Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Пастушенко Татьяна Сергеевна. Волочение тонкостенных труб вращающимся инструментом : диссертация ... кандидата технических наук : 05.03.05 / Пастушенко Татьяна Сергеевна; [Место защиты: Сам. гос. аэрокосм. ун-т им. С.П. Королева].- Самара, 2009.- 142 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2046


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 5

ВВЕДЕНИЕ 8

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ВОЛОЧЕНИЮ
ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ С ВРАЩЕНИЕМ КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ИНСТРУМЕНТ-ЗАГОТОВКА (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) 12

1. ІКручение в процессах волочения труб 12

І.І.ІБезоправочное волочение и кручение тонкостенных

труб 13

1.1.2 Волочение труб со спиральными ребрами 22

1.1 .ЗВолочение винтовых профильных труб 24

1.1.4 Волочение тонкостенных труб с внутренним спиральным рифлением....25

1.2 Энергосиловые условия при волочении с вращением контактных
поверхностей инструмент-заготовка 32

1.3 Методы расчета напряженно-деформированного состояния при

одновременном волочении и кручении тонкостенных труб 39

1.4. Выводы. Цель работы, задачи исследования 42

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ БЕЗ ОПРАВ ОЧНОГО
ВОЛОЧЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ЧЕРЕЗ ВРАЩАЕМЫЕ ВОЛОКИ....45

2.1 Основные допущения и гипотезы 45

2.2 Система уравнений для определения напряженно-деформированного
состояния 46

  1. Алгоритм вычислений полей напряжений и деформаций на ЭВМ 54

  2. Выбор числа кольцевых элементов 60

2.5 Анализ результатов расчета на ЭВМ напряженно-деформированного
состояния 61

2.6 Выводы 67

3 ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
ПРИ КРУЧЕНИИ С РАСТЯЖЕНИЕМ ТОНКОСТЕННОЙ ТРУБЫ 69

3.1 Анализ напряженно-деформированного состояния тонкостенной трубы на
выходе из канала волоки при безоправочном волочении с кручением 69

3.2 Пластическое закручивание тонкостенных труб при безоправочном
волочении через две дистанционно расположенные волоки 78

3.3 Выводы 81

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
БЕЗОПРАВОЧНОГО ВОЛОЧЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ЧЕРЕЗ
ВРАЩАЕМЫЕ ВОЛОКИ 82

4.1 Определение анизотропии свойств тонкостенных трубных заготовок 82

  1. Компьютерное моделирование безоправочного волочения тонкостенных труб через вращаемые волоки в программном комплексе ANSYS/LS-DYNA 84

  2. Компьютерное моделирование безоправочного волочения тонкостенных труб через вращаемые волоки в программном комплексе DEFORM-3D 92

  1. Проверка адекватности математической модели 99

  2. Выводы : 105

5 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛОЧЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ С
ВНУТРЕННИМ ОРЕБРЕНИЕМ НА КОРОТКОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ
ОПРАВКЕ 106

5.1 Методика экспериментальных исследований 106

5.2 Исследование формирования внутреннего спирального оребрения в
зависимости от технологических параметров волочения тонкостенных труб на
короткой вращающейся оправке 108

5.3 Совершенствование процесса волочения тонкостенных труб с внутренним
спиральным оребрением на вращающейся оправке 115

5.4 Расчеты давления при формировании спирального оребрения внутри
труб 117

>

5.5 Определение напряженно-деформированного состояния при раздаче
тонкостенных труб волочением 121

  1. Апробация нового способа 125

  2. Выводы 127

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 128

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 130

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

f - коэффициент трения;

F — площадь поперечного сечения тонкостенной трубы;

ЄГ.^-логарифмические деформации в направлениях цилиндрических

координат г, ф, z;

t — текущая толщина стенки трубы;

At- утолщение стенки трубы;

tK- конечная толщина готовой трубы;

Рв-усилие безоправочного волочения;

Р0р -усилие формирования спирального рифления;

Росадки - усилие осадки;

С ' О" -радиальное и окружное напряжения;

(j, -продольное напряжение (напряжение волочения);

Мкр-крутящий момент; МР- реактивный момент кручения; Мт- момент сил трения; ^-коэффициент вытяжки при волочении; Л -радиус радиусного участка;

R - текущее значение радиуса срединного сечения конечного элемента;

Ro -наружный радиус заготовки;

Лк -конечный наружный радиус готовой трубы;

п -показатель анизотропии трансверсально-изотропного тела;

р- контактное давление на границе «волока-труба»; ос-угол конуса рабочего канала волоки; у -скорость волочения;

Vок -окружная скорость вращения волоки;

со - угловая скорость вращения волоки;

х -напряжение трения на границе «волока-труба»;

Tr->T(k>Tr " касательные напряжения при волочении трубы с кручением;

1 — текущее значение длины конечного элемента;

10— начальная длина элемента трубы;

Ікон - длина конического участка канала волоки;

1Р - длина радиусного участка канала волоки;

1кал - длина калибрующего участка канала волоки;

1од - длина очага деформации;

d,Q- -интенсивность бесконечно-малых приращений деформаций; (ji -интенсивность напряжений;

А и п — коэффициенты аппроксимации кривой упрочнения; 1К1, -касательное напряжение при скручивании трубы;

А -точность вычислений;

К — число конечных элементов трубы;

N - число оборотов волоки в минуту;

є - относительная погрешность расчета;

Е- модуль упругости;

в -предел прочности материала трубы;

(jT -предел текучести материала трубы;

8 - относительное удлинение;

0 -относительный угол закручивания;

у - угловая деформация;

У ' У ' У ' Угловые деформации при волочении с кручением;

ф - угол поворота поперечных сечений трубы относительно друг друга; \j/ - параметр;

l)xи ^-внутренние и внешние размеры малой оси эллиптического сечения трубы;

І21 и /j0 -внутренние и внешние размеры большой оси эллиптического

сечения трубы;

Wkp~ момент сопротивления кручению;

г| - положение оправки в канале волоки;

fjP - текущая высота внутренних спиральных ребер;

Ттр- усилие трения по каналу волоки.



Введение диссертации:

Актуальность и состояние проблемы. Уровень трубного производства в значительной степени определяет развитие большинства отраслей народного хозяйства. Быстро развивающиеся электроэнергетика, судостроение, авиастроение, атомная, космическая и холодильная техника требуют соответствующего развития производства труб.

Наряду с увеличением объема производства непрерывно повышается технический уровень трубного производства-техника и технология, производительность и степень использования.

Особенно важным является производство холоднотянутых тонкостенных труб. Эти трубы применяются во многих специальных областях народного хозяйства России в качестве трубопроводов и должны удовлетворять высоким требованиям по точности геометрических размеров и качеству изготовления.

Производство холоднотянутых труб осуществляется в трубоволочильных цехах металлургических заводов способами холодной прокатки и волочения. В этих условиях в последнее время внедряются новые технологические процессы, совершенствуются существующие, применяется новое волочильное оборудование, инструмент и новые методы волочения.

При производстве гладких тонкостенных труб в отечественной и зарубежной практике широкое применение нашло безоправочное волочение, при производстве тонкостенных труб с внутренним спиральным рифлением -волочение на оправках. Это объясняется малой трудоемкостью, высокой производительностью процесса и тем, что дает возможность получать тонкостенные трубы с точными размерами и высококачественной поверхностью.

Одним из перспективных, но еще недостаточно изученных является волочение в сочетании с кручением, что позволяет расширить сортамент

получаемых труб. В этом процессе кручение реализуется через вращение инструмента(волоки, оправки).

Промышленное использование процесса волочения тонкостенных труб вращаемым инструментом требует дополнительных тщательных исследований по установлению напряженно-деформированного состояния при вращении контактных поверхностей инструмент-заготовка.

Целью данной работы является исследование напряженно-деформированного состояния в процессе волочения тонкостенных труб вращающимся инструментом и разработка на этой основе научно-обоснованных методов расчета технологических параметров для его практической реализации.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Разработать математическую модель безоправочного волочения тонкостенных труб во вращающихся волоках с учетом реальных свойств материала заготовки.

  2. Выполнить на ЭВМ моделирование напряженно-деформированного состояния в процессе волочения и выявить особенности и закономерности формоизменения тонкостенных труб во вращающихся волоках.

  3. Провести экспериментальные и численные исследования с применением САЕ-систем процесса безоправочного волочения тонкостенных труб во вращающихся волоках и проверить адекватность расчета технологических параметров по математической модели.

  4. Разработать методику расчета технологических параметров при одновременном волочении и скручивании тонкостенной трубы вращающимся инструментом.

  5. Разработать способ волочения тонкостенных труб с внутренним спиральным рифлением на короткой свободно-вращающейся оправке.

  6. Создать методику расчета технологических параметров предлагаемого способа изготовления тонкостенных труб с внутренним

спиральным рифлением, основанного на операциях волочения и раздачи труб на короткой свободно-вращающейся оправке, обеспечивающего получение рифления требуемой высоты.

Достоверность научных результатов исследований подтверждена
строгой математической постановкой задач, применением аналитических
методов решения задач, современными методами проведения опытов и
обработки экспериментальных данных, воспроизводимостью результатов
эксперимента, удовлетворительной сходимостью расчетных,

экспериментальных данных и результатов практики, соответствия результатов моделирования технологии изготовления и характеристикам готовых тонкостенных труб.

Методы исследования. Теоретические исследования процесса безоправочного волочения труб во вращаемые волоки выполнены с использованием основных положений теории пластического деформирования анизотропных материалов и конечно-элементного моделирования в программных комплексах ANSYS/LS-DYNA и DEFORM-3D. Анализ напряженного состояния волочения труб с внутренним спиральным рифлением проведен методом совместного решения уравнений равновесия и пластичности.

Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных условиях с применением методов математической статистики и математического планирования эксперимента на универсальной испытательной машине ЦДМУ-30.

Автор защищает математическую модель безоправочного волочения тонкостенных труб во вращаемые волоки с учетом нелинейного упрочнения и анизотропии свойств материала трубной заготовки; результаты теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния при безоправочном волочении во вращаемые волоки; методики расчета технологических параметров при изготовлении тонкостенных труб с винтовой текстурой и внутренним спиральным рифлением.

Научная новизна состоит в установлении особенностей и закономерностей формоизменения тонкостенных труб в волоке и на выходе из нее при безоправочном волочении во вращаемые волоки; получении математических зависимостей для определения давления, обеспечивающего получение оребрения требуемой высоты и силовых условий при раздаче труб на короткой свободно - вращающейся оправке.

Практическая ценность работы. Разработаны методики расчета технологических параметров в процессах волочения тонкостенных труб с винтовой текстурой во вращаемые волоки и внутренним спиральным рифлением; способ изготовления труб с внутренним спиральным рифлением, основанный на операциях волочения и раздачи на короткой свободно-вращающейся оправке, позволяющий изготавливать такие трубы на волочильных станах линейного типа.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: IV Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2008 г.) Решетневские чтения (Красноярск, 2007г.), Актуальные проблемы авиации и космонавтики (Красноярск, 2008г.), Туполевские чтения (Казань, 2006г., 2008 г.), Королевские чтения (Самара, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией четыре работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 128 наименований, содержит 142 страницы машинописного текста, 71 рисунок, 3 таблицы.

Автор выражает благодарность коллективу кафедры обработки металлов давлением за содействие в работе над диссертацией, а также научному руководителю, профессору кафедры, д.т.н. В.Р. Кар гину за ценные замечания

и практическую помощь в работе.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций