Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Введение
На машиностроительных заводах России в последнее время для производства горячедеформированных стальных сосудов используют прокатно-прессовые линии (ППЛ). Процесс производства зачастую связан с неконтролируемыми параметрами деформационного нагрева и охлаждения, что впоследствии влияет на распределение температуры и скорость закалки при формировании механических свойств по длине сосудов. Поэтому при совершенствовании технологии и настройки оборудования винтовой прокатки и штамповки важным является использование программных систем, в том числе QForm-3D, имитирующих цикл производства и качественные параметры проката на выходе ППЛ [1–3].
Цель работы — уточнение влияния распределения температуры деформирования на винтовом стане на формирование свойств по длине стальных сосудов.
Метод проведения эксперимента
В качестве входных параметров моделирования процесса винтовой прокатки с неполной прошивкой и последующей штамповкой стальных сосудов были приняты реальные настройки ППЛ машиностроительного предприятия АО «НПО «Прибор» [4]. Технология обработки сосудов включала: индукционный нагрев и выравнивающую выдержку при температуре 1160 °С, винтовую прокатку с неполной прошивкой со скоростью 5 м/с на трехвалковом винтовом стане 30–80 и последующую штамповку со скоростью 40 мм/с за 7,3 сек на винтовом прессе усилием 500 кН.
С использованием программного продукта QForm-3D проведен расчет неравномерности распределения температуры по длине полуфабрикатов на технологических этапах производства на прокатно-прессовой линии.
Результаты проведенного эксперимента
Равномерно нагретый до 1160 °С пруток-заготовка длинной 70 мм, поступал в область деформации валков прокатного стана, где происходило изменение его поперечного сечения с 40 до 33 мм, при этом происходил разогрев его центральной части на 10–15 °С от исходной температуры. Наружная поверхность заготовки в области контакта с валками постоянной температурой 40 °С охлаждалась до 1080–1100 °С. Прошивка прутка за 3,5 сек изменила поперечное сечение деформированного полуфабриката с 33 до 36 мм формируя при этом стенку толщиной 9 мм. Баланс температуры нарушался, при перемещении более нагретых областей чернового сосуда к его донной части. Вместе с тем происходил деформационный нагрев, но в тоже время и охлаждение стенок сосуда. Причина, по-видимому, связана, с массой и как следствие с низкой тепловой емкостью стенок неспособную компенсировать высокую теплопередачу нагревом деформацией от охлажденного инструмента во время прокатки и неполной прошивки.
Это подтверждается моделью распределения температуры чернового сосуда на выходе прокатного стана. Неравномерность нагрева сосуда от донной около 1160 °С к верхней около 980 °С части составляет 180 °С. Условия имитирующие транспортировку (выдержку) за 5,5 сек и подготовку к калиброванию не повлияли на внутреннее самовыравнивание температуры чернового сосуда.
Калибровка штамповкой охлаждаемым инструментом увеличила неравномерность температуры по длине чистового сосуда до 230 °С. В его донной части нагрев максимальный около 970 °С, а при смещении к центральной части температура снижается до 740 °С и далее меняется мало.
Проведено моделирование охлаждение неравномерно нагретого по длине стального проката в масле. Установлено, что в донной более массивной части критическая скорость охлаждения 20,5 °С/с, что выше чем в средней и верхней областях около 15,8–17,2 °С/с соответственно. Разница в скорости закалки влияет на неравномерность фазовых превращений и распределение механических свойств по длине сосудов. [5]
Моделирование формирования механических свойств сосуда из стали 50 показало, что в донной части преобладают повышенные значения твердости около 740 HV и временного сопротивления σ в около 1700 МПа, а при смещении к центральной и верхней части эти показатели снижаются до 540 HV и 1400 МПа и 460HV и 1050МПа соответственно.
Заключение
С использованием программного продукта QForm-3D выявлено существенное влияние неконтролируемых переменных на неравномерность распределения температуры и механических свойств по длине сосудов из стали 50 после прокатки и штамповки. Установлено, что разница температуры по длине полуфабриката после прокатки 180 °С, а после штамповки перед закалкой составляет 230 °С, что влияет на скорость закалки частей сосуда в масле: донная — 20,5 °С/с, средняя — 15,8 °С/с, верхняя — 17,2 °С/с.
Установлены количественные закономерности влияния неравномерности температуры и скорости закалки на распределение твердости и временного сопротивления по длине изделий: донная часть около 740HV и 1700 МПа, а средняя и верхняя не более 540 HV и 1400 МПа и 460HV и 1050МПа соответственно.
Результаты проведенного исследования использованы температуры при управлении формированием свойств по длине сосудов на выходе прокатно-прессовой линии предприятия АО «НПО «Прибор».
