Совершенствование процессов и машин для изготовления холоднопрофилированных труб на основе моделирования очага деформации (07.09.2009)

Автор: Паршин Сергей Владимирович

ПАРШИН СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И МАШИН ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОПРОФИЛИРОВАННЫХ ТРУБ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ

Специальность 05.03.05 - Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Екатеринбург

Работа выполнена в ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Выдрин Александр Владимирович

доктор технических наук, профессор

Колмогоров Герман Леонидович

доктор технических наук, профессор

Чечулин Юрий Борисович

Ведущая организация: ГОУ ВПО Южно - Уральский государственный университет

Защита состоится 20 ноября 2009г. на заседании диссертационного совета Д.212.285.10 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина», по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, в 14 час.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного технического университета – УПИ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина.

Автореферат разослан «_____» ___________________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Е.Ю. Раскатов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современным требованиям энерго- и ресурсосбережения отвечают изделия, которые обеспечивают лучшее соотношение экономического эффекта от их применения к стоимости производства и эксплуатации. К их числу относятся профильные трубы, имеющие некруглое поперечное сечение и обладающие пониженной металлоемкостью, рациональной формой, изготовленные из материалов, наиболее точно отвечающих требованиям эксплуатации. Применение этих изделий в различных отраслях машиностроения, строительстве, металлургии, нефтяной и газовой, аэрокосмической отрасли, атомном машиностроении, производстве теплообменных аппаратов, высокочастотной аппаратуры, и др. обеспечивает получение значительного технического и экономического эффекта. Потребности промышленности приводят к необходимости расширения типоразмерного ряда освоенных видов труб, более широкого применения для их производства материалов, обладающих повышенными механическими свойствами, растет потребность в изготовлении ранее неосвоенных видов профильных труб. Для известных в производстве типов профильных труб требуется углубленное исследование процесса с целью расширения сортамента, определения рациональной формы рабочего инструмента, а также установления влияния на процесс изготовления материалов, ранее не применявшихся для производства таких труб. Сказанное выше относится и к изготовлению новых видов профильных труб. Основными проблемами при получении профильных труб являются недостаточная точность трубного профиля и необходимость учета упругой деформации, а также возникновение разрушения труб из малопластичных материалов непосредственно в процессе профилирования или при их нормальной эксплуатации.

Объектом изучения в работе выбраны профильные трубы, процесс деформации которых протекает путем изгиба стенки трубы. Это позволяет для исследования использовать единые методические подходы. Вместе с тем, даже для таких типов труб величина и направление деформации стенки отличаются, что определяет особенности того или иного очага деформации, причем рабочие нагрузки, вызывающие деформации, также могут быть различными. В настоящее время не существует единого методического подхода к построению всей гаммы моделей для исследуемых типов профильных труб.

Указанные особенности приводят к необходимости создания методики построения геометрических и математических моделей процессов профилирования труб и разработке компьютерной базы данных, позволяющей производить оперативное построение или выбор необходимой модели профилирования. Требуется также параметрический анализ процесса, отвечающий целям, которые ставит производство профильных труб. Существующие процессы профилирования, рабочий инструмент и устройства необходимо совершенствовать и разрабатывать новые технологические решения с целью повышения эффективности процессов и качества труб, отвечающего требованиям потребителей. Потребность в решении указанных выше задач определяет актуальность темы работы.

Работа выполнена в соответствии с комплексным планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО УГТУ – УПИ по темам «Теоретические основы разработки новых процессов и машин, обеспечивающих повышение уровня конкурентоспособности производимых изделий», «Разработка теоретических основ технологий и оборудования, обеспечивающих производство новых видов металлопродукции», а также 9 хозяйственными договорами с Татарским научно-исследовательским и проектно – конструкторским нефтяным институтом (ТатНИПИнефть) по созданию технологии и оборудования для получения профильных перекрывателей. Перекрыватели подобного типа применены при бурении более 1200 скважин на нефтяных месторождениях Урало-Поволжья, Восточной и Западной Сибири и др.

Цель диссертации. Целью работы является совершенствование процессов и машин для изготовления холоднопрофилированных труб на основе создания общей методики моделирования этих процессов, разработка базы данных широкого класса моделей, исследование ряда конкретных процессов профилирования, представляющих большой интерес для важных отраслей промышленности, проведение экспериментов по оценке точности моделей, и создание новых технических решений по реализации процессов профилирования труб.

Задачи исследования.

1. Разработка общего метода построения в компьютерной среде корректных геометрических моделей очагов деформации, применимых для выбранных классов профильных труб.

2. Создание компьютерной базы данных геометрических моделей выбранных видов профильных труб, в том числе с продольным и винтовым профилированием, труб специального назначения и многопереходных процессов продольного профилирования.

3. Разработка математического описания очагов деформации выбранных классов труб при холодном профилировании с учетом их геометрии и механических свойств металла, а также с учетом упругой деформации трубного профиля. Для многопереходных процессов требуется учет пластической неоднородности металла.

4. Выполнение анализа влияния параметров процесса профилирования, в том числе относительной толстостенности заготовки и трения на контактной поверхности на формоизменение, напряженное и деформированное состояние и поврежденность металла, энергосиловые параметры процессов, точность размеров труб, а именно:

-для продольно профилированных на примере прямоугольных и квадратных труб изучить влияние особых режимов приложения рабочих нагрузок;

-для винтовых труб изучить влияние операции кручения, выбрать рациональную поперечную форму профиля, позволяющую получить равномерное распределение по его сечению поврежденности, исследовать изменение формы поперечного сечения и размеров трубы с целью корректировки размеров заготовки;

-для профильных экспандируемых труб найти рациональную форму профиля, позволяющую после выправления трубы в скважине иметь наиболее равномерное и минимальное по сечению значение поврежденности и рациональные параметры рабочего инструмента, а также определить параметры процесса при раздаче цилиндрических концов труб роликовым инструментом; исследовать процессы получения чехловых и винтовых граненых труб;

-для многопереходных процессов на примере многолучевых, овальных и прямоугольных труб с большим отношением сторон профиля, определить влияние количества переходов на распределение механических свойств материала, неоднородность деформаций по сечению трубы, а также поврежденность металла.

5. Выполнить комплексные экспериментальные исследования процессов профилирования труб, включающие изучение формоизменения труб, определение влияния параметров процесса на геометрию получаемых изделий и энергосиловые параметры, определение размеров и формы очага деформации и готовых труб лазерным и светоотраженным сканированием, изучить деформированное состояние металла.

6. Определить рациональную форму рабочего инструмента для волочения профильных труб, позволяющую при ее использовании повысить стойкость и упростить его изготовление.

7. Разработать и защитить патентами новые технические решения, позволяющие повысить эффективность процесса профилирования и качество труб, предложить новый инструмент и устройства для профилирования, а также создать техническое задание на проектирование нового стана с расширенными технологическими возможностями.


загрузка...