Университет науки и технологий МИСИС, Москва, Россия¹ ; ИМЕТ РАН, Москва, Россия²

М. М. Скрипаленко, доцент кафедры обработки металлов давлением (ОМД)¹, старший научный сотрудник²,
канд. техн. наук, эл. почта: poinson@inbox.ru
Б. А. Романцев, профессор кафедры ОМД¹, докт. техн. наук, старший научный сотрудник²

Университет науки и технологий МИСИС, Москва, Россия
М. Н. Скрипаленко, эксперт научного проекта, доцент кафедры ОМД, канд. техн. наук
В. В. Панасюк, аспирант кафедры ОМД

Выполнено конечно-элементное компьютерное моделирование процессов двухвалковой винтовой прокатки заготовок из коррозионно-стойкой стали при углах подачи валков 6, 12, 18 и 24 град. на стане с направляющими линейками. По полученным результатам проведена оценка особенностей формоизменения и сдвиговых деформаций. Для этой цели использовали функцию трассировки точек вычислительной среды конечно-элементного анализа QForm. Для каждого случая прокатки в заготовке делали 3 группы по 8 точек, каждая группа формировала собой контур куба с ребром длиной 1 мм, каждая точка при этом являлась вершиной куба. Один куб располагался в центре заготовки, второй — на расстоянии 0,5 радиуса от центра заготовки, третий — у поверхности. По окончании моделирования кубы превращались в многогранники. Приняли, что если из куба формировался прямоугольный или близкий к прямоугольному параллелепипед, то сдвиг считать чистым, а если явно отличный от прямоугольного, то сдвиг считать простым. Установили, что чистый сдвиг наиболее четко выражен при всех углах подачи валков в центре заготовки. При удалении от центра заготовки усиливается выраженность простого сдвига. Полученные результаты показали, что при углах подачи валков 6 и 12 град. деформированное состояние менее равномерное по сравнению с прокаткой при углах подачи 18 и 24 град. Разработанный подход и полученные при его использовании результаты позволили подтвердить и дополнить концепцию радиально-сдвиговой прокатки, т. е. прокатки с повышенными углами подачи (18 град. и более). Ключевые слова: винтовая прокатка, угол подачи, двухвалковая схема, сдвиговые деформации, макропластическая деформация, большие пластические деформации, конечно-элементное компьютерное моделирование, единичные кубы, многогранники.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-19-00775, https://rscf.ru/project/23-19-00775/.

1. Большая советская энциклопедия. В 30 т. — 3-е изд.. — М. : Совет. энцикл., 1969–1986.
2. Чан Ба Хюи. Разработка и исследование процесса винтовой прокатки в четырехвалковом стане на основе физического и компьютерного моделирования: дис. … канд. техн. наук. — М., 2019. — 101 с.
3. Zhang Z., Liu D., Li Z., Zhang Y., Zhang R., Yang Y., Pang Y., Wang J. Study on the shear-torsion deformation of rotary tube piercing process for nickel base superalloy // J. Materials Processing Techn. 2021. Vol. 295. 117153. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117153
4. Zhang Z., Liu D., Yang Y., Zheng Y., Pang Y., Wang J., Wang H. Explorative study of rotary tube piercing process for producing titanium alloy thickwalled tubes with bi-modal microstructure // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2018. Vol. 18, Iss. 4. Р. 1451–1463. DOI: 10.1016/j.acme.2018.05.005
5. Zhou D., Zeng W., Xu J. Rotary piercing Technique of Ti80 titanium alloy seamless tube // Rare Metal Materials Engineering. 2020. Vol. 49, Iss. 3. P. 1045–1050.
6. Потапов И. Н., Полухин П. И. Новая технология винтовой прокатки. — М. : Металлургия, 1975. — 344 с.
7. Berazategui D. A., Cavaliere M. A., Montelatici L., Dvorkin, E. N. On the modelling of complex 3D bulk metal forming processes via the pseudo-concentrations technique. Application to the simulation of the Mannesmann piercing process // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2006. Vol. 65, Iss. 7. P. 1113–1144.
8. Chiluveru S. Computational modeling of crack initiation in cross-roll piercing. Massachusetts Institute of Technology, 2007.
9. Fanini S. Modelling of the Mannesmann effect in tube piercing. — URL: http://paduaresearch.cab.unipd.it/1552/1/Silvio_Fanini_Tesi_Dottorato.pdf (дата обращения: 03.02.2025).
10. Андреев В. А., Рогачев С. О., Романцев Б. А., Скрипаленко М. М., Юсупов В. С. Влияние винтовой прокатки на структуру и механические свойства титановых сплавов // Деформация и разрушение материалов. 2023. № 11. С. 22–32
11. Глезер А. М., Сундеев Р. В., Шалимова А. В., Метлов Л. С. Физика больших пластических деформаций // Успехи физических наук. 2023. Т. 193. № 1. С. 33–62.
12. Рыбин В. В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. — М. : Металлургия, 1986. — 223 с.
13. Песин А. М., Пустовойтов Д. О., Губанов С. А., Новоселов А. Э. Математическое моделирование и сравнительный анализ деформированного состояния металла при асимметричной прокатке и равноканальном угловом прессовании // Заготовительные производства в машиностроении. 2018. Т. 16, № 4. С. 175–181.
14. Утяшев Ф. З., Рааб Г. И. Деформационные методы получения и обработки ультрамелкозернистых и наноструктурных материалов. — Уфа : Гилем, 2013. — 375 с.
15. Бейгельзимер Я. Е. Простой сдвиг металлов: что это такое? // Физика и техника высоких давлений. 2010. Т. 20. № 4. С. 40–52.
16. Tikoff B., Fossen H. Simultaneous pure and simple shear: the unifying deformation matrix // Tectonophysics. 1993. Vol. 217. P. 267–283. DOI: 10.1016/0040-1951(93)90010-H
17. Mihai L. A., Goriely A. Positive or negative Poynting effect? the role of adscititious inequalities in hyperelastic materials. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2011. Vol. 467, Iss. 2136. P. 3633–3646. DOI: 10.1098/rspa.2011.0281
18. Filho J. C. A. D., Nunes L. C. S. Experimental determination of deformation homogeneity and shear states using the digital image correlation method // Polymer Testing. 2021. Vol. 96. 107114. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2021.107114
19. Thiel C., Voss J., Martin R. J., Neff P. Shear, pure and simple // International Journal of Non-Linear Mechanics. 2019. Vol. 112. P. 57–72. DOI: 10.1016/j.ijnonlinmec.2018.10.002
20. Романцев Б. А., Скрипаленко М. М., Скрипаленко М. Н., Воротников В. А. Оценка влияния параметров деформированного состояния и температуры на микроструктуру заготовок из коррозионностойкой стали при двухвалковой винтовой прокатке // Черные металлы. 2024. № 5. С. 81–86.
21. Романцев Б. А., Скрипаленко М. М., Скрипаленко М. Н., Юсупов В. С., Воротников В. А., Сидоров А. А. Оценка сдвиговых деформаций, кинематического состояния и параметров очага деформации в процессах двухвалковой винтовой прокатки // Металлург. 2024. № 7. С. 94–97.
22. Власов А. В., Стебунов С. А., Евсюков С. А., Биба Н. В., Шитиков А. А. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 383 с.
23. Pustovoytov D., Pesin A., Tandon P. Asymmetric (hot, warm, cold, cryo) rolling of light alloys: A review // Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 6. 956. DOI: 10.3390/met11060956
24. Потапов И. Н., Полухин П. И. Технология винтовой прокатки. — М. : Металлургия, 1990. — 344 c.