Технические науки/7. Трубопрокатное производство

 

К.т.н. Панькив Константин Михайлович

Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт»

 

Формирование геометрических моделей оснастки для станов холодной прокатки труб

 

Получение труб холодной  прокаткой    осуществляется в процессе деформации заготовки  при  взаимодействии  с оправкой внутри заготовки и калибром снаружи. Поэтому  качество конечной трубы  во многом  определяется  геометрическими  параметрами  этой  пары калибров –  оправка.

Проектирование  геометрии  деформирующих  элементов  должно  осуществляться исходя из  раздельного определения  продольной  формы  ручья  на  основании  требуемого  закона  изменения  интенсивностей обжатий по длине рабочего хода и поперечной, исходя из требований заполнения калибров округлости трубы и состояния ее поверхности [1]. Кроме того, учитывая современную тенденцию обработки рабочих поверхностей оснастки  на  станках  с  ЧПУ,  при  их  проектировании  необходимо  ориентироваться  на  схему формообразования  в  процессе  изготовления [2].  Таким  образом,  актуальным  является  создание специализированных  интегрированных CAD/CAM/CAE  систем,  позволяющих  автоматизировать  как процесс  проектирования  геометрии  деформирующих  инструментов,  так  и  процесс  подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. В результате воплощается основная идея CALS-технологий: однажды  созданная  электронная  модель  изделия  используется  многократно  на  всех  этапах  его жизненного цикла.

В  настоящее  время  для  изготовления  ручья  калибров  применяются шлифовальные  станки  с  ЧПУ.  Ведущая  мировая  фирма Mannesmann  предлагает  пятикоординатные шлифовальные  станки  с  ЧПУ,  которые  позволяют  проводить  обработку  различных  типоразмеров калибров.  Для  проектирования  программы  управления  фирма  предлагает  САМ-систему, ориентированную на автоматизированную подготовку управляющей программы для шлифования ручьев калибров,  имеющих  в  поперечном  сечении  профиль  типа  А –  профиль,  описанный  эллипсом  и осуществляющей схему шлифования продольными проходами. На ПАО «Сентравис» г. Никополь используют  модернизированный  шлифовальный  станок  ЛЗ-250Ф3 (рис.1) и круглошлифовальный станок с ЧПУ 3ЛКС12 со специальным люнетом (рис. 2). 

Модернизация станка ЛЗ-250Ф3 (рис.1) заключалась в замене управления движениями формообразования от механической системы (кулачки и копиры)  на  управление  от  электрических  сервоприводов  с  соответствующей  стойкой  ЧПУ.  Станок выполняет шлифование сразу двух заготовок (пары калибров) 1, которые устанавливаются на шпинделе бабки 2  изделия.  Бабка 2  изделия  установлена  на  направляющих  стола 3,  а шлифование  выполняется двумя шлифовальными кругами 4, установленными на поворотных инструментальных суппортах 5.

Рис.1 Схема станка ЛЗ-250Ф3 для шлифования ручьев калибров станов ХПТ

В результате модернизации станок получил четыре управляемых формообразующих координаты (показаны  стрелками  на  рис.1):  координата  С –  вращение  шпинделя  заготовки,  координаты  X  и  Z перемещение  бабки 2  изделия  по  столу 3  и  вместе  со  столом 3,  и  координата  A –  поворот инструментальных суппортов 5 вместе со шлифовальными кругами 4. Таким образом, инструментальные суппорты кроме движения поперечной подачи (на рис.1 не показано) поворачиваются по координате А для установки шлифовального круга, который имеет форму тора, по нормали к профилю ручья калибра в месте обработки.

Для решения задачи обработки оправок с криволинейной поверхностью был создан круглошлифовальный станок 3ЛКС12 (рис. 2) со специальным люнетом. Внедрение данного оборудования позволило обрабатывать тонкие оправки диаметром от 5 мм с требуемой шероховатостью, точностью профиля и круглости поперечных сечений.

Рис.2 Станок 3ЛКС12 для шлифования ручьев калибров станов ХПТ

 

Основным отличием используемого в обеих станках подхода является то, что для управления станками была создана САМ-система, основным модулем которой является модуль моделирования  процесса  формообразования.  При  этом,  во  время  моделирования,  автоматически создается промежуточный файл управления в виде цифровых массивов управляемых координат станка, который, через другой модуль постпроцессора, трансформируется в управляющую программу в G-кодах.

Исходными  данными  для  функционирования  САМ-системы  являются  геометрическая  модель ручья калибра либо рабочей поверхности оправки, форма и размеры шлифовального круга и некоторые параметры координатной  системы формообразования  станка.  Поскольку  процесс  моделирования  основан  на  использовании  численных процедур и построен по  универсальному принципу, независимо  от формы поперечного и продольного сечения  ручья  калибра и оправки,  для  обеспечения  моделирования  процесса  формообразования  оснастки, имеющей  различную  форму,  возникла  необходимость  разработки  специальных  процедур, обеспечивающих формирование дискретной геометрической модели обрабатываемой поверхности.

Для  расширения  технологических  возможностей созданного  программного  обеспечения  и  принимая  во  внимание  возможное  многообразие  профилей ручьев  калибров,  представляется  целесообразным  расширение  интегрированной CAD/CAM  системы  в сторону  создания  полноценной CAD/CAM/CAE  системы  проектирования  деформирующих  инструментов станов ХПТ с последующей подготовкой их производства на станках с ЧПУ. 

Разработанное  программное  обеспечение (CAD/CAM  система)  позволяет  полностью автоматизировать  процесс  подготовки  управляющих  программ  для  изготовления  ручьев  калибров  на станках  с ЧПУ. Модуль моделирования  построен  на  универсальных  численных методах,  использует  в качестве  исходных  данных формы  ручья  цифровые массивы  и  поэтому  позволяет  абстрагироваться  от конкретных геометрических образов профиля ручья, заменив их цифровыми массивами 3D модели. Для создания  специализированных  интегрированных CAD/CAM/CAE  систем,  позволяющих автоматизировать как процесс проектирования геометрии деформирующих инструментов, так и процесс подготовки  управляющих  программ  для  станков  с  ЧПУ  целесообразно  использовать  предложенную схему. 

 

Литература:

1.  Дехтярев  В.С.,  Фролов  Я.В.  Новый  метод  построения  поперечного  профиля  рабочей  части  ручья

калибров  станов  ХПТ //  Теория  и  практика  металлургии.  Сб.трудов  Национальной  металлургической  академии Украины №1, 2007,Днепропетровск.-С.25-29.

2.  Петраков Ю.В., Пасичник В.А. Система автоматизированной подготовки производства для изготовления оснастки  станов  холодной  прокатки  труб /  Прогресивні  технології  і  системи  машинобудування:  Міжнародний збірник наукових праць. Вип.33. – Донецьк: ДонНТУ, 2007.-С.189-200