Валок для периодической прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий

Изобретение относится к инструменту для периодической прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий горячей прокаткой из цилиндрических труб на пилигримовых установках с уменьшением диаметра и толщины стенки от одного конца к другому. Валок для периодической прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий содержит по окружности бочки ручей круглого поперечного сечения с выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка, образованного радиусом гребня валка увеличивающейся длины, с постоянными углами поперечного выпуска на одной трети протяженности бойка, а на остальной части плавно уменьшающимися до значения выпусков полирующего участка, при этом радиус гребня валка в конце участка с постоянной величиной поперечного выпуска составляет 1,3 радиуса гребня его начала, полирующего участка, имеющего постоянный радиус гребня валка, переходного - угла продольного выпуска и холостого участков, при этом круглый переменный калибр с поперечными выпусками расположен по винтовой линии на цилиндрической поверхности идеального диаметра валка, а число шагов винтовой линии определяется из выражения n=(Lsinα)/(27πR_к)+В+B₁, где L - длина конусного изделия, мм; R_k - катающий радиус валка, мм; α - угол наклона оси калибра к оси валка, град; В - длина холостого участка на входе, равная (0,20-0,25)n; B₁ - длина холостого участка на выходе, равная (0,10-0,15)n, полукалибр на верхнем валке выполнен с левосторонним, а на нижнем с правосторонним направлением винтовой линии или наоборот, а полукалибр валка выполнен полукруглым с поперечными тангенциальными или овальными выпусками с углами 30-32°, величины которых имеют постоянное значение на центральном угле 30-35°, а затем плавно уменьшаются к выходному сечению до 20-18°. Изобретение обеспечивает возможность изготовления путем горячей прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий из цилиндрических труб на пилигримовых установках с уменьшением диаметра и толщины стенки от одного конца к другому, имеющих запас прочности при значительном снижении их веса, а также снижение их стоимости. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к трубопрокатному оборудованию, а именно к инструменту для производства конусных длинномерных полых металлических изделий горячей прокаткой из цилиндрических труб на принципиально новых установках (пилигримовых станах) с уменьшением диаметра и толщины стенки от одного конца к другому.

Известен валок пилигримового стана, содержащий по окружности бочки (360°) ручей с последовательно расположенными по длине бойком, полирующим углом продольного выпуска и холостым участком, при этом боёк и угол продольного выпуска выполнены с переменными поперечными сечениями по длине в виде кругов с выпусками (Данилов Ф.А. и др. Горячая прокатка труб, М.: Металлургия, 1972, с.314-315.

Недостатком этих валков является то, что они позволяют прокатывать гильзы только одного диаметра в цилиндрические трубы с конусной частью под пилигримовую головку на длине от 400 до 600 мм в зависимости от диаметров калибров и диаметров прокатываемых труб. При смене диаметра заготовки требуется замена валков.

Известен валок пилигримового стана, содержащий по окружности бочки ручей круглого поперечного сечения с выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка, образованного радиусом гребня валка увеличивающейся величины, полирующего участка, имеющего постоянный радиус гребня валка, переходного и холостого участков, причём выпуска поперечного сечения изменяются по длине бойка с переходом на 1/5-1/4 полирующего участка (20-25%) от 37-32 до 23-20° (Шевакин Ю.Ф., Глейберг А.З. Производство труб. М.: Металлургия, 1968, с.139-140, 160).

Недостатком данных валков так же, как и вышеуказанных, является невозможность прокатки гильз (заготовок) разных диаметров в валках одного типоразмера, без замены их при переходе на другой размер гильз, что приводит к увеличению перевалок валков, снижению производительности станов, а также невозможности прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий.

В качестве прототипа принят валок пилигримового стана, содержащий по окружности бочки ручей круглого поперечного сечения с выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка, образованного радиусом гребня валка увеличивающей величины, с постоянными углами поперечного выпуска на одной трети протяженности бойка, а на остальной части плавно уменьшающимися до значения выпусков полирующего участка, при этом радиус гребня валка в конце участка с постоянной величиной выпусков составляет 1,3 радиуса гребня его начала, полирующего участка, имеющего постоянный радиус гребня валка, переходного (угла продольного выпуска) и холостого участков (авт. свидетельство СССР №554019 В 21 В 21/02 от 23.05.1977).

Недостатком прототипа так же, как и вышеуказанных аналогов, является невозможность производства горячей прокаткой конусных длинномерных полых металлических изделий из цилиндрических заготовок (труб) с уменьшением диаметра и толщины стенки от одного конца к другому.

Цель изобретения - промышленное поточное производство способом горячей прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий с уменьшающимся диаметром и толщиной стенки от одного конца к другому, имеющих запас прочности при значительном снижении их веса, снижение их стоимости и замена железобетонных изделий на экономически и эстетически конкурирующие долговечные облегчённые изделия из металла.

Поставленная цель достигается тем, что в валке пилигримового стана, содержащем по окружности бочки ручей круглого поперечного сечения с выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка, образованного радиусом гребня валка увеличивающейся величины, с постоянными углами поперечного выпуска на одной трети протяжённости бойка, а на остальной части плавно уменьшающимися до значения выпусков полирующего участка, при этом радиус гребня валка в конце участка с постоянной величиной поперечного выпуска составляет 1,3 радиуса гребня его начала, полирующего участка, имеющего постоянный радиус гребня валка, переходного (угла продольного выпуска) и холостого участков, круглый переменный калибр с поперечными выпусками расположен по винтовой линии на цилиндрической поверхности диаметра валка, а число шагов винтовой линии определяется из выражения

n=(Lsinα)/(27πR_к)+В+B₁,

где L - длина длинномерного конусного изделия, мм;

R_k - катающий радиус валка, мм;

α - угол наклона оси калибра к оси валка, град.;

В - длина холостого участка на входе, равная (0,20-0,25)n;

B₁ - длина холостого участка на выходе, равная (0,10-0,15)n,

диаметр калибра постепенно уменьшается от входного сечения к выходному, который определяется из выражения

D_вход=D_вых+2tgα_кL,

где D_вход - максимальный диаметр входного сечения калибра или диаметр основания конусного изделия, мм;

D_вых - минимальный диаметр выходного сечения калибра или диаметр вершины конусного изделия, мм;

α_k - угол конусности длинномерного конусного изделия;

L - длина длинномерного конусного изделия, мм.

полукалибр на верхнем валке выполнен с левосторонним, а на нижнем с правосторонним направлением винтовой линии α или наоборот, а полукалибр валка выполнен полукруглым с поперечными тангенциальными или овальными выпусками постоянной величины (30-32°) от входного сечения на центральном угле, равном 30-35°, а затем плавно уменьшающимися к выходному сечению от до 20-18°.

Выпуска (углы) поперечного сечения на входе 30-32° (в начальной стадии) обеспечивают лучший захват цилиндрической заготовки (трубы), а постоянная величина их от входного сечения на центральном угле, равном 30-35°, даёт возможность вести процесс затравки (начала прокатки) цилиндрических труб-заготовок с разбегом по диаметрам на 10-15%. Плавно уменьшающиеся углы поперечного выпуска к выходному сечению до 20-18° придают конусному длинномерному изделию необходимые геометрические размеры, а валки, образующие калибр с указанными отличиями, обеспечивают прокатку конусных длинномерных полых металлических изделий заданной формы и геометрических размеров. Выполнение (расположение) круглого переменного калибра с поперечными выпусками по винтовой линии на цилиндрической поверхности диаметра валка позволяет уменьшить диаметр валка в "n" раз, т.е. даст возможность производить конусные длинномерные полые металлические изделия длиной 12000 мм и более в валках диаметром 1000-1100 мм вместо 4500 мм, если нарезать калибр по окружности, а это в свою очередь приведет к увеличению габаритов оборудования и мощности приводов в десятки раз, что является неосуществимым. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый валок для периодической прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий отличается тем, что круглый переменный калибр с поперечными выпусками расположен по винтовой линии под углом α к оси валка, калибр которого постепенно уменьшается от входного сечения к выходному, полукалибр на верхнем валке выполнен с левосторонним, а на нижнем с правосторонним направлением винтовой линии или наоборот, а полукалибр валка относительно горизонтальной оси выполнен круглым с тангенциальными или овальными выпусками постоянной величины от входного сечения на центральном угле, равном 30-35°, а затем плавно уменьшающимся к выходному сечению до 20-18°.

Таким образом, заявляемый валок соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлены валки, калибр и очаг деформации в начале входного и калибр в конце выходного сечений.

Валки (1 и 2) для периодической прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий содержат по окружности бочки ручьи круглого поперечного сечения с выпусками α_в. Ручьи расположены по винтовой линии с углом наклона α к оси валков. Число шагов винтовой линии определяем по формуле

n=(Lsinα)/(27πR_к)+В+B₁.

При длине конусного длинномерного полого металлического изделия, равной 12000 мм, R_k=1000 мм и α=30° n=1,91, а с учетом входного и выходного холостых участков n примем равным (2,2-2,3)n. Два ручья образуют калибр, который имеет форму усечённого конуса, основаниями которого являются круги 3 и 6 с поперечными выпусками, размеры которых плавно уменьшаются от входного сечения к выходному и определяются из выражения

D_вход=D_вых+2tgα_кL.

Больший калибр (3) в начале входного сечения имеет форму круга с поперечными тангенциальными или овальными выпусками с углами 30-32°, величины которых имеют постоянное значение на центральном угле 30-35° (на рисунке не указан), а затем плавно уменьшаются к выходному сечению (6) до 20-18°. Полукалибр (ручей) на верхнем валке выполнен с левосторонним, а на нижнем с правосторонним направлением винтовой линии под углом α к оси валка. Прокатку конусных длинномерных полых металлических изделий (5) производят на конической длинной оправке (4) из цилиндрических трубных заготовок путем периодической подачи их в очаг деформации с кантовкой на угол ≈90°.

Использование предлагаемых валков позволит впервые в мировой практике осуществить промышленное поточное производство конусных длинномерных полых металлических изделий с заданными геометрическими параметрами, обеспечить потребность народного хозяйства страны, производить конкурентоспособную продукцию и экспортировать её в другие страны мира.

1. Валок для периодической прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий, содержащий по окружности бочки ручей круглого поперечного сечения с выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка, образованного радиусом гребня валка увеличивающейся длины, с постоянными углами поперечного выпуска на одной трети протяженности бойка, а на остальной части плавно уменьшающимися до значения выпусков полирующего участка, при этом радиус гребня валка в конце участка с постоянной величиной поперечного выпуска составляет 1,3 радиуса гребня его начала, полирующего участка, имеющего постоянный радиус гребня валка, переходного - угла продольного выпуска и холостого участков, отличающийся тем, что образуемый круглый переменный калибр с поперечными выпусками расположен по винтовой линии на цилиндрической поверхности идеального диаметра валка, а число шагов винтовой линии определяется из выражения

n=(Lsinα)/(2πR_k)+В+B₁,

где L - длина конусного изделия, мм;

R_k - катающий радиус валка, мм;

α - угол наклона оси образуемого калибра к оси валка, град;

В - длина холостого участка на входе, равная (0,20-0,25)n;

B₁ - длина холостого участка на выходе, равная (0,10-0,15)n.

2. Валок для периодической прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий по п. 1, отличающийся тем, что диаметр образуемого калибра постепенно уменьшается от входного сечения к выходному, который определяется из выражения

D_вход=D_вых+2tgα_kL,

где D_вход - максимальный диаметр входного сечения образуемого калибра или диаметр основания конусного изделия, мм;

D_вых - минимальный диаметр выходного сечения образуемого калибра или диаметр вершины конусного изделия, мм;

α_k - угол конусности длинномерного конусного изделия;

L - расчетная длина длинномерного конусного изделия, мм.

3. Валок для периодической прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий по п.1, отличающийся тем, что ручей на верхнем валке выполнен с левосторонним, а на нижнем - с правосторонним направлением винтовой линии или наоборот.

4. Валок для периодической прокатки конусных длинномерных полых металлических изделий по п.1, отличающийся тем, что ручей валка выполнен полукруглым с поперечными тангенциальными или овальными выпусками с углами 30-32°, величины которых имеют постоянное значение на центральном угле 30-35°, а затем плавно уменьшаются к выходному сечению до 20-18°.