Modeling of Radial Foring of a Hollow Ingot in Multiple Die Units

A. N. Shubina; N. A. Babailov

doi:10.17804/2410-9908.2017.4.006-015

A. N. Shubina, N. A. Babailov

MODELING OF RADIAL FORING OF A HOLLOW INGOT IN MULTIPLE DIE UNITS

DOI: 10.17804/2410-9908.2017.4.006-015

The paper reports on the results of modeling the swaging of hollow preforms in a multi-die forging unit. The deformation of a continuously cast hollow preform produced by casting-deformation modules to be rolled, e.g. in multi-roll mills, is studied. To estimate the adequacy of the theoretical model of forming in the deformation of the hollow preform, we studied the deformation of the preform on model materials, particularly, with the use of lead. Critical strain is determined, i. e. the strain at the moment of hollow closing to obtain a solid billet. The main parameters affecting critical reduction are the initial geometry of the hollow ingot and the relative feed of the ingot into the dies. The ingots are deformed on a special experimental 8-die unit providing a closed deformation zone in the whole interval when the dies close up. The device is designed to model swaging of preforms made of a model material, up to 45 mm in diameter. The deformation is performed by radial swaging with displacement. The processing of the experimental data by regression analysis offers the values of the coefficients of approximating equations for the obtained experimental data. The experimental data are compared with the calculation results for a mathematical model of hollow ingot deformation, based on Kolmogorov’s variational method. The use of the Fisher criterion demonstrates a good agreement of the measurement results with the theoretical data obtained from mathematical models.

Keywords: continuously cast ingot, multi-die unit, swaging, modeling material, critical reduction

References:

Korshunov E.A., Kobyakov N.S., Kostrov V.P., Melnikov E.V. Continuous casting and combined metal processing with a repeated upward billet discharge from the mold. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya, 1987, no. 10, pp. 140–141. (In Russian).
Burkin S.P., Korshunov E.A., Shakhpazov E.Kh., Smirnov V.K., Babailov N.A., Loginov Yu.N. Minimization of consumable power during manufacturing the steel rolled products in the casting-and-deforming modules. Stal, 1996, no. 6, pp. 29–33. (In Russian).
Bourkine S.P., Loginov Y.N., Shimov V.V., Babailov N.A. Energy analysis of a through-put radial forging machine. Journal of Materials Processing Technology, 1999, vol. 86, iss. 1–3, pp. 291–299.
Bourkin S.P., Korshunov E.A., Loginov Y.N., Mironov G.V. A method of production of steel and the unit for its implementation. RU Patent 2133650, 1999. (In Russian).
Bourkin S.P. Mironov G.V., Korshunov E.A., Loginov Y.N. Metal complex to produce. RU Patent 2106930, 1998. (In Russian).
Burkin S.P., Korshunov E.A., Shimov V.V., Babailov N.A., Andryukova E.A., S.P. Burkin, ed. Razrabotka mashin i tekhnologiy metallurgii pri innovatsionnom riske [Development of Machinery and Technologies of Metallurgy with Innovation Risk: textbook]. Ekaterinburg, UrFU Publ, 2010, 498 p. (In Russian).
Volodin A.M., Lazorkin V.A., Petrov N.P., Nikitin V.V. Four-die forging apparatus. RU Patent 2314175, 2008, Bul. no. 1. (In Russian).
Volodin A.M., Lazorkin V.A. On the advantage of bar forging on a hydraulic forging presses in four-die forging devices. Kuznechno-Shtampovochnoe Proizvodstvo. OMD, 2009, no. 11, pp. 17–23. (In Russian).
V.A. Tyurin, V.A. Lazorkin, I.A. Pospelov, G.P. Flakhovsky, eds. Kovka na radialnoobzhimnykh mashinakh [Forging on Radial-Swaging Machines]. М., Mashinostroenie Publ., 1990, 256 p. (In Russian).
Kolmogorov V.L. Mekhanika obrabotki metallov davleniem [Mechanics of Metal Forming]. Ekaterinburg, UGTU–UPI Publ., 2001, 836 p. (In Russian).
Burkin S.P., Babailov N.A. Studying the forming of a hollow continuously cast billet. Izvestiya VUZov. Chernaya Metallurgiya, 1997, no. 9, pp. 40–44. (In Russian).
Burkin S.P., Babailov N.A. Energy and force parameters of a hollow billet under radial swaging. Kuznechno-Shtampovochnoe Proizvodstvo, 1997, no. 8, pp. 8–10. (In Russian).
Babailov N.A., Bourkin S.P. The mathematical model of radial forging of a hollow continuously cast ingot. In: R.J. Furness et al. eds. Proceedings of the ASME Manufacturing Engineering Division, MED, vol. 11, NY, ASME, 2000, pp. 515–522.
Babailov N.A., Burkin S.P., Loginov Yu.N. On the determination of strain resistance in radial swaging by a multi-die unit. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya, 1998, no. 6, pp. 31–32. (In Russian).
Babailov N.A., Loginov Yu.N. Forging press block having a yoke with a rotary drive. RU Patent 2016131011, 2017, Bul. no. 20. (In Russian).
Kassandrova O.N., Lebedev V.V. Obrabotka resultatov nabludeniy [Processing of Observation Results]. М., Nauka Publ., 1970, 104 p. (In Russian).

А. Н. Шубина, Н. А. Бабайлов

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИАЛЬНОЙ КОВКИ ПОЛОЙ ЗАГОТОВКИ В МНОГОБОЙКОВЫХ БЛОКАХ

В статье представлены результаты моделирования протяжки полых заготовок в многобойковом ковочном блоке. Исследуется процесс деформации непрерывнолитой полой заготовки, получаемой на литейно-деформационных модулях, с целью дальнейшей прокатки, например, в многовалковых прокатных станах. Для оценки адекватности теоретической модели формоизменения при деформации полой заготовки проведено исследование деформации заготовки на модельных материалах, в частности с использованием свинца. В работе определялась критическая степень деформации - момент заковки полости заготовки (или смыкания стенок заготовки), с целью получении сплошной заготовки. Основные параметры, влияющие на критическое обжатие - начальная геометрия полой заготовки и относительная подача заготовки в бойки блока. Деформация заготовок была осуществлена на специальном 8-бойковом экспериментальном блоке, который обеспечивает замкнутый очаг деформации во всем интервале при смыкании бойков. Это устройство предназначено для моделирования проходной радиальной ковки заготовок из модельного материала с диаметром до 45 мм. При деформации заготовки осуществляется процесс радиального обжатия со сдвигом. При обработке опытных данных с помощью методов регрессионного анализа получены значения коэффициентов аппроксимирующих уравнений для полученных экспериментальных данных. Приведено сравнение опытных данных с расчетными результатами для математической модели деформации полой заготовки на основе вариационного метода В.Л.Колмогорова. Использование критерия Фишера в данной работе показало хорошую сходимость полученных результатов измерений и полученных теоретических данных на основе математических моделей.

Ключевые слова: непрерывнолитая заготовка, многобойковый блок, проходная радиальная ковка, протяжка, заковка полости, модельный материал, критическое обжатие

Библиография:

Непрерывная разливка и совмещенная металлообработка при периодической выдаче заготовок из кристаллизатора вверх / Е. А. Коршунов, Н. С. Кобяков, В. П. Костров, Е. В. Мельников // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 1987. – № 10. – С. 140–141.
Минимизация потребляемой мощности при производстве стального проката на литейно-деформационных модулях / С. П. Буркин, Е. А. Коршунов, Е. Х. Шахпазов, В. К. Смирнов, Н. А. Бабайлов, Ю. Н. Логинов // Сталь. – 1996. – № 6. – С. 29–33.
Energy analysis of a through-put radial forging machine / S. P. Bourkine, Y. N. Loginov, V. V. Shimov, N. A. Babailov // Journal of Materials Processing Technology. – 1999. – Vol. 86, iss. 1–3. – P. 291–299. – DOI: 10.1016/S0924-0136(98)00319-7
Способ производства металлопродукции и агрегат для его осуществления : пат. 2133650 Рос. Федерация / Буркин С. П., Коршунов Е. А., Логинов Ю. Н., Миронов Г. В. – № 98115371/02 ; заявл. 04.08.1998, опубл. 27.07.1999.
Комплекс для получения металлопродукции : пат. 2106930 Рос. Федерация / Буркин С. П., Миронов Г. В., Коршунов Е. А., Логинов Ю. Н. – № 96106819/02 ; заявл. 08.04.1996 ; опубл. 20.03.1998.
Ресурсо- и энергосбережение в металлургии. Разработка машин и технологий металлургии при инновационном риске : учебник : в двух книгах : книга 1 / С. П. Буркин, Е. А. Коршунов, В. В. Шимов, Н. А. Бабайлов, Е. А. Андрюкова ; под общ. ред. С. П. Буркина. – Екатеринбург : УрФУ, 2010. – 498 с.
Четырехбойковое ковочное устройство : пат. 2314175 Рос. Федерация / Володин А. М., Лазоркин В. А., Петров Н. П., Никитин В. В., ОАО «Тяжпрессмаш». – № 2005139668/02 ; заявл. 19.12.2005 ; опубл. 10.01.2008, Бюл. № 1.
Володин А. М., Лазоркин В. А. О достоинствах технологии ковки слитков на гидравлических ковочных прессах в четырехбойковых ковочных устройствах // Кузнечно-штамповочное производство. ОМД. – 2009. – № 11. – С. 17–23.
Ковка на радиально-обжимных машинах / В. А. Тюрин, В. А. Лазоркин, И. А. Поспелов, Г. П. Флаховский / под общ. ред. В. А.Тюрина. – М. : Машиностроение, 1990. – 256 с.
Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. – Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2001. – 836 с.
Буркин С. П., Бабайлов Н. А. Исследование формоизменения полой непрерывнолитой заготовки // Известия ВУЗов. Черная металлургия. – 1997. – № 9. – С. 40–44.
Буркин С. П., Бабайлов Н. А Энергосиловые параметры при радиальном обжатии полой заготовки // Кузнечно-штамповочное производство. –1997. – № 8. – С. 8–10.
Babailov N. A., Bourkin S. P. The mathematical model of radial forging of a hollow continuously cast ingot // Proceedings of the ASME Manufacturing Engineering Division, MED / ed. by R. J. Furness et al. – NY : ASME, 2000. – Vol. 11. – P. 515–522.
Бабайлов Н. А., Буркин С. П., Логинов Ю. Н. Об определении сопротивления деформации при радиальном обжатии многобойковым блоком // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 1998. – № 6. – С. 31–32.
Ковочный блок пресса, имеющего траверсу с приводом вращения : пат. на полезную модель 172547 U1 / Бабайлов Н. А., Логинов Ю. Н. – № 2016131011 ; заявл. 27.07.2016 ; опубл. 11.07.2017, Бюл. № 20.
Кассандрова О. Н., Лебедев В. В. Обработка результатов наблюдений. – М. : Наука, 1970. – 104 с.

Библиографическая ссылка на статью

Shubina A. N., Babailov N. A. Modeling of Radial Foring of a Hollow Ingot in Multiple Die Units // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2017. - Iss. 4. - P. 6-15. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2017.4.006-015. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_147.html
(accessed: 26.04.2025).