СОВРЕМЕННЫЕ  МЕТОДЫ  ИССЛЕДОВАНИЯ  ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ  ПАРАМЕТРОВ  ПРИ  ПРОИЗВОДСТВЕ  СВАРНЫХ  ВЫСОКОПРОЧНЫХ  ТРУБ  БОЛЬШОГО  ДИАМЕТРА

Товмасян  Маргарит  Арменовна

аспирант  НИТУ  «МИСиС»,  РФ,  г.  Москва

Е-mail :  i_margarit@yandex.ru

MODERN  RESEARCH  METHODS  OF  GEOMETRICAL  PARAMETERS  IN  THE  PRODUCTION  OF  HIGH-STRENGTH  WELDED  LARGE-DIAMETER  PIPES

Margarit  Tovmasyan

PhD  student  Moscow  Institute  of  Steel  and  Alloys,  Russia,  Moscow

АННОТАЦИЯ

Для  формовки  высокопрочных  толстостенных  стальных  магистральных  труб  требуется  новый  ориентир,  так  как  имеют  более  высокий  коэффициент  пружинения  и  усилия  деформирования,  чем  у  обычных  тонкостенных  материалов.  В  данной  статье  представлена  двухмерная  численная  модель  формовки  труб  и  экспериментальные  исследования  с  использованием  неконтактных  методов  измерений.

ABSTRACT

New  guideline  is  required  in  forming  high  strength  steel  line  pipes  since  springback  is  quite  higher  and  deforming  force  than  that  of  the  conventional  thin-walled  materials.  This  paper  presents  the  numerical  simulation  two-dimensional  models  and  experimental  research  with  using  non-contact  methods  of  measurement. 

Ключевые  слова:   электросварные  трубы  большого  диаметра;  математическое  моделирование;  формовка;  метод  фотограмметрии;  3D  лазерный  сканер.

Keywords :  large-diameter  pipe;  deformation  processes;  mathematical  simulation;  forming;  photographic-survey  measurements;  3D  laser  scanner.

Возрастающая  конкуренция  в  области  труб  большого  диаметра  требует  от  производителей  постоянного  улучшения  качества  и  расширения  сортамента  продукции.  Современные  компьютерные  технологии  могут  оказать  существенную  помощь  в  принятии  необходимых  технологических  решений  высокоточного  анализа  процессов  деформирования  металла,  реализуемые  для  практического  применения  в  виде  компьютерных  и  аналитических  систем

Для  исследования  формоизменения  трубной  заготовки  с  целью  совершенствования  технологии  формовки,  компьютерные  системы,  применяются  как  для  численного  моделирования  [1],  так  и  для  экспериментальных  исследований  [2;  3].

Моделирование  процесса  формовки  труб  большого  диаметра  по  схеме  JCOE  методом  конечных  элементов  выполнили  в  среде  Deform  2D.

Работа  в  программном  комплексе  DEFORM  состоит  из  трех  этапов:

·     Подготовка  данных  в  Препроцессоре

·     Моделирование  процесса  (расчет)

·     Обработка  результатов  в  Постпроцессоре.

Подготовка  данных  в  Препроцессоре  включает  в  себя:  определение  типа  объекта,  определение  геометрии,  создание  сетки,  назначается  материал,  граничные  условия  и  условия  движения.

Для  математического  моделирования  процесса  упруго-пластического  деформирования  стальной  заготовки  применялись  основные  соотношения  теории  пластического  течения  упрочняющегося  материала.  Расчеты  проводились  с  использованием  билинейной  аппроксимации  диаграммы  деформирования  материала  [2].

Процесс  подгибки  продольных  кромок  листов  при  изготовлении  труб  большого  диаметра  подразделяется  на  два  основных  последовательных  этапа:  этап  1  —  подгибка  продольных  кромок  исходного  листа  (силовое  воздействие);  этап  2  —  распружинивание  после  подгибки  кромок  трубной  заготовки  (разгрузка).

Так  как  моделирование  проводили  в  условиях  плоской  деформации,  т.е.  длину  при  расчете  не  учитывали.  Результатом  расчета  является  трубная  заготовка,  поперечное  сечение  листа  разбитое  на  12  элементов  по  толщине  листа,  смоделированная  за  один  шаг  и  в  два  этапа:  при  нагрузке  (рис.  1)  и  разгрузке  (рис.  2). 

Рисунок  1.  Общий  вид  процесса  при  подгибке  кромок  (нагрузка)

Рисунок  2.  Общий  вид  процесса  после  подгибки  кромок  (разгрузка)

Численный  анализ  формовки  проводился  при  плоскодеформированной  постановке  относительно  плоскости  YZ.  Так  как  численный  анализ  операций  подгибки  кромок  и  пошаговой  формовки  проводился  в  едином  решателе  DEFORM  2D  в  файле  813х39.DB,  характеристики  физико-механических  свойств  материала,  расчетная  сетка,  типы  элементов  заготовки  оставались  идентичными  характеристикам.  В  расчетной  схеме  было  реализовано  перемещение  листа  относительно  неподвижного  инструмента,  с  помощью  манипулятора.  На  рис.  3,  4  представлена  форма,  положение  и  распределение  интенсивности  напряжений  в  трубной  заготовке  на  этапе  нагрузки  и  разгрузки  для  первого  шага. 

Рисунок  3.  Общий  вид  процесса  при  шаговой  формовке  (нагрузка)

Рисунок  4.  Общий  вид  процесса  при  шаговой  формовке  (нагрузка)

Для  подтверждения  результата  моделирования,  процесса  подгибки  кромок  при  нагрузке  рассмотрим  величину  износа  пуансона  полученной  по  результатам  сканирования  3D  лазерным  сканером,  представленная  на  рис.  5,  где  поверхность  окрашенная  синим  цветом  имеет  максимальный  износ.  Крайние  участки  при  нагрузке  контактируют  с  заготовкой  (см.  рис.  6а),  т.  е.  между  ними  возникает  трение,  которое  приводит  к  износу  инструмента.  На  средней  поверхности  контактные  участки  либо  малы,  либо  отсутствуют. 

Рисунок  5.  Величина  износа  пуансона  по  результатам  сканирования

Выводы:

При  исследовании  формоизменения  трубной  заготовки  использовали  следующие  современные  методы: 

·     математическое  исследование  в  программном  комплексе  DEFORM.  Математическая  модель  позволяет  предсказывать  деформацию  заготовки  в  зависимости  от  их  механических  свойств  и  приложенных  сил,  также  позволяет  проводить  численные  эксперименты  по  формоизменению  заготовки  и  определению  ограничений  по  усилию  деформирования.

·     Фотограмметрии  для  определения  координаты  контура  заготовки  на  всех  этапах  формоизменения,  что  необходимо,  при  анализе  деформаций  и  перемещений  заготовки  при  различных  деформационных  процессах,  при  верификации  методик  расчета  формоизменения  трубной  заготовки,  при  разработке  режимов  формоизменения  трубной  заготовки; 

·     3D  лазерное  сканирование  для  получения  трехмерной  модели  и  чертежи  изделий  со  сложной  геометрией. 

Рисунок  6.  Методы  экспериментального  исследования:  а  —  математическая  модель  формовки  прикромочного  участка;  б  —  оборудование  системы  фотограмметрии;  в  —  координаты  точек  заготовки  после  формовки  по  всей  ширине

Список  литературы:

1.Самусев  С.В.,  М.А.  Товмасян.  Математическое  и  физическое  моделирование  процесса  шаговой  формовки  по  схеме  JCOE  на  лабораторной  машине  ЦИЛ  ИТЦ  ОАО  "ВМЗ"  //  Производство  проката  —  №  11.  —  2014.  —  С.  16—21.

2.Самусев  С.В.,  М.А.  Товмасян,  О.С.  Хлыбов.  Математическое  моделирование  основных  деформационных  процессов  линии  1420  при  производстве  труб  большого  диаметра  //  Инженерные  системы:  Труды  Международного  форума.  Москва.  Инжиниринговая  компания  "ТЕСИС".  М.:  МАКС  Пресс,  2014  —  144—149  с .

3.Samusev  S.V.,  M.A.  Tovmasyan,  O.S.  Hlybov.  Shaping  of  pipe  blanks  in  the  edge-bending  press  of  the  TESA  1420  pipe-electrowelding  line//Steel  in  Translation.  —  2014.  —  №  8.  —  С.  329—332.