Технологический инструмент для винтовой прокатки труб

 

Изобретение относится к трубопрокатному производству и касается инструмента обкатных или трехвалковых раскатных станов винтовой прокатки . Целью изобретения является повышение точности диаметральных размеров труб. Технологический инструмент для винтовой прокатки труб включает три приводных валка с входным, пережимным и выходным участками, развернутых на углы подачи и раскатки, и многоконусную оправку с выступами пе

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 В 21 В 19/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4208504/31-02 (22) 16.03.87 (46) 23.09.88. Бюл. h" 35 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) В. К, Шумилин, И. Г. Гетия, В. Я. Осадчий, M. А. Левшунов, В. В. Фролочкин, А. С. Попов и Б. И. Тартаковский (53) 621.774.353(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 829255, кл. В 21 В 19/14, 1979.

Матвеев Н3, Y... Вабкин Я. Л. Калибровка инструмента трубных станов.

M.: Металлургия, 1970, с. 76 — 79.

„. Я0„„1424888 А1 (54) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ

ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ (57 ) Изобретение относится к трубопрокатному производству и касается инструмента обкатных или трехвалковых раскатных станов винтовой прокатки. Целью изобретения является повышение точности диаметральных размеров труб. Технологический инструмент для винтовой прокатки труб включает три приводных валка с входным, пережимным и выходным участками, развернутых на углы подачи и раскатки, и многоконусную оправку с выступами пе!

424888

1О ременной высс ты, именшук. направляющий участок и четыре основных. входной, калибрующий 7, конический рабо— чий и цилиндрический. Высота выступов в каждом поперечном сечении входного и калибрующего участков составляет 0,03-0,08, а радиус кривизны в вершине выступов — 0,06-0,15 от величины диаметра цилиндрического уч астка оправки, На коническом рабочем участке оправки высота выступов плав-! но уменьшается до нуля. При этом дли- .

1 на входного, калибрующего и рабочего (, конического участков оправки составляет 0,15-0,35; 1,02-1,05 и 0,6-0,8 длин соответствующих им участков рабочего валка, а углы наклона образуИзобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано, в частности, на агрегатах с трехвалковыми раскатными станами

5 для повышения точности размеров диаметра труб, в том числе и подшипников ых.

Цель изобретения — повышение точ— ности диаметральных размеров труб.

На фиг, 1 схематично изображен предлагаемый технологический инструмент; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг . 1; на фиг, 4 — технологич еский инструмент для. винтовой прокатки труб (изделий) большого диаметра с роликовой оправкой; на фиг. 5 — сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 6 — схема конкретного выполнения инструмента. 20

Технологический инструмент включа ет три валка, каждый с входным 1, пережимным 2 и выходным 3 участками и оправку с выступами 4 (роликами), 25 имеющую направляющий участок 5 и три основных участка: входной 6, калибрующий 7 и рабочий конический 8 соответственно участкам валка, причем каждый из участков валка (и соответству- 30 ющий участок оправки) может быт многоконусньп . Оправка закреплена на стержне 9. Лиаметр оправки с1,„ определяется на цилиндрическом участке. к ших этих участкс в отличаются г т углов наклсна участков калибровки валка соответственно на + (0,3-1), + (0,1-0,5) и — (0,8-1,5), Инструмент позволяет осуществлять только местное, локальное обжатие прокатываемой трубы по стенке, повысить устой— чивость профиля ее поперечного сечения, значительно снизить величину растягивающих тангенциальных напряжений. Использование данного инстру— мента позволяет повысить точность наружного и внутреннего диаметров и толщины стенки прокатываемых труб, улучшить качество их наружной и внутренней поверхности и снизить расходный коэффициент металла..6 ил.

При прокатке труб большего диамет1 ра, когда сплошная оправка имеет большую массу, можно использовать оправку с тремя многоконусными роликами, продольный грофиль которых соответствует продольному профилю сплошной оправки, причем минимальный диаметр роликов на участке, соответствуюшем пережиму валков, составляет

0,12-0, 24 эквивалентного диаметра сплошной оправки на этом участке или

0,28-0,55 расстояния между осью роликов и осью оправки.

Дпя устранения вероятности появ— ления растягивающих напряжений и дефектов на внутренней поверхности труб, а также дополнительного повыше— ния их точности оправку с выступами (или оправку с роликами) перед прокаткой устанавливают по отношению к валкам так, что плоскость, проходящую через ось оправки и вершину выступа или ось оправки и ось ролика, о смещают на 4-10 от плоскости, прохоцящей через вертикальный диаметр оправки или через ось валка и оправки при нулевом угле подачи на валке, а затем выставляют требуемый угол подачи, после чего начинают прокатку, Прокатка труб происходит между тремя многоконусными валками и предлагаемой оправкой таким образом, что

1424888 достигается касание вhlcòóïàèè оправ-, ки или роликами внутренней поверхности трубы только в определенных местах поперечного сечения. Это значительно увеличивает устойчивость попе- . речного профиля трубы, позволяет повысить обжатие по диаметру, снизить возможность (вероятность) появления значительных растягивающих напряжений на внутренней поверхности трубы.

Кроме того, исключается (или значительно снижается) влияние колебания исходных размеров черновых труб, например, со стана Ассела, на протекание процесса прокатки в последующем стане на предлагаемом технологическом инструменте, что снижает также изменение разнодиаметрности (наружной и внутренней) как по длине одной трубы, так и в партии труб.

Значение высоты выступов на оправке и радиуса кривизны выступов определены экспериментально на лабораторном стане винтовой прокатки и на ос- 25 новании теоретических исследований напряженно-деформированного состояния при прокатке тонкостенных труб, Длины участков валка соответственно равны 1, l и 1, а основных участ-30 ков оправки — соответственно 1ч,, 1

1 . Длина переднего направляющего участка равна 1,„, длина участка с уменьшающейся по линейному закону высотой выступов, расположенного за калибрующимся участком оправки 1» = (0,4-0,6)1ь (этот участок является частью конического рабочего участка).

Высота выступов 4 h ðàâíà 0,03

0,08 от диаметра цилиндрической ча- 40 сти оправки Й „, т.е. hm (0>03

0,08)с1 „.

Установлено, что отличия в углах конусности на соответствующих участках оправки с выступами валка должны 45 составлять 0,3 — 1; 0,1 — 0,5 и 0,8— о

1,5 соответственно для участков

6 — 8 оправки.

При различии в углах валка и вью ступа (ролика) вышее, чем 0,5 и 1,5 на этих участках калибровка труб по внутреннему диаметру практически не осуществляется, кроме того возможно появление внутренних дефектов.

При различии в углах наклона вход. ного участка валка оС и первого за направляющим по ходу прокатки конического участка выступа (ролика) о менее чем 0 3 щель между валком и выступом (роликом) практически параллельна. С учетом явления утолщения стенки в межвалковых промежутках от пластического изгиба определенной фактической поперечной и продольной разностенности труб, приходящих на калибровочный стан со стана Ассела (раскатного), других неровностей на наружной н внутренней поверхностях (например, разнодиаметрность по длине труб и др.) это может привести: к значительному обжатию по толщине стенки отдельных участков трубы, что недопустимо в данном процессе.

При различии oLt и м, более чем на о

1 касание трубы по внутреннему диаметру с оправкой практически не осуществляется, особенно в конце участка.

Выполнение на участках 6 и 7 угла наклона выступа (ролика) к оси прокатки на 0,1-0,5 больше и на 0,8— о

1, 5 меньше, чем угол наклона образующей валка на калибрующем и выходном участках, обусловлено аналогичными соображениями.

При различии в углах менее чем о о

О, 1 и 0,8 возможно возникновение больших обжатий по стенке на наиболее ответственных участках валка, что недопустимо, особенно при прокатке тонкостенных труб (d/S 9) .

При величинах высоты выступа менее 0,03 диаметра оправки d, и радиуса кривизны менее 0,06 диаметра оправки d, необходима очень тщательная настройка стана, кроме того, при малых величинах выступов и наличии их износа во время работы пропадает эффект локального контакта с трубой, что приводит к нарушению процесса, плохому калиброванию внутреннего диаметра труб, увеличению их разнодиаметрности. При малых радиусах кривизны выступа возможно нарушение плавного контакта металла с оправкой, появление прорезов, задиров на внутренней поверхности труб, возникают трудности в настройке стана °

При высоте выступов 0,08 d è радиусе кривизны выступов более

0,15 й„„ также пропадает или ухудшается эффект локального (в определенных местах поперечного сечения трубы) деформирования, так как возможны значительный охват оправки внутренней по" верхности трубы и затруднение ведения процесса.

1424888

Г!ров еденные ис следов а ни я на лаба раторном стане показали, . что лучшее сочетание скоростных, деформацианных показателей и точности па наружному и внутреннему диаметрам имеет место при следующих соотношениях между длинами соответствующих участков оправки и валка: 1д, = (0,15 — 0,35)1А, ьо = (1,02 — 1,05) 1ь 1ьо (0,6 — 10

0,8) 1

При 1по < 0,15 1 теряется "поддерживающий эффект оправки, позволяющий повысить устойчивость профиля трубы при значительном редуцировании по диаметру до пережима валков (т,е. во входном конусе очага деформации) .

При 1 по > О, 35 1 и наблюдается неустойчивый в таричньп» захв ат.

При 1ео 1,02 1 требуется очень, 20 тщательная настройка стана, любое смещение оправки в осевом направлении может привести к значительному искажению щели между валком и оправкой. 25

При 1в > !,05 1 также трудно установить требуемые зазоры между валком и оправкой, особенно при износе валков, При 1а 0,6- 1 профиль трубы не З0 успевает приобретать круглую форму (при значительных обжатиях па диамет ру на участке пережима валков).

При 1»» 0,8 1 наблюдаются слу чаи затрудненного схода »;рубы с оп равки ввиду большого сопротивления, в осевом направлении с ее стороны при незначительном отходе внутренней поверхности трубы от оправки, Выбор длины конического рабочего участка оправки с уменьшающейся высотой выступов, равных 0,4-0,6 ат общей его длины (1 ), обусловлен следующим.

При 1 ц 0,4 1 возможен плохой сход трубы с оправки вследствие малого отхода ат нее внутренней поверхности трубы.

При 1 ц 0,6 1 во ухудшается калибрование трубы по внутреннему диаметру вследствие недостаточного контакта ее по всей поверхности с коническим. и цилиндрическим участками оправки.

При выборе диаметра роликов исходят из тех же сообра.жений, чта и при обосновании выбора радиуса кривизны в вершине выступов сплошной оправки, а затем пересчитывают эту величину на расстояние между осью оправки и осью роликов N.

Расстояния ат осей роликов до аси оправки N определяются для каждого конкретного случая прокатки. т.е. на каждый типоразмер труб изготавливается своя оправка, как и при прокатке на других станах любого агрегата.

Перед началом прокатки оправку с выступами 4 (жестко закрепленную на стержне 9 и зафиксированную вместе са стержнем ат вращения) устанавливают по отношению к валкам так, что смещают плоскость, проходящую через ась оправки и вершину выступов от плоскости, проходящей через вертикальный диаметр оправки (или через ась оправо ки и оси рабочих валков), на 4-10

При этом во время настройки углы подачи на валках уменьшают да нуля, смещают (поворачивают) оправку, а затем вновь устанавливают требуемые углы подачи.

Стержень, на котором жестко закреплена оправка или аправачный узел с тремя роликами), удерживается от вращения на выходной стороне стана (ролики вращаются вокруг своих осей).

Необходимость смещения выступов неподвижной оправки или роликов на о угол 4-10 ат- плоскости, проходящей через ось калибра и ось рабочего валка, вызвана следующими соображениями. о

При смещении меньше, чем на 4 снижается стабильность положения выступов (раликов) в очаге, так как величина давления на выступы (ралики) вызывает их смещение к аси валка в радиальном и тангенииальнам направлениях. в этом случае даже небальшее смещение выступов па ходу вращения валков и роликов может вызвать паяв.пение дополнительной продольной и поперечной разностенности. Кроме того, не удается достигнуть больших абжатий по диаметру, возможно появление дефекта на внутренней поверхности труб, так как происходит большое редуцирование по диаметру в поперечном направлении, что снижает устойчивость профиля трубы.

Смещение выступов (роликов) на

О угол выше чем 0 вызывает значитель»»ую овализацию или потерю устойчивости профиля, что недопустимо, так как это может вызвать»»авьппе»»н,lo аваль1424888 ность готовых труб (особенно тонкостенных) или их разнодиаметрность.

Кроме того, не устраняется опас;ость появления тангенциальных растягивающих напряжений и воэможность появления дефектов на внутренней поверхности труб в зонах под рабочими валками, где контакт с выступами оправки или роликами отсутствует. Это особенно важно при прокатке (калибровании, в частности) толстостенных труб.

Л р и м е р. Прокатка на предлагаемом (технологическом) инструменте.

Трубы размером 168х18 мм иэ стали

ШХ-15 или ЗОХГСА задаются в многоконусные валки с длиной бочки 285 мм, диаметром на участке пережима 400 мм.

Углы подачи и раскатки валков соответственно равны 5 и 4 . Углы наклона 20 отдельных участков на валке соответственно равны 9 30, 6, 5, 4, 3

O и 2, а в очаге деформации: во входном конусе 5 30, 2 и 1 ; в пережио ме валков 0, на выходном участке 25 о

1 и 2 . Длина входного участка валков

1A = 150 мм, пережима 1„= 20 мм, выходного конуса 1 = 115 мм (фиг, 6) .

Оправка имеет длину 170 мм, при этом 1до = 0,3 1A = 45 мм, 1 о 30 — 1,02 16 = 20,4 мм, 1во = О 7

80,5 мм (из йих 1 о = 35 мм, 1

10,5 мм), 1 „= 15 мм. Диаметр оправки в пережиме d 124 мм, d on. =

126 мм, hm 7 мм (006 d ), Rm =

18 мм (0,14 d „). 35

Оправка имеет следующие основные углы наклона: на калибрующем участке (участок 7) 6, 2 30, 2 на входном конусе (многоконусный участок 6) о

О 30, на коническом рабочем участке (многоконусный участок 8) соответственно О 1О и 1 10, т е. на участке

6 углы наклона образующих рабочих участков в ыступов (роликов) выполнео ны на 0,5-1 больше, чем углы наклона образующих участков входного конуса валка, на калибрующем участке

7 — на 0,5, а на коническом рабочем о участке 8 — на 0,8 — 1. меньше, чем углы образующих соответствующих участков 2 и 3 валка.

Колебание диаметра по длине труб и в партии сократилось с Q,16 — 0,127 по действующей технологии (без оправ- 55 ки) до 0,08 — 0,17. и с (0,58) (g 0,74) до 0,4 — 0,5Х соответственно.

Обжатие по диаметру увеличивается до 5-6 мм вмесго 3,6-3,8 мм для известного инструмента,(т.е. 2,5 - 3,57. против 1,5 — 2Z), поперечный профиль в очаге не приобретает форму квадрата со скругленными краями или пятиугольника, так как локальный контакт выступов оправки (роликов) с внутренней поверхностью трубы резко снижает вероятность появления пластических шарниров в поперечном сечении трубы, повышает устойчивость профиля. Гокальный контакт с оправкой приводит к локальному деформированию раэностенных участков трубы, Разнодиаметральность значительно снижается.

Предлагаемый инструмент. может быть использован не только для калибрования труб по внутреннему диаметру, но и для других процессов винтовой и поперечной прокатки, где обжатие по стенке должно практически отсутствовать, а изделию (материалу) надо придать или точные геометрические размеры, или новые механические свойства.

Формула и з о б р е т е н и я

Технологический инструмент для винтовой прокатки труб, включающий три приводных валка с пережимом, расО положенных по кругу через 120, развернутых на углы подачи и раскатки, и многоконусную оправку, имеющую:: участки: передний направляющий, конический рабочий, цилиндрический и задний обратный конусный, и установленную направляющим участком до пережима валков, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности диаметральных размеров труб, оправка выполнена с дополнительными входным и калибрующим участками обратной конусности, расположенными соответственно входному конусу и пережиму валков непосредственно друг за другом и между направляющим и коническим рабочим участками, и тремя продольными выступами на входном калибруюшем и рабочем участках по периметЮ ру через 120, высота которых и радиус кривизны в вершине на входном и калибрующем участках составляет соответственно 0,03 — 0,08 и 0,06

0,15 величины диаметра цилиндрического участка оправки, причем длины входного, калибрующего и рабочего

9 1424888 10 конического участков оправки состав- 0,8 длин соот лин соответственно им распололяют 0,15 — 0,35; 1,02 — 1,05 и 0,6 — женных участков валков, I

Фие. 6

Составитель A. Гончарук

Редактор В. Данко Техред Л.Олийнык Корректор М. Васильева

Заказ 4714/8

Тираж 467 Подписное

В1!ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная 4

P+ + 3