Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС», Москва, Россия:

Н. М. Вавилкин, профессор кафедры обработки металлов давлением (ОМД), докт. техн. наук
А. С. Будников, доцент кафедры ОМД, канд. техн. наук, эл. почта: budnikov.as@misis.ru

Выксунский филиал НИТУ «МИСиС», Выкса, Россия:
Н. В. Холодова, старший преподаватель кафедры технологии и оборудования обработки металлов давлением

Прошивная оправка является одним из наиболее важных элементов технологического инструмента, работающего в условиях воздействия высокого усилия и существенного разогрева, особенно в процессе прошивки особотолстостенных гильз с соотношением D/S < 5,5. Приведены результаты совместного решения тепловой задачи оправки и гильзы с применением программы QForm 3D на базе методов конечных элементов и контрольных объемов. По результатам моделирования рассмотрено температурное поле не водоохлаждаемой оправки и гильзы в процессе моделирования прошивки заготовки длиной 2 м и диаметром 250 мм в гильзу диаметром 270 мм с толщиной стенки 70 мм в условиях мини ТПА 70–270. Согласно расчетам, процесс прошивки протекал в течение 13 с, что практически соответствует экспериментальным оценкам машинного времени, при этом наблюдалась существенная неоднородность температурного поля гильзы и оправки как по длине, так и в поперечном сечении. Температура внутренней поверхности гильзы, находящейся в непосредственном контакте с оправкой, кардинально меняется. Температура внутренней части гильзы на переднем конце составляет 800 ºC, середины и заднего конца — 1200 ºC. Такой характер теплового состояния гильзы связан с состоянием оправки. При прошивке длинной заготовки температура носка оправки увеличивается до 1200 ºC, а ее сферической части — до 1120 ºC. Данные значения являются критическими и показывают, что в отсутствии водяного охлаждения оправка работает в крайне сложных условиях, что существенно снижает ее стойкость.

1. Вавилкин Н. М., Бодров Д. В. Особенности теплового состояния прошивных оправок с развитой полостью охлаждения // Производство проката. 2011. № 4. С. 14–17.

2. Вавилкин Н. М., Бухмиров В. В. Прошивная оправка. — М. : МИСиС, 2000. — 128 с.
3. Amirgaliyev Y., Wójcik W., Ospanova T., Jetpisov K. 3D modelling of distribution of temperature field in the rolling mill // Journal of Ecological Engineering. 2017. Vol. 18. No. 6. P. 1–7.
4. Cao Q., Hua L., Qian D. Finite element analysis of deformation characteristics in cold helical rolling of bearing steel-balls // Journal of Central South University. 2015. Vol. 22. No. 4. P. 1175–1183. DOI: 10.1007/s11771-015-2631-6
5. Rout M., Pal S. K., Singh S. B. Finite element simulation of a cross rolling process // Journal of Manufacturing Processes. 2016. Vol. 24, Iss. 1. P. 283–292.
6. Wang F. X., Du F. S., Yu H. The thermal-mechanical coupled fem analysis on 3-roll continual tube rolling PQF deformation process // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 193. P. 1670–1674. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.189-193.1670
7. Gao J. F., Li Q., Zhao W. Thermal stress analysis for local heating variable cross section roll forming // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 683. P. 599–603. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.683.599
8. Domazet Ž., Lukša F. Influence of rolling temperature on fatigue life of calibrated rolls // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 742. P. 482–487. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.742.482
9. Власов А. В., Стебунов С. А., Евсюков С. А., Биба Н. В., Шишков А. А. Конечноэлементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки : учеб. пособие; под ред. А. В. Власова. — М. : Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 383 с.
10. Воробьев А. А., Крутько А. А., Бадамшин А. М. Моделирование процессов термической обработки в модуле QFORM HEAT TREATMENT // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2022. Т. 19. № 4. С. 727–735.
11. Mashekov S. A., Absadykov B. N., Mashekova A. S. Investigation of the kinematics of rolling ribs and pipes on a continuous radialshifting mill of a new construction // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences. 2018. Vol. 3. No. 430. P. 98–109.
12. Юсупов В. С., Романцев Б. А., Скрипаленко М. М., Андреев В. А., Ерохин А. В., Мышечкин А. А., Касумов А. Э. Моделирование особенностей напряженно-деформированного состояния заготовок в процессах винтовой прокатки // Сталь. 2021. № 6. С. 17–19.
13. Samusev S. V., Kondrushin A. V., Fadeev V. A. Deformation during continuous forming of longitudinal welded pipes // Steel in Translationthis. 2022. Vol. 52, Iss. 1. P. 39–44.
14. Skripalenko M. M., Karpov B. V., Rogachev S. O. et al. Simulation of the kinematic condition of radial shear rolling and estimation of its influence on a titanium billet microstructure // Materials. 2022. Vol. 15, Iss. 22. 7980.
15. Skripalenko M. M., Romantsev B. A., Galkin S. P., Kaputkina L. M., Skripalenko M. N., Danilin A. V., Fadeev V. A., Rogachev S. O. Сreation of 3D model of stainless-steel billet’s grain after three-high screw rolling // Materials. 2022. Vol. 15, Iss. 3. 995.
16. Deng G. Y., Zhu H. T., Tieu A. K., Zhu Q. et al. Numerical evaluation of a high speed steel work roll during hot strip rolling process // Material Science Forum. 2017. Vol. 904. P. 55–60. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.904.55
17. Nattarawee Siripath, Surasak Suranuntchai, Sedthawatt Sucharitpwatskul. Finite element modeling of upper ball joint in a two-step hot forging process // Advances in Materials and Technologies. 2022. Vol. 934. P. 95–102. DOI: 10.4028/p-iziu0l
18. Крискович С. М., Романенко В. П., Вавилкин Н. М., Фортунатов А. Н. Особенности напряженно-деформированного состояния при винтовой прошивке особотолстостенных полых заготовок для машиностроения // Черные металлы. 2022. № 6. С. 55–59.
19. Вавилкин Н. М., Крискович С. М. Особенности напряженного состояния винтовой прошивки особотолстостенных полых заготовок для машиностроения // Черные металлы. 2021. № 10. С. 44–48.
20. Скрипаленко М. М., Хюи Ч. Б., Романцев Б. А., Галкин С. П., Самусев С. В. Исследование особенностей напряженно-деформированного состояния заготовок при разных схемах винтовой прокатки с помощью компьютерного моделирования // Сталь. 2019. № 2. С. 35–39.
21. Aleshchenko A. S., Quang N. Studying the wear resistance of the mandrels of a two-high screw rolling mill // Metallurgist. 2022. Vol. 66, Iss. 5-6. P. 650–656.