Московский политехнический университет, Москва, Россия

Р. Л. Шаталов, профессор кафедры обработки материалов давлением и аддитивных технологий (ОМДиАТ), докт. техн. наук, эл. почта: mmomd@mail.ru
Е. Е. Загоскин, аспирант кафедры ОМДиАТ, эл. почта: zagoskin86@yandex.ru

Богородский филиал АО «НПО «Прибор», Ногинск, Россия
В. А. Медведев, технолог, канд. техн. наук, эл. почта: 10-bmt@mail.ru

Приведены результаты исследования с использованием программного комплекса QForm и эксперимента по определению факторов, влияющих на качественные характеристики сосудов из стали 50, полученных на трехвалковом стане винтовой прокатки 30–80 и горизонтальном прессе, которые входят в состав прокатно-прессовой линии Богородского филиала (БФ) АО «НПО «Прибор». Моделирование процесса позволило установить, что при прокатке по длине заготовки и сплошной прошивной оправки из стали 4Х5МФС формируется неравномерность температуры, обусловленная теплопередачей в процессе формирования полости. Показано, что неравномерность температуры по длине сосуда составляет 200 °C, а прошивной оправки — 250 °C. При этом более нагреты донная часть сосуда и носок оправки (до 1140 и 600 °C соответственно) по сравнению с верхней частью сосуда и основанием оправки (940 и 350 °C соответственно). Стократное моделирование процесса прошивки позволило установить влияние температуры нагрева оправки на ее износ (около 0,64 и 2,4 мм от касательных и нормальных напряжений соответственно), что не позволяет обеспечивать заданные геометрические размеры полуфабрикатам. Моделированием установлено, что неравномерность температуры после прокатки сохраняется после штамповки и составляет от 950 до 750 °C (разница температуры также 200 °C), что влияет на условия последующего охлаждения при моделировании закалки в минеральном масле. При этом формируется неравномерность показателей по длине полуфабрикатов: твердости — от 460 до 740 HV, прочности — от 1050 до 1700 МПа. Приведены рекомендации по повторной термообработке, позволяющей выровнить по длине механические свойства проката: твердость — 500 HV, предел прочности — 1000 МПа. Разработана и опробована на стане винтовой прокатки 30–80 конструкция водоохлаждаемой оправки, применение которой снижает температуру носовой части до 400 °C и у основания до 150 °C, что положительно влияет на срок ее эксплуатации, который увеличивается до 2,7 раза. При этом формируются размеры, удовлетворяющие требованиям конструкторской документации к полости сосуда из стали 50, предъявляемым БФ АО «НПО «Прибор». Построено адекватное уравнение регрессии, устанавливающее линейную зависимость изменения диаметра полости от числа выпущенных сосудов.

1. Orlov D. A., Gamin Y. V., Goncharuk A. V. et al. Development and investigation of piercing process using cooled guide shoes // Metallurgist. 2021. Vol. 65. P. 389–399.
2. Лубе И. И., Трутнев Н. В., Тумашев С. В., Красиков А. В. и др. Повышение стойкости оправок прошивного стана при производстве бесшовных труб из нержавеющей стали мартенситного класса марки типа 13Cr в линии ТПА 159–426 АО ВТЗ // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020. Т. 76. № 12. С. 1259–1264.
3. Романцева Б. А., Алещенко А. С., Гамина Ю. В., Цюцюры В. Ю. и др.Об особенностях износа оправок прошивного стана ТПА 159–426 при прошивке непрерывнолитых заготовок большого диаметра // 

Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2017. № 4. С. 22–31.
4. Гамин Ю. В., Романцев Б. А. Особенности процесса прошивки коротких заготовок малого диаметра на мини-стане винтовой прокатки // Производство проката. 2015. № 11. С. 25–31.
5. Культешова В. В., Иванов А. В., Завора И. В., Липатов Р. Н. Структура и механические свойства горячекатаных полых заготовок для корпусных деталей из среднеуглеродистых сталей после прошивки, калибровки и сорбитизации // Металлург. 2021. № 6. С. 37–42.
6. Вавилкин Н. М., Бухмиров В. В. Прошивная оправка. — М. : МИСиС, 2000. — 128 с.
7. Chastel Y., Diop A., Fanini S., Bouchard P. O., Mocellin K. Finite element modeling of tube piercing and creation of a crack // International Journal of Material Forming. 2008. Vol. 1. P. 355–358.
8. Соколов Г. Н., Литвиненко-Арьков В. Б., Лысак В. И. Способы повышения ресурса прошивных оправок трубопрокатных станов // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. № 11. С. 10–14.
9. Pater Z., Wójcik Ł., Walczuk P. Comparative analysis of tube piercing processes in the two-roll and three-roll mills // Advances in Science and Technology Research Journal. 2019. Vol. 1, Iss. 13. P. 37–45.
10. Romantsev B. A., Aleshchenko A. S., Tsyutsyura V. Y., Tyshchuk I. N., Lube I. I. Features of piercing mill TPA 50–200 working roll wear during rolling continuously cast and hot-rolled billets // Metallurgist. 2017. Vol. 60, Iss. 9-10. P. 1062–1069.
11. Murillo-Marrodán A., García E., Cortés F. Friction modelling of a hot rolling process by means of the finite element method // Lecture Notes in Engineering and Computer Science. 2017. Vol. 2. P. 965–969.
12. Бодров Д. В. Исследование теплового состояния водоохлаждаемых оправок для увеличения их износостойкости при прошивке заготовок из легированных сталей : дис. … канд. техн. наук. — Москва, 2012. — 155 с.
13. Шаталов Р. Л., Загоскин Е. Е., Медведев В. А. Влияние неравномерности температуры на твердость, структуру и дефекты прошивной оправки трехвалкового винтового прокатного стана 30–80 // Черные металлы. 2023. № 3. С. 46–51.
14. Muhin U., Koinov T., Belskij S., Makarov E. Simulation of accelerated strip cooling on the hot rolling mill run-out roller table // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2014. Vol. 49, Iss. 1. P. 60–64.
15. Belskiy S., Mazur I., Lezhnev S., Panin E. Distribution of linear pressure of thin-sheet rolling across strip width // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2016. Vol. 51, Iss. 4. P. 371–378.
16. Культешова В. В., Иванов А. В., Завора И. В. Численное исследование процесса горячей поперечно-винтовой прокатки полых заготовок с дном малого диаметра // Металлург. 2020. № 8. С. 89–94.
17. Алещенко А. С., Гамин Ю. В., Чан Б. Х., Цюцюра В. Ю. Особенности износа рабочего инструмента при прошивке жаропрочных сплавов // Черные металлы. 2018. № 8. С. 63–70.
18. Goncharuk A. V., Gamin Y. V., Sharafanenko I. K. et al. Piercing of a billet in a mill with guide disks // Russian Metallurgy (Metally). 2020. Vol. 13. P. 1637–1642. DOI: 10.1134/S003602952013011X
19. Romantsev B. A., Gamin Y. V., Goncharuk A. V. et al. Innovative equipment for producing cost-effective hollow billets for mechanical-engineering parts of small diameter // Metallurgist. 2017. Vol. 61. P. 217–222.
20. Zhang Z., Liu D., Yang Y., Wang J., Zheng Y. et al. Microstructure evolution of nickelbased superalloy with periodic thermal parameters during rotary tube piercing process // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 104, Iss. 9-12. P. 3991–4006. DOI: 10.1007/s00170-019-04126-x
21. Gamin Y. V., Skripalenko M. M., Romantsev B. A. et al. Prediction of billet fracture at two-high screw rolling piercing // Metallurgist. 2021. Vol. 64. P. 1020–1028.
22. Шаталов Р. Л., Типалин С. А., Медведев В. А. Распределение обезуглероженного слоя и твердости сосудов из стали 50 после горячей штамповки на прокатно-прессовой линии // Черные металлы. 2020. № 5. С. 36–41.