Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:
А. П. Коликов, докт. техн. наук, профессор кафедры обработки металлов давлением, эл. почта: apkolikov@mail.ru

Российский научно-исследовательский трубный институт ОАО «Рос НИТИ», Челябинск, Россия:
Д. Ю. Звонарев, канд. техн. наук, заведующий лабораторией

Московский политехнический университет, Москва, Россия:
И. М. Таупек, канд. техн. наук, доцент

Разработаны методики, реализация которых в виде алгоритмов и математических моделей позволяет расчетным путем по величине глубины опускания и наклона пуансона относительно продольной оси и продольного изгиба опор определять границы очага деформации, ширину и радиус боковой кромки листа и при последующей формовке листовой заготовки на каждом шаге на прессе шаговой формовки. Это позволило расчетным путем определять глубину опускания пуансона без образования прямолинейного участка и получать профиль трубной заготовки без дефекта по геометрии. С применением программного комплекса DEFORM-3D выполнено математическое моделирование процессов пластического формоизменения металла трубной заготовки на прессе шаговой формовки, на котором получается заготовка с разведенными кромками с последующей ее доформовкой на сборочно-сварочном стане и сварки с наложением технологического шва, и проведена оценка напряженно-деформированного металла. По результатам моделирования сделан вывод о неравномерности распределения остаточных (растягивающих) напряжений во всех контрольных точках в различных сечениях J-образного профиля, который формируется на прессе шаговой формовки. Величина остаточных (растягивающих) напряжений на поверхности составляла σ_ост^min/σ_в и σ_ост^max/σ_в = 0,20÷0,25, что подтвердило экспериментальные данные Ю. М. Матвеева. Установлены различные соотношения остаточных напряжений на поверхности и на торце заготовки, что является одной из причин различной овальности на ее основной части θ_ов^пшф = 25 мм и на торце заготовки θ_ов^пшф = 32 мм. По результатам моделирования процесса доформовки заготовки в сборочно-сварочном стане получена картина распределения остаточных напряжений в начальный период, в середине и в конце процесса сборки трубной заготовки в О-образный профиль и сварки, по результатам которой установлено снижение σ_ост, что позволило уменьшить овальность с θ_ов^пшф = 25 мм до θ_ов^пшф = 13 мм, т. е. на 80 %. Показано, что при экспандировании трубы достигается снижение неравномерности напряженно-деформированного состояния и остаточных напряжений, в результате происходит уменьшение овальности и выравнивание диаметра по длине трубы до значений, удовлетворяющих требованиям заказчика. Результаты математического моделирования, реализованные в виде математических моделей, позволяют с помощью программы расчета на ЭВМ рассчитывать геометрические размеры пластического формоизменения трубной заготовки по всему технологическому переделу «лист – труба» и, таким образом, определять соответствие геометрических размеров труб диаметром до 1420 мм современным требованиям нормативных документов. Применение разработанного программного обеспечения ZV JCO для ЭВМ позволяет рассчитывать параметры настройки инструмента, обеспечивающие снижение потерь металла; при проведении соответствующих операций подгибки кромок, шаговой формовки, сборки трубной заготовки, сварки и экспандирования; отказаться от необходимости в изготовлении «настроечных» труб при переходе на новый сортамент, а также сократить время на составление технологических карт в 4–6 раз (до 20 минут).

1. Трубная промышленность: успешное развитие в разных странах // Черные металлы. 2017. № 3. С. 78–80.
2. Ушаков А. С., Кондратов Л. А. О производстве стальных труб // Сталь. 2017. № 7. С. 36–40.
3. Осадчий В. Я., Коликов А. П. Производство и качество стальных труб. — М. : МГУПИ, 2012. — 370 с.
4. Эфрон Л. И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. — М. : Металлургиздат, 2012. — 696 с.
5. Матвеев Ю. М., Иванцов В. Я., Грум-Гржимайло Н. А. Производство электросварных труб большого диаметра. — М. : Металлургия, 1968. — 192 с.
6. Звонарев Д. Ю. Совершенствование процессов подгибки кромок и шаговой формовки сварных труб большого диаметра для обеспечения высокой точности размеров и форм. Дисс. …канд. техн. наук. — Челябинск : ЮУрГУ, 2015. — 166 с.
7. N-GE-PLM-SPE-00-LINEPIPSP rev. 03. Спецификация на магистральные трубы по проекту расширения «Северного потока» (NEXT). — 30 с.
8. Урядов Р. В., Христофоров А. С. Применение трехвалковой листогибочной машины и установок роликов догибки кромок для производства прямошовных сварных труб большого диаметра с соотношением диаметр/толщина стенки менее 30 // Сб. тр. «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. — Екатеринбург : Изд-во Уральского ун-та, 2014. С. 414–422.
9. Дерикс В., Гензер Б. Новые технологии экономичного и гибкого производства труб большого диаметра // Тр. XIII Междунар. науч.-практич. конф. «Трубы-2005». Часть I. — Челябинск : ОАО «РосНИТИ», 2005. С. 105–108.
10. Шинкин В. Н. Механика сплошных сред для металлургов. — М. : МИСиС, 2014. — 628 с.
11. Fan L., Gao Y., Li Q., Xu H. Quality Control on Crimping of Large Diameter Welding Pipe // Chinese Journal of Мechanical Engineering. 2012. Vol. 25, No. 6. P. 1264–1274.
12. Kishiguchi T., Hosoda H., Ikuno Y. Pipe end round equipment and control system (PERFECTS) // Chin-Niittetsu-Sumikin Engineering Gino. 2013. № 4. P. 39–45.
13. Oskuie A. A., Shahrabi T., Lajevardi A. Failure of pipeline expander segments due to undesirable EDM // Engineering Failure Analysis. 2013. No. 28. P. 34–46.
14. Katsumi M., Kenji O. Steel Products for Energy Industries // JFE Technical Report. 2013. Vol. 43, No. 18 (March). P. 1–11.
15. Селезнев В. Е., Алешин В. В., Прялов С. И. Основы численного моделирования магистральных трубопроводов. — 2-е изд., перераб. и доп. / под ред. В. Е. Селезнева. — М : МАКС-Пресс, 2009. — 436 с.
16. Галкин В. В., Чебурков А. С., Пачурин Г. В. Оценка напряженно-деформированного состояния металла трубных заготовок, изготовленных пошаговой формовкой, методом математического моделирования // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 2. С. 114–117.
17. Shinkin V. N., Kolikov A. P. Engineering calculations for processes involved in the production of large-diameter pipes by the SMS Meer technology // Metallurgist. 2012. Vol. 55, Nos. 11–12. P. 833–840.
18. Самусев С. В., Жигулев Г. П., Скрипаленко М. М., Фадеев В. А. Исследование параметров процесса шаговой формовки заготовки при производстве труб большого диаметра на линии 1420 // Черные металлы. 2017. № 9. С. 73–77.
19. Звонарев Д. Ю., Осадчий В. Я., Романцов А. И., Коликов А. П. Разработка математической модели формовки листовой заготовки для повышения качества сварных труб большого диаметра // Черные металлы. 2015. № 4. С. 34–39.
20. Коликов А. П., Звонарев Д. Ю., Таупек И. М. и др. Математическая модель пластического формоизменения листовой заготовки для изготовления сварных труб большого диаметра. Сообщение 2 // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 9. С. 615–621.
21. Kolikov A. P., Leletko A. S., Matveev D. B et al. Investigation residual stress in welded pipe // Steel in Translation. 2014. Vol. 44, Iss. 11. P. 808–812.
22. Степанов П. П., Мальцев В. В., Шишиновский М. П. Остаточные напряжения при различных способах гибки // Труды XIV Международной научно-практической конференции «Трубы-2006». Часть II. — Челябинск : ОАО «Роснити», 2006. С. 36–39.
23. Коликов А. П., Романцев Б. А. Теория обработки металлов давлением : учебник. — М. : Изд. Дом МИСиС, 2015. — 451 с.
24. ZV JCO: Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013660023 / Д. Ю. Звонарев. – № 2013617699; заявл. 27.08.2013; опубл. 20.12.2013.
25. Коликов А. П., Звонарев Д. Ю., Таупек И. М., Сидорова Т. Ю. Математическое моделирование процесса пластического формоизменения листовой заготовки по всему технологическому переделу производства труб большого диаметра // Черные металлы. 2017. № 7. С. 41–45.
26. Shinkin V. N. Calculation of technological parameters of O-forming press for manufacture of large-diameter steel pipes // CIS Iron and Steel Review. 2017. Vol. 13. P. 33–37.
27. Shinkin V. N. Springback coefficient of the main pipelines’ steel largediameter pipes under elastoplastic bending // CIS Iron and Steel Review. 2017. Vol. 14. P. 28–33.