Технологический инструмент для холодной прокатки труб

 

Союз Советскик

Социалистических

Рвслублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ нн880524 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.1178 (21)2685690/22-02 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет—

Опубликовано 151181. Бюллвтень Но 42

Дата опубликования описания 1511.81 (51)М. Кл.

В 21 В 21/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК621. 774..07(088.8) (72) Авторы изобретения

Л.В.Тимошенко, В.В.Кириченко, И.М.Обух-Швец, С.Н.Кекух, В.Ф.Фролов, И.Ю.Коробочкин, С.П.Живцов, Я,Д Д дц ий

Б.Ç.Буга, A.È.Êóöåíêî, Ю.A.Êðàâ÷åíêî и З4.Д.Плотник

;"к Ь1,ЦЯНЬ g изтвитнеПХНивс щд >

Б (71) Заявитель (54) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ

ПРОКАТКИ ТРУБ

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубопрокатному производству, и касается формы рабочих профилей технологического инструмента, а именно ручья на валке и оправки стана периодической холодной прокатки труб.

Известен трубопрокатный инструмент стана холодной прокатки труб, включающий оправку, имеющую хвостовик и рабочую часть, с круглым, уменьшающимся от хвостовика, поперечным сечением, и валки с ручья, профиль гребня которых и образующая оправки по всей их длине выполнены кривыми, описанными аналогичными уравнениями гиперболы t.1).

Ъ

Недостаток данного инструмента . заключается в том, что на внутренней 20 поверхности в зоне редуцирования возникают складки (в связи с повышенной протяженностью зоны "чистого" редуцирования), которые в дальнейшем развиваются в микро- и макротрещины.

Из-за неблагоприятного режима обжатия к началу зоны калибрования возникают повышенные контактные напряжения, ухудшающие работу технологической смазки, что зачастую приводит к нали- 30 панию деформируемого металла на прокатный инструмент.

Наиболее близким к предлагаемому является технологический инструмент стана холодной прокатки труб, включающий оправку, имеющую хвостовик, и рабочую часть- с круглым, уменьшающимся от хвостовика, поперечным сечением, и валки с ручьями, профиль гребня которых и рабочая поверхность оправки по длине выполнены кривыми,с криволинейными образующими параболической формы и с различными показателями степеней, в частности показатель степени (порядок) параболы гребня ручья на единицу выше показателя степени (порядка) параболы образукщей оправки (2) .

Недостатком известного инструмента является неудовлетворительная точность прокатываемых труб в связи с наличием пережима толщины стенки тру- бы на отрезке длины протяженностью

0,3-0,6 обжимной зоны, начиная со стороны большего поперечного сечения ручья, отстоящего на длину 0,2-0,4 обжимной зоны. указанный пережим стенки зачастую превышает минусовый допуск по ее толщине, особенно при !

:повышенных деформациях по диаметру и на толстостенных трубах. Подобная

880524 геометрическая рассогласованность профилей гребня ручья и образующей оправки вызывает непрерывное возрастание к концу обжимной зоны величины частных деформаций. по диаметру и значительное их превышение по отношению к деформации по стенке. Последнее приводит к тому, что на внутренней поверхности труб возникают мелкие дефекты типа "седины", т.е. мелких рисок, что для труб ответственного назначения с повышенными требованиями по качеству увеличивает брак, повышает расходный коэффициент металла.

Интенсификация режимов деформации на данном инструменте также затруднена по причине значительных осевых усилий,15 воздействующих на заготовку и оправку, что приводит к взаимному врезанию торцов последовательно идущих одна за другой труб (т.е. к стыкованию) и особенно нетехнологично на тонкостен- щ ных.. Это вынуждает уменьшать режимы частных (за счет снижения подачи) и суммарных (за счет уменьшения обжа- тия по стенке и диаметру трубы) деформаций за проход, снижать число двойных ходов клети в минуту.

Целью изобретения является интенсификация режимов деформации путем перераспределения частых обжатий по длине инструмента.

Для достижения этой цели в технологическом инструменте для холодной прокатки труб, содержащем оправку с рабочей поверхностью и уменьшающимся от ее начала поперечным сечением и пилигримовые валки, каждный с ручьем З5 по окружности бочки, профиль гребня которого и рабочая поверхность оправки имеют криволинейнь;е образующие и одна из них параболической формы, образующие профиля гребня ручья и ра- 40 бочей поверхности оправки выполнены друг относительно друга с разноименной взаимозаменяемой формой кривых, при этом форма другой из криволинейных образующих гиперболическая.

Кроме того, для снижения осевых усилий на заготовку при прокатке тонкостенных труб криволинейная образукщая профиля гребня ручья имеет параболическую форму и образующая оправки — гиперболическую.

Для снижения осевых усилий на заготовку при прокатке толстостенных труб криволинейная образующая профиля гребня ручья имеет гиперболическую ффрму, образующая оправки — параболическую, На чертеже представлена схема развертки очага деформации с использованием предлагаемого инструмента.

Технологический инструмент вклю- ц) чает оправку 1 и пилигримовые валки

2. Оправка имеет хвостовик 3 и рабочую поверхность 4 с уменьшающимися поперечным сечением и криволинейной образующей. Валки по окружности бочки 5 имеют ручей i íà чертеже не показано), профиль гребня 5 которого выполнен также с криволинейной образуксцей.

Образующие оправки и гребня ручья имеют разноименную форму кривых,т.е. кривая одного из инструмента имеет параболическую форму, а другая — гиперболическую. При этом математические выражения для получения расчетных формул, описывающих криволинейные образующие оправки и гребня ручья, представляют собой политропные кривые вида

1Т3 у = С х где у и х — переменные;

С вЂ” константа

m — любое рациональное число, при m ) 0 имеет место параболическая кривая, при m < 0 — гиперболическая кривая, т.е. образующие оправки и гребня ручья имеют противоположные по знаку показатели степени.

С учетом конусности рабочих профилей гребня ручья и образующей оправки после соответствующего преобразования политропных кривых находят уравнение

У

С х т я+! (— ) ° х+ С где — длина криволинейной части образующих оправки или гребня ручья.

Дальнейшее преобразование этого уравнения сводится к отысканию постоянных величин С и С,! которые находятся из граничных условий и зависят от того, к какому инструменту применяют расчетную формулу.

Оправка и валок имеют неодинаковые разноименные формы кривых образующей оправки и образующей гребня валка, но оправка и валок могут иметь параболическую и гиперболическую форму их криволинейных образующих.

Для обеспечения оптимальных условий прокатки тонкостенных труб криволинейная образующая гребня ручья имеет параболическую Форму (m > О), а образующая оправка гиперболическую форму (m < О).

Для обеспечения оптимальных условий при прокатке толстостенных труб криволинейная образукщая гребня ручья вЫполняется гиперболической, а образующая оправки — параболической формы.

Оптимальные условИя деформации могут быть обеспечены лишь при дифференцированном учете режимов обжатий по диаметру (s D<), коэффициента тонкостенности трубы (О/t), типоразмера стана, маргipy a прокатки, требуемой производительности, качества, допустимых силовых параметров и многих других факторов, необходимость учета которых возникает в конкретных условиях производства.

880524

О/t

Показатель степени и тип кривой

Маршрут прокатки труб, мм ипоразер стана обр а зукщей оправки гребня ручья

«5, 5 m=-6 (Г)

6, 4 m=-8 (Г)

5, 4 m=-12 (Г)

- 4,2 m=-18 (Г) m = 4 (П)

m = 3,5(П)

m = 3,5(П)

m = 3 (П) 10 m = m = -10 (Г)

-10 m=10 (П) в=-4 (Г)

10 в = 16 (П) в = — 2 (Г)

12 m =-16 (Г) m = 3 (П) I Х ХПТ 32 25 х 1,8 18 х 1,2 7 14,5 m = 20 (П) в = -20(Г)

Х ХПТ 65 48 х 2,5 38 х 1,6 10 22 m = 18 (П) m = -14 (Г)

XI ХПТ 75 76х4 — 45 х 2,5 31 -18,5 в = 12 (П) m = - 8(Г) 19 m = 8 (П) m = - 2 (Г) П р и м е ч а н и е: 1. Параметр тонкостенности (О/t) определен как средняя величина между коэффициентами тонкостенности трубы и заготовки.

2. (Г) — гипербола, (П) — парабола.

3. Суммарное обжатие по наружному диаметру трубы - D .

В таблице приведены возможные оптимальные сочетания политропных кривых (типа у = Сх ), формообразующих тех1 ХПТ 32 28 х 5 22 х 4 б

I I ХПТ 32 30 х 4,8» 16 х 2,5 16

I 1 I ХПТ 55 57 х 9,5 32 х б 25

1V ХПТ 75 89 х 16-47 х 12 42

V ХПТ 32 28х3 — 20 х 2 8

Vl ХПТ 32 38 х 4 25 х 2,5 13

VII ХПТ 55 63х 6,5 38 х 4 24

Vill ХПТ 75 93 х 8 48 х 4,1 45

Х II ХПТ 75 106 х б — 63 х 3 43

Как видно из таблицы, тонкостенные трубы (14 с О/t E 22) весьма чувствительны к осевым усилиям, рост которых вьаае допустимого уровня приводит к стыковке трубы, поломке справок, порче ручья и дальнейшему ухудшению качества наружной поверхности трубы.

Снижение осевых усилий обнаружено при прокатке на оправках с гиперболическими образующими (что объясняется менее интенсивным изменением конусности цилиндрического хвостовика оправки по сравнению с параболическими образукщими), при этом чем больше обжатие по диаметру,тем меньше абсолютное значение показателя поли- g) тропы (причем при 1в1 с 2 начинаются недостатки, характерные для линейноконусных калибровок в виде снижения качества и роста силовых параметров прокатки). При показателях Iml > 20 д нологический инструмент в части рабочих профилей, определенные экспериментальным путем. начинается возрастание осевых усилий выае допустимого уровня. Гиперболическая образующая оправки хорошо работает лишь с параболическим профилем гребня ручья (в связи с тем, что параболическая форма ручья более интенсивно смещает режимы частных обжатий к

1началу криволинейной зоны рабочей части ручья), при этом с ростом ь 0 показатель степени уменьшается так, что значения менее m 10 (при в -2) излишне перегружают конец обжимной зоны, что повыаает контактные напряжения, а это зачастую приводит к налипанию деформируемого металла на прокатный инструмент. Показатель параболы ручья m = 20 (при гиперболе оправки в -20) обеспечивает относительно невысокие осевые усилия, а с дальнейшим ростом показателя степени параболы ручья (m > 20) 880524 создается нерациональное перераспределение частных обжатий, увеличивающих осевые усилия, а с ними и все сопутствующие их недостатки.

Из таблицы видно, что для толстостенных труб (например, 4,2 < D/tc6,4) лимитом, сдерживающим технологические возможности инструмента, являются не осевые усилия, а полные давления металла на валок, превышение которых вынуждает уменьшать режимы обжатий.

Полные давления весьма существенно снижаются при использовании оправок параболической формы (т.е. m > О) в связи с интенсивными режимами обжатий, обеспечивающими данными кривыми со стороны большего поперечного 15 сечения оправки. При этом чем меньше обжатие по диаметру, тем выше m (вплоть до m = 4). Величина m > 4 даже на толстых стенках нежелательна из-за повышенного уровня осевых, хотя Щ в первую очередь лимит наступает по недопустимо большим давлениям на валок, зачастую ухудшающих качество. С ростом z D показатель политропы оправки снижается до а = 2, пока-. 25 затель m < 2 нецелесообразен в связи с повышенными уровнями частных обжатий в конце рабочего участка оправ«Й

Для труб со средним уровнем коэффициентов тонкостенности (10 «< О/t<14) возможны как одни (оправка с в 0, ручей с m (О}, так и другие (оправка . с m (О, а ручей с m > О) сочетания, что зависит от многих технологических параметров и требуемого уровня качества труб.

Работа инструмента стана холодного пильгерования происходит следующим образом, После подачи трубной заготовки в очаг деформации (в период отсутствия контакта ручья валков с металлом трубы) валки 2 своими ручьями накатываются на заготовку, осуществляя в начале рабочей зоны обжатие по диаметру до контакта внутренней поверхности заготовки с оправкой 1. С этого момента начинается плавное обжатив с равномерным сочетанием деформации по стенке и диаметру трубы на всей остальной длине рабочей части криволинейного участка. В последующей зоне с цилиндрическими рабочими проI филями ручья и оправки осуществляются отделочные циклы деформации, где труба приобретает окончательную форму по циаметру и стенке в пределах заданных требований по геометрическим и качественным показателям. 60

Предлагаемый инструмент позволяет дифференцированно подходить к технологическим требованиям. При этом диапазон варьирования образующих гребня, и оправки способен обеспечить оптималь- 65 ные условия, исходя из необходимого качества геометрического характера либо требуемого уровня шероховатости поверхности.

Политропная взаимосвязь между образующей оправки и профилем гребня позволяет получить наиболее качественную внутреннюю поверхность прокатываемой трубы. Вероятность появления складок, закатов, рисок, трещин, чаще всего образующихся вследствие рассогласований профиля гребня и образующей оправки в рабочей части криволинейной зоны, сводится практически к нулю.

За счет варьирования величины положительного показателя степени в уравнении кривой профиля гребня ручья в сочетании с отрицательным показателем степени образующей оправки расширяются воэможности перераспределения уровней частных деформаций по длине очага деформации, чем достигается минимум сил контактного трения, улучшаются условия эксплуатации технологической смазки в очаге деформации, повышается качество микрорельефа поверхности труб. Повышение уровня качества позволяет вести прокатку при более интенсивных режимах,т.е. увеличенными подачами, числами

l двойных ходов клети и обжатиями.

Формула изобретения

1. Технологический инструмент для холодной прокатки труб, содержащий оправку с рабочей поверхностью и уменьшающимся от ее начала поперечным сечением и пилигримовые валки, каждый с ручьем по окружности бочки, профиль гребня которого и рабочая поверхность оправки имеют криволинейные образующие, и одна из них параболической формы,о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с цечью интенсификации режимов деформации путем перераспределения частных обжатий по длине инструмента, образующие профиля гребня ручья и рабочей поверхности оправки выполнены друг относительно друга с разноименной взаимозаменяемой формой кривых, при этом форма другой из криволинейных образующих гиперболическая.

2. Инструмент по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения осевых усилий на заготовку при прокатке тонкостенных труб,криволинейная образующая профиля гребня ручья имеет параболическую форму, а образующая оправки - гиперболическую.

3. Инструмент по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения осевых усилий при прокатке толстостенных труб, криволинейная образующая профиля гребня ручья имеет

880524

Составитель Н. Ларина

Редактор Т. Веселова Техред С.Мигуйова Корректор С. Щомак

Заказ 9804/13 Тираж 891 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент",r. Ужгород, ул. Проектная, 4 гиперболическую форму, а образунщая оправки — параболическую.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 229420, кл. В 21 В 21/00, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 534261, кл. В 21 В 21/02, 1975.