Инструмент для периодической деформации труб

 

Изобретение касается периодической прокатки труб на станах ХПТ, конкретно определения формы гребня ручья по отношению к образующей оправки криволинейной формы. Целью изобретения является повышение производительности стана при наименьшей анизотропии механических свойств за счет обеспечения постоянства соотношения абсолютных частных деформаций диаметра и стенки труб по длине обжимной зоны. Инструмент содержит валок с ручьем, имеющим последовательно расположенные зоны редуцирования, обжатия и калибрования, и оправку. Геометрические параметры гребня ручья и образующей оправки определены меязду собой во всех сечениях по длине зоны обжатия из приведенных в описании соотношений . 2 ил. , 1 табл. Ф (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 119 А1 (д1) 4 В 21 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4221152/31-02 (22) 01.04.87 (46) 15.11.88. Бюл. У 42 (71) Днепропетровский металлургический институт нм. Л.И.Брежнева (72) В. В. Кириченко,. Ю.М.Беликов, И,М.Обух-Швец, А.Л.Лисовский, О.М.Ревин, Г.М.Фесенко, Г.В.Мишин и А.Н.Дудус (53) 621.774.074 (088.8)

1 (5e) Авторское свидетельство СССР

В 229420, кл. В 21 В 21/00, 1969.

Авторское свидетельство СССР

Ф 584261, кл. В 21 В 21/02, 1975.

Патент ФРГ N 1777043, кл. В 21 В 21/02, 1968. (54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ

ДЕФОРМАЦИИ ТРУБ

Г (57) Изобретение касается периодической прокатки труб на станах ХПТ, конкретно определения формы гребня ручья по отношению к образующей оправки криволинейной формы. Целью изобретения является повышение производительности стана при наименьшей анизотропии механических свойств за счет обеспечения постоянства соотношения абсолютных частных деформаций диаметра и стенки труб по длине обжимной зоны. Инструмент содержит валок с ручьем, имеющим последовательно расположенные зоны редуцирования, обжатия и калибрования, и оправку.

Геометрические параметры гребня ручья и образующей оправки определены между собой во всех сечениях по длине зоны обжатия из приведенных в описании соотношений..2 ил., 1 табл.

1437119

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубопрокатному производству, и каса ется формы рабочих профилей инструмента, а именно гребня ручья на валке и оправки. для холодной периодической прокатки труб.

Целью изобретения является повышение производительности стана при :. 1п наименьшей аниэотропии механических свойств,за счет обеспечения постоянства соотношения абсолютных частных деформаций по диаметру и толщине стенки прокатываемых труб. 15

На фиг.1 изображены образующая ол1 равка с радиусом кривизны в произвольной точке у <„., равным Rix (нижняя кривая), и образующая гребня ручья с радиусом кривизны К <„1 в точ-2п ке у „1 . Граничные точки криволи1 нейных образующих оправки и гребня ручья в,начале и конце зоны обжатия

1 с длиной 1 обозначены для наибольо8к ших размеров y«(r„.) " y«(R„) в для 25 наименьших размеров у 1о (гь) и уело (Rî)"

Размеры, V „, R>, гь, R соответствуют расстояниям от оси оправки до соогветствующих точек инструмента на границах зоны обжатия. ЗО

На фиг.2 показано продольное сечение развертки гребня ручья 1, оправки 2 в процессе периодической деформации трубы 3. Показаны зоны редуцирования (с длиной 1р) -обжатия (108 ) и калибрования 1„. Криволинейные образующие оправки y„=f,(х) и . гребня ручья y<=f < „1 ограничены начальными d „, 0„и конечными d„, 0к диаметрами. Произвольные точки в од- 40 ноименных сечениях, отстоящих друг от друга на расстоянии ЬХ, определены через значение их диаметров Й„;, 0„; и

D(x,+1), D{x;+1).

Калибровки, полученные путем под- 45 бора кривых, обеспечивающих приблизительное (с погрешностью) постоянство соотношения абсолютных частных обжатий (но при этом не могущих обеспе-. чить соблюдение заданной величины соотношения этих обжатий ввиду конкретной формы кривых) применимы вследствие порождаемой ими неравномерности деформации и всех следствий из этого лишь при сравнительно небольших обжа«55 тиях нетруднодеформируемых марок стали и малых партиях труб, так как с повышением указанных характеристик, определяющих интенсивность прокатки на станах ХПК, погрешность возрастает.

Режим обжатнй, полученный путем подбора кривых, имеет различную.величину погрешности соотношения обжатий для разных маршрутов и марок стали, не учитывает механических свойств и общей величины деформации, не позволяет варьировать параметрами рас" пределения усилий. Поэтому для каждой марки стали каждого маршрута при интенсивных режимах надо подбирачь новые сочетания кривых.

Условие равномерности изменения основных размеров заготовки - внутреннего или наружного диаметра и толщины стенки деформнруемой заготовки

{при уменьшении величин частных обжатий), которое одновременно обуславливает равномерность распределения давлений металла на валки, можно представить в виде соотношения. х 1 к (1) 5L

СУ.:ЬС1 2 гдеdV» а dx., dt< изменения радиуса, диаметра и толщины стенки деформируемой заготовки в рассматриваемом сечении; постоянная величина.

Изменения частных деформаций 6t> и Ч,(hD, ) могут быть выражены через геометрические параметры гребня ручья и образующей оправки (3):

dt< шр„(й „- tgd„) . (2)

67„=ш ш (tgec„), . (3) где mâ — линейное смещение (произве " х дение подачи на текущийкоэффициент вытяжки);

tg g> — тангенс угла наклона касательной к профилю гребня ручья (конусность гребня ручья в сечении "х");

tg M — тангенс угла наклона касательной к образующей оправки (конусность оправки в сечении (х"), Поскольку тангенс угла наклона касательной к графику функции в любой точке равен первой производной этой функции (4), то справедлива замена переменных: ( 0Ух=у» (х)

bg .„=у, (х) ) где y„=R tr у,„ =(R - )-3* мм, з 1437 19

Подставим значения 6С и aV„(an<) из выражений (2) и (3) с учетом равенства (4) в соотношение (!).

myÄ(y (x)-у, (х)

eL, (5)

m р „(у, (х) ) Xni у (x) =V„+(y«ую) ( (9) После сокращения на m p„ числителя и знаменателя и переноса в правую часть уравнения получим: у (х) -y I(х) (+1) (6)

Освобождаясь от производных, получаем зависимость между точками гребня ручья y (Ä! и образующей оправки у,<„ в произвольном сечении у (х) =у, (х) ° (д+1)+С . (7)

Элементарный анализ зависимости (7) показывает, что кривые у, и у при любом виде задания их уравнений отличаются между собой по форме. При заданной кривой у, (или у..) вторая кривая у (у или у, соответственно) может быть получена в результате преобразования, изменяющего масштаб, т.е. при (el+1) ) 1 кривая у получается из у растяжением, а при (@+1) а 1 - сжатием.

Форма кривых различна, если раз" .личны их уравнения. Так, одноименные кривые (5), имеющие различные показатели степени, имеют различную фор-; му. Показатели степени кривых у< и у < (7) равны между собой, однако все точки кривой у1 в (о +1)+С раэ отличаются по величине расстояния от оси прокатки от соответствующих точек кривой у . Форма графиков функций существенно отличается. Другие показатели формы кривых у, и у также существенно отличаются между собой.

Определение постоянных ос и С вы-.. полним по уравнению (7), задавая в соответствии с фиг.1 значения расстояния от оси прокатки до крайних отрезков точек у и g „ в сечениях

tl u хо хк у =(+1) у1 (xо)+C g (8) у „=(ос+1) у„(х )+С J

У о=(о +1) У „+C (8а) у (к+1) у,„+С

Значения расстояния от оси прокат ки до крайних точек кривых у,, (х) и у (х ) у ушак у ушак опредeasreM по данным конкретного маршрута прокатки по уравнениям где 3 мм — половина входного зазора между внутренней поверхностью заго-!

О товки и цилиндрической частью оправки у ее большего диаметра. 1,08t> значение стенки эаготовкч с учетом утолщения.

У".к У1к +! 08" э

R,R„- радиусы заготовки и готовой трубы; — толщина стенки заготовки и готовой трубы.

Оставляя в правой части С и затем р0 приравнивая левые части уравнения (8а), получим eL,:

У к У го о = — --- — -- - 1 (10)

У к Ую

Аналогичным образом, оставляя в

25 правой части уравнений (8а) и совер . шив необходимые преобразования, определяем С:

У2К У10 уйоу1K

С

У1о ylk

Значение постоянных коэффициентов у1ау1к уо у к для pe»H Hb x M oooB маршрутов прокатки на используемых станах представлено в таблице.

Значения коэффициента о6, определяющего обжатия, конкретно — соотношения частных обжатий диаметра и стенки для данной марки стали (1) могут либо задаваться заранее, либо опреде40 литься по эаданным значениям у, 1о

y(k уы,у,,к (10). Если значения 0С заданы, как и значение pasMepoa заго-товки у „,у„„, то,, варьируя значение

У1 или у к в зависимости от конеч45 ных размеров имеющегося инструмента

:или других технологических условий, можно установить по зависимости (10) значения оставшегося параметра, а затем по формуле 11 вычислить С.

50 При заданных значениях оС и размерах. готовой трубы аналогичным образом можно выбрать размеры заготовки.

Давление металла на валки пропорционально деформации и со"ротивлению де"

55 формации. Поскольку сопротивление деформации увеличивается по длине от начала обжимной зоны к ее концу,то величина общей контактной поверхнос-. ти на столько же уменьшается, чтобы

1437119 6

55 давление на валки были равномерными °

Чем равномернее уменьшаются частные деформации, чем большей может быть величина общей деформации при заданных максимально допустимых давлениях металла на валки.

Деформация заготовки в трубу предлагаемым инструментом происходит следующим образом.

Заготовка осаживается по диаметру редуцирующим участком гребня ручья 1 на оправке 2 после чего,в точке А начинается деформация заготовки по диаметру и толщине стенки одновременно по всей длине 1 обжимной эоны

АВ. Величины абсолютных частных деформаций hD и bt уменьшаются по мере приближения к точке В так, что их соотношение по длине обжимной зоны АВ остается постоянным. В зоне калибрования деформация рабочего конуса заканчивается.

Интенсивность обжатия определяется геометрическими параметрами заданной кривой гребня ручья или оправки.

Исходная кривая — профиль гребня ручья или образующая оправки может быть задана либо в виде уравнения, либо сразу в виде точек, расположенных на определенных расстояниях.

В практических условиях эксплуатации инструмента станов ХПТ при прокатке иэ одной заготовки сначала од ного размера готовой трубы, а потом следующего, имеющего новый диаметр внутренней поверхности, возникает необходимость выбора образующей оправки. Образующая оправка должна быть выбрана в соответствии с тем профилем гребня ручья, который получается после изготовления какого-то срока работы и шлифовки.

Если выбрать точки образующей новой оправки в соответствии с фактическим профилем гребня, то полученный инструмент будет существенно отли" чаться от того, который заложен в калибровке.

Для того, чтобы инструмент обеспечивал постоянство соотношения абсолютных деформаций диаметра и стенки по длине обжимной зоны, фактические размеры гребня ручья и оправки должны выбираться из соотношения (7). Условие (1) подобия (кратности) или равенства обжатий диаметра и стенки для реальных маршрутов может быть выполнено, если привести в соответствие

40 по формулам (1О) и (11) заданные размеры заготовки и готовой трубы с па-: раметрами известного (заданного) профиля одного из инструментов (гребня ручья или образующей оправки). При этом, как следует иэ таблицы, значение оС не всегда число целое. Для получения заданного, например, целого о6 необходимо выполнить коррекцию одного из радиусов наружной и внутренней поверхности трубы либо заготовки

Представив (10) как разность укаэан- . ных радиусов и задавшись значением д „ определим, что разность радиусов наружной поверхности границ эоны обжатия превышает разность радиусов внутренней поверхности. Иэ этого следует, что для получения целочисленного подобия частных обжатий необходимо аналогичное целочисленное соотношение размеров заготовки и готовой трубы.

Корректировка размеров заготовки в сторону увеличения обжатий существенно не увеличивает давлений металла на валки. Повышение равномерности формоиэменения в зоне обжатия за счет соответствия профиля развертки гребня и образующей оправки позволяет уменьшить на 25-6SX длину зоны редуцирования и тем самым повысить равномерность обжатия в очаге деформации, Для любой формы гребня или образующей оправки вторая кривая, соответственно образующая оправки или гребень ручья, определяемые из соотношения (7), обеспечивают при прокатке постоянство (или равенство) соотношения абсолютных частных деформаций по длине зоны обжатия.

Значения скорректированных размеров границ зоны обжатия:

У к У о

=- — — — -+ v к о, ie .. (12)

Уи Уао ую = у к

Профиль ручья по его ширине в пределах эоны обжатия выбирают аналогично профилю гребня (7), вычисляя коэффициенты 0, и С, по формулам (10) и (11), только подставив взамен размеров гребня (у „ и у о ) размеры выпусков ручья, определенные по изве"

cTHbJM методикам в соответствующих граничных точках зоны обжатия.

Предлагаемое соответствие между точками обеих кривых, образующих продольный профиль прокатного зазора, тями

У2К У2О о = — — — --1

У к У о

У20 У1М У 2к У10

С

У1к Yio

55

7 l4 позволяет обеспечить необходимьre, заданные условия деформации с учетом погрешностей изготовления инструмента и его износа.

В результате неточного изготовления гребня ручья (или оправки) получаемые кривые существенно отличаются от расчетных, что приводит к отклонению процесса прокатки. Если второй инструмент изготовить с учетом погрешностей изготовления первого (которые в настоящее время трудно учесть заранее или существенно снизить без дополнительных затрат) или изменений его профиля в результате износа и перешлифовки при эксплуатации, то только в этом случае отклонения режи" мов деформации будут наименьшими от закладываемых в калибровку.

В результате указанньнс случайных отклонений изготовления и эксплуатации может быть получено бесчисленное множество кривых, которые только при данной предлагаемой коррекции второго профиля по первому позволяют получать заданный режим деформаций.»

Таким образом, заданные условия деформации, в частности режим частных обжатий, могут быть получены при соблюдении следующих условий и выполнении для их осуществления действий.

Исходя иэ данных размеров одного из инструментов на границах зоны обжатия заданного значения ос огределяют соотношение размеров заготовки и готовой трубы (10) значение коэффициента .С (11) .

По измеренным текущим значениям размеров наружного или внутреннего инструмента (7) определяют значения размеров соответствующих сечений и самого инструмента в зоне обжатия.

Если значение р4 для рассматриваемого маршрута прокатки данной марки стали удовлетворительное, то корректировку размеров заготовки и готовой трубы не производят.

Указанные преимущества предлагаемого инструмента позволяют создать резерв качества и использовать его как для увеличения режимов прокатки и количества выпускаемых труб, так и для получения высококачественных труб ответственного назначения.

Испытания предлагаемого инструмента проводились на стане ХПТ 32 при

371 t9 8 прокатке труб 16 g 2,5 мм из нержавеющих сталей. „

По сравнению с прототипом испытания показали значительное снижение прокатных дефектов ка внутренней поверхности труб при обычных и повышенных режимах деформации (прк полуторном увеличении величины подачи) .

Выход годного по сравнению с известными инструментами увеличился в .1,3-1,5 раза.

Формула изобретения

Инструмент для периодической деформации труб, содержащий валок с ручьем и оправку, имеющие последовательно расположенные зоны редуцирования, обжаткя. где гребень ручья и образующая оправка описаны уравнения:ми одноименных кривых с одинаковыми показателями их степеней к калибрования, отличающийся тем, 25 что, с целью повышения производительности стана при наименьшей анизотропии механических свойств sa счет обеспечения постоянства соотношения абсолютных частных деформаций по диа30 метру и толщине стенки прокатываемых труб, геометрические параметры ручья и оправки определены по длине обжим ной зоны иэ соотношения

35 у2(х) =y (х) (<+1)+С, где у (х), у1 (х) — соответственно радиусы ручья и оправки в произвольных одноименных се40 чениях обжимной зоны; х, С - постоянные коэффициенты, устанавливаемые эависимосгде у,у — соответственно наружные

2К ° радиусы ручья в начале и конце эоны обжатия; у ., у, — радиусы оправки, соот к ветствующие началу и концу зоны обжатия.

1437119

8каченне достонннык хозффыннентов, онренелявщнх форму греоне ручье и Оораеунскей Оссравми длм нассомесх нарнрутов

Стала Иаресрут усе. у се у се уак ум ум у к в е

ИП-5S 59х7 41х4,8

-3,8

-2, 25

- 3, 12

1 31 27,5 24 ° 25 31 5 36,14 4,64

О, 356 -10, 1

1 ° 66 255 f1 4 . 291 36,3 7,2,76х10 58,2к7,4

3614 934 715 03 -022

76х8 . 53,6мб,2

1 ° 75 27,5 20, 35 26,8 ХПТ»

36,13 15,66 13,5 0,16 4,28

2,35 27,5 14

289 195 2ФВЗ

36 46. 12„46 9 ° 75 О, 28

195: 235 1375 24

9,64 7,1 0 36 1 395

1,85. 27,5 20,4 26о5 36,14

1,77 23,5 16,25 26,3 36,46 10, 16

7,25 0,4 3,%3

1,72 24,5 16, 15 28 38,54

10,54 8,35 0,26 7,61

83х13 56к11,3

1 68 28 21 4 28 1 37 76

0 31

1е 15

2 861, 6,6

58,2х7,4

83х9

Вэ87" 5в74 0,541

1,56 24,25 18,5 31,4

62 ° Вл12, 3

83х15

76х8 59х7

59x7: 43м5

76х10 53,7м7,3

76л8 63x6, 9

59кВ,S 37,4м7

90 7бм8 41кб 3

7бк10 4i ° 9x990

76х12 48м9,8 .

76мв Ззк5, Ф

7бх12 52,бх7,6

1,98 21 15,Ъ5 20,5 . 28,56 8,06 5,25 0,53 -3,68

149 275 225 235 .3614 664 5 0322

1,81 21 16 35 21,5 28,56 7,06 4,65 0,518 -333

1,82 25,5 19,25 26,85 36,3 . 9,45 6,25 0,512

1 91 19 5 f1 25 18 7 28 43 9 13 8 25 0,18 -5,43

2,$2 25,5 11,5 20,95 36,3 15,35 4

1437119 .Составитель В.Шаймарданов

Редактор Н.Горват Техред Л.Сердюкова Корректор О,Кравцова

Тираж 467

Заказ 5824/12

Подписное

ВНИИПИ 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