ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ Российский патент 1999 года по МПК B21B21/00 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к технологическому инструменту для холодной прокатки труб из тугоплавких металлов, например титановых сплавов.

Известен инструмент для холодной прокатки труб, содержащий валки с ручьем переменного поперечного сечения, имеющим калибрующую, обжимную и редуцирующие зоны и оправку, в котором гребень ручья в начале зоны обжатия образован вогнутой параболой, а соответствующий ему участок образующей оправки - выпуклой параболой, и соединен с участком, соответствующим по зоне редуцирования валка, выполненным цилиндрическим (а.с. СССР N 839628, кл. В21В 21/00, публ. 1981 г.)
Недостатки известного инструмента заключаются в том, что деформация трубной заготовки в рабочей зоне осуществляется одновременно как по диаметру (деформация редуцирования), так и по стенке (деформация обжатия). Это не позволяет использовать редуцирующую деформацию для повышения точности геометрических размеров прокатываемых труб, имеющих значительную разностенность как продольную, так и поперечную.

Известен технологический инструмент для периодической прокатки труб (а. с. СССР N 910243, кл. В21В 21/00, публ. 1982 г.), в котором для профилирования ручья калибра и оправки используются параболические и гиперболические кривые.

Рабочая (обжимная) зона известного инструмента не разделена на редуцирующую и обжимную по стенке, а переходные участки калибра геометрически не связаны конусностью многопрофильной оправки, что не позволяет использовать редуцирующую деформацию для повышения точности геометрических размеров прокатываемых труб.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является технологический инструмент для холодной прокатки труб (а.с. СССР N 822937, кл. В21В 21/02, публ. 1981 г.), содержащий конусную оправку и пилигримовые валки с ручьем, имеющем по длине развертки зону редуцирования, зону обжатия с углом наклона ее образующей к оси оправки более угла наклона образующей оправки, предотделочную зону с образующей, выполненной наклонно к оси оправки, и зону калибровки.

Повышение точности геометрических размеров труб из легких сплавов при прокатке с повышенной подачей достигается путем использования отрицательной конусности образующей профиля ручья в предотделочной зоне по отношению к образующей оправки. Это позволяет сохранять постоянный зазор между оправкой и ручьем в предотделочной зоне, что позволяет повысить точность размеров труб.

Использованием данного технологического инструмента при прокатке сплавов, склонных к складкообразованию, например титановых сплавов, не достигается необходимая точность геометрических размеров прокатываемых труб, особенно, если использовалась трубная заготовка с большой исходной разностенностью.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение точности геометрических размеров прокатываемых труб из тугоплавких металлов за счет обеспечения возможности данным инструментом сначала интенсивно деформировать заготовку по диаметру, а затем интенсивно деформировать ее по стенке.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом технологическом инструменте для холодной прокатки труб зона редуцирования и зона обжатия соединены между собой переходной зоной, конусность которой выполнена в пределах от полуразности до полусуммы конусов редуцирующей и обжимной зон оправки, а соотношение длин редуцирующей и обжимной зон выполнено как отношение натуральных логарифмов суммарных вытяжек по диаметру и по стенке прокатываемой трубной заготовки.

Из теории холодной прокатки труб (Шевакин Ю.Ф. Калибровка и усилия при холодной прокатке труб. М., Металлургиздат, 1963) известно, что с целью уменьшения разностенности труб при прокатке необходима сначала интенсивная редукция по диаметру трубы, а затем выглаживающая (раскатывающая) деформация стенки трубы на оправке с малым углом конусности. Для реализации указанного условия необходимо выбрать соотношение между длинами зон редуцирования и обжатия на рабочей части ручья профиля калибра и ввести промежуточный участок, соединяющий эти зоны. Для нахождения соотношения длин обжатия и редуцирования положено энергетическое условие соотношения работ деформаций редуцирования по диаметру и обжатия по стенке. Величина работ по указанным факторам зависит от натурального логарифма вытяжек как по диаметру, так и по стенке. Для реализации указанного соотношения необходимо использование многоконусной оправки, как минимум двухконусной, углы наклона образующих которой соответственно равны α_p (конус редуцирования) и α_o (конус обжатия). Для исключения пережима трубы в момент перехода с зоны редуцирования по диаметру в зону обжатия по стенке необходимо использовать переходный участок с углом наклона образующей ручья калибра от полуразности между конусом редуцирования и конусом обжатия (α_p-α_o)/2 до полусуммы этих величин (α_p+α_o)/2.
Невыполнение указанных соотношений размеров при изготовлении предлагаемого технологического инструмента приведет к нарушению стабильных условий прокатки труб: пережимам трубы при сходе с конуса редуцирования на конус обжатия, утяжине оправки (изменение размеров оправки) в зоне перехода от редуцирования трубы по диаметру к обжатию по стенке.

Использование предлагаемого технологического инструмента для холодной прокатки труб позволяет повысить точность геометрических размеров труб за счет снижения продольной и поперечной разностенности примерно в два раза.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид предлагаемого инструмента, развертка.

Технологический инструмент содержит двухконусную оправку 1 с углами наклона tgα_p и tgα_o образующих к ее оси, пилигримовые валки 2 с ручьем по окружности бочки и рабочий конус 3. Ручей имеет по длине развертки последовательно расположенные зоны: АБ - зона редуцирования, БВ - зона переходного участка, ВГ - зона обжатия, ГД - зона калибровки.

Рабочая зона АГ развертки ручья калибра включает в себя зону редуцирования по диаметру (АБ), зону обжатия по стенке (ВГ) и зону переходного участка (БВ).

Соотношения длин редуцирующей АБ и обжимной ВГ зон выбирается из энергетических затрат на деформацию по диаметру и по стенке и определяется выражением

Длины зон в конкретной развертке ручья калибра находятся следующим образом:


где l_АБ - длина редуцирующей зоны рабочего участка развертки ручья калибра;
l_ВГ - длина обжимной зоны;
l_БВ - длина переходной зоны;
l_АГ - длина рабочего участка развертки ручья калибра;
D_з - диаметр трубной заготовки;
D _г - диаметр готовой трубы;
t_з - толщина стенки трубной заготовки;
t_г - толщина стенки готовой трубы.

Образующая переходной зоны рабочего участка развертки ручья калибра выполнена в пределах от полуразности до полусуммы конусов редуцирующей и обжимной частей двухконусной оправки.

Деформация при использовании предлагаемого инструмента осуществляется следующим образом.

В зоне АБ происходит редуцирование заготовки без обжатия стенки, что позволяет при выбранном соотношении длин между зонами редуцирования и обжатия уменьшить исходную разнотолщинность трубной заготовки.

В переходной зоне БВ происходит свободное редуцирование без подпора оправки, т. к. образующая ручья калибра имеет конусность меньшую, чем образующая ручья редуцирующей зоны. Это позволяет прокатываемой трубной заготовке без пережимов сходить с редуцирующего конуса оправки.

В обжимной зоне ВГ происходит основная деформация трубной заготовки по толщине стенки трубы, а величина редуцирования будет определяться величиной изменения диаметра трубы путем утонения стенки в зоне обжатия на обжимной части оправки.

Пример. Прокатывали трубную заготовку из титанового сплава ВТ 1-0 по маршруту ⊘70×9-⊘48×6. Вытяжка по диаметру составила ≈1,43 (натуральный логарифм ≈0,365). Вытяжка по стенке составила 1,5 (натуральный логарифм ≈0,406). Рабочая часть развертки профиля ручья калибров составила 475 мм (пятнадцатизонная калибровка 31,7 х 15). Длина переходной зоны БВ принята равной 31,7 мм, поэтому суммарная длина редуцирующей и обжимной зон составила 443,3 мм. Она разбита в соотношении натуральных логарифмов: l _АБ = 209,6 и l_ВТ = 233,7. Конусность редуцирующей части оправки была равна tg2α_p= 0,041, а обжимной части оправки tg2α_o= 0,007. Конусность образующей переходной зоны принята равной полусумме редуцирующей и обжимной зон двухконусной оправки и составила tg2α_п= 0,024. Подача равнялась 8...12 мм на двойной ход клети. Зафиксированная разностенность исходной трубной заготовки колебалась в пределах: продольная 7,3...12,6%, поперечная 8,4...13,1%.

Прокатанные трубы по наружному диаметру имели перепад не более 0,05 мм, продольная разностенность по толщине стенки изменялась в пределах 3,7... 5,5%, а поперечная разнотолщинность изменялась в пределах 4,2...7,1%.

Таким образом, предлагаемый технологический инструмент позволяет повысить точность геометрических размеров готовых труб.

Использование: изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к технологическому инструменту для холодной прокатки труб из тугоплавких металлов, например титановых сплавов. Сущность изобретения: в предлагаемом технологическом инструменте для холодной прокатки труб зона редуцирования и зона обжатия соединены между собой переходной зоной, конусность которой выполнена в пределах от полуразности до полусуммы конусов редуцирующей и обжимной зон оправки, а соотношение длин редуцирующей и обжимной зон выполнено как отношение натуральных логарифмов суммарных вытяжек по диаметру и по стенке прокатываемой трубной заготовки. Технический результат: использование предлагаемого инструмента позволяет повысить точность геометрических размеров прокатанных труб за счет снижения продольной и поперечной разностенности примерно в два раза. 1 ил.

Технологический инструмент для холодной прокатки труб, содержащий конусную оправку и пилигримовые валки с ручьем, имеющим по длине развертки зону редуцирования, зону обжатия с углами наклона образующих к оси оправки больше углов наклона образующих оправки и зону калибровки, отличающийся тем, что зона редуцирования и зона обжатия соединены между собой переходной зоной, конусность которой выполнена в пределах от полуразности до полусуммы конусов редуцирующей и обжимной зон оправки, а соотношение длин редуцирующей и обжимной зон выполнено как отношение натуральных логарифмов суммарных вытяжек по диаметру и по стенке прокатываемой трубной заготовки.