Университет науки и технологий 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

Махмуд Алхаж Али А., аспирант кафедры ОМД, эл. почта: makhmud.a@misis.ru

ООО «ФИТ», Москва, Россия
Д. В. Бодров, руководитель направления логистики и работы с клиентами, канд. техн. наук, эл. почта:
dbodrov@fesco.com

Для повышения износостойкости прошивных и раскатных оправок при прошивке и раскатке полой заготовки из легированных сталей и сплавов применяют внутреннее охлаждение. Прошивка особотолстостенных длинных полых заготовок с соотношением Lт:Dт > 9 сопровождается тяжелыми тепловыми и силовыми условиями эксплуатации оправок. При прошивке легированных марок стали часто происходит износ носка оправки вследствие его пластической деформации в сочетании с высокими температурой и удельным усилием на контактной поверхности, которое превышает сопротивление деформации материала оправки. Приведены результаты исследования квазистационарного теплового состояния водоохлаждаемой прошивной и раскатной оправок в условиях пузырькового и пленочного режимов кипения, полученных с применением компьютерного моделирования. Анализ теплового поля прошивной и раскатной оправки указывает на наличие трех характерных зон. Для прошивной оправки наиболее разогретым является носок. При прошивке его поверхность разогревается до температуры 830 °C. Такая низкая эффективность охлаждения связана с условиями теплообмена, которые осуществляются при пленочном режиме кипения. Внутренняя полость, приближенная к носку оправки, имеет маленький (8–10 мм) диаметр сечения канала, что приводит к образованию паровой подушки. Тепловое поле раскатной оправки существенно отличается от прошивной. В результате менее жестких условий работы и относительно небольшой суммарной площади контактной поверхности с разогретой заготовкой максимальная температура оправки существенно ниже. Наиболее разогретым является наружная поверхность конической части оправки, температура которой составляет 580 ^оC.

1. Вавилкин Н. М., Гончаров В. С., Бодров Д. В. и др. Особенности износа водоохлаждаемых оправок при прошивке легированных сталей // Известия вузов. Черная металлургия. 2009. № 7. С. 37–40.
2. 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
3. Domazet Ž., Lukša F. Influence of rolling temperature on fatigue life of ca librated rolls // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 742. P. 482–487. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.742.482.
4. Алещенко А. С., Нгуен К. Исследование износостойкости оправок двухвалкового стана винтовой прокатки // Металлург. 2022. № 6. С. 38–42.
5. Король А. В., Алещенко А. С., Шамилов А. Р., Гончарук А. В. Моделирование операции двухвалковой винтовой прошивки сталей типа 13Cr // Черные металлы. 2022. № 7. С. 47–52.
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. Вавилкин Н. М., Будников А. С., Холодова Н. В. Особенности компьютерного моделирования совместного теплового поля оправки и гильзы при прошивке особотолстостенных полых заготовок // Черные металлы. 2023. № 5. С. 48–52.
8. Выдрин А. В., Курятников А. В., Звонарев Д. Ю. и др. Анализ технических решений по повышению стойкости оправок прошивных станов // Производство проката. 2012. № 5. С. 27–30.
9. Пат. 2649598 РФ. Водоохлаждаемая оправка прошивного стана / Топоров В. А., Пьянков Б. Г., Панасенко О. А. и др. ; заявл. 26.01.2017 ; опубл. 04.04.2018, Бюл. № 10.
10. Вавилкин Н. М., Бухмиров В. В. Прошивная оправка. — М. : МИСИС, 2000. — 128 с.
11. Пат. 2423194 РФ. Водоохлаждаемая оправка и стержень прошивного стана / Вавилкин Н. М., Бодров Д. В. ; заявл. 22.09.2009 ; опубл. 10.07.2011.
12. Власов А. В. и др. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и штамповки : уч. пособие. — М. : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 383 с.
13. Skripalenko M. M., Romantsev B. A., Galkin S. P. et al. Creation of 3D model of stainless-steel billet’s grain after three-high screw rolling // Materials. 2022. Vol. 15. No. 3. P. 79–80.
14. Юсупов В. С., Романцев Б. А., Скрипаленко М. М., Андреев В. А. и др. Моделирование особенностей напряженно-деформированного состояния заготовок в процессах винтовой прокатки // Сталь. 2021. № 6. С. 17–19.
15. 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

16. 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.
17. 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.
18. Rout M., Pal S. K., Singh S. B. Finite element simulation of a cross rolling process // Journal of Manufacturing Processes. 2016. Vol. 24. P. 1. P. 283–292.
19. 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.
20. Билан И. Т., Романцев Б. А., Белоножко С. С., Мещеряченко А. А. и др. Модернизация системы охлаждения оправок непрерывного стана PQF в условиях АО «ТАГМЕТ» // Металлург. 2022. № 7. С. 97–100.
21. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е стереотип. — М. : Энергия, 1977. — 344 с.
22. Татару А. С., Потёмкин В. К., Кавалла Р., Лукин А. С. и др. Исследование возможности получения автолистовой двухфазной стали при одноступенчатом охлаждении на отводящем рольганге непрерывного широкополосного стана 2000 ОАО «НЛМК» // Известия вузов. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 7. С. 26–33.