металлов давлением» Научный редактор: доц., канд. техн. наук. С.И. Паршаков Методические указания к самостоятельной работе по курсу «Технология трубного производства», курсовому и дипломному проектированию для студентов всех форм обучения специальности 110600 - Обработка металлов давлением. Предназначены для автоматизированного анализа многооперационных технологий изготовления труб, с целью проектирования для заданного состава оборудования рациональных маршрутов и режимов обработки, удовлетворяющих системе технологических ограничений. Поддержка расчетов осуществляется системой реляционных баз данных. Указания содержат общую характеристику пакета прикладных программ для анализа процессов производства холоднодеформированных труб, правила и примеры его использования, а также задания к практическим занятиям. © ГОУ ВПО УГТУ−УПИ, 2005
Екатеринбург 2005
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение................................................................................................................... 3 1.
Назначение и характеристика экспертной системы для проектирования и анализа маршрутов производства холоднодеформированных труб……………................................................ 4
2.
Работа с пакетом программ............................................................................ 6 2.1. Запуск и выход из программы ................................................................ 6 2.2. Главное меню ........................................................................................... 7 2.3. Порядок ввода исходных данных........................................................... 7 2.4. Выполнение расчета .............................................................................. 14 2.5. Представление результатов и окончание работы ............................... 14
3.
Пример ввода исходных данных и выполнения отчета ........................... 15 3.1. Исходные данные................................................................................... 15 3.2. Порядок ввода исходных данных......................................................... 15
4.
Задания для самостоятельной работы......................................................... 16
Библиографический список.................................................................................. 20 Приложение 1 ........................................................................................................ 21 Приложение 2 ........................................................................................................ 22
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 2 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Введение Производство холоднодеформированных труб является многооперационным и многоцикличным процессом, включающим операции пластической, термической, химической и механической обработки. В состав операций пластической обработки входят: холодная прокатка труб на станах ХПТ, ХПТР, волочение труб на короткой, длинной или самоустанавливающейся оправке и без оправки на станах линейного и барабанного типа, а также редуцирование труб на многоклетевом стане. Для восстановления пластических свойств наклепанного металла и получения заданных механических характеристик в готовом изделии предусмотрена операция термической обработки труб. Операции технологического цикла могут выполняться по различным, в ряде случаев альтернативным, маршрутам и находятся в тесной зависимости от сортамента продукции, парка инструмента и состава оборудования цеха. На производстве поиск оптимальных вариантов технологии затрудняется изза необходимости работы с большими массивами исходных данных, включающих сортамент заготовки и выпускаемой продукции, техническую характеристику оборудования, действующие технологические схемы, режимы обработки и др. Для использования данных в расчетах требуется постоянное поддержание их в актуальном состоянии: своевременно обновлять и дополнять информацию на электронных носителях. В связи с этим разработку процессов холодной прокатки и волочения труб целесообразно вести в среде автоматизированной системы управления базами данных (СУБД), позволяющей создавать прикладные программы для оптимизации различных вариантов маршрутной технологии. Для анализа технологии все данные об объекте проектирования заносятся на электронные носители в реляционные базы данных. Такой подход был реализован в экспертной системе, позволяющей проектировать и выполнять анализ многооперационных процессов холодной деформации труб [1].
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 3 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
1. НАЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА МАРШРУТОВ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ Экспертная система предназначена для формирования технологии производства труб заданного сортамента, анализа технологии на соответствие блоку технологических ограничений и автоматизированного выбора набора вариантов маршрутов в максимальной степени соответствующих экономическому критерию режимов обработки труб, удовлетворяющих заданным технологическим ограничениям. По каждому процессу обработки металлов давлением или отдельно взятому маршруту может быть проведен более глубокий анализ устойчивости технологии с применением метода статистических исследований и подключением специальных программ. Технология объекта формируется с учетом данных по имеющимся сырьевым, материальным и энергетическим ресурсам, уровнем заработной платы персонала, состава оборудования и его характеристики, освоенных производственных переходов, видов и допускаемой последовательности операций. По всем видам оборудования учитываются ограничения, связанные с предельно допустимыми размерами до и после обработки. Для операций обработки металлов давлением (прессование, холодная прокатка труб на станах ХПТ или ХПТ-тандем, ХПТР, волочения труб без оправки, на короткой, длинной и самоустанавливающихся оправках или прокаткой на редукционно-растяжном стане) по единому методологическому подходу разработаны математические модели процессов, позволяющие рассчитать напряженно-деформированное состояние в любой точке поперечного сечения трубы, дать оценку использованию ресурса пластичности металла с учетом характера движения материальной частицы и упрочнения металла при пластической обработке [2]. Механические свойства металлов и сплавов представлены в виде коэффициентов эмпирических кривых сопротивления деформации сдвига, кривых пластичности металла в зависимости от показателя напряженного состояния (б/Т) и параметра Лодэ µσ, величины, обратной коэффициенту МэнсонаКоффина, учитывающей немонотонную знакопеременную деформацию в расчетах степени поврежденности металла [3]. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 4 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Для сформированных маршрутов изготовления труб заданного сортамента производится расчет энергосиловых и кинематических параметров, а также поврежденности металла при многопроходной деформации. При этом учитываются влияние промежуточной и окончательной термической обработки на прочностные и пластические свойства деформируемого материала, закономерности контактного трения. Для процесса волочения на самоустанавливающейся оправке определяется амплитуда колебаний и положение динамического равновесия оправки в очаге деформации. Алгоритмы программ разработаны на основе приведенных в работах [2–5] математических моделей для расчета напряженно-деформированного состояния и разрушения металла в процессах холодной прокатки и волочения труб. Для обеспечения необходимого качества продукции при холодной прокатке труб на станах ХПТ важно иметь возможность производить оценку отклонения размеров технологического инструмента и оснастки от заданных параметров и оценивать влияние отклонений на устойчивость производственного процесса. В экспертной системе разработаны алгоритмы и рабочие программы для прямого и обратного расчета технологического инструмента и оснастки для процесса холодной прокатки труб на станах ХПТ согласно схеме, представленной на рис. 1.1. При несоответствии маршрута (прохода) блоку технологических ограничений ПЭВМ выводит в текстовый файл соответствующие предупреждения («обрыв головки оправки», «появление микропор, не устранимых отжигом» и т. д.). Пакет программ включает базы данных, сервисное программное обеспечение ввода, корректировки и удаления исходной информации, а также процедуры анализа и выполнения расчетов.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 5 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Расчет профиля калибра и параметров прокатки
Исходные данные
Расчет профиля оправки
Кулаки шлифовального станка «Монбар»
Параметры прокатки
Профиль калибра и оправки
Расчет профиля кулака и глубины и кулака разворота круга шлифовального станка ЛЗ-250
Профиль оправки
– информация,
Расчет параметров прокатки
Расчет калибра и оправки
Профиль кулаков станка ЛЗ250
– процедура обработки информации
Рис. 1.1. Схема обмена информации и расчетов профиля калибров станов ХПТ и кулаков шлифовальных станков
2. РАБОТА С ПАКЕТОМ ПРОГРАММ 2.1. Запуск и выход из программы Для запуска пакета программ необходимо на рабочем столе выбрать ярлык с надписью Эксперт и двойным нажатием левой кнопки мыши запустить программу. При этом в оперативную память компьютера загружается СУБД FoxPro8.0 и головная процедура apusk. Система разработана в сетевом варианте. Для быстрого завершения работы предусмотрен пункт Выход. На машинальное нажатие кнопки
система запросит подтверждение. Это может
происходить при закрытии пользователем многочисленных экранных форм и приложений.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 6 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
2.2. Главное меню Главное меню системы дано на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Главное окно
2.3. Порядок ввода исходных данных Система поддерживает актуальное состояние по ранее выбранным параметрам: объекту проектирования, маршруту, переходу по холодной прокатке или прессованию труб, выбранному виду оборудованию, операции, сплаву и другим данным. Просмотр активных записей производится из главного меню по маршруту Справочник → Темы. Смена объекта проектирования производится в экранной форме (рис. 2.2), вызываемой из главного меню по маршруту Тема → Объект.
Рис. 2.2. Выбор объекта проектирования
Смена маршрута или ввод ключевых параметров для создания нового маршрута производится в экранной форме (рис. 2.3), вызываемой из главного меню по маршруту Тема → Маршрут.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 7 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Рис. 2.3. Экранная форма выбора, создания нового маршрута
С нажатием кнопки Поиск выявляется маршрут соответствующий введенным в верхней части экрана форме, размерам изделия и сплаву. Если маршрута с такими параметрами нет, то после нажатия кнопки Поиск таблица оказывается пустой. Кнопка Все позволяет показать всю базу. Нажатием кнопки Оk становится активным маршрут в строке которого в крайней левой позиции установлен указатель4. Кнопка Отказ приводит к выходу из экранной формы. При нажатии на кнопку Создать новый маршрут дополнительно создается маршрут с заданными в верхней части экрана формой, размерами готового изделия и маркой металла. Ввод, корректировка исходных данных по проходам и выполнение анализа маршрута на соответствие технологическим ограничениям производится в экранной форме (рис. 2.4), вызываемой из главного меню по маршруту Задачи → Анализ маршрута.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 8 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Рис. 2.4. Экранная форма анализа технологического маршрута
Перемещение по проходам маршрута, ввод/сохранение, редактирование/откат, удаление записи (прохода) производится с использованием кнопок размещенных в нижней части экрана. Помимо построчного редактирования многие таблицы снабжены возможностью редактирования списком в Browse-окне. Вызов Browse-окна с внесением изменений производится кнопками
и
. Пример
Browse-окна для редактирования параметров маршрута по проходам приведен на рис. 2.5.
Рис. 2.5. Browse-окно технологического маршрута по проходам
Список «горячих клавиш» для работы в Browse-окне приведен в табл. 2.1.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 9 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Таблица 2.1 «Горячие клавиши» для работы в Browse-окне «Горячие клавиши» F2 F3 F4 А5 F9 Ctrl + y Ctrl + t Ctrl + w Esc
Действия Переход на первую запись Переход на последнюю запись Снятие фильтра с записей таблицы Печать данных в файл basa.txt Восстановление индексного файла процедурой reindex Дополнение базы последней записью Пометка записи к удалению Выход из окна с сохранением результатов всех корректировок Выход из окна без сохранения результата последней корректировки
Внутри используемых экранных форм находятся разные объекты: списки (меню), командные и селекторные кнопки (флажки), которые снабжены заголовками. Для поиска необходимой информации списки снабжены линейками прокрутки. Работа пользователя осуществляется в окнах при помощи мыши и клавиатуры. Переход от окна к окну или от одного отображаемого на экране объекта к другому осуществляется установкой курсора мыши и нажатием ее кнопки по выбранному объекту, или клавишами Tab, Enter, Page Down, Page Up, или стрелками курсора. В каждый момент времени на экране активно
только одно окно, а внутри этого окна – один объект. Объекты, в которых пользователю представляется произвести выбор, окрашены в синий цвет, редактируемые поля – в белый цвет, не подлежащие корректировке поля – в серый цвет. Завершение редактирования поля осуществляется переходом на следующий объект. Основные виды объектов представлены в табл. 2.2. Активизация раскрывающегося списка (меню) осуществляется щелчком мыши на его стрелке. Выполнение действий, предписанных объекту, при его активизации начинается после одинарного (в меню) или двойного (в списке) нажатия кнопки мыши или после нажатия клавиши Enter. Аналогично осуществляется выбор строки из списка. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 10 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Таблица 2.2 Виды и признаки активности объектов на экране Объект Окно Пункт меню Поле редактирования Кнопка Флажок
Признак активности объекта Фон заголовка окна в верхней части обрамления раскрашен отличающимся цветом Фон наименования пункта раскрашен выделяющимся цветом Курсор находится в области поля Наименование на кнопке выделяется пунктирным прямоугольником. Если кнопка имеет обрамление, то действие ее выполняется также нажатием клавиши ENTER Контур флажка выделен
Последовательность ввода проходов и других данных необходимых для расчета не принципиальна. Все записи располагаются автоматически по мере убывания первого размера поперечного сечения. Обязательными параметрами для расчета являются марка металла, по которому имеются данные о механических характеристиках, вид технологической операции, форма и размеры исходной заготовки и промежуточных труб, трение на наружной и, при необходимости, на внутренней поверхности трубы. При запуске на расчет система подскажет, какие данные требуется ввести дополнительно. Операции, для которых разработаны математические модели даны в прил. 1. При выполнении расчетов с использованием метода статистических исследований рекомендуется задавать допуски на размеры заготовки и размеры готовой трубы. Отклонения промежуточных размеров определяются по допускам на размеры технологического инструмента. Параметры традиционного технологического инструмента введены в базы данных из стандартов предприятий. Рекомендуется при разработке новых технологических схем использовать указанную в базах информацию или дополнять ее новыми данными.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 11 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Таблица 2.3 Параметры инструмента Вид инструмента
Параметры
Волока
Диаметр цилиндрического пояска, мм; допуск (+/–) на диаметр цилиндрического пояска, мм; длина цилиндрического пояска, мм; допуск (+/–) на длину цилиндрического пояска; полуугол конусности волоки, град.; допуск (+/–) на полуугол конусности волоки, град.
Оправка цилиндрическая (короткая)
Диаметр оправки, мм; допуск (+/–) по диаметру оправки, мм; длина цилиндрического участка оправки, мм; общая длина оправки, мм; диаметр стержня, мм.
Оправка цилиндрическая (длинная)
Диаметр оправки, мм; допуск (+/–) по диаметру оправки, мм; длина цилиндрического участка оправки, мм; общая длина оправки, мм; диаметр захватки, мм.
Диаметр цилиндрического пояска оправки, мм; допуск (+/–) по диаметру, мм; длина оправки, мм; допуск (+/–) на длину оправки, мм; Оправка длина цилиндрической калибрующей части оправки, мм; цилиндрокониче- допуск (+/–) на длину калибрующей части оправки, мм; ская и самоуста- диаметр бочки оправки, мм; навливающаяся допуск (+/–) на диаметр бочки оправки, мм; полуугол конусности оправки, град.; допуск (+/–) на полуугол конусности оправки, град.; диаметр стержня, мм.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 12 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Калибры стана ХПТ
Тип стана; диаметр трубы до и после прокатки, мм; толщина стенки трубы до и после прокатки, мм; метод калибровки ручья калибра; количество разбиений; длина зоны редуцирования, мм; длина зоны калибровки, мм; зазор между заготовкой и оправкой, мм; зазоры между ребордами калибра, мм; конусность профиля на входе в зону обжатия, мм/мм; угол кантовки трубы, град.; угол выпуска калибров, град.
Оправка стана ХПТ
Тип стана; диаметр трубы после прокатки, мм; допуск (+/–) по диаметру, мм; конусность оправки, мм/мм; параметр кривизны
Планки стана ХПТР
Длина зоны подачи-поворота, мм; длина зоны редуцирования, мм; длина зоны обжатия, мм; длина зоны калибровки, мм; высота планки, Н1, мм; высота планки, Н2, мм; ширина планки, мм
Валки обкатного стана длиннооправочного волочения
Радиус валка, мм; радиус очерчивания калибра, мм; угол очерчивания калибра, град.; метод калибровки
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 13 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
2.4. Выполнение расчета Для выполнения расчетов в окне Установки необходимо ввести данные, указанные на рис. 2.6.
Рис. 2.6. Экранная форма установок для расчета
Тема – наименование работы вводится при необходимости для отражения в отчете. Траектория частицы задается в интервале от 0 до 1. Вид печати задается кратким, подробным или полным. 2.5. Представление результатов и окончание работы Результаты расчета и сообщения о недостающих данных направляются в предварительно очищенный системой текстовый файл, который автоматически раскрывается по окончании расчета. Результаты расчета из Блокнота или другого текстового редактора могут быть отправлены на печать. До выполнения расчетов в текстовом файле содержатся результаты предшествующего расчета. Перечень сообщений программы о несоответствии в исходных данных и технологии и путях их устранения даны в прил. 2.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 14 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
3. ПРИМЕР ВВОДА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ВЫПОЛНЕНИЯ ОТЧЕТА 3.1. Исходные данные Проверить по технологическим ограничениям следующий маршрут волочения трубы из стали 30ХГСА: 1-й проход: 22×1,15 →с/о→18×1,0; 2-й проход: 18×1,0 →б/о→14×1,1. Параметры волок: − полуугол конусности 12 град.; − длина калибрующего пояска волоки 1,5 мм. Параметры цилиндроконической оправки: − полуугол конусности 10 град.; − длина калибрующего пояска волоки 2 мм. Коэффициент трения: − на контакте металла с волокой – 0,1; − на контакте металла с оправкой – 0,1. 3.2. Порядок ввода исходных данных Перед вводом исходной информации необходимо предварительно убедиться в том, что в базах данных отсутствуют параметры данного маршрута. Если данные отсутствуют, то необходимо их создавать как это описано в разделе 2.2 для экранной формы Выбор маршрута (рис. 2.3). Если маршрут существует, то необходимо сделать его актуальным установкой курсора в соответствующую строку и нажатием клавиши Ok. Далее в экранной форме анализа технологического маршрута (рис. 2.4) вводятся недостающие параметры. Для начала работы следует ознакомиться с надписями подсказок на кнопках с пиктограммами. Ввод новых записей начинается нажатием кнопки си – нажатием кнопки
. Изменение данных в существующей запи. Ввод исходных данных допускается в произ-
вольном порядке, однако рекомендуется сначала определить форму поперечГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 15 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
ного сечения изделия (для трубы это имеет условное обозначение КР-КР), а также технологическую операцию. От значения этих параметров зависят подписи ячеек данных. Форма сечения и операция выбираются в поле ввода со списком (Combo Box). Для выбора необходимого значения из списка следует распахнуть список нажатием курсором мыши на треугольник, обращенный вершиной вниз
.
После ввода по двум проходам выполнить расчет нажатием клавиши Расчет по маршруту.
Вывод результатов на печать выполняется средствами текстового редактора Блокнот. Для запуска программы Блокнот необходимо нажать на кнопку Результаты.
4. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Работа 1. Исследование энергосиловых параметров и поврежденности при волочении труб •
Проанализировать маршруты изготовления труб заданного размера
способом волочения на самоустанавливающейся и закрепленной цилиндрической оправках (табл. 4.1). Определить для каждого из этих способов усилие волочения P, относительное напряжение на выходе из волоки σвол /σs, поврежденность ω на наружной и внутренней поверхностях трубы. Результаты расчетов представить в виде табл. 4.2. •
Выполнить аналогичные расчеты для способов волочения на корот-
кой закрепленной и длинной оправках. Результаты расчетов занести в табл. 4.1. •
Выполнить расчет указанных выше технологических параметров
волочения той же заготовки без оправки. Оценить ожидаемое изменение толщины стенки трубы.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 16 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Таблица 4.1 Варианты заданий (к работе 1) № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
d 0, мм 28 40 58 52 48 45 25 20 30
S 0, мм 2,7 2,0 4,0 2,4 1,7 1,3 1,2 1,3 1,4
d 1, мм 20 34 52 48 45 42 20 16 25
S 1, Марка α, мм стали град. 2,25 20 12 1,7 45 15 2,4 20 12 1,7 10 15 1,3 30ХГСА 12 1,0 20 12 1,0 Л68 12 1,0 45 12 1,2 Л63 12
L к, мм 4,0 5,0 4,0 4,5 3,0 2,5 2,5 3,0 2,5
f, β, Lц, мм град. мм 0,06 7 10 0,06 9,5 8 0,1 9 5 0,1 9 5 0,1 9 5 0,1 9 5 0,1 9 5 0,08 9 5 0,08 9 5
Lб, мм 10 16 10 10 10 10 10 10 10
Dб, мм 22 34 49 46 44 42 22 17 27
42
1,4
38
1,2
3,5
0,08
10
39
10
12
9
5
Примечание. d0, d1 – наружный диаметр заготовки и готовой трубы; S0, S1 – толщина стенки заготовки и готовой трубы; α, β – углы конусности волоки и конической части оправки; f – коэффициент трения; Lк – длина калибрующего пояска волоки; Lц, Lб – длина цилиндрической части и бочки оправки; Dб – диаметр бочки оправки.
Таблица 4.2 Результаты расчетных экспериментов (к работе 1) Ω Способ № волочения 1 2 3 4 5
с/о к/о* к/о д/о б/о
6
б/о
d 0, мм
S 0, мм
d 1, мм
S 1, мм
P, кН
σвол/ σs,
наружная поверхность
внутренняя поверхность
Примечание. с/о – самоустанавливающаяся оправка; к/о* – цилиндроконическая закрепленная оправка; к/о – цилиндрическая закрепленная оправка; д/о – длинная подвижная оправка; б/о – безоправочное волочение.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 17 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Работа 2. Рассчитать фактическую толщину стенки трубы, энергосиловые параметры и поврежденность металла после каждого прохода волочения по маршруту: 38×3,5→28×2,6→20×2,65→15×2,7→12×2,65→10×2,6→8×2,55→7,50. Размеры исходной заготовки и предполагаемые значения наружного диаметра и толщины стенки трубы по проходам указаны в мм. Материал трубы – сталь 20. Первый проход осуществляется на короткой цилиндрической оправке, остальные – без оправки. Угол конусности волоки – 13º. Длина цилиндрического пояска волоки – 4 мм. Коэффициенты трения на волоке и оправке – 0,1. Проверить возможность многопроходного волочения труб по указанному маршруту без промежуточных отжигов. В итоговом протоколе работы программы для каждого прохода волочения указываются следующие данные: диаметр и толщина стенки трубы, коэффициент вытяжки, накопленная поврежденность и степень деформации сдвига, предел текучести материала трубы, переднее и заднее относительное натяжение, давление на волоку и оправку. Работа 3. Рассчитать энергосиловые параметры и поврежденность металла после каждого прохода деформации по маршруту: а) Холодная прокатка на стане ХПТ-55
57×3,5 – 38×1,5 мм.
б) Волочение на цилиндроконической оправке
38×1,5 – 35×1,4 мм.
в) Безоправочное волочение
35×1,4 – 30×1,5 мм.
Материал трубы – сталь 20. Сравнить итоговую поврежденность металла труб при наличии и отсутствии промежуточной термообработки. Для первого прохода на стане ХПТ задать следующие исходные данные: подача – 12 мм; длина хода клети – 590 мм; длина хода клети за периоды подачи и поворота заготовки – 78 мм; коэффициенты трения на валке и оправке – 0,1; методика расчета калибровки инструмента – МИСиС; радиус валка по реборде – 182 мм; радиус начальной окружности ведущей шестерни – 168 мм; коэффициент полировки – 2,5; зазор между калибрами – 0,3 мм; конусность ручья калибра в зоне редуцирования – 0,1; угол выпуска калибра – 30 град.; конусность оправки на одну сторону – 0,0125; угол кантовки трубы перед обратным ходом клети – 57 град. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 18 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Для проходов волочения исходные данные задать аналогично п. 3. В итоговом протоколе работы программы для прохода ХПТ имеется таблица разбиения на мгновенные очаги деформации (МОД) рабочего конуса прокатки, где приняты следующие обозначения: N – номер МОД; ход – обозначение прямого или обратного хода клети; Х – продольная координата МОД; угол – угловая координата положения частицы в поперечном сечении; Dx – диаметр калибра или наружный диаметр трубы; Dвнут. – внутренний диаметр трубы или диаметр оправки; Sx – толщина стенки трубы; Лсум. – накопленная степень деформации сдвига; S/T – коэффициент напряженного состояния; Р, Q – соответственно усилие металла на валок и осевое усилие на заготовку. По результатам расчетов построить графики распределения усилий Р, Q по длине рабочего конуса. Разделы итогового протокола программы для каждого прохода волочения указаны в работе 2.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 19 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Библиографический список 1. Богатов А.А. Система автоматизированного проектирования процессов холодной деформации труб / А.А. Богатов [и др.] // Новости черной металлургии России и зарубежных стран. М., 1998. – Ч. 1 : Черная металлургия : бюллетень НТИ. – № 5–6. 2. Богатов А.А. Расчет маршрутов изготовления холоднодеформированных труб : учебное пособие / А.А. Богатов, О.И. Мижирицкий, А.В. Тропотов. Свердловск : Изд-во УПИ, 1989. 3. Богатов А.А. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением / А.А. Богатов, О. И. Мижирицкий, С.В. Смирнов. М. : Металлургия, 1984. 4. Богатов А.А. Электросварные холоднодеформированные трубы / А.А. Богатов [и др.] М. : Металлургия, 1991. 5. Богатов А.А. Пакет программ для автоматизированного анализа на ПЭВМ маршрутов холодной прокатки и волочения труб / А.А. Богатов [и др.] // Теория и технология процессов пластической деформации : труды науч.-технич. конференции МИСиС. М. : Изд-во МИСиС, 1997.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 20 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Приложение 1 Технологические операции производства холоднодеформированных труб, для которых разработаны рабочие программы анализа на соответствие технологическим ограничениям Код
Наименование операции
00002
Протяжка каскадная
00003
Протяжка каскадная на цилиндрической оправке
00004
Протяжка каскадная на цилиндроконической оправке
00005
Протяжка
00008
Прессование
00009
Прошивка прессованием на стакан
00027
Холодная прокатка труб
00028
Холодная прокатка труб роликами
00029
Обкатка продольная
00030
Протяжка на длинной оправке
00031
Протяжка на короткой оправке
00032
Протяжка на цилиндроконической оправке
00033
Протяжка безоправочная
00034
Протяжка бухтовая безоправочная
00035
Протяжка бухтовая на самоустанавливающейся оправке
00036
Теплая прокатка
00043
Отжиг
00045
Редуцирование холодное
00046
Протяжка безоправочная через две волоки
00047
Холодная прокатка труб на стане тандем
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 21 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Приложение 2 Сообщения программы автоматизированного проектирования процессов холодной деформации труб ( условные обозначения даны в примечании к таблице) Сообщение системы Материал <обозначение>.
Причина отказа и способ его устранения
Примечание
Пользователь при работе в базе данных ввел, откорректи-
Проверка по маршруту не выпол- ровал или удалил данные, которые пришли в несоответстняется ввиду отсутствия данных вие c другими данными. При выборе материала из предлапо указанному материалу
гаемого списка сообщение не выдается
Нет волоки, соответствующей
Параметры волоки не попали в диапазон изменения диа-
Выбирается
диаметру протягиваемой трубы
метра протянутой трубы от Д1min. до Д1max
не помеченная к уда-
Д1 = (Д1) мм
первая
лению строка
Нет валков для обкатки труб диа-
Параметры обкатных валков стана длиннооправочного во- То же
метром Д1 = (Д1) мм
лочения не попали в диапазон изменения диаметра протянутой трубы от Дц min до Дц max
Нет данных по режиму обкатки
В режимах обкатки нет строки <материал> (Д1)×(S1) мм
То же
трубы Д1 = (Д1) мм на оправке Нет данных по режиму обработки В режиме обработки нет строки (операции) (Д0)×(S0)→ Строка формируется трубы размерами (Д1)×(S1) мм →(Д1)×(S1), не помеченной к удалению. Нарушен порядок системой при вводе ввода данных
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
данных
стр. 22 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Нет калибров стана ХПТ для про- Параметры калибра стана ХПТ не попали в диапазон изме-
Выбирается
катки трубы диаметром D1 = (D1)
нения от Д1min до Д1max наружного диаметра трубы после
не помеченная к уда-
мм
прокатки
лению строка
Нет оправки для волочения труб
Параметры короткой, длинной и цилиндроконической оп- То же
диаметром d1 = (d1) мм
равки с соответствующим кодом инструмента выбираются
первая
по внутреннему диаметру протянутой трубы (по условию d1 = dц) Нет оправки стана ХПТР для про- Параметры оправки стана ХПТР выбирают по наружному катки трубы диаметром D1 = (D1)
диаметру трубы после прокатки, попадающему в диапазон
мм
от Д1min до Д1max
Нет ролика стана ХПТР для про-
Параметры роликов стана ХПТР выбираются по диаметру
катки трубы Д1 = (Д1) мм
трубы после прокатки, попадающему в диапазон от Д1min
То же
То же
до Д1max Отсутствуют данные по коэффи- В режимах обработки пользователь должен указать номициенту трения на волоке
нальное значение (и предельное отклонение от номинальной величины) коэффициента трения на волоке
Отсутствуют данные по коэффи-
То же на оправке
циенту трения на оправке Параметры первой точки калибра Первая строка, описывающая профиль калибра, должна содолжны соответствовать заготов-
ответствовать заготовке. Остальные точки указываются по
ке
ходу очага деформации до готового размера
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 23 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Давление на волоку превышает
Расчетное давление превышает допустимое значение, за-
Риски, обрыв труб
допустимое значение
данное исходными данными в режимах обработки
при волочении
Давление на оправку превышает
Расчетное давление превышает допустимое значение, за-
То же
допустимое значение
данное исходными данными в режимах обработки
Крупные микропоры
Поврежденность металла превышает значение 0,65
Трещины (преимущественно на внутренней поверхности трубы)
Малая подача вызывает недопус-
Расчетное количество мгновенных очагов деформации при
тимое количество МОД
прокатке на станах ХПТ и ХПТР превышает значение 100. Необходимо задать большую подачу
Микропоры
Поврежденность металла превышает значение 0,25
Микропоры, ухудшающие эксплуатационные характеристики трубы
Не определена в одной из зон сте- В одной из трех зон волочения труб (редуцирования, обжа- Обратиться пень деформации сдвига
тия на коническом или на цилиндрическом участке оправ-
к разработчику
ки) не взят численным методом интеграл
программы
Не определена длина (номер) уча- В одной из трех зон волочения труб численным методом стка очага деформации
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
То же
определилась отрицательная величина длины зоны
стр. 24 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Не определена расчетная толщи-
Толщина стенки в конце зоны редуцирования Sp находится
на стенки в конце зоны редуци-
вне программно-заданного диапазона 0,8S1 <= Sp <= 1,3S1
То же
рования Недопустимая геометрия инстру- Не выполняются условия оправочного волочения:
Отсутствует
мента Sp <= S1 или tg(G) <= tg(T)
1). Расчетная толщина стенки в конце зоны редуцирования
возможность
не больше толщины стенки трубы после волочения.
получения трубы
2). Средний угол наклона внутренней поверхности трубы в
заданных размеров
зоне редуцирования к оси волочения не больше полуугла конусности цилиндроконической оправки Нет самоустановки оправки, об-
Положение равновесия оправки (НС) находится вне рас-
рыв трубы
четного диапазона. На линейном волочильном стане расчет продолжается при НС = 0,5
Недопустимая геометрия инстру-
Длина зоны редуцирования при установке оправки в край-
мента. Расчет продолжается при
нее переднее положение занимает всю коническую часть
НС (НС – положение равновесия
очага деформации. Рекомендуется изменить геометрию
самоустанавливающейся оправ-
инструмента
ки)
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 25 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Нет захвата
Не выполняется условие:
в первой клети
arctg(f) >= arccos[1 – E(1)·D(1)/(P – D(2))],
редукционного стана
где f – коэффициент трения; Е(1) – относительная деформация по диаметру в первой клети; D(1) – диаметр заготовки, мм; D(2) – диаметр после первой клети, мм; D(2) = D(1)·(1-Е(1)). Изменить параметры прокатки
Обрыв головки длинной оправки
Усилие волочения превышает максимально допустимую величину для головки длинной оправки
Низкое качество внутренней поверхности Lц = (Lц)
Не выполняется условие: (Sp – S1)/tgα + Lц >= Lцo, где Sp – Повышенная разнотолщина стенки в конце зоны редуцирования при крайнем стенность, низкое казаднем положении самоустанавливающейся оправки
чество внутренней поверхности трубы
Обрыв захватки трубы
Не выполняется условие бВ/бS < 0,85
Обрыв стержня оправки
Усилие, действующее на стержень короткой и цилиндроконической оправки на линейном стане, превышает допустимое значение
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 26 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Отсутствует зазор
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Не выполняется условие: D0 – 2·S0 – Dоп > 0,01 мм
между цилиндрической частью оправки и заготовкой Оправка не вводится в заготовку
При волочении на короткой и длинной оправках про-
(z < 0,4мм)
граммно определен минимально допустимый односторонний зазор между внутренней поверхностью заготовки и оправкой, равный 0,4 мм
Оправка не вводится в заготовку
При волочении на цилиндроконической оправке программно определен минимально допустимый односторонний зазор между внутренней поверхностью заготовки и бочкой оправки, равный: z = 0,05 мм при d0 < 8 мм, z = 0,2 мм при d0 >= 8 мм
Отсутствуют данные
В исходных данных для ХПТ необходимо определить ко- Если заданы и ко-
о конусности оправки
нусность оправки или зазор на сторону между внутренней нусность, и зазор, то
и величине зазора
поверхностью заготовки и цилиндрической частью оправ- зазор пересчитываетки
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
ся по конусности
стр. 27 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Относительное среднее
Для получения заданной толщины стенки готовой трубы
натяжение в стане
после редукционного стана количество клетей недостаточ-
превышает значение 0,75
но. Расчет продолжается при среднем относительном натяжении в стане, равном 0,75. Однако выход на заданные размеры трубы не обеспечивается
Расчетное число клетей
Данные по суммарному обжатию трубы и количеству кле-
превышает допустимое
тей в стане не соответствуют друг другу
максимальное значение Ужимы – окружная деформация
Не выполняется заданное в программе условие устойчиво-
превышает допустимое значение
сти профиля трубы
Усилие волочения
Расчетное усилие превышает заданное допустимое значе-
Преждевременный
превышает конструктивную
ние
выход из строя обо-
характеристику стана
рудования волочильного стана
Разрушение металла
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
Поврежденность превышает значение 1,0
стр. 28 из 31
Богатов А.А., Смирнов Н.А., Харитонов В.В., Орлов Г.А., Тропотов А.В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения, холодной прокатки и прессования труб
Ошибка в параметрах
Не выполняется одно из условий:
редукционного стана
− межклетевое расстояние больше диаметра валка; − длина редукционного стана меньше 400 м; − количество клетей должно быть в диапазоне от 3 до 30; − диаметр валка должен быть больше диаметра заготовки; − диаметр валка меньше 500 мм; − количество валков в клети должно быть от 2 до 4; − коэффициент трения должен быть в диапазоне от 0 до 0,7; − относительное обжатие в клети не должно превышать 20 %
Посадка на бочку
Не выполняется условие: 2·(R2 – S2) >= Dб
внутренней поверхности трубы
Посадка трубы на бочку, затягивание оправки за крайнее переднее положение и обрыв трубы
Потеря устойчивости профиля
Не выполняется граничное условие:
трубы на участке редуцирования
1 – D1/D0 >= 280·(S0/D0),
Ужимы
где D1 – наружный диаметр трубы в конце зоны редуцирования
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2005
стр. 29 из 31
Богатов А. А., Смирнов Н. А., Харитонов В. В., Орлов Г. А., Тропотов А. В.
Анализ на ПЭВМ маршрутов волочения , холодной прокатки и прессования труб
Условные обозначения < > – значение символьной переменной; ( ) – значение числовой переменной; [ ] – обозначение необязательного параметра и максимально допускаемого значения параметра; D0 – наружный диаметр заготовки, мм; S0 – толщина стенки заготовки, мм; D1 – наружный диаметр трубы после обработки, мм; S1 – толщина стенки после обработки, мм; d1 – внутренний диаметр трубы после обработки, мм; α – угол наклона рабочей конической поверхности волоки к ее оси, град.; T – угол наклона конической поверхности оправки к ее оси, град.; G – средний угол наклона внутренней поверхности трубы в зоне редуцирования к оси волочения, град.; Sp, S2 – толщина стенок трубы в конце зоны редуцирования; Lц – длина рабочего цилиндрического пояска волоки, мм; Lцо – длина рабочего цилиндрического пояска оправки, мм; До – диаметр бочки конической оправки, мм; R2 – наружный радиус трубы в конце зоны редуцирования, мм; бВ – осевое напряжение на выходе из очага деформации, МПа; бs – предел текучести на входе в очаг деформации, МПа.
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ
стр. 30 из 31
Учебное электронное текстовое издание Богатов Александр Александрович Смирнов Николай Аркадьевич Харитонов Валентин Валентинович Орлов Григорий Александрович Тропотов Александр Васильевич
АНАЛИЗ НА ПЭВМ МАРШРУТОВ ВОЛОЧЕНИЯ, ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ ТРУБ
Редактор Компьютерная верстка
А.А. Гребенщикова А.А. Гребенщикова
Рекомендовано РИС ГОУ ВПО УГТУ-УПИ Разрешен к публикации 15.07.05. Электронный формат – PDF Формат 60×90 1/8 Издательство ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19 e-mail:
[email protected] Информационный портал ГОУ ВПО УГТУ-УПИ http://www.ustu.ru
