Повышение эффективности процесса высадки концов бурильных труб на основе математического и физического моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Зинченко, Анна Владимировна

• Зинченко, Анна Владимировна
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зинченко, Анна Владимировна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЫСАДКИ КОНЦОВ ТРУБ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Сортамент бурильных труб, технология производства и предъявляемые требования

1.2. Технология, оборудование для высадки концов труб и требования

к качеству высаженных концов труб

1.3. Состояние вопроса теоретического и экспериментального описания процесса высадки

1.4. Выводы и постановка задач исследования

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ

2.1. Постановка задачи моделирования

2.2. Моделирование процесса с односторонним течением металла

2.3. Моделирование процесса комбинированной высадки

2.3.1. Анализ трансформации сетки линии скольжения

в процессе высадки

2.3.2. Математическая модель напряженного состояния

в начальной стадии процесса высадки

2.3.3. Математическая модель напряженного состояния

на завершающей стадии процесса высадки

2.3.4. Численная оценка зависимости для определения усилия высадки

2.4. Выводы по главе 2

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ

3.1. Определение сопротивления деформации сталей

бурильных труб

3.1.1. Метод и оборудование для исследований

3.1.2. Проведение исследований и анализ результатов

3.2. Анализ температурного режима высадки

3.3. Экспериментальное определение коэффициента трения

при высадке

3.4. Экспериментальное исследование силовых параметров

высадки

3.5. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных значений длины внутренней переходной зоны высадки

3.6. Оценка влияния отклонения толщины стенки трубы на длину внутренней переходной зоны высадки

3.7. Выводы по главе 3

4. РАЗРАБОТКА И ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ

4.1. Разработка методики определения параметров

процесса высадки

4.2. Определение рациональных параметров процесса

деформации при высадке

4.3. Численная реализация методики расчета параметров высадки

4.4. Промышленная проверка методики расчета технологических параметров высадки концов бурильных труб

4.5. Сравнительный анализ технологических возможностей высадочных прессов ОАО «ТАГМЕТ»

4.6. Выводы по главе 4

5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ

БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

5.1. Анализ известных технических решений, направленных

на совершенствование процессов высадки

5.2. Совершенствование конструкции высадочного инструмента

5.3. Совершенствование технологии высадки на прессах 3000 кН

5.4. Совершенствование технологии высадки на прессе 2800 кН

5.5. Оценка эффективности технологических решений

5.6. Выводы по главе 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности процесса высадки концов бурильных труб на основе математического и физического моделирования»

ВВЕДЕНИЕ

Жидкие и газообразные полезные ископаемые разведывают и добывают из скважин, глубина которых может составлять от нескольких метров до девяти километров. При этом используют трубы для бурения - бурильные, для крепления стенок скважин от обрушения - обсадные и для доставки добываемого продукта на поверхность - насосно-компрессорные.

Из бурильных труб собирают колонны, при помощи которых передается крутящий момент породоразрушающему инструменту или воспринимается реактивный момент при бурении забойными двигателями. Через бурильную колонну подается на забой промывочный раствор или сжатый воздух для удаления разрушенной породы из скважины. Трубы в колонну собираются при помощи специальных соединительных деталей-замков. Замки с трубами соединяются при помощи резьбы или путем сварки.

Бурильные трубы работают в условиях сложного напряженного состояния растяжения, сжатия, изгиба и кручения. К этому следует добавить наличие факторов присутствия коррозионно-агрессивных сред и низких температур. Все это предъявляет высокие требования к качеству бурильных труб, определяемому нормативными документами (ГОСТ, ТУ). За рубежом используются, как правило, стандарты Американского нефтяного института (API). Для усиления места соединения трубы с замком конец трубы подвергают высадке с целью утолщения стенки трубы.

Бурильные трубы являются сложным и дорогостоящим видом трубной продукции, а их качественные характеристики определяют экономические показатели процессов бурения, так как при выходе из строя одной трубы для ремонта колонны проводят последовательное извлечение большого количества труб, осуществляя разборку замковых соединений. После этого, проводят повторную сборку колонны.

Интенсификация процессов и применение новых способов бурения требует производства труб с высокой эксплуатационной стойкостью, которая опре-

деляется отсутствием разрушения трубы в процессе определенного периода работы. Статистика нефтегазовой отрасли свидетельствует о том, что наиболее уязвимым местом бурильной трубы является участок перехода от тела трубы к утолщенному высаженному концу. Именно там регистрируется наибольшее количество промывов бурильных труб, появление которых резко снижает эффективность процесса бурения. Причиной появления промывов принято считать наличие дефектов во внутренней переходной зоне высадки, обусловленных в первую очередь неблагоприятной макрострукторой металла трубы в этой зоне, которая в свою очередь определяется неравномерностью деформации при проведении высадки. Удлинение внутренней переходной зоны высадки снижает неравномерность деформации и повышает эксплуатационные характеристики бурильных труб.

Значительный вклад в развитие отечественной теории и практики высадки концов труб внесли Ганаго O.A., Дунаев А.Н., Ермолов И.В., Козлов И.К., Ост-ренко В.Я., Стрижак В.И., Тарновский И.Я., Шевченко A.A. и другие ученые.

Следует отметить, что, несмотря на имеющийся опыт в изготовлении бурильных труб, технология высадки концов труб на ОАО «Таганрогский металлургический завод» (ОАО «ТАГМЕТ») нуждается в совершенствовании режимов деформации и профилировки рабочего инструмента. Несовершенство методик расчета формоизменения и силовых параметров процесса высадки приводит к нерациональному распределению деформаций по операциям, некорректному определению величины установочного давления, неверному определению длины участка нагрева трубы под высадку, ошибкам при назначении профилировки рабочего инструмента. Все перечисленное ведет к дополнительному расходу металла, снижению коэффициента выхода годного и производительности, увеличивает расходы на высадочный инструмент, уменьшает межремонтные сроки эксплуатации оборудования, т.е. снижает эффективность процесса высадки концов труб и производства бурильных труб в целом.

Повышение качества продукции связано с дополнительными затратами на производство. В этих условиях только снижение затрат на производство бу-

рильных труб может повысить его эффективность и сделать отечественные бурильные трубы конкурентоспособной продукцией на мировом рынке.

Все сказанное выше говорит о высокой актуальности тематики диссертационной работы.

Целью работы является повышение эффективности процесса высадки концов бурильных труб, основанное на повышении качества высаженных концов труб, а, следовательно, увеличении коэффициента выхода годного, повышении производительности процесса, сокращении расходов на инструмент.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

- разработать математическую модель процесса высадки трубы с получением аналитических зависимостей для определения величины усилия высадки и длины внутренней переходной зоны;

- провести лабораторные исследования для проверки полученных аналитических зависимостей и получения достоверной информации о параметрах процесса, являющихся исходными данными при реализации математической модели;

- с использованием полученных результатов математического и физического моделирования разработать методику расчета основных технологических параметров процесса высадки концов труб;

- численно реализовать методику в программном продукте, проверить ее работоспособность при выпуске опытных партий труб и внести изменения в технологические режимы высадки и профилировку рабочего инструмента;

- определить технологические возможности высадочного оборудования ОАО «ТАГМЕТ», разработать и внедрить новые технологические и конструктивные решения по совершенствованию процесса высадки концов бурильных труб.

Научная новизна работы. Теоретические и экспериментальные исследования процесса высадки концов труб позволили:

- впервые достаточно корректно определить усилие высадки с учетом основных наиболее значимых факторов, например, потерь на трение на фланце пуансона, которые не учитывались в известных теоретических зависимостях;

- впервые получить аналитическую зависимость для определения длины внутренней переходной зоны высадки;

- с использованием методов статистической обработки экспериментальных данных получить эмпирические зависимости для определения сопротивления деформации сталей, используемых для изготовления бурильных труб;

- с высокой степенью достоверности определить величину основных технологических параметров, влияющих на усилие высадки;

- впервые численно определить влияние разнотолщинности стенки трубы на геометрию внутренней переходной зоны высадки.

Практическая значимость и реализация результатов работы в промышленности. Основные расчетные зависимости, полученные при математическом моделировании напряженно-деформированного состояния процесса высадки, использованы при разработке методики расчета параметров процесса высадки бурильных труб, которая в свою очередь реализована в виде программных продуктов. Программные продукты использованы для определения силовых параметров и формоизменения при высадке бурильных труб, что выразилось в совершенствовании существующей технологии их изготовления, в частности внесены изменения в режимы высадки и профилировку рабочего инструмента, которые отражены в последних редакциях технологических инструкций участков высадки ОАО «ТАГМЕТ».

Кроме того, результаты работы успешно использованы в учебном процессе при подготовке студентов направления «Металлургия» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет).

На уровне изобретений разработаны новые технологические схемы и режимы высадки, обеспечивающие получение продукции высокого качества. Предложены новая конструкция инструмента для высадки и способ комбинированной высадки концов труб, защищенные патентами Российской Федерации. Предложенная оригинальная методика графической оценки длины внут-

ренней переходной зоны в промежуточных операциях высадки используется для оперативного контроля качества высаженных концов труб в технологическом процессе ОАО «ТATMET».

Апробация работы. Основные результаты исследований опубликованы в ряде научно-технических изданий и обсуждались на конференциях различного уровня, в том числе, на международных научно-технических конференциях «Трубы» (Челябинск 2008, 2009, 2010, 2011; Сочи, 2012), VIII Конгрессе прокатчиков (Магнитогорск, 2010), IX Конгрессе прокатчиков (Череповец, 2010), международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением имени профессора А.Ф. Головина» (Екатеринбург, 2012), научно-технической конференции Южно-Уральского государственного университета (Челябинск, 2011).

Работа выполнена на кафедре «Машины и технологии обработки материалов давлением» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) и в открытом акционерном обществе «Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности».

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЫСАДКИ КОНЦОВ ТРУБ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Сортамент бурильных труб, технология производства и предъявляемые требования

Бурильные трубы изготавливаются только бесшовными диаметром 60,3... 168,3 мм с тремя типами соединений: сборной конструкции с треугольной конической резьбой, с трапецеидальным профилем резьбы и стабилизирующими поясками, с приваренными замками. Изготовление бурильных труб сборной конструкции предусматривается ГОСТ 631-75, а изготовление труб с приварными замками производится по ГОСТ Р 50278-92. Значительную долю бурильных труб с приварными замками, поставляемых на мировой рынок, изготавливают по стандарту Американского Нефтяного Института - API Spec 5D (последняя редакция - API Spec 5DP). Для повышения прочности соединения трубы с замком концы труб могут высаживаться внутрь или наружу, а также иметь комбинированную высадку. Это же касается концов труб под приварку замков. Отечественная и зарубежная практика показала, что наиболее эффективны в эксплуатации трубы с приваренными замками [1, 2].

Химический состав сталей для изготовления бурильных труб отечественными и зарубежными стандартами, как правило, не определяется, кроме содержания серы и фосфора. По ГОСТ Р 50278-92 массовая доля серы и фосфора в сталях должна быть: не более 0,035% (для групп прочности Д, Е, Л), не более 0,020% (для групп прочности М и Р). По стандарту API Spec 5D содержание серы и фосфора не должно быть более 0,030%. Трубы поставляются в термически обработанном состоянии. В зависимости от уровня прочности материала труб применяют нормализацию с отпуском или закалку с отпуском. Зона сварного шва после приварки замка также подвергается термической обработке, режимы и вид которой определяются группой прочности труб. Прочностные характеристики материала бурильных труб по ГОСТ Р 50278-92 и по API Spec 5D представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Прочностные характеристики материала бурильных труб

ГОСТ Р 50278-92 АР1 8РЕС 5Б

Группа прочност И Предел прочност И св, МПа Предел текучест И сгт, МПа Относит ельное удлинен ие 5, % Относит ельное сужение Ъ % Ударная вязкость КБУ, Дж/см2 Группа прочност и Предел текучее ти ат, МПа Предел прочност иав, МПа

не менее не менее

д 655 379 16 50 690 - -

Е 689 517 14 50 690 Е-75 517 689

Л 721 655 14 50 690 Х-95 655 724

М 792 724 12 45 690 0-105 724 793

Р 999 930 12 45 690 8-135 931 1000

Т 1004 1035 11,5 40 -

У 1241 1170 10,5 40 -

На внутренней и наружной поверхностях не допускаются плены, закаты, трещины, рванины, раковины-вдавы, раскатные загрязнения и пузыри, риски, подрезы, вмятины, рябизна, вкатанная окалина. Контролируют следующие показатели качества бурильных труб [3]:

- размеры труб и замков (в том числе сваренных в сборе);

- соосность труб и замков;

- механические свойства труб;

- массу готовых труб с замками;

- химический состав стали по процентному содержанию серы и фосфора;

- изгиб волокна в зоне сварного соединения;

- дефекты труб и сварных соединений неразрушающими методами;

- качество поверхности труб;

- усталостную прочность (периодически).

За рубежом примерно 80 % от общего производства бурильных труб, изготавливают групп прочности Е-75 и в-105. Фирма «УаПоигес-Маппезтапп»

(Франция, Германия), предлагает бурильные трубы с приваренными замками особо высокой прочности с пределом текучести от 1170 до 1379 МПа и пределом прочности до 1241 МПа. Для работы в средах, содержащих сероводород, изготавливаются трубы из специальных марок стали, легированных хромом, или хромом и молибденом с ограничением серы и фосфора не более 0,20% каждого [4]. Для защиты бурильных труб от общей коррозии, а также от абразивного износа, применяют защитные покрытия внутренней поверхности. Например, в США, ФРГ, Франции и Японии изготавливаются бурильные трубы с эпоксидным термореактивным покрытием толщиной от 0,125 до 0,225 мм [1]. Наблюдается также развитие конструкций бурильных труб. Например, фирма «Grant Prideco» (Канада, Индия, США) предлагает на рынок утяжеленные бурильные трубы с тремя спирально-высаженными участками. По данным фирмы, трубы такой конструкции обладают повышенными эксплуатационными характеристиками и сроком службы. Кроме упомянутых компаний бурильные трубы с приварными замками выпускают «Omsco Industries Inc.» (США, Великобритания), «Texas Steel Convertion Inc.» (США), «Н-Tech РТ» (Индонезия) и другие. В России основными изготовителями бурильных труб являются ОАО «Таганрогский металлургический завод» (ОАО «ТАГМЕТ») и ОАО «Синарский трубный завод» (ОАО «СинТЗ»).

Качество бурильных труб, можно повысить только путем комплекса мероприятий, проводимых на всех этапах технологического процесса. Примером этого может быть разработанная ОАО «СинТЗ» технология изготовления высокопрочных бурильных труб повышенной эксплуатационной надежности, основанная на применении непрерывнолитой трубной заготовки высокой степени чистоты по неметаллическим включениям, и вредным примесям (не более 0,01% серы и фосфора) и газам (80 ррш азота, 1,5 ррт водорода и 25 ррт кислорода); индукционной обработки сварного соединения с точным соблюдением заданной ширины термически обрабатываемой зоны [5]. Однородность микроструктуры и механических свойств труб достигается регулированием режима нагрева (точность ±5 °С) при термической обработке и управлением скоростью

охлаждения при закалке. Трубы нагревают в печах с шагающими балками, где обеспечивается равномерность нагрева, как по периметру, так и по длине трубы в узком температурном интервале при непрерывном вращении. При закалке используют многосекционную спрейерную установку с регулируемой скоростью охлаждения. Автоматизированное управление процессами гарантирует качественную закалку. Режимы термической обработки труб из сталей ЗОХМА, 26ХМФА и 32ХМА обеспечивают требуемый уровень и равномерность свойств для групп прочности Е (Е), Л (X), М (О) и Р (Б). При достаточной прочности, трубы обладают хорошей пластичностью: относительное удлинение - от 15,2 до 19,0%; относительное сужение - от 60 до 63%.

В нашей стране в Таганроге впервые освоено серийное производство бурильных труб с приварными замками по ГОСТ Р 50278-92 . Сортамент производимых ОАО «ТАГМЕТ» бурильных труб представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Сортамент бурильных труб ОАО «ТАГМЕТ»

Нормативный документ Группа прочности* Наружный диаметр трубы, мм Толщина стенки, мм Тип концов**

Трубы бурильные по ГОСТ Р 50278-92, замки по ГОСТ 27834-95 Д,Е 73,0 9,2 ПН

Д ,Е, Л, М 88,9 9,4; 11,4 ПН

Д ,Е, Л, М 101,6 8,4 ПН

Д ,Е, л, м 114,3 8,6; 10,9 ПН; ПК

ДАЛ 127,0 9,2; 12,7 ПН; ПК

м 127,0 9,2; 12,7 ПК

Д ,Е, Л, М 139,7 9,2; 10,5 ПК

Трубы бурильные по API Spec 5D, замки по API Spec 7D Е-75 , G -105 114,3 8,56 IEU

Е-75, Х-95, G -105 127,0 9,19 IEU

G-105 139,7 10,54 IEU

* Материал бурильных труб - стали марок 32Г2А, 32Г2МА, 32Г2ФА, 25ХГМА. ** ПН - с наружной высадкой, ПК, 1Е11 - с комбинированной высадкой.

Анализ сравнительных результатов бурения, проведенных на этих трубах и аналогичных трубах импортного производства [6] показал, что трубы отечественного производства до первого ремонта замковой резьбы имели в среднем одинаковую с импортными трубами проходку. По сравнению, с трубами сборной конструкции по ГОСТ 631—75, списываемыми после двух или трех перенарезок, трубы с приваренными замками допускали до пяти перенарезок и до двух наплавок изношенной боковой поверхности.

В потоке производства все трубы подвергаются термической обработке и неразрушающим видам контроля. Бурильные трубы изготовляют двух групп длин от 8,0 до 8,6 м (группа 2) и от 11,9 до 12,5 м (группа 3). С целью предохранения от коррозии каждая труба покрывается консервационным покрытием. Резьба труб смазывается антикоррозионной консистентной смазкой и защищается предохранительными колпаками и ниппелями.

Последовательность основных технологических операций получения бурильных труб в ТПЦ ОАО «ТАГМЕТ» следующая: приемка, взвешивание и посад непрерывно-литой заготовки —нагрев заготовки —> прошивка заготовки на стане Дишера —> раскатка гильз на стане РС^ —> калибровка трубных заготовок —> редуцирование трубных заготовок —*■ охлаждение трубных заготовок —> порезка на заданную длину труб —> правка труб —► высадка концов труб —> термическая обработка труб —> неразрушающий контроль труб —> шлифование магнитопорошковый контроль концов —> контроль геометрии и качества поверхности труб и концов —> механическая обработка высаженных концов труб до приварки замков.

Далее осуществляют приварку замков, которую проводят сваркой трением. Этот способ сварки, применяемый основными зарубежными изготовителями бурильных труб, гарантирует высокое качество соединения [7]. Недопустимыми дефектами сварки являются: «непровар» металла и наличие оксидной пленки в месте сварного соединения, инородные неметаллические включения сварного шва, наличие остаточного грата при сварке, несоосность трубы и замка, неудовлетворительная структура металла сварного соединения.

После приварки замков проводят термическую обработку зоны сварного шва, механическую обработку зоны сварного соединения, испытания сварного шва, инспекцию, измерение массы и длины, маркировку, клеймение и окраску труб. Затем после установки резьбовых протекторов и упаковки труб, их отправляют на склад готовой продукции.

Самым ответственным участком бурильной трубы является переход от основного тела трубы к приварному замку. Большая часть усталостного разрушения и промывов при эксплуатации возникает именно на этом участке или вблизи него. Одна из главных проблем проблема при производстве бурильных труб заключается в том, чтобы добиться максимально плавного перехода между телом трубы и высаженной частью.

1.2. Технология, оборудование для высадки концов труб н требования к качеству высаженных концов

Утолщения на концах труб получают различными способами: осадкой концевого участка в горячем состоянии способами свободной или закрытой высадки, горячей прокаткой на пилигримовых станах или прессованием на трубо-профильных прессах [8]. Украинскими трубниками разработан способ изготовления труб с внутренними утолщениями методом прессования, при этом на прессах используются иглы с кольцевыми проточками. Способ является дорогостоящим, трудоемким и не нашел широкого применения при изготовлении утолщений на трубах для нефтяной промышленности.

Внутреннее утолщение на переднем конце трубы получают также пилиг-римовой прокаткой гильзы на участке ступенчатого дорна малого диаметра. Тело трубы прокатывают на основном участке дорна, а для получения наружного утолщения на заднем конце трубы используют разведение валков пильгер-стана. После подрезки торцов трубы высаживаются на гидравлическом прессе. Этот способ обеспечивает получение значительного (трех-четырехкратного) утолщения на концах труб без перегибов волокон металла [8]. Однако способ

не нашел применения из-за существенного снижения производительности пи-лигримовых станов [9]. Имеются также сведения о получении утолщений стенки на концах труб на станах холодной прокатки [10].

Способ непрерывно-последовательной высадки относится к свободной штамповке и заключается в последовательной осадке нагретого участка трубы длиной от полутора до двукратной толщины стенки трубы. Нагрев участка трубы осуществляется индуктором. Технологический процесс получения утолщений на концах труб длиной до 6 м наружным диаметром 180, 220, 273 мм на непрерывно-высадочной машине НИИПТМАШ-300 реализован на Челябинском трубопрокатном заводе [11]. Основными элементами машины являются горизонтальный гидравлический пресс с подвижной траверсой и зажимным клиновым механизмом. Индуктор смонтирован на отдельном столе с собственной системой охлаждения и автономным перемещением. Процесс высадки конца трубы выполняют на оправке, которая закреплена на станине. На оправке находится упорное кольцо, в которое упирается высаживаемая часть трубы, нагреваемая подвижным индуктором разъемной конструкции. С накопительного стола труба-заготовка по рольгангу задается в машину до упора и в этом положении зажимается клиновым механизмом, расположенным на подвижной траверсе машины.

Разновидностью непрерывно-последовательной высадки является процесс электровысадки, который предусматривает совмещение операций нагрева методом сопротивления и деформирования нагреваемой части заготовки. Заготовка зажимается радиальным электродом с определенным усилием [12]. При этом часть заготовки, подлежащая высадке, находится между радиальным электродом и упорным электродом, подключенными к вторичной обмотке понижающего трансформатора переменного тока промышленной частоты. Часть заготовки между электродами разогревается до температуры высадки. Одновременно с нагревом в осевом направлении на заготовку действует усилие, которое деформирует нагретую часть заготовки. В процессе электровысадки упорный электрод перемещается с определенной скоростью, при этом холодная часть за-

готовки под действием усилия прижима проскальзывает между радиальным электродом, а длина высаживаемой части заготовки увеличивается.

Процесс электровысадки можно проводить как со свободным деформированием, так и с набором в матрицу, причем в последнем случае можно получать довольно точные детали, не требующие дальнейшей механической обработки. Такой высадкой можно получать изделия из труднодеформируемых сплавов (высокопрочных легированных и жаропрочных сплавов, сплавов на основе никеля, титана и т.п.). Процесс характеризуется простотой и низкой стоимостью технологической оснастки, хорошими экологическими условиями и возможностью автоматизации процесса [13]. Методом электровысадки можно получать поковки сплошного или трубчатого сечения диаметром до 100 мм, а также асимметричные поковки. В настоящее время электровысадкой получают заготовки клапанов, полуосей автомобилей, турбинных лопаток и других деталей. Себестоимость таких деталей по сравнению с изготовлением их на горизонтально-ковочных машинах ниже на 15%, экономия металла по сравнению с обработкой резанием достигает 40%.

Особую трудность представляет высадка тонкостенных труб с малым (менее 0,06) отношением толщины стенки к наружному диаметру. При высадке таких труб нагретый участок теряет устойчивость по длине, в результате чего по длине высадки образуются кольцевые складки. Увеличение операций высадки в этом случае не устраняет этот дефект, так как складки образуются уже в первой операции высадки. Для высадки тонкостенных труб разработан способ высадки с применением местного нагрева. Конец трубы помещают в матрицу и нагревают до заданной температуры. Участок трубы, находящийся вне матрицы, охлаждается в холодильнике, что предохраняет трубу от потери устойчивости по длине при передаче усилия в очаг деформации. Матрица помещена в нагревательное устройство, в качестве которого используют нихромовую проволоку или трубчатые электронагреватели. Положение матрицы в нагревателе регулируют прокладкой. Данный способ при высадке труб из алюминиевых сплавов обеспечивает получение четырехкратного увеличения толщины стенки, при

этом скорость движения плунжера гидравлического пресса достигает 1,35 мм/с, а температура нагрева матрицы находилась в пределах от 350 °С до 450 °С [8]. Рассматриваемая схема высадки обеспечивает требуемый перепад температуры по длине очага деформации от максимума на торце трубы, до минимума в конце очага. Следует отметить, что применение этого способа высадки для стальных труб затруднено отсутствием инструмента (матриц), обладающего высокой стойкостью при высоких (до 1200 °С) температурах.

Известны также, способы получения утолщений на концах труб высадкой без матриц, которые постоянно совершенствуются и в ряде случаев находят практическое применение, например техническое решение, представленной в работе [14].

Для труб нефтяного сортамента перечисленные процессы не нашли широкого применения, вследствие невозможности получения внутренних утолщений, низкой производительности, ограничения наружного диаметра высадки, что приводит к увеличенному съему металла при последующей механической обработке концов труб [8].

Высадку концов труб нефтяного сортамента преимущественно производят на многопозиционных горизонтально-ковочных машинах или гидравлических прессах [15-17]. Опыт работы трубных заводов показывает, что данное оборудование во многом несовершенно. Например, большим недостатком горизонтально-ковочных машин является невозможность осуществления на них безоб-лойной высадки. Результаты сравнительных испытаний высадки партии труб, проведенных на обоих типах оборудования, показали, что процесс высадки на горизонтально-ковочной машине и гидравлическом прессе протекает практически идентично, несмотря на то, что средняя скорость перемещения пуансона ковочной машины и пресса разная [18]. Производительность процесса высадки концов труб на горизонтально-ковочной машине выше, чем на прессе.

Горизонтально-ковочные машины имеют несколько ручьев, при этом количество операций зависит от времени остывания трубы. Нормальная работа обеспечивается применением одного нагрева для двух операций высадки.

В горизонтально-ковочных машинах труба зажимается разъемной матрицей. Одна половина матрицы неподвижна, другая половина подвижная. Пуансоны, применяющиеся для высадки концов труб, устанавливают в ползуне, который имеет возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости. Матрица обычно имеет разъем в вертикальной плоскости. Привод машин - от электродвигателя. Принцип работы горизонтально-ковочной машины следующий [1.14]. Движение от вращающегося коленчатого вала передается ползуну, который получает при этом прямолинейное возвратно-поступательное движение. Через систему рычагов движение от ползуна передается подвижной половине матрицы. После закрытия матрицы и зажатия трубы пуансон, установленный на ползуне, входит в рабочую полость матрицы. Матрица имеет зажимную часть, диаметр которой равен наружному диаметру высаживаемого участка трубы. В матрице делают до трех калибров по высоте и соответственно в ползуне устанавливают три пуансона. В этом случае высадка может производиться в три операции с перемещением трубы в вертикальной плоскости.

По типу привода подвижной половины матрицы различают машины с передачей движения через систему рычагов и через эксцентриковые кулаки, размещенные на главном валу машины. Характеристика отечественных горизонтально-ковочных машин представлена в таблице 3 [19, 20].

За рубежом широкое распространение получили специализированные горизонтально-ковочные машины фирмы «НаБепсЬуег» (Германия), которые сочетают преимущества прессов (переменный ход высадочного ползуна, зависящий от объема металла, задаваемого в матрицу) и ковочных машин (возможность проведения двух операций высадки с одного нагрева) [14].

Высадочные прессы обычно имеют только один ручей и в случае высадки труб, требующих несколько операций, необходимо перед каждой операцией высадки проводить операцию нагрева.

Комбинированный гидравлический пресс отечественного производства имеет вертикальный цилиндр, зажимающий трубу в разъемных матрицах.

Таблица 3 - Техническая характеристика горизонтально-ковочных машин для высадки концов труб

Размер машины, дюймы (мм)

Параметр 4 5 6 7

(101,6) (127) (152,4) (177,8)

Предельное усилие на пуансон, кН 8000 11000 13000 15000

Предельное усилие на зажим, кН 2800 3850 4550 5500

Полный ход ползуна, мм 320 330 380 390

Осаживающий ход ползуна, мм 228 241 280 280

Максимальное раскрытие матриц, мм 152 178 203 220

Размеры матриц, мм:

длина 546 610 660 700

ширина 387 415 565 600

высота 635 710 838 850

Число ходов ползуна в минуту 35 30 27 25

Мощность электродвигателя, кВт 27 37 570 80

Масса машины, т 50 70 107 150

Подъем матрицы при ее разъеме осуществляется также вертикальным гидроцилиндром. Горизонтальный гидравлический цилиндр предназначен для высадки трубы, зажатой в матрицы. В передвигающейся головке установлен пуансон, совершающий осадку трубы. Траверса цилиндра обратного хода и передняя головка горизонтального пресса двигаются по направляющей, расположенной на уровне пола. С противоположной стороны вертикального гидравлического пресса установлено оборудование для подачи трубы в пресс, регулируемое задним упором. Труба в пресс подается роликами, подъем которых производится специальным гидравлическим цилиндром. Свободный конец трубы упирается в упор с винтом, который перемещается в гайке, закрепленной в корпусе каретки. Вращение винта осуществляется от электродвигателя через одно-

ступенчатую зубчатую передачу. После упора в задний конец высаживаемой трубы каретка закрепляется поворотным замком в вырезах на колоннах пресса.

' Высадочные прессы иностранного производства не имеют принципиальных отличий от описанной выше конструкции. Однопозиционные прессы фирмы «Ateliers et Chantiers de Bretagne» (Франция) в настоящее время практически не используются для высадки концов труб из-за низкой производительности.

Многопозиционные прессы оригинальной конструкции изготавливала фирма «Laies» (Германия). Зажимной механизм этих прессов выполнялся в виде цангового зажима, состоящего из четырех секторов. Кроме того, на прессе была предусмотрена операция редуцирования, осуществляемая специальным кольцом, внутренний диаметр которого был равен наружному диаметру трубы, что обеспечивало регламентированную длину переходной зоны высадки [14].

Наибольшее распространение получили высадочные прессы фирм «Мап-nesmann-Demag» и «SMS-Meer» (обе - Германия). Техническая характеристика высадочных этих прессов, установленных в ОАО «ТАГМЕТ», приведена в таблице 4.

В прессе «Mannesmann-Demag» использованы подвижные в горизонтальной плоскости траверсы с двумя полуматрицами и револьверная головка на пу-ансонодержателе, в которой одновременно крепится три пуансона. После каждого перехода происходит смена матриц и пуансона. Станина С-образной формы исключает осевое перемещение трубы при задаче в матрицы [21].

Среди изготовителей высадочных прессов за рубежом известны также другие фирмы. Фирма «GFU-Gesellschaft fur Umformung und Maschinenbau GmbH» (Германия, г. Битбург) предлагает прессовую установку для высадки концов труб наружным диаметром от 63,5 мм до 168,3 мм, длиной до 13 м. Максимальное усилие, развиваемое прессом, составляет 4000 кН.

Установка имеет автоматизированную обработку и подачу труб, оборудована индукционным нагревом мощностью 800 кВт и обеспечивает ее производительность до 100 циклов высадки (50 бурильных труб) при высадке с обоих концов трубы) [22].

Таблица 4 - Техническая характеристика высадочных прессов

№ п/п Параметр Пресс

«Mannesmann-Demag» 3000 кН «SMS-Meer» 2800 кН

1 Максимальный наружный диаметр высаживаемых труб, мм 146,1 146,1

2 Минимальный наружный диаметр высаживаемых труб, мм 73 42,2

3 Максимальная толщина стенки высаживаемых труб, мм 12,7 12,7

4 Минимальная толщина стенки высаживаемых труб, мм 5,5 3,56

5 Максимальное усилие высадки, движение вперед, кН 3000 2800

6 Максимальное усилие высадки, движение назад, кН 3000 1250

7 Максимальное усилие зажима, кН 6000 5600

8 Максимальный ход высадочного цилиндра, мм 800 1500

9 Длина матрицы, мм 550 750

10 Максимальная длина рабочего участка высадочной пуансона, мм 500 600

11 Максимальный ход зажимного устройства, мм 500 212

12 Максимальный диаметр высадки, мм 150 150

13 Скорость при высадке: - скоростной ход вперед (шах), мм/с; - высадка в полную силу (шах), мм/с; - скоростной ход назад (шах), мм/с 500 500 500 95 500

14 Количество высадочных пуансонов, шт. 3 3

15 Количество одновременно установленных высадочных матриц, шт. 2 2

Фирма «Danieli Breda» (Италия, г. Милан) предлагает линейку прессов для высадки труб нефтяного сортамента с требованиями по API, ГОСТ и EN/ISO усилием высадки от 4500 кН до 7000 кН. Пресса рассчитаны на высадку труб наружным диаметром от 60,3 мм до 203,2 мм. Скорость перемещения пуансонов может варьироваться в пределах от ноля до 300 мм/с. Особенностью прессов является возможность высадки одновременно двух труб, что в сочетании с высоким уровнем автоматизации процесса и контроля качества высаженных концов труб обеспечивает повышенную производительность [23].

Имеется информация о разработках консорциумом «IMTT - Italian Machine Tools Technologies» (Италия) установок для электровысадки насосно-компрессорных и обсадных труб. Установка «RIO 100 SC SPEC» предназначена для высадки в матрицах стальных труб любой длины с максимальным сечением 1000 мм, а установка «RIO 250 SC SPEC» обеспечивает высадку труб наружного диаметром 89 мм с толщиной стенки 6 мм до диаметра 96 мм. Цикл обработки одного конца трубы занимает до трех минут, при этом, по утверждению разработчика, не происходит увеличения размера зерна и снижения механических характеристик материала [24].

Технологический процесс высадки концов труб на участке прессов «Мап-nesmann-Demag» 3000 кН ОАО «ТАГМЕТ» регламентирован технологической инструкцией [25] и предусматривает получение, бурильных труб - с наружной и комбинированной высадкой.

Перед высадкой контролируются: диаметр, толщина стенки, длина и кривизна труб. Процесс высадки производится на двух прессах, каждый из которых снабжен установкой для индукционного нагрева конца трубы. Длина нагреваемого конца устанавливается по упору и зависит от диаметра трубы, фактической толщины стенки, группы прочности, типа высадки. Высадка ведется в несколько приемов (операций) от двух до трех, причем температура нагрева регламентируется для каждой операции и контролируется пирометром. Технологический процесс высадки проводится с применением технологической смазки в виде смеси графита с осевым маслом в соотношении 1:8. Смазка наносится

на рабочую поверхность матрицы и пуансона перед задачей нагретого конца трубы. После высадки рабочий инструмент интенсивно охлаждается водой.

После высадки трубы контролируются по геометрическим размерам высаженных концов, качеству поверхности, шлифуются для удаления окалины, об-лоя и проходят магнитопорошковую дефектоскопию.

Трубы с требованиями по API высаживаются на прессе «SMS-Meer» 2800 кН согласно технологии, изложенной в технологической инструкции [26].

Таким образом, наиболее широкое применение при высадке концов бурильных труб в настоящее время нашли процессы горячей деформации на горизонтально-ковочных машинах и гидравлических прессах, причем последние вследствие ряда причин (в первую очередь более высокого качества высадки) считаются более перспективными.

Основными требованиями, предъявляемыми к концам бурильных труб, являются:

- соблюдение геометрической формы и размеров высаженного конца трубы;

- достижение требуемых параметров макроструктуры, выражающихся в отсутствии дефектов «перегиб волокна» и «непологий переход»;

- получение требуемой структуры металла и отсутствие дефекта «пережога» металла;

- получение удовлетворительного качества поверхности металла в зоне высаженных концов, в особенности, во внутренней переходной зоне;

- получение требуемых механических свойств.

«Перегиб волокна» - дефект макроструктуры, обнаруживаемый в продольном сечении высаженных концов труб, представляющий собой отклонение направления волокна металла от продольной оси изделия с образованием поперечных углублений и подъемов в виде петель с расположением их под углом около 45° и более к образующей [3]. Этот дефект может быть причиной образования трещин в процессе эксплуатации трубы. Причиной образования дефекта

является чрезмерная осадка металла при высадке концов труб из-за превышения температурно-скоростных параметров или переполнения матрицы.

Другим дефектом процесса высадки концов труб является «непологий переход». Этот дефект проявляется в макроструктуре металла и заключается в неплавном переходе от тела трубы к высаженному концу на внутренней поверхности трубы. Дефект представляет собой резкое увеличение толщины стенки со стороны внутренней поверхности трубы и сопровождается зачастую образованием выступа. В этих местах часто образуются закалочные трещины при последующей термообработке. Причиной образования этого дефекта является нарушение температурно-скоростных параметров высадки или неравномерная подача металла при высадке концов труб.

При проведении операции высадки следует предупреждать «пережог» металла в процессе нагрева концов труб, проявляющийся в макроструктуре металла в виде разветвленных трещин в стенке трубы, имеющих глубину до нескольких миллиметров. В местах расположения трещин наблюдается окисление и оплавление границ бывшего аустенитного зерна, а также скопление мелких диффузионных оксидов. Причиной появления этого дефекта является высокая (1300 °С и выше) температура нагрева металла, а также неудовлетворительное качество металла концов труб после прокатки [3].

Качество макроструктуры металла высаженного конца и его свойства определяются направленностью волокон, которая зависит от степени поперечной деформации по стенке и потери продольной устойчивости трубы [27]. Поэтому важным при проектировании технологии процесса высадки концов труб является вопрос об оптимальной форме и размерах переходной зоны.

Получению удлиненной переходной зоны, а также определенной величины радиуса этой зоны, в настоящее время уделяется большое внимание. Так, по данным работы [28], в 1988 году фирма «Ниппон Стил» информировала о результатах исследований, направленных на изучение усталостных свойств бурильных труб. В ней документально доказано, что можно достичь снижения числа усталостных разрушений в бурильной трубе за счет правильной геомет-

рии внутренней высадки. Было, например, показано, что применение конфигурации высадки с длиной 3,5 дюйма (80 мм) и радиусом закругления 7,87 дюйма (200 мм) приводит к снижению фактора концентрации напряжений, что значительно увеличивает усталостную прочность в переходной зоне, так что усталостное разрушение с большей вероятностью протекает на внешней поверхности тела бурильной трубы. Соответственно такая конфигурация существенно снижает риск усталостных разрушений в переходной зоне высадки [29].

В 1992 году на конференции 1АБС/8РЕ по бурильным трубам была озвучена информация о том, что более длинные конфигурации высадок, имеющие длину конуса примерно равную 6% дюйма (171,5 мм) и радиус равный 15 дюймам (381 мм), в среднем, удваивают предел выносливости при усталостных испытаниях бурильной трубы.

Приведенная выше информация свидетельствует о необходимости проведения исследований по изучению влияния увеличения длины переходной зоны на параметры процесса высадки и показатели качества высаженных участков труб.

1.3. Состояние вопроса теоретического и экспериментального описания процесса высадки

Процесс высадки конца трубы представляет собой осадку полого цилиндра в кольцевое пространство между внутренней поверхностью матрицы и наружной поверхностью пуансона.

Задача определения напряженного состояния металла в подобных процессах решалась в ряде теоретических работ в основном для определения предельных усилий, необходимых для деформации металла. При этом используют различные методы решения.

В работах [31-33] рассмотрены варианты решения задачи путем интегрирования уравнений равновесия. Интегрирование уравнений равновесия может быть проведено с использованием, например, метода характеристик (метода

линий скольжения), который успешно применяют при решении задачи в условиях плоской деформации. При этом, в случае применения гипотезы о жестко-пластической среде задача становится статически неопределимой и решение сводится к определению трех неизвестных в системе трех уравнений: двух уравнений равновесия и условия пластичности. В результате решения устанавливается зависимость напряжения от угла наклона касательной к линии скольжения. Сетка линий скольжения должна удовлетворять граничным условиям и условию несжимаемости. Это ограничивало применение данного метода при решении сложных задач, особенно в условиях осесимметричного течения металла. Метод также является приближенным, однако резервы его использования далеко не исчерпаны. Построение сетки линий скольжения можно осуществлять графическим методом или использовать численные методы решения краевых задач [34].

Другим подходом при определении напряженно-деформированного состояния является решение вариационной задачи с использованием принципа минимума энергии [32, 35]. Наиболее часто применяемым для решения задач определения силовых параметров и деформаций в процессах обработки давлением является метод Ритца, согласно которому искомую функцию вариационного уравнения представляют в виде полинома, тождественно удовлетворяющего граничным условиям. Для нахождения экстремальных условий производные функционала по неизвестным коэффициентам полинома приравнивают к нулю. В связи с развитием вычислительных средств большое распространение получили численные методы, например, метод конечных элементов, используемый в многочисленных пакетах прикладных программ, предназначенных для решения технологических задач ОМД.

Несмотря на большое количество теоретических работ по описанию напряженно-деформированного состояния при осадке, не выявлено работ, в которых бы содержалась комплексный анализ этого вопроса непосредственно для процесса высадки концов труб. Все найденные источники касаются узких вопросов отдельных технологических аспектов процесса высадки концов труб.

Основное количество этих работ приходится на период 60-70 -х годов прошлого века. В это время особого внимания не придавалось описанию поведения металла в переходной зоне высадки, что стало актуально на современном этапе развития производства нефтепромысловых труб, в особенности бурильных.

Так, например, для определения такого важного параметра процесса как усилие высадки, в проанализированном объеме информации найдено только одно теоретическое исследование, в котором аналитически с использованием метода работ определен этот параметр [36]. Предложенная зависимость не учитывает ряда факторов (например, затраты мощности на контактное трение на фланце пуансона) и дает значительную погрешность в расчетах. Ряд работ посвящен экспериментальному исследованию деформационных, кинематических и силовых параметров высадки в различных процессах высадки, как на прессах, так и горизонтально-ковочных машинах [18, 37]. Результаты исследований показали сходство в характере течения металла в обоих процесса, тогда как в их кинематике наблюдается значительная разница. Скорость перемещения пуансона в горизонтально-ковочных машинах выше, чем у высадочных прессов, что уменьшает продолжительность цикла, возможность проведения высадки с одного нагрева и большую производительность. Определенное при высадке в горизонтально-ковочной машине соотношение усилия высадки к усилию на матрицах составляет 1,85...2,3, при этом не исключается осевое проскальзывание трубы, что является существенным недостатком данного процесса. При высадке на прессах зажим матриц и перемещение производятся отдельными гидроцилиндрами, гарантированно обеспечивающими величину данного соотношения 2.0..2,5.

Достаточно большое количество работ в области высадки концов труб посвящено вопросам проектирования профилировки рабочего инструмента. Все исследования носят конкретный прикладной характер и ориентированы на определенный вид трубной продукции [38, 39].

Особое внимание отводится экспериментальному исследованию течения металла в процессах высадки и определению интервалов параметров деформа-

ции, обеспечивающих устойчивое протекание процесса [40-42]. Например, в работе [40] исследование процесса высадки проводили с применением двухслойных труб, что позволило изучить поведение слоев, прилегающих к матрице и пуансону. В результате исследования показано, что первоначальное течение металла происходит в радиальном направлении и обуславливается преимущественно влиянием контактных напряжений, поэтому процесс высадки необходимо вести с ограничением радиального истечения металла. Там же была определена величина оптимального коэффициента усадки в зависимости от соотношения толщины стенки и диаметра трубы и поправочного коэффициента, учитывающего влияние размера наружного диаметра трубы. Необходимо отметить, что эти данные были получены в результате экспериментальных лабораторных исследований. В условиях реального производства при необходимости оптимизации размеров рабочего инструмента (для сокращения парка последнего), переходе на высадку концов труб под приварку бурильных замков и при разработке методики проектирования параметров процесса высадки интервалы рациональных значений коэффициентов усадки требуют уточнения.

Для физического моделирования процессов высадки использовались различные методы, например, поляризационно-оптический [43]. Осадку образцов из свинца проводили в матрицах, изготовленных из оптически активного материала на основе эпоксидной смолы ЭД-6, и фиксировали полосы интерференции при различной степени деформации от 2,3% до 68,1%. В результате исследований был выявлен характер распределения касательных и нормальных напряжений на контакте металла с матрицей, а также проведена количественная оценка напряжений и удельных давлений при высадке.

Наибольшее количество информации о процессе высадки концов труб, содержащееся в немногочисленных публикациях, касается технологических вопросов осуществления процесса высадки в конкретных производственных условиях. Так в работах [8, 16, 38, 39] освещены вопросы, касающиеся методики расчета деформационных параметров процесса высадки концов труб и профилировки рабочего инструмента. В других работах, например [44-46], рассмот-

рены технологические режимы изготовления труб определенного сортамента продукции или общие вопросы технологии высадки.

Таким образом, анализ известной технической информации показал недостаток информации, позволяющей достаточно точно прогнозировать длину внутренней переходной зоны высадки, силовые параметры процесса высадки, рациональные режимы деформации по операциям, определять сопротивлении деформации сталей бурильных труб, реальные значения коэффициентов трения для различных технологических смазок, рациональные интервалы температур при нагреве труб перед высадкой. Кроме того, известные методики расчета технологических параметров высадки концов труб были ориентированы на определение технологических параметров высадки труб под нарезку резьбы, не учитывали ряда современных требований к бурильным трубам и нуждались в соответствующей корректировке. Имеются достаточно корректные обобщенные математические модели процесса и программные продукты для их численной реализации (QForm, Deform и т.п.), обеспечивающие проектирование технологических режимов и профилировки рабочего инструмента для высадки. Однако данные программные продукты не учитывают многие вышеперечисленные факторы, влияющие на параметры высадки, имеют высокую стоимость и длительность вычислений, что влияет на оперативность технологических расчетов и снижает эффективность этих программных продуктов в реальных производственных условиях.

1.4. Выводы н постановка задач исследования

В результате анализа технологий высадки концов труб установлено, что конфигурация высаженного конца является главным фактором в определении уровня напряженного состояния в этой важной части тела трубы. В условиях, когда бурильная колонна вращается в изогнутом состоянии, растягивающие и сжимающие усилия могут привести к образованию усталостных трещин и «размывов». Напряжения концентрируются в тех местах, где имеется наиболее резкое

изменение профиля внутреннего канала трубы, поэтому одной из важнейших операций в цикле изготовления бурильных труб является высадка концов.

Анализ технологии и оборудования для высадки концов труб показал, что наиболее перспективным является процесс высадки концов труб на прессах. Данный процесс в современных условиях реализуется по заданному усилию высадки, создаваемому рабочим цилиндром пресса. Точность расчета усилия высадки является определяющим фактором для получения требуемых формы и размеров высаженного конца трубы. При этом необходимо оперативно учитывать изменение толщины стенки трубы, которое является главным технологическим фактором получения качественной высадки.

Опыт эксплуатации бурильных труб с приварными замками показал, что длина внутренней переходной зоны высадки играет важную роль в увеличении срока службы труб, в особенности высоких групп прочности, что выдвигает новые современные требования к геометрии высадки.

Анализ научно-технической информации показал, что вопросы определения параметров формоизменения металла и усилий в процессе высадки концов труб освещены недостаточно, при разработке новых технологических режимов используются упрощенные аналитические зависимости или экспериментальные данные, полученные для конкретного вида продукции и не учитывающие ряда важных технологических факторов.

Совершенствование технологических процессов изготовления бурильных труб в направлении увеличения переходной зоны высадки с одной стороны привело к необходимости точного определения формоизменения металла и усилий при проведении операций горячей высадки концов труб, а с другой стороны выявило отсутствие необходимого объема теоретических и практических сведений об особенностях протекания конкретного технологического процесса.

Отсутствие надежных методик расчета параметров процесса высадки предопределяет:

- нерациональное распределение величины деформации в отдельных операциях, что увеличивает вероятность получения дефектов макроструктуры металла

в зоне высадки, снижает производительность процесса высадки и предопределяет повышенные нагрузки на оборудование;

- нестабильность геометрических размеров зон высадки, что увеличивает расходы металла при последующей механической обработке труб и снижает коэффициент выхода годного;

- повышенный износ рабочего инструмента из-за нерациональной профилировки, неверно заданной величины давления в гидроцилиндре пресса.

Все перечисленные факторы обусловливают низкую эффективность процесса высадки концов бурильных труб, выражающуюся в повышенных расходах на производство, что сказывается на стоимости готовой продукции и в конечном итоге снижает конкурентоспособность отечественных бурильных труб на мировом рынке.

Таким образом, целью работы является повышение эффективности процесса высадки концов бурильных труб

Для достижения цели сформулированы следующие, подлежащие решению, задачи исследования.

1. Разработать обобщенную математическую модель процесса высадки трубы, обеспечивающую определение основных параметров напряженно-деформированного состояния металла в очаге деформации с учетом наибольшего количества значимых факторов.

2. Провести лабораторные исследования с целью проверки полученных математическим моделированием зависимостей для определения геометрических и силовых показателей процесса.

3. Провести лабораторные исследования по качественной и количественной оценке важнейших технологических параметров (сопротивление деформации, коэффициент трения, рациональная температура деформации, изменение толщины стенки трубы), являющихся исходными данными при реализации математической модели.

4. С использованием результатов математического моделирования разработать методику расчета основных технологических параметров процесса высадки концов труб.

5. Численно реализовать методику расчета параметров процесса высадки в программном продукте, проверить работоспособность методики при выпуске опытных партий бурильных труб и внести необходимые изменения в технологические режимы высадки и профилировку рабочего инструмента.

6. Определить технологические возможности существующего на ОАО «ТАГМЕТ» высадочного оборудования и разработать новые технологические и конструктивные решения по совершенствованию процесса высадки концов бурильных труб высоких групп прочности в направлении увеличения длины внутренней переходной зоны высадки.

6. Провести опробование предложенных решений и оценить экономическую эффективность результатов научно-исследовательской работы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ

2.1. Постановка задачи моделирования

Развитие процесса высадки ведет к появлению систем автоматического регулирования технологического процесса, когда информация о фактической толщине стенки конца трубы обрабатывается электронным устройством, задающим параметры длины участка нагрева и установочного значения давления в гидроцилиндре пресса. Поэтому важно, иметь корректный алгоритм расчета усилия высадки, что можно достичь путем создания математической модели напряженно-деформированного состояния (НДС) металла при высадке конца трубы.

Схема процесса высадки в общем случае представлена на рисунке 1. Пуансон 1, диаметром меньше внутреннего диаметра трубы 2, вводится внутрь трубы. При этом нагретый конец трубы помещается внутрь разъемной матрицы 3, между стенкой которой и наружным диаметром трубы имеется зазор. К торцевой поверхности нагретого конца трубы прикладывается сжимающее усилие, под действием которого происходит осадка конца трубы, сопровождающаяся радиальным течением металла и заполнением полостей между трубой и матрицей с одной стороны, и между трубой и пуансоном — с другой стороны.

Рисунок 1 - Схема процесса высадки конца трубы

Процесс высадки можно рассматривать как в декартовой системе координат (рисунок 2 а, б), так и в цилиндрической системе координат (рисунок 2 б, в, Г)-

■Г

У

г

Гт

/?

1

в

Рисунок 2 - Расчетная схема процесса высадки конца трубы

Из рисунка 2 видно, что при переходе к цилиндрической системе координат процесс высадки можно рассматривать как процесс осадки высокой полосы толщиной до = Я„, - гт, шириной 2к в зазоре между двумя неподвижными плитами, расстояние между которыми равно (Я - г) (рисунок 2 г). В процессе высадки происходит уменьшение высоты полосы на величину А/г и увеличение ее толщины. Ширина полосы при этом не изменяется. Таким образом, имеем задачу с плоскопараллельным течением металла, который можно считать идеально-пластичной средой, так как при горячей деформации допустимо пренебречь изменением сопротивления деформации (считаем, что процесс осадки - изотермический). Одной из проблем, возникающих при моделировании НДС в рассматриваемом процессе, является то, что заранее не известна одна из границ очага деформации, поэтому решение задач подобного класса целесообразно осуществлять методом линий скольжения [47].

Для рассматриваемого случая, когда на поверхности контакта осаживаемой трубы с пуансоном имеет место скольжение в присутствии ненулевых напряжений трения /*, сетка линий скольжения может иметь вид, представленный на рисунке 3.

А В С

I

Рисунок 3 - Сетка линий скольжения при наличии трения на контактной поверхности

2.2. Моделирование процесса с односторонним течением металла

Рассмотрим более подробно простейший случай высадки концов труб, когда металл течет в одну сторону, а течение в другую сторону принудительно ограничено. Сетка линий скольжения в этом случае имеет вид, представленный на рисунке 4. Показанную сетку линий скольжения можно разбить на три блока: прямоугольный равнобедренный треугольник АОВ, сектор (центрированный веер) ВОС и прямоугольный треугольник ОСИ.

Будем считать, что линии ОВ, Оа, ОЬ, Ос, ОС являются линиями семейства а. Соответственно линия АВСИ будет являться линией семейства р.

Напряженное состояние высаживаемого объема металла целесообразно начинать с описания треугольной области АОВ. Поскольку в начальной стадии процесса можно считать, что в области АОВ линии скольжения обоих семейств являются прямыми, напряженное состояние в этой области можно считать однородным.

п

У

Рисунок 4 - Сетка линий скольжения при высадке с односторонним течением металла

Для его определения воспользуемся граничными условиями на линии АО. В общем случае, как известно [48], граничные условия в методе линий скольжения имеют вид

*

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Зинченко, Анна Владимировна

14. Результаты работы использованы в реальном производстве при назначении новых схем, режимов технологического процесса высадки и профилировки рабочего инструмента, что отражено в соответствующих технологических инструкциях ОАО «ТАГМЕТ». Внедрение результатов работы обеспечило повышение экономической эффективности процесса изготовления бурильных труб на ОАО «ТАГМЕТ».

15. Методика расчета параметров высадки концов труб и профилировки рабочего инструмента, а также программные продукты, созданные на ее основе, использованы в учебном процессе кафедры «Машины и технологии процессов обработки материалов давлением» ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) при проведении лекционных и практических занятий по дисциплине «Технологические процессы ОМД» и выполнении студентами курсового и дипломного проектирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенного анализа технологии и оборудования для высадки концов труб нефтяного сортамента, выявлено, что наиболее востребованной, с точки зрения совершенствования этого процесса, является высадка концов бурильных труб. Основной проблемой при этом является получение удлиненной внутренней переходной зоны между основной частью трубы и ее утолщенным концом, предназначенным для приварки замка. Получение заданной геометрии переходной зоны, в свою очередь связано с необходимостью точного определения основных технологических параметров процесса высадки. Автором в процессе проведения анализа доступной научно-технической информации также показано, что:

- получение удлиненной переходной зоны высадки существенно увеличивает жизненный цикл бурильной трубы;

- наиболее востребованной позицией сортамента бурильных труб, требующей совершенствования технологии в направлении получения удлиненной внутренней зоны высадки являются бурильные трубы высоких групп прочности, имеющие комбинированную высадку концов;

- известные в настоящее время методики расчета параметров процесса высадки базируются на полученных, преимущественно эмпирическим путем, результатах исследований, проведенных в период до 60-70-х годов прошлого столетия и не обеспечивают необходимую точность получаемых результатов.

На основании сделанного анализа были сформулированы цели и задачи исследования, представленного в диссертационной работе.

По результатам научного исследования, освещенного в диссертационной работе, можно сделать следующие выводы.

1. Для описания напряженно-деформированного состояния металла в очаге деформации с применением метода линий скольжения впервые разработана обобщенная математическая модель процесса высадки конца трубы, в которой рассмотрены возможные варианты процесса: с односторонним и двухсторонним (комбинированным) течением металла.

2. Для варианта высадки с односторонним течением металла определена величина напряжения на контакте пуансона и торца трубы, позволяющая рассчитывать усилие высадки.

3. Проведенный анализ трансформации сетки линий скольжения при высадке с двухсторонним течением металла позволил впервые получить аналитические выражения для определения длины внутренней переходной зоны и усилия, действующего на пуансон, с учетом его изменения в процессе высадки при различных условиях контактного трения на границе металла и рабочего инструмента. Численной проверкой показано, что полученная зависимость для определения усилия высадки не противоречит существующим теоретическим основам и практическим данным обработки металлов давлением.

4. Достоверность полученных аналитических зависимостей подтверждена результатами лабораторных исследований, в которых максимальная относительная величина расхождения расчетных и экспериментальных данных при определении величины усилия высадки не превышала 5,2%, а при определении длины внутренней переходной зоны - 9,0%.

5. Предложенная методика графического определения длины внутренней переходной зоны по операциям высадки показала достаточную точность и используется в настоящее время для контроля этого параметра в реальном технологическом процессе.

6. Численная реализация модели процесса потребовала получения достоверной информации о входных параметрах процесса высадки. С использованием методов математической обработки результатов пластометрического исследования получены зависимости для определения величины сопротивления деформации сталей 32Г2 и 25ХГМА, применяемых при изготовлении бурильных труб. Проведена оценка достоверности полученных зависимостей с использованием критерия Фишера.

7. Для применяемой в настоящее время при высадке технологической смазки на основе графита с использованием метода осадки образцов экспериментально определена величина коэффициента трения на контакте «металл-инструмент» в зависимости от температуры деформации. Полученные данные достаточно корректно согласуются с результатами других исследований. Исследованием микроструктуры металла установлены диапазоны рациональных значений температуры деформации.

8. Определен качественный и количественный характер зависимости отклонения длины внутренней переходной зоны высадки по периметру трубы от разнотолщинности трубы в поперечном сечении.

9. На основе результатов теоретического и экспериментального исследования процесса разработана методика расчета основных технологических параметров процесса высадки концов труб.

10. Алгоритм методики реализован в компьютерных программах «Upset» и «Upset-API», позволяющих оперативно проводить расчеты технологических параметров и определять профилировку инструмента применительно соответственно к прессам 3000 кН и 2800 кН ОАО «ТАГМЕТ».

10. С целью проверки методики расчета проведено изготовление опытных партий бурильных труб и проанализированы полученные результаты, которые подтвердили ее хорошую работоспособность.

11. С использованием разработанных программных продуктов для прессов ОАО «ТАГМЕТ» определена максимально возможная длина внутренней переходной зоны комбинированной высадки концов бурильных труб, что позволило рационально планировать сортаментную загрузку участков высадки.

12. На основе полученных научных данных разработаны новые технические решения по совершенствованию процесса высадки концов бурильных труб с увеличенной длиной внутренней переходной зоны, в том числе высоких групп прочности, направленные на повышение эффективности производства.

13. Проведено опробование предложенных решений и дана оценка экономической эффективности результатов научно-исследовательской работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зинченко, Анна Владимировна, 2013 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Современное состояние мирового производства труб / Ю.Г. Крупман, Л.С. Ляховецкий, O.A. Семенов и др. — М.: Металлургия, 1992. - 353 с.

2. Трубы нефтяного сортамента: справочное руководство / А.Е. Сароян, Н.Д. Щербюк, Н.В. Якубовский и др. Под. ред. А.Е. Сарояна. - Изд. 2 - М.: Недра, 1976.-594 с.

3. Дефекты стальных слитков и проката: справочник / В.В. Правосудович, В.Г. Сокурин, В.Н. Данченко и др. - М.: Интермет инжиниринг, 2006. - 382 с.

4. Колесник, Б.П. Выбор стали для производства высокопрочных бурильных

л

труб с пределом текучести 750 МН/м / Б.П. Колесник, В.И. Стрижак, Г.П. Талалай // Производство бесшовных труб: тематический отраслевой сборник. -М.: Металлургия, 1973. - №2. - С. 106-109.

5. Бодров, Ю.В. Новые технологии в производстве бурильных труб повышенного качества / Ю. В. Бодров, П. Ю. Горожанин, А. И. Грехов и др. // Сталь. -2005. -№2. -С. 61-62.

6. Совершенствование бурильных труб: отчет о научно исследовательской работе института ВНИИТнефть. - Куйбышев, 1989. - С. 2-4.

7. Сварка трением: справочник / В.К. Лебедев, И.А. Черненко, В.И. Вилль и др. - Л.: Машиностроение, 1987. - 236 с

8. Трубы для нефтяной промышленности / В.А. Ткаченко, A.A. Шевченко, В.И. Стрижак, Ю.С. Пикинер. - М.: Металлургия, 1986. - 256 с.

9. Романцев, Б.А. Совершенствование технологии прошивки непрерывнолитых заготовок из легированных сталей на ТПА с пилигримовым станом / Б.А. Романцев, O.K. Матыко, Р.Н. Фартушный и др. // Производство проката. -2008. - №8. - С.33-35.

10. Дорохов, А.И. Изготовление тонкостенных труб с утолщенными концами / А.И. Дорохов, В.И. Шафир // Производство труб: сборник статей по теории и практике трубного производства. - М.: Металлургия, 1970. - Вып. 23. - С. 72-75.

П.Сериков, С.Б. Повышение эффективности процесса свободной высадки / С.Б. Сериков, И.А. Пустин, В.И. Рябушкин и др. // Повышение эффективности процессов и оборудования для трубного производства: тематический сборник научных трудов. -М.: Металлургия, 1988. - С. 33-36.

12. А. с. 627903 СССР, МКИ B21J5/08. Способ получения трубчатых изделий с концевым наружным утолщением / В.Я. Осадчий, В.Г. Зимовец, А.Ф. Нистратов и др.-№2165512;-заявл. 01.08.75; опубл. 15.10.78.-Бюл. №38.

13. А. с. 502692 СССР, МКИ B21J5/08. Электровысадочная машина / С.С. Ко-совцев, А.Т. Ральников. - №2088014; - заявл. 26.12.74; опубл. 15.02.76. -Бюл. №6.

14. Шевченко, A.A. Производство труб для нефтяной промышленности / A.A. Шевченко, В.И. Стрижак. -М.: Металлургия, 1965. - 144 с.

15. Отделка труб / Ю.М. Матвеев, М.Я. Кричевский, под редакцией H.A. Тихонова. - М.: Металлургиздат, 1954. - 446 с.

16. Адоньев, А.И. Особенности проектирования технологического инструмента для высадки бурильных труб на горизонтально-ковочных машинах / А.И. Адоньев, И.А. Соколова, В.А. Орлов // Сталь. - 1988. -№12. - С. 48-51.

17. Остренко, В.Я. Мастер отдела бурильных и обсадных труб / В.Я. Остренко. -М.: Металлургиздат, 1953. - 124 с.

18. Остренко, В.Я. Усилия и скорости деформации при высадке концов труб на горизонтально-ковочной машине и гидравлическом прессе / В.Я Остренко, Е.И. Ермолов // Производство труб: сборник статей по теории и практике трубного производства. -М.: Металлургия, 1967. - Вып. 18. - С. 122-128.

19. Семенов, Е.И. Ковка и штамповка: справочник в 4 томах / Е.И. Семенов, O.A. Ганаго, Л.И. Живов. -М.: Машиностроение, 1985. -Т.1. -350 с.

20. Горбунов, М.Н. Штамповка деталей из трубчатых заготовок / М.Н. Горбунов. - М.: Машгиз, 1960. - 230 с.

21. Стрижак, В.И. Обзорная информация. Черная металлургия: трубное производство / В.И. Стрижак, Ю.С. Пикинер, И.К. Козлов. - М.: Ин-т «Черметин-формация», 1981. - Вып. 3. - С. 1-12.

22. Experts in forming: рекламный проспект фирмы «GFU-Gesellschaft fur Umformung und Maschinenbau GmbH». - Битбург: GFU, 2009. -12 c.

23. Innovation in tube finishing (pipe end up-setter machines): рекламный проспект фирмы «Danieli Breda». - Милан, 2010. - 4 с.

24. Материалы сайта http://imtt.ru

25. Высадка концов стальных бесшовных труб в ТПЦ-2: технологическая инструкция ОТ157-ТПЦ2-011-06. - Таганрог: ОАО «ТАГМЕТ», 2006. - 34 с.

26. Специальный процесс: высадка концов стальных труб на участке отделки труб №3 ТПЦ. ОТ 157-ТПЦ-301-12: редакция 2. - Таганрог: ОАО «ТАГМЕТ», 2012.-47 с.

27. Стрижак, В.И. Некоторые вопросы отделки труб для электробурения / В.И. Стрижак, И.В. Ермолов, И.А. Подгаевский и др. // Производство труб: сборник статей по теории и практике трубного производства. - М.: Металлургия, 1967.-Вып. 19.-С. 88-92.

28. Спецификация NS-1: Требования по качеству и контролю для нового и отремонтированного оборудования, предназначенного для бурения и обустройства скважин. - №АА 03.30.00.1110. - «Шелл», Канада, 2004. - 84 с.

29. Руйтер, Я. Бурильные трубы H-Series компании Grant Prideco. Влияние конструкции, материалов и процесса производства на эксплуатационные качества бурильных труб / Я. Руйтер, А. Мурадов // Нефтяное хозяйство. - 1995. -№9. - С.12-13.

30. Баричко, Б.В. Оценка возможности получения бурильных труб с удлиненной высадкой в условиях ТПЦ-2 ОАО «ТАГМЕТ» /Б.В. Баричко, A.B. Зин-ченко A.B., Р.Н. Фартушный // Труды 16 Международной научно-практической конференции «Трубы-2008». - Челябинск: ОАО «РосНИТИ» -ООО «Полиграф-мастер», 2008. - С. 196-200.

31. Овчинников, А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах / А.Г. Овчинников. -М.: Машиностроение, 1983. - 200 с.

32. Теоретические основы ковки и горячей объемной штамповки / Е.М. Маку-шок, A.C. Матусевич, В.П. Северденко, В.М. Сегал. - Минск: Наука и техника, 1968.-408 с.

33.Шофман, Л.А. Элементы теории холодной штамповки / Л.А. Шофман. - М.: Оборонгиз, 1952.-335 с.

34. Сторожев, М.В. Теория обработки металлов давлением / М.В. Сторожев, Е.А. Попов. - М.: Машиностроение, 1977. - 424 с.

35. Теория обработки металлов давлением / И .Я. Тарновский, A.A. Поздеев, O.A. Ганаго и др. - М.: Металлургиздат, 1963. - 672 с.

36. Остренко, В.Я. Аналитический метод определения силовых и энергетических параметров высадки концов труб / В.Я. Остренко, И.В. Ермолов // Производство труб: сборник трудов ВНИТИ, Вып. 20. - М.: Металлургия, 1968. - 223-230.

37. Стрижак, В.И. Определение силовых параметров при высадке концов труб на горизонтально-ковочной машине мощностью 12500 кН (1250 Т) / В.И. Стрижак, Б.А. Ахмедов, A.M. Лавров и др. // Производство труб: сборник статей по теории и практике трубного производства. - М.: Металлургия, 1969.-Вып. 22.-С. 173-179.

38. Ермолов, И.В. Методика калибровки матриц для высадки концов бурильных труб / И.В. Ермолов, В.Я. Остренко // Производство труб: сборник статей по теории и практике трубного производства. - М.: Металлургия, 1970. -Вып. 24. - С. 50-56.

39. Козлов, И.К. Расчет калибровки инструмента для высадки концов труб на горизонтально-ковочных машинах // Металлургическая и горнорудная промышленность, 1984. - №3. - С. 34-36.

40. Остренко, В.Я. Технологические особенности высадки труб в закрытых матрицах / В.Я. Остренко, И.В. Ермолов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1968. - №1. - С. 33-36.

41. Шевченко, A.A. Исследование некоторых вопросов процесса высадки труб / A.A. Шевченко, В.И. Стрижак, И.К. Козлов // Производство труб: сборник

статей по теории и практике трубного производства. - М.: Металлургия, 1971.-Вып. 25.-С. 171-175.

42. Рабинович, Л.А. Исследование течения металла при штамповке полых поковок сложных форм на горизонтально-ковочных машинах / Л.А. Рабинович // Кузнечно-штамповочное производство - 1960. - №11. - С. 31-33.

43. Остренко, В.Я. Исследование процесса высадки труб методом фотоупругости / В.Я. Остренко, И.В. Ермолов, А.И. Лисицын // Металлургическая и горнорудная промышленность - 1967. - №3. - С. 32-34.

44. Федоренко, Н.З. Производство труб для замораживания горных пород хо-лодноносителями при строительстве вертикальных стволов шахт / Н.З Федоренко, Б.П. Колесник, Н.И. Старушкин и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность - 1969. -№1. - С. 24-26.

45.Дунаев, А.Н. Новый метод высадки наружных утолщений на концах труб / А.Н. Дунаев // Вестник машиностроения. - 1951. - №3. - С. 12-14.

46. Золотухин, Н.М. Высадка труб / Н.М. Золотухин, В.Я. Мильчевский // Кузнечно-штамповочное производство. - 1961. - №4. - 23-24.

47.Теория пластических деформаций металлов / Е.П. Унксов, У. Джонсон, В.Л. Колмогоров, Е.А. Попов и др. - М.: Машиностроение, 1983. - 598 с.

48. Выдрин, A.B. Алгоритмы решения задач механики сплошных сред методом линий скольжения: учебное пособие / A.B. Выдрин. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002.-24 с.

49.Гун, Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. / Г.Я. Гун. -М.: Металлургия, 1980.-456 с.

50.Выдрин, A.B. Математическая модель процесса высадки концов труб / A.B. Выдрин, A.B. Зинченко, Б.В. Баричко // Труды 19 Международной научно-практической конф. «Трубы-2011» - Челябинск: ОАО «РосНИТИ», 2011. -Ч.И - С. 270-275.

51.Выдрин, A.B. Моделирование напряженно-деформированного состояния при осадке высокой полосы (двухстороннее течение металла) / A.B. Выдрин,

A.B. Зинченко, Б.В. Баричко // Вестник ЮУрГУ: серия «Металлургия».-Вып. 18. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2012. - № 15 - С. 126-128.

52.Кузнецов, В.И. Оценка влияния выбора технологической смазки на силовые параметры высадки концов бурильных труб / В.И. Кузнецов, Б.В. Баричко, Н.П. Самкова и др. // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия».- М. «Черметинформация», 2010. - №1. -С.61-62.

53.Третьяков, A.B. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением: Справочник / A.B. Третьяков, В.И. Зюзин. - М.: Металлургия, 1973.-224 с.

54. Зюзин, В.И. Сопротивление деформации сталей при горячей прокатке / В.И. Зюзин, М.Я. Бровман, А.Ф. Мельников -М.: Металлургия, 1964. - 270 с.

55. Полухин, П.И. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник / П.И. Полухин, Г.Я. Гун, А.М. Галкин - М.: Металлургия, 1983.-352 с.

56. Андриюк, JI.B. Сопротивление деформации, пластические свойства сталей и сплавов и расчеты усилий при прокатке: Информационный справочник / JI.B. Андриюк, Г.Г. Тюленев. - Челябинск: НИИМ, 1970. - 80 с.

57. Колбасников, Н.Г. Лаборатория «Исследование и моделирование структуры и свойств металлических материалов» / Н.Г. Колбасников. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2011.-39 с.

58. Выдрин, В.Н. Установка для исследования сопротивления деформации металлов и сплавов при прокатке / В.Н. Выдрин, А.П. Смолин, В.И. Крайнов и др. // Сталь. - 1980. - №12. - С. 56- 61.

59. Крайнов, В.И. Оборудование, методика, результаты пластометрических исследований: Учебное пособие / В.И. Крайнов. - Челябинск: Изд-во ЧГТУ, 1995.-95 с.

60. Энергосиловые параметры процесса прокатки на станах сортового передела: учебное пособие / Ф.С. Дубинский, A.B. Выдрин, В.И. Крайнов, A.B. Шала-мов. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. - 30 с.

61. Линчевский, В.Б. Техника металлургического эксперимента: Учебное пособие для вузов / В.Б. Линчевский. - М.: Металлургия, 1992. - 240 с.

62. Организация металлургического эксперимента: Учебное пособие / Г.Е. Бе-лай, В.В. Дембовский, О.В. Соценко; под ред. В.В. Дембовского. - М.: Металлургия, 1993. - 256 с.

63. Фартушный, Р.Н. Определение сопротивления деформации сталей бурильных труб / Р.Н. Фартушный, A.B. Зинченко, Б.В. Баричко и др. // Металлург. - 2008. - №7 - С.52-54.

64. Зильберг, Ю.В. Теория обработки металлов давлением: монография / Ю.В. Зильберг. - Днепропетровск: Пороги, 2009. - С.391.

65.Грудев, А.П. Внешнее трение при прокатке / А.П. Грудев. - М.: Металлургия, 1973.-288 с.

66. Грудев, А.П. Трение и смазки при обработке металлов давлением: справочник / А.П. Грудев, Ю.В. Зильберг, В.Т. Тилик. - М.: Металлургия, 1982. -312 с.

67.Шифрин, М.Ю. Среднее удельное давление при осадке полых цилиндрических заготовок / М.Ю. Шифрин, А.Р. Пименов // Производство труб: сборник научных трудов. - М.: Металлургия, 1968. - №20. - С. 244-247.

68.Мульчин В.В. Анализ процесса высадки бурильных труб для получения удлиненной внутренней переходной зоны / В.В. Мульчин, A.B. Зинченко, Д.В. Понимаш // Труды IX Конгресса прокатчиков, Череповец: МОО «Объединение прокатчиков», 2013. - T.I. - С. 225-229.

69. A.c. 566665 СССР, МКИ B21J5/08. Устройство для высадки / В.А. Калашников, A.M. Мерзляков. - №2313620; - заявл. 08.01.76; опубл. 30.07.77. -Бюл. № 28.

70. А. с. 733835 СССР, МКИ B21J5/08. Установка для высадки / Е.А. Подольский, С.И. Бендет, Б.Щ. Друкер и др. - №2557813; - заявл. 23.12.77; опубл. 15.05.80. - Бюл. № 18.

71. А. с. 914163 СССР, МКИ B21J5/08. Устройство для высадки утолщений на концах труб / A.A. Родионов, И.В. Ганжов. - заявл. 13.05.80; опубл. 23.03.82. - Бюл. №11.

72. А. с. 528991 СССР, МКИ B21D41/00, B21F13/02. Штамп для высадки утолщений на концах труб / Г.М. Сорокин, В.А. Малюк, С.Н. Пляшкевич и др. -№2143601; - заявл. 12.06.75; опубл. 25.09.76. - Бюл. № 35.

73. А. с. 439335 СССР, МКИ B21D41/00, B21J13/12. Штамп для высадки утолщений на концах труб / В.Ф. Зимин, В.А. Береговой, В.Г. Ганчина и др. -№1898797; - заявл. 26.03.73; опубл. 15.08.74. - Бюл. № 30.

74. А. с. 997940 СССР, МКИ B21J5/08. Штамп для высадки утолщений на концах труб / И.А. Игнатович, В.В. Евстифеев, В.М. Колесников и др. -№3307617; - заявл. 26.06.81; опубл. 23.02.83.-Бюл. № 7.

75. А. с. 640812 СССР, МКИ B21J5/08. Штамп для электровысадки утолщений на концах трубных заготовок / В.Н. Дубинин, Е.А. Закуренов, С.Г. Костю-ченко и др. -№2509450; - заявл. 20.07.77; опубл. 05.01.79. - Бюл. № 1.

76. А. с. 560689 СССР, МКИ В21J13/02. Матрица для горячей высадки деталей / Э.С. Бородин, В.Ф. Музыка, A.C. Коломойцев и др. - №2304484;- заявл. 24.12.75; опубл. 05.06.77.-Бюл. № 21.

77. А. с. 568340 СССР, МКИ В29С17/02. Способ получения утолщения на трубах / Биллем Корнелис ден Хентог, Ворнер Ян де Путтер. - №1907151; - заявл. 19.04.73; опубл. 05.08.77. - Бюл. № 29.

78. А. с. 721225 СССР, МКИ B21D41/02. Способ изготовления утолщений на трубопроводах / А.Г. Кудинкин, Н.С. Поливанов, В.В Терехин. - №2652347; -заявл.. 04.08.78; опубл. 15.03.80.-Бюл. № 10.

79. Пат. 95115908 Российская федерация, МПК6 Е21В17/00. Бурильная труба / А.Ф. Шулежко, В.А. Шанилов, Ю.С. Фурман и др. -№95115908/03; - заявл. 12.09.95; опубл. 27.09.97. - Бюл. № 37.

80. Пат. 94043604 Российская федерация, МПК6 Е21В17/00. Стальная бурильная труба / В.Н. Пчелкин, С.С. Субботин, Е.М. Курнев. - №94043604/03; -заявл. 13.12.94; опубл. 27.06.97. - Бюл. № 30.

81. А. с. 571991 СССР, МПК6 B21J5/08. Устройство для высадки труб и стержней / В.А. Калашников, A.M. Мерзляков. - №2313525/27; - заявл. 08.01.76; опубл. 10.10.99. -Бюл. № 38.

82. Пат. 92008040 Российская федерация, МПК6 B21J5/08. Способ изготовления труб с высаженными концами / Г.Н. Хейфец, В.М. Янковский, Ф.Д. Гамидов и др. -№92008040/08; - заявл. 24.11.92; опубл. 20.03.97. - Бюл. № 10.

83. А. с. 597148 СССР, МПК6В2Ш/08, B21D41/00. Способ высадки труб / В.А. Калашников, A.M. Мерзляков, Ю.М. Бажанов. - №2191129/27; - заявл. 18.11.75; опубл. 10.10.99.-Бюл. № 38.

84. Пат. 2349436 Российская федерация, МПК7 В23Р15/00. Способ изготовления штампов для высадки концов труб / А.И. Брижан, Ю.В. Бодров, А.И. Грехов и др. - №2007122172/02; - заявл. 13.06.07; опубл. 20.03.09. - Бюл. № 10.

85. Пат. 2414983 Российская федерация, МПК7 B21J13/02. Способ высадки концов насосно-компрессорных труб А.И. Брижан, Ю.В. Бодров, А.И. Грехов и др. - №2009109344/02; - заявл. 16.03.09; опубл. 27.03.11. - Бюл. №11.

86. Кузнецов, В.И. Оценка влияния вида технологической смазки на силовые параметры высадки концов бурильных труб / В.И. Кузнецов, Б.В. Баричко, Н.П. Самкова и др. // Труды 17 Международной научно-практической конференции «Трубы-2009», Челябинск, 2009 Челябинск: ОАО «РосНИТИ», 2009.-С. 237-238.

87. А. с. 1640874 СССР, МПК7 B21D41/02. Пуансон для формообразования концов труб / Б.Н. Марьин, З.Х. Салехитдинов, А.И. Фурман. -№4717547/27; - заявл. 11.07.89; опубл. 20.03.05. - Бюл. № 8.

88. А. с. 95775 СССР, МПК6 B21D22/02. Матрица и пуансон для комбинированной высадки концов труб наружу / Ф.В. Вдовин. - № 10219/445779; - заявл. 30.06.52; опубл. 24.04.53. - Бюл. № 8.

89. Пат. 2446905 Российская федерация, МПК7 B21J5/08. Пуансон для высадки концов труб / Б.В. Баричко, A.B. Зинченко, В.И. Чурбанов и др. -№2010117694/02; -заявл. 04.05.10; опубл. 10.04.12. -Бюл. №10.

90. Пат. 2474485 Российская федерация, МПК7 B21J5/08. Способ комбинированной высадки концов труб / Б.В. Баричко, A.B. Зинченко, A.B. Выдрин и др.-№2011112244/02;-заявл. 30.03.11; опубл. 10.02.13.-Бюл. №4.

91. Баричко, Б.В. Исследование процесса высадки концов бурильных труб / Б.В. Баричко, A.B. Выдрин. A.B. Зинченко // Труды VIII Конгресса прокатчиков, Магнитогорск: Магнитогорский дом печати, 2010. - T.I. - С. 284-290.

92.Зинченко, A.B. Повышение эффективности процесса высадки концов труб / A.B. Зинченко, Б.В. Баричко, A.B. Выдрин // Труды 20 Международной научно-практической конференции «Трубы-2012». - Челябинск: ОАО «Рос-НИТИ», 2013, 4.II. - С. 1-3.

93.Зинченко, A.B. Разработка ресурсосберегающей технологи высадки концов труб // Труды VI Международной молодежной научно-практической конф. «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении» - Екатеринбург: ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина», 2012-С. 601-603.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ _УНИВЕРСИТЕТ» (НИУ)_

ЖДАЮ

чебной работе, экономических наук

A.B. Шмидт snic/гя- 2013 г.

СПРАВКА

об использовании методики расчета параметров высадки концов труб и программных продуктов «Upset», «Upset-API» в образовательном процессе кафедры «Машины и технологии обработки материалов давлением»

Настоящая справка составлена в том, что методика расчета параметров высадки концов труб и программные продукты «Upset», «Upset-API», разработанные соискателем ученой степени кандидата технических наук Зинченко A.B. (руководитель - профессор, д.т.н. Выдрин A.B.), используются в учебном процессе кафедры «Машины и технологии обработки материалов давлением».

Методика расчета параметров высадки концов труб и реализующие ее программные продукты «Upset», «Upset-API», являются частью диссертационной работы Зинченко Анны Владимировны.

Программные продукты «Upset», «Upset-API» позволяют с учетом выбранных исходных данных определять для различных вариантов процесса (односторонне и комбинированное течение металла): рациональное количество операций высадки, величину деформации, длины зон высадки и участков нагрева трубы, величину усадки, сопротивление деформации, усилия на пуансоне по всем операциям высадки на прессах различного типа. Кроме того, указанные программные продукты автоматически выдают информацию о профилировке рабочего инструмента (матриц и пуансонов), обеспечивающего получение расчетных параметров.

Комплект упомянутых компьютерных программ применяется в учебном процессе при проведении практических занятий по технологическим дисциплинам направления 150400.68 «Металлургия», выполнении курсовых и выпускных квалификационных работ.

Использование данных программных продуктов позволило повысить качество образовательного процесса по направлению, существенно приблизив его к реальным технологическим процессам и оборудованию для обработки металлов давлением, расширить объем тестовых заданий на практических занятиях и тематику выпускных квалификационных работ.

Зав. кафедрой МиТОМД, профессор, д.т.н. у/ / В. Г. Шеркунов

УТВЕРЖДАЮ

СПРАВКА

об использовании результатов научной работы

Настоящим документом подтверждаем, что результаты научного исследования, полученные в ходе выполнения диссертационной работы начальником трубной лаборатории Зинченко Анной Владимировной, использованы при проектировании технологического процесса высадки концов бурильных труб на участках отделки труб №2, №3 ТПЦ ОАО «ТАГМЕТ».

Разработанные Зинченко A.B. технологические режимы процесса высадки и профилировка рабочего инструмента (матриц и пуансонов) применены при корректировке технологических инструкций:

- Специальный процесс: высадка концов стальных труб на участке отделки труб №2: технологическая инструкция ОТ 157-ТПЦ-220-11: редакция 1 -Таганрог: ОАО «ТАГМЕТ», 2011. - 44 е.;

- Специальный процесс: высадка концов стальных труб на участке отделки труб №3 ТПЦ: технологическая инструкция ОТ 157-ТПЦ-301-12: редакция 2 - Таганрог: ОАО «ТАГМЕТ», 2012. - 47 с.

И.о.начальника ТПЦ

Начальник ИТЦ

В.А. Кислицкий

A.B. Красиков

УТВЕРЖДАЮ Технический директор

технологии высадки ] в три операции на высадочном прессе SMS Meer участка отделки труб № 3 ТПЦ

АКТ ВН

В.В. Мульчин

Настоящим актом подтверждаем, что на ОАО «ТАГМЕТ» согласно проведенной НИР № 32-15-2-2011 под руководством начальника трубной лаборатории A.B. Зинченко внедрена технология высадки концов бурильных труб в три операции на высадочном прессе SMS Meer участка отделки труб № 3 ТПЦ.

Внедрение технологии высадки концов бурильных труб в три операции на высадочном прессе SMS Meer позволило увеличить производительность пресса высадки SMS Meer в 1,56 раза; уменьшить затраты на приобретение высадочного инструмента в связи с использованием меньшего количества пуансонов и сократить расходы предприятия при производстве каждой тонны продукции на 631,98 рублей.

Начальник ТПЦ

Зам. технического директ по технологии

С.М. Михайлов

А.Н. Кузнецов

Открытое акционерное общество «Таганрогский металлургический завод»

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Факс: 310426,650312

j^il» ноября 2011г. №

Начальнику УСК А.А. Карнауху

Служебная записка

В ответ на Ваш запрос № 50/01-20-63 от 21 ноября 2011г. предоставляем расчет экономической эффективности (прил.1) пилотного проекта' '№2 «Сокращение премени п{ ой1 водственного цикла для высадки концов труб 127x9,19мм по API Spec 5 DP на прессе высадки SMS Меег в ТПЦ», выполняемого в рамках концепции «Six Sigma,LEAN».

Приложение на 1-м листе в 1 экз.

Шчлльник экономического управления

Ис к Арбузова С.Ю. Те. „42 05