Способ производства бесшовных труб

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при изготовлении бесшовных труб на трубопрокатных агрегатах, имеющих в своем составе устройство для прошивки заготовки в полую гильзу и раскатной стан с калибром, образованным оправкой и расположенными вокруг нее валками, например пильгерстан, автоматстан, реечный, непрерывный и также стан Асселя. Способ включает нагрев заготовки, прошивку ее в гильзу и последующую раскатку в калибре на оправке. В процессе прошивки внутренней поверхности гильзы придают форму чередующихся сопряженных выступов и впадин, которые при раскатке гильзы полностью разглаживают. Изобретением решается задача уменьшения усилий на прокатный инструмент и узлы оборудования прошивного и раскатного станов и износа последних, снижения энергоемкости процессов прошивки и раскатки, расхода металла и повышения качества поверхности и точности труб. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при изготовлении бесшовных труб на трубопрокатных агрегатах, имеющих в своем составе устройство для прошивки заготовки в полую гильзу и раскатной стан с калибром, образованным оправкой и расположенными вокруг нее валками, например пильгерстан, автоматстан, реечный, непрерывный и также стан Асселя.

Известные способы производства бесшовных труб включают, как минимум, следующие основные технологические операции: нагрев заготовки, прошивку ее в полую гильзу (стакан) и последующую раскатку гильзы на оправке короткой неподвижной, плавающей или удерживаемой. При этом необходимым и обязательным условием является изготовление в процессе прошивки и раскатки гладкостенных гильз и труб (А.Ф.Данилов, А.З.Глейберг и др. «Горячая прокатка и прессование труб». Металлургиздат, 1972, 240 с.)

Характерной особенностью деформирования металла в калибрах раскатных станов является высокая степень закрытости калибра и непрерывность контактной поверхности металла с валками и оправкой. Присутствие данных факторов определяет активное действие подпирающих сил трения на контактных поверхностях металла с инструментом, способствующих увеличению усилий металла и повышению энергоемкости процесса, при этом инициируется течение металла в выпуски калибра, переполнение последних с образованием «лампасов», «усов», «закатов» и прочих видов поверхностных дефектов на трубах. При деформировании гильзы в более открытом калибре, например, образованном тремя косорасположенными относительно оси прокатки и оправкой валками (стан Асселя), процесс раскатки может закончиться потерей устойчивости профиля либо образованием концевого треугольного раструба. Перечисленные недостатки вынуждают существенно ограничивать величины обжатий в калибрах и, следовательно, производительность раскатных станов. Это касается, в первую очередь, раскатных станов, работающих с ударными пиковыми нагрузками (пильгерстан, автоматстан). Поэтому, даже в случае установки в технологическую линию двух параллельно работающих раскатных станов - пильгерстаны, станы Асселя, а также автоматстаны, работающих в два или три прохода, или установленных последовательно в линию, последние, как правило, продолжают оставаться «узким местом», определяющим производительность трубопрокатного агрегата в целом.

Известные способы повысить обжатие в калибре касались выполнения последнего максимально закрытым, "тесным", т.е. максимально приближенным к круглой форме. Добиться этого путем выполнения многовалковой клети с приводными и неприводными валками представляет техническую трудность, существенно усложняет конструкцию клети и увеличивает ее габариты. Попытки «закрыть» калибр путем наплавления в зоне выпусков специальных валиков, ориентированных продольно оси прокатки (а.с. СССР №485792, В21В 21/02, БИ №36, 1975 г.), либо полностью замкнуть калибр посредством перекрытия реборд (патент РФ №919217, В21В 13/10, БИ №14, 1996 г.), осложняют захват гильзы либо дают кратковременный ограниченный эффект и характеризуются увеличением усилия металла на прокатный инструмент и интенсивным износом калибра или разрушением его реборд.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ производства бесшовных труб, включающий нагрев заготовки, прошивку ее в гильзу и последующую раскатку в калибре, образованном оправкой и размещенными вокруг нее валками (Ф.А.Данилов, А.З.Глейберг, В.Г.Балакин «Горячая прокатка труб». Москва, Металлургия, 1962 г., с.398-408).

Основными и существенными недостатками способа являются ограниченность обжатия металла в калибре, снижающая производительность раскатного стана, определяющая неудовлетворительный захват, высокие значения ударных нагрузок, особенно при прокатке тонкостенного сортамента, интенсивный износ прокатного инструмента и невысокую точность труб.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении усилий на прокатный инструмент и узлы оборудования прошивного и раскатного станов и износа последних, снижении энергоемкости процессов прошивки и раскатки, расхода металла и повышении качества поверхности и точности труб.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе производства бесшовных труб, включающем нагрев заготовки, прошивку ее в гильзу и последующую раскатку в калибре на оправке, согласно изобретению в процессе прошивки внутренней поверхности гильзы придают форму чередующихся сопряженных выступов и впадин, а при раскатке гильзы полностью их разглаживают.

Кроме того, геометрические параметры волнообразного профиля выбирают из условия исключения образования поверхностных дефектов при его раскатке, исходя из соотношения:

где hгр- высота выступа волнообразного профиля, мм;

Вгр - длина периода или ширина выступа волнообразного профиля, мм;

Двн - внутренний диаметр гладкостенной гильзы, мм,

при этом внутренний диаметр гильзы по вершинам выступов равен номинальному внутреннему диаметру гладкостенной гильзы, а также выступы и впадины на внутренней поверхности гильзы ориентируют параллельно оси прокатки при раскатке гильзы на короткой (удерживаемой) неподвижной оправке и в произвольном направлении при раскатке гильзы на длинной подвижной оправке.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показан механизм деформации стенки гильзы по действующему способу, а на фиг.2 - то же, по предлагаемому.

На фиг.1 и 2 в разрезах изображены валок 1 и оправка 2 раскатного стана в процессе раскатки гильзы 3.

При обжатии металла в круглом калибре, согласно известному способу (фиг.1), обжимаемый объем имеет сплошное поле контакта с валками 1 и оправкой 2. В результате на поверхности контакта по периметру калибра возникают и действуют подпирающие силы трения (на фиг.1 и 2 изображены схематически стрелками), которые, суммируясь с нормальными усилиями, увеличивают общее усилие металла Р на валки 1 и оправку 2, затрудняют захват и деформацию металла, способствуют переполнению калибра и интенсивному течению металла в свободные зоны - выпуски калибра, с образованием на поверхности гильзы-трубы т.н. «лампасов», «усов» и прочих дефектов. Процесс раскатки сопровождается повышенными нагрузками и расходом энергии, значения которых возрастают с увеличением степени тонкостенности сортамента прокатываемых труб, особенно для раскатных станов, работающих с пиковыми нагрузками (пильгерстаны и автоматстаны). Именно для станов такого типа процесс раскатки сопровождается частыми поломками оборудования и интенсивным износом прокатного инструмента.

При раскатке гильзы 3 с профилированной внутренней поверхностью (фиг.2) обжимаемый металл не имеет сплошной зоны контакта с оправкой 2, обжимаемые участки чередуются с участками, где деформация отсутствует. Подпирающие силы трения (на контакте гильзы с оправкой) в значительной степени нейтрализованы и существенно уменьшены. В процессе деформации металл гильзы-трубы получает возможность равномерного течения по всему периметру калибра (как это показано стрелками) посредством заполнения необжимаемых участков-впадин. Величина Р общего усилия металла гильзы на валки 1 и оправку 2 уменьшается, также уменьшается и энергоемкость процесса. В конечном итоге это дает возможность увеличить обжатие в калибре, уменьшить овализацию калибра, повысить точность труб и уменьшить износ валков и оправок.

Обеспечение дробности деформации при наличии поперечной вибрации системы «гильза-оправка-стержень» способствует также уменьшению лобового сопротивления оправки (в случае использования при раскатке короткой неподвижной оправки), улучшению вторичного захвата гильзы и снижению мощности процесса раскатки.

После нанесения на внутреннюю поверхность гильзы волнообразного профиля его полностью разглаживают в калибре раскатного стана. При этом ориентирование профиля относительно оси прокатки осуществляют в зависимости от схем процесса раскатки гильзы, а выбор геометрических соотношений между высотой выступа и длиной периода волнообразного профиля проводят с учетом технологических и геометрических параметров процесса прошивки в стане винтовой прокатки.

Выбор ориентирования выступов и впадин зависит от того, на каком из типов оправок осуществляют процесс раскатки: если раскатку гильзы осуществляют на короткой неподвижной (удерживаемой) оправке (например, в калибре автоматстана), оказывающей значительное лобовое сопротивление осевому перемещению металла в очаге деформации, то выступы и впадины должны быть ориентированы в меридиональном направлении, т.е. параллельно оси прокатки. Иная ориентация профиля (например, перпендикулярная оси прокатки) исключается из-за опасности образования "закатов", "гармошки" и смятия профиля, при этом экспериментально установлена возможность удовлетворительной раскатки профиля при отклонении направления выступов относительно оси прокатки не более чем на 25-30° в ту или иную сторону. Выражение "ориентируют" в данном случае использовано в буквальном смысле как указатель приблизительного направления расположения выступов относительно оси прокатки.

В процессе раскатки гильзы на длинной оправке, при отсутствии со стороны последней сопротивления перемещению металла в осевом направлении, ориентирование выступов и впадин осуществляют (что подтверждено экспериментально) произвольно оси прокатки.

Выбор геометрических размеров волнообразного профиля заключается в определении допустимого диапазона между длиной периода В и высотой выступа hгр по условию исключения образования поверхностных дефектов в процессе его полной раскатки в калибре раскатного стана. С этой целью были проведены эксперименты по раскатке толстостенных и тонкостенных гильз с нанесенным на внутреннюю поверхность волнообразного профиля с различным соотношением длины периода В к высоте выступа hгр. В ходе экспериментов было установлено, что раскат толстостенных и тонкостенных гильз протекает по-разному, поэтому для раскатки толстостенных гильз с отношением D/S в пределах 4÷10 возможно наносить на поверхность гильзы и затем раскатывать более "крутой" профиль с отношением B/hгр в пределах 5÷8. Процесс раскатки тонкостенных гильз с отношением D/S более 8÷10, напротив, можно осуществлять с использованием более "спокойного" профиля при отношении В/hгр 8÷12. Уменьшение нижнего предела приводило к образованию поверхностных дефектов в виде "складок", "закатов", "плен" и т.д. При превышении верхнего предела процесс раскатки профиля терял свою значимость и эффективность и становился аналогичным процессу раскатки гильз с гладкой поверхностью.

Профиль на поверхность гильзы наносят в процессе прошивки путем использования многогранной оправки с числом граней от 4 до 12. На основании расчетов было получено выражение для определения высоты выступа и длины периода профиля:

Применительно для раскатки гильзы на длинной оправке (дорне) к перечисленным преимуществам следует добавить возможность значительного уменьшения тепловых потерь за счет многократного уменьшения площади контакта металла с дорном. Особенно существенное уменьшение тепловых потерь гильзы обеспечивается при пильгеровании, где продолжительность раскатки гильзы в трубу составляет 4÷5 минут.

Для процесса раскатки гильзы в трехвалковом стане винтовой прокатки (стан Асселя) использование гильзы с профилированной поверхностью позволяет уменьшить вероятность образования концевого раструба посредством инициирования осевой составляющей деформации, полученной при деформировании гребневых участков стенки гильзы. А это в значительной степени расширяет диапазон освоения тонкостенного сортамента на станах такого типа.

Отмеченное преимущество дает возможность при прочих равных условиях прошивать более тонкостенную гильзу и посредством перераспределения деформации между прошивным и раскатным станами увеличить обжатие в калибре и величину подачи трубы и, следовательно, производительность раскатного стана. Снижение усилия металла гильзы на инструмент и уменьшение разогрева оправки (дорна) в процессе прокатки обеспечивают более благоприятные условия работы прокатного инструмента и способствуют увеличению его износостойкости.

Реализация предложенного способа может быть осуществлена путем изготовления и использования для раскатки на оправке пустотелой гильзы (стакана) с волнообразной внутренней поверхностью. Изготовить такую гильзу возможно различными путями, например отливкой, механическим способом (обработкой на станках), прессованием, ковкой. Однако наиболее просто и целесообразно осуществить изготовление гильзы в операции, предшествующей раскатке, т.е. при прошивке заготовки, совмещая при этом операции прошивки и профилирования в едином очаге деформации прошивного стана.

В качестве практического применения предлагаемого изобретения приводим процесс производства трубы размером 140×4 мм из заготовки ⌀140 мм на автоматической установке «140». В процессе прошивки получали гильзу размером 146×8 мм на оправке ⌀120 мм.

Приняли высоту выступа профиля, равную величине суммарного обжатия стенки гильзы в раскатном стане, т.е. 4 мм. В диапазоне регламентированных допустимых отношений высоты выступа к длине его периода в пределах 1/5÷1/12 выбрали длину выступа равной 46 мм. При выбранных размерах количество выступов и впадин на внутреннем диаметре гильзы составило 8. Гильзу с полученным профилем внутренней поверхности раскатывали в автоматстане в трубу размером 140×4 мм с удалением нанесенной при изготовлении гильзы профилировки.

Процесс раскатки сопровождался уменьшением энергосиловых параметров - давления на валки и крутящего момента в сравнении с раскаткой гладкостенной гильзы. Поперечная разностенность труб при этом уменьшилась благодаря снижению усилий металла на инструмент и меньшему уширению в калибре.

Все гильзы захватывались валками автоматстана стабильно и с первой задачи толкателем, не было отмечено случаев «посада» гильзы на оправку и прекращения процесса раскатки, вибрации и проскальзывания, которые наблюдаются при обычном процессе раскатки. Все это позволило уменьшить усилие металла на прокатный инструмент и энергоемкость процесса до 20%, увеличить обжатие в калибре в первом проходе на 10% и повысить точность труб по стенке до 15÷20%. При этом количество отбраковки с поверхностными дефектами типа "рисок", "закатов" сократилось на 10%. Кроме того, было достигнуто увеличение износостойкости калибра валка и оправки автоматстана порядка 15÷20%.

В качестве еще одного примера приводим процесс изготовления труб размером 426×9 мм из слитков размером 16′′ (диаметр слитка в усадочной части равен 550 мм), в котором процесс раскатки осуществляли на длинной подвижной оправке (дорне). Слитки прошивали в гильзы размером 565×75 мм на оправке диаметром 450 мм специальной конструкции.

В процессе прошивки на внутреннюю поверхность гильзы был нанесен волнообразный профиль с параметрами: длина периода L≈240 мм, высота выступа h≈20 мм, гильза раскатана в трубу размером 426×9,0 мм. При раскатке было достигнуто увеличение подачи подающего аппарата пильгерстана на 3,2%, повышение качества поверхности труб и снижение расхода металла на 8÷9 кг на тонну прокатываемых труб за счет уменьшения металлоемкости пильгерголовки и затравочного конца. Кроме того, вследствие уменьшения тепловых потерь и снижения усилий металла на валки и дорн, увеличился выход тонкостенных труб более чем на 20%, а износостойкость прокатного инструмента повысилась на 15÷20%.

Использование предлагаемого технического решения обеспечивает возможность путем совершенствования операций прошивки заготовки и раскатки гильзы производить более тонкостенные и высокоточные трубы при экономии металла около 10 кг на 1 т проката, снизить энергоемкость производства и износ прокатного инструмента.

1. Способ производства бесшовных труб, включающий нагрев заготовки, прошивку ее в гильзу и последующую раскатку в калибре на оправке, отличающийся тем, что в процессе прошивки внутренней поверхности гильзы придают форму чередующихся сопряженных выступов и впадин, которые при раскатке гильзы полностью разглаживают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что геометрические параметры волнообразного профиля чередующихся сопряженных выступов и впадин выбирают из условия исключения образования поверхностных дефектов при его раскатке, исходя из соотношения
,
где hгр - высота выступа волнообразного профиля, мм;
Вгр - длина периода или ширина выступа волнообразного профиля, мм;
Двн - внутренний диаметр гладкостенной гильзы, мм,
при этом внутренний диаметр гильзы по вершинам выступов равен номинальному внутреннему диаметру гладкостенной гильзы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выступы и впадины на внутренней поверхности гильзы ориентируют при раскатке гильзы на короткой удерживаемой неподвижной оправке параллельно оси прокатки, а при раскатке гильзы на длинной подвижной оправке - в произвольном направлении.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к трубопрокатному производству, к конструкциям трубопрокатных станов, а именно к станам шаговой прокатки, и может быть использовано на установках с пилигримовыми станами.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способу производства труб. .

Изобретение относится к способу и устройству для прокатки заготовки в прокатной установке с планетарным косовалковым и продольным прокатными станами. .

Изобретение относится к прокатному производству и касается усовершенствования конструкции двухвалковых клетей станов винтовой прокатки со станиной закрытого типа для получения труб и круглого проката.

Изобретение относится к прокатному производству, а точнее к способу перевалки двухвалковых рабочих клетей станов винтовой прокатки со станиной закрытого типа для получения труб и круглого проката.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, более конкретно к прокатному производству, и может быть использовано для получения длинномерных заготовок с мелкозернистой структурой.

Изобретение относится к области трубопрокатного производства и касается усовершенствования конструкции механизмов поворота барабанов в двухвалковой рабочей клети стана поперечно-винтовой прокатки.

Изобретение относится к прокатному производству и наиболее эффективно может быть использовано в главных линиях станов винтовой прокатки при производстве труб и круглого сорта.

Изобретение относится к области прокатного производства, в частности к обработке металлов давлением, и касается способов получения заготовок деталей машиностроения.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а точнее к прокатному производству и касается конструкции двухвалковых рабочих клетей со станиной закрытого типа, используемых в станах винтовой прокатки при получении труб, круглого сорта и коротких тел вращения, например шаров.

Изобретение относится к области трубопрокатного производства, а точнее к способам получения тонкостенных труб в агрегатах с трехвалковым раскатным станом поперечно-винтовой прокатки Ассела

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способу производства заготовок на прошивном стане

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается способа получения горячекатаных бесшовных труб винтовой прокаткой

Изобретение относится к области трубопрокатного производства и наиболее эффективно может быть использовано при производстве высокоточных труб на станах поперечно-винтовой прокатки с четырехвалковыми клетями и касается также перевалки четырехвалковых клетей

Изобретение относится к обработке металлов давлением, конкретно к технологии сортовой винтовой прокатки круглого профиля из стали обычного качества и легированной, труднодеформируемых сталей и сплавов, цветных металлов при использовании преимущественно в качестве исходной непрерывнолитой заготовки

Изобретение предназначено для уменьшения себестоимости и повышения качества труб, производимых винтовой прокаткой. Валок содержит вал и закрепленную на нем бочку с коническими участками. Возможность многократной замены изнашиваемых участков валка обеспечивается за счет того, что бочка выполнена в виде двух составных элементов, имеющих форму усеченных конусов, сопряженных друг с другом торцевыми поверхностями и соединенных винтами или шпильками, при этом составной элемент, соответствующий участку выхода готового проката, закреплен на валу неподвижно по горячей посадке, составной элемент, соответствующий участку захвата заготовки, - с возможностью перемещения вдоль вала, на торцевой поверхности одного из составных элементов выполнен осесимметричный некруглый выступ или отверстие, оппозитно которому на торцевой поверхности другого составного элемента, примыкающей к первому коническому элементу, выполнено сопряженное с ним и соединенное шпоночным, шлицевым или профильным соединением, соответственно, отверстие или выступ, при этом глубина отверстия превышает высоту соответствующего выступа. На валу со стороны составного элемента, соответствующего участку входа готового проката, выполнена проточка, в которую вставлены два полукольца, фиксируемые от выпадения из проточки надетой на них перемещаемой втулкой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к прокатному оборудованию, непосредственно к станам винтовой прокатки круглого сорта и труб. Способ включает снятие крышки с основания станины, ее разворот в пространстве на 180°, замену кассет с валками, монтаж или демонтаж верхнего и нижнего линейкодержателей с последующей установкой крышки на основание станины. Cнижение трудоемкости операции и повышение производительности прокатного агрегата в целом обеспечивается за счет того, что разворот крышки станины в пространстве на 180° осуществляют вокруг вертикальной оси, проходящей через центр тяжести крышки посредством стойки, несущей вал с двумя подшипниковыми опорами и электромеханическим приводом, при этом на валу закреплена консольная вилкообразная балка. 10 ил.

Изобретение относится к области прокатки круглых профилей на станах поперечно-винтовой прокатки с чашевидными валками. Клеть прокатного стана содержит корпус и установленные в нем валки. Повышение точности позиционирования пространственного положения рабочего валка обеспечивается за счет того, что регулировка положения валка 2 относительно оси прокатки осуществляется за счет поворота приспособления 9 на определенный угол при помощи червячного винта 12. Изменение диаметра изделия 1 осуществляется за счет вращения гайки 8 с наружным червячным колесом при помощи червячного винта 11. Продольная шпонка 13 или шлицевые вырезы позволяют эксцентриковой втулке 6 перемещаться вдоль оси вращения валка 2 относительно поворотного приспособления 9, не изменяя положения оси валка 2 относительно оси прокатки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области прокатного оборудования. Валок содержит рабочую часть, соединенную с ведущим валом, и механизм крепления. Автоматическая центровка всех деталей, жесткость обеспечиваются за счет того, что механизм крепления состоит из кольцевого пружинящего клина с разрезом, прижима, торцевых шпонок и винта, при этом кольцевой пружинящий клин и прижим размещены во внутренней конусообразной полости валка с совмещением их осей симметрии с осью симметрии грибовидного валка, в рабочей части грибовидного валка по его оси симметрии выполнено сквозное отверстие диаметром, меньшим диаметра головки винта, вдоль прижима по его оси симметрии выполнено сквозное отверстие для прохождения резьбовой части винта, ведущий вал со стороны грибовидного валка выполнен с конусообразным выступом, а вдоль ведущего вала по оси симметрии со стороны рабочей части грибовидного валка выполнено резьбовое отверстие под резьбовую часть винта длиной, не меньшей резьбовой части винта, при этом прижим и кольцевой клин расположены в полости валка без возможности проворачивания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при изготовлении бесшовных труб на трубопрокатных агрегатах, имеющих в своем составе устройство для прошивки заготовки в полую гильзу и раскатной стан с калибром, образованным оправкой и расположенными вокруг нее валками, например пильгерстан, автоматстан, реечный, непрерывный и также стан Асселя

Наверх