Моделювання та удосконалення операції розкочування східчастої пустотілої заготовки профільованим інструментом

Автор(и)

  • Oleg Markov Донбаська державна машинобудівна академія вул. Академічна, 72, м. Краматорськ, Україна, 84313, Україна https://orcid.org/0000-0001-9377-9866
  • Maksym Kosilov Донецька обласна державна адміністрація вул. Олекси Тихого, 6, м. Краматорськ, Україна, 84306, Україна https://orcid.org/0000-0001-6412-3366
  • Volodymyr Panov ПАТ «Енергомашспецсталь» вул. Олекси Тихого, 1, м. Краматорськ, Україна, 84305, Україна https://orcid.org/0000-0002-2373-319X
  • Volodymyr Kukhar Приазовський державний технічний університет вул. Університетська, 7, м. Маріуполь, Україна, 87555, Україна https://orcid.org/0000-0002-4863-7233
  • Sergii Karnaukh Донбаська державна машинобудівна академія вул. Академічна, 72, м. Краматорськ, Україна, 84313, Україна https://orcid.org/0000-0003-2878-4065
  • Nadiia Ragulina Донбаська державна машинобудівна академія вул. Академічна, 72, м. Краматорськ, Україна, 84313, Україна https://orcid.org/0000-0003-0199-2833
  • Pavlo Bochanov Донбаська державна машинобудівна академія вул. Академічна, 72, м. Краматорськ, Україна, 84313, Україна https://orcid.org/0000-0003-2813-6332
  • Pavlo Rizak ПАТ «Новокраматорський машинобудівний завод» вул. Олекси Тихого, 1, м. Краматорськ, Україна, 84305, Україна https://orcid.org/0000-0003-2574-2521

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.183663

Ключові слова:

кування кілець, операція розкочування, крупні поковки, східчаста обичайка, бойок, східчастий інструмент, конусність

Анотація

На основі моделювання досліджено новий технологічний процес кування масивних ступінчатих пустотілих обичайок. Цей процес полягає у розкочуванні пустотілої заготовки східчастим деформуючим інструментом. Розроблена методика експериментального моделювання на основі закону геометричної подоби. Методика дозволяє встановлювати закономірності змінення форми пустотілої заготовки та утворення поверхневих дефектів при деформуванні східчастим інструментом. Параметром, який варіювався, був відносна висота уступу (співвідношення діаметрів) вихідної заготовки. За результатами досліджень визначалась конусність обичайок, яка утворюється в процесі кування за новим способом. Дослідження проводилися заготовках зі свинцю та сталі.

Моделювання дозволило визначити, що деформування ступінчастим інструментом може призводити до появи конусності на обичайці. Ці результати можна пояснити тим, що в процесі деформування уступу пустотілої заготовки відбувається більш інтенсивна деформація обичайки у тангенціальному напрямку, ніж в виступі через різницю товщин ступінчастої пустотілої заготовки. Зростання ступеня деформації виступу призводить до збільшення його діаметру. Макроструктурне дослідження стінки східчастої обичайки дозволило встановити, що процес кування східчастої пустотілої заготовки бойком з виступом призводить до утворення волокнистої структури, яка співпадає з профілем ступінчастої деталі. Таке розташування волокна виключає можливість їх перерізання у процесі механічній обробці. За результатами експериментального моделювання було визначено, що кування східчастих пустотілих обичайок стає можливим, що розширяє технічні можливості операції розкочування масивних деталей відповідального призначення

Біографії авторів

Oleg Markov, Донбаська державна машинобудівна академія вул. Академічна, 72, м. Краматорськ, Україна, 84313

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра "Комп’ютеризовані дизайн і моделювання процесів і машин"

Maksym Kosilov, Донецька обласна державна адміністрація вул. Олекси Тихого, 6, м. Краматорськ, Україна, 84306

Головний спеціаліст

Департамент економіки

Volodymyr Panov, ПАТ «Енергомашспецсталь» вул. Олекси Тихого, 1, м. Краматорськ, Україна, 84305

Начальник цеху

Ковальсько-пресовий цех

Volodymyr Kukhar, Приазовський державний технічний університет вул. Університетська, 7, м. Маріуполь, Україна, 87555

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра "Обробка металів тиском"

Sergii Karnaukh, Донбаська державна машинобудівна академія вул. Академічна, 72, м. Краматорськ, Україна, 84313

Кандидат технічних наук, доцент, завідувач кафедри

Кафедра «Основи проектування машин»

Nadiia Ragulina, Донбаська державна машинобудівна академія вул. Академічна, 72, м. Краматорськ, Україна, 84313

Кандидат економічних наук, доцент

Кафедра «Економіка підприємства»

Pavlo Bochanov, Донбаська державна машинобудівна академія вул. Академічна, 72, м. Краматорськ, Україна, 84313

Старший викладач

Кафедра "Комп’ютеризовані дизайн і моделювання процесів і машин"

Pavlo Rizak, ПАТ «Новокраматорський машинобудівний завод» вул. Олекси Тихого, 1, м. Краматорськ, Україна, 84305

Старший майстер

Посилання

  1. Markov, O., Gerasimenko, O., Khvashchynskyi, A., Zhytnikov, R., Puzyr, R. (2019). Modeling the techological process of pipe forging without a mandrel. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (1 (99)), 42–48. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.167077
  2. Kukhar, V., Balalayeva, E., Hurkovska, S., Sahirov, Y., Markov, O., Prysiazhnyi, A., Anishchenko, O. (2019). The Selection of Options for Closed-Die Forging of Complex Parts Using Computer Simulation by the Criteria of Material Savings and Minimum Forging Force. Intelligent Communication, Control and Devices, 325–331. doi: https://doi.org/10.1007/978-981-13-8618-3_35
  3. Markov, O. E., Gerasimenko, O. V., Shapoval, A. A., Abdulov, O. R., Zhytnikov, R. U. (2019). Computerized simulation of shortened ingots with a controlled crystallization for manufacturing of high-quality forgings. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 103 (5-8), 3057–3065. doi: https://doi.org/10.1007/s00170-019-03749-4
  4. Markov, O. E., Gerasimenko, O. V., Kukhar, V. V., Abdulov, O. R., Ragulina, N. V. (2019). Computational and experimental modeling of new forging ingots with a directional solidification: the relative heights of 1.1. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 41 (8). doi: https://doi.org/10.1007/s40430-019-1810-z
  5. Markov, O., Gerasimenko, O., Aliieva, L., Shapoval, A., Kosilov, M. (2019). Development of a new process for expanding stepped tapered rings. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (1 (98)), 39–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.160395
  6. Markov, O., Zlygoriev, V., Gerasimenko, O., Hrudkina, N., Shevtsov, S. (2018). Improving the quality of forgings based on upsetting the workpieces with concave facets. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (95)), 16–24. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142674
  7. Sang-Hun, O., Jung, N., Seog-Ou, Ch., Dong-Hee, L. (2011). A study on the fabrication of a large hollow ingot by CAE. 18th International forgemasters meeting, 12-15 September 2011. Pittsburgh, 179–182.
  8. Ohashi, N., Enami, T., Wanaka, H., Aso, K. (1984). Manufacturing process and properties of nuclear RPV shell ring forged from hollow ingot. Nuclear Engineering and Design, 81 (2), 193–205. doi: https://doi.org/10.1016/0029-5493(84)90007-4
  9. Machovčák, P., Opler, A., Carbol, Z. et. al. (2013). The development of hollow ingot casting technology at Vítkovice Heavy Machinery A.S. Metal: 22nd International Conference on Metallurgy and Materials. Brno.
  10. Jha, A. K., Sreekumar, K., Tharian, T., Sinha, P. P. (2010). Process optimization for high fracture toughness of maraging steel rings formed by mandrel forging. Journal of Manufacturing Processes, 12 (1), 38–44. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2010.01.007
  11. Bao-zhong Wang, Kai-quan, L., Ying, L., Wen-hui, Z., De-li Zhao. (2014). Development of Mono-bloc Forging for CAP1400 Reactor Pressure Vessel. Energy Materials 2014, 443–450. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-48765-6_52
  12. Wang, B. (2017). Development of mono-bloc nozzle shell for CAP1400 RPV. Book of Abstracts: 20th International forgemasters meeting. Graz, 52.
  13. Tanaka, Y. (2015). Reactor pressure vessel (RPV) components: processing and properties. Irradiation Embrittlement of Reactor Pressure Vessels (RPVs) in Nuclear Power Plants, 26–43. doi: https://doi.org/10.1533/9780857096470.1.26
  14. Berger, T., Murai, E., Kurihara, I., Nakamura, T., Sasaki, T., Yoshida, T., Koyama, Y. (2007). High intensity forging for nuclear applications: Manufacturing and properties of nozzle shell with integral flange for EPR reactor pressure vessel. Ironmaking & Steelmaking, 34 (3), 205–210. doi: https://doi.org/10.1179/174328107x174717
  15. Nie, S. M., Yu, Z. Q., Meng, D. N., Qi, R. S., Liu, X. G., Jin, M. (2013). Research on Key Processing Technology of Nuclear Power Tapered Cylinder Forging. Advanced Materials Research, 690-693, 2387–2392. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.690-693.2387
  16. Sun, M., Hao, L., Li, S., Li, D., Li, Y. (2011). Modeling flow stress constitutive behavior of SA508-3 steel for nuclear reactor pressure vessels. Journal of Nuclear Materials, 418 (1-3), 269–280. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2011.07.011
  17. Suzuki, K., Sato, I., Kusuhashi, M., Tsukada, H. (2000). Current steel forgings and their properties for steam generator of nuclear power plant. Nuclear Engineering and Design, 198 (1-2), 15–23. doi: https://doi.org/10.1016/s0029-5493(99)00273-3
  18. Cleaver, C., Allwood, J. (2017). Incremental profile ring rolling with axial and circumferential constraints. CIRP Annals, 66 (1), 285–288. doi: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.114
  19. Kermanpur, A., Eskandari, M., Purmohamad, H., Soltani, M. A., Shateri, R. (2010). Influence of mould design on the solidification of heavy forging ingots of low alloy steels by numerical simulation. Materials & Design, 31 (3), 1096–1104. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2009.09.045
  20. Khoury, I., Giraud-Moreau, L., Lafon, P., Labergére, C. (2006). Towards an optimisation of forging processes using geometric parameters. Journal of Materials Processing Technology, 177 (1-3), 224–227. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.04.081
  21. Kakimoto, H., Arikawa, T., Takahashi, Y., Tanaka, T., Imaida, Y. (2010). Development of forging process design to close internal voids. Journal of Materials Processing Technology, 210 (3), 415–422. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.09.022
  22. Suzuki, K., Sato, I., Tsukada, H. (1994). Manufacturing and material properties of ultralarge size forgings for advanced BWRPV. Nuclear Engineering and Design, 151 (2-3), 513–522. doi: https://doi.org/10.1016/0029-5493(94)90192-9
  23. Chen, K., Yang, Y., Shao, G., Liu, K. (2012). Strain function analysis method for void closure in the forging process of the large-sized steel ingot. Computational Materials Science, 51 (1), 72–77. doi: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2011.07.011
  24. Banaszek, G., Stefanik, A. (2006). Theoretical and laboratory modelling of the closure of metallurgical defects during forming of a forging. Journal of Materials Processing Technology, 177 (1-3), 238–242. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.04.023
  25. Bocquet, P., Blondeau, R., Poitrault, I., Badeau, J. P., Dumont, R. (1991). Improvement in the reliability of shells for light water reactors by manufacture from hollow ingots. Nuclear Engineering and Design, 130 (3), 467–475. doi: https://doi.org/10.1016/0029-5493(91)90237-c
  26. Raz, K., Vaclav, K. (2014). Using of a Hydraulic Press in Production and Manufacturing of Large Rings. Procedia Engineering, 69, 1064–1069. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.03.091
  27. Onodera, S., Kawaguchi, S., Tsukada, H., Moritani, H., Suzuki, K., Sato, I. (1985). Manufacturing of ultra-large diameter 20 MnMoNi 5 5 steel forgings for reactor pressure vessels and their properties. Nuclear Engineering and Design, 84 (2), 261–272. doi: https://doi.org/10.1016/0029-5493(85)90196-7
  28. Markov, O. E., Perig, A. V., Zlygoriev, V. N., Markova, M. A., Kosilov, M. S. (2017). Development of forging processes using intermediate workpiece profiling before drawing: research into strained state. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 39 (11), 4649–4665. doi: https://doi.org/10.1007/s40430-017-0812-y
  29. Markov, O. E., Perig, A. V., Zlygoriev, V. N., Markova, M. A., Grin, A. G. (2016). A new process for forging shafts with convex dies. Research into the stressed state. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 90 (1-4), 801–818. doi: https://doi.org/10.1007/s00170-016-9378-6

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-11-14

Як цитувати

Markov, O., Kosilov, M., Panov, V., Kukhar, V., Karnaukh, S., Ragulina, N., Bochanov, P., & Rizak, P. (2019). Моделювання та удосконалення операції розкочування східчастої пустотілої заготовки профільованим інструментом. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(1 (102), 19–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.183663

Номер

Том 6 № 1 (102) (2019): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Oleg Markov, Maksym Kosilov, Volodymyr Panov, Volodymyr Kukhar, Sergii Karnaukh, Nadiia Ragulina, Pavlo Bochanov, Pavlo Rizak

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.