СПОСОБ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОШИВКИ Российский патент 2006 года по МПК B21B19/04 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу прошивки гильз из слитков, имеющих усадочную раковину, и сверленых заготовок сталей марок, склонных к образованию на задних концах гильз "треугольников", и может быть использовано при производстве труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

Известен способ прошивки слитков и заготовок на станах косой прокатки, очаг деформации которых образован двумя рабочими (приводными) валками и двумя холостыми (неприводными) роликами или линейками, заключающийся в том, что нагретые до температуры пластичности слитки, имеющие усадочную раковину, и сверленые заготовки деформируют (прошивают в гильзы) в очаге деформации, состоящем из трех последовательно расположенных зон: в первой зоне происходит прокатка сплошного или полого тела (сверленые заготовки или вторая прошивка-раскатка полых гильз) без оправки, во второй - прокатка полого тела с интенсивной деформацией стенки на оправке и в третьей зоне - обкатка полого тела без внутренней жесткой оправке (см. Ф.А.Данилов и др. Горячая прокатка труб, Металлургиздат, 1962 г., с.40-41).

Недостатком данного способа является то, что при прошивке слитков, имеющих усадочную раковину, и сверленых заготовок диаметром 600 мм и более наблюдается образование на задних концах гильз так называемых "треугольников", обусловленных наличием в головных частях слитков усадочных раковин и резкого падения деформации металла между валками и оправкой при попадании последней в усадочную раковину, а следовательно, увеличением скорости прошивки и, как следствие, увеличением нагрузки на привод прошивного стана. Аналогичная картина получается и при прошивке сверленых заготовок диаметром 600-650 мм из сталей марок с повышенным содержанием углерода и с увеличением открытости очага деформации, т.е. с увеличением зазора между рабочими и направляющими валками. Падение деформации приводит к уменьшению площади контакта металла с валками и резерва тянущих сил, что приводит к резкому увеличению нагрузки на привод прошивного стана, т.е. к увеличению контактных усилий валков на гильзу, что в свою очередь приводит к потере поперечной устойчивости гильз, к образованию "треугольников". В момент попадания оправки в усадочную раковину преобладающей становится деформация в тангенциальном направлении, полый конец слитка - гильзы теряет устойчивость, образуется "треугольник", резко возрастает нагрузка на привод рабочих валков и процесс прошивки прекращается, а в некоторых случаях за счет снижения оборотов валков, с вибрацией рабочего инструмента стана, гильзы с концевыми "треугольниками" выдают из стана. Образование "треугольников" приводит к ухудшению качества поверхности и геометрических размеров гильз, закатыванию оправок в гильзах, увеличению расхода металла и рабочего инструмента. Прокатка гильз с "треугольниками" на пилигримовом стане приводит к повышенной поперечной разностенности и, как следствие, к недокатам и повышенному расходу металла при переделе слиток - заготовка - труба.

Наиболее близким техническим решением является способ поперечно-винтовой прошивки, включающий задачу слитков донным концом в валки и деформацию их на оправке валками и неприводными роликами, при подходе к оправке заднего конца слитка длиной, соответствующей усадочной раковине, фиксируют по росту нагрузки, после чего деформацию осуществляют при перемещении роликов в горизонтальной плоскости навстречу вращению гильзы (а.с. 511120 "Способ поперечно-винтовой прошивки слитка").

Недостатком данного способа является то, что он распространяется только на способ прошивки слитков с усадочной раковиной, а с момента фиксирования роста нагрузки, который достоверно установить не представляется возможным, и перемещения роликов в горизонтальной плоскости навстречу вращения гильзы уже происходит зарождение "треугольника" и процесс становится не обратимым. Данный способ частично снижает рост "треугольников", снижает вероятность получения на 40-50% дефектных гильз и снижение расхода оправок прошивного стана.

Задача изобретения - исключить образование "треугольников" на гильзах при прошивке слитков с усадочной раковиной и сверленых заготовок диаметром 600 мм и более из сталей марок, склонных к их образованию.

Технический результат достигается тем, что в известном способе поперечно-винтовой прошивки, заключающемся в деформации слитков и заготовок на оправке рабочими валками, холостыми роликами или линейками, перемещение осей роликов в горизонтальной плоскости навстречу вращению гильз с момента подхода оправки к усадочной раковине и роста нагрузки на привод стана, деформацию слитков и заготовок осуществляют в калибре, образованном рабочими валками, холостыми роликами или линейками, а оси последних устанавливают стационарно со смещением в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз, а в вертикальной плоскости со смещением к оси прошивки для роликов и от оси прошивки для линеек смещение осей холостых роликов в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз производят на величину L, а в вертикальной плоскости к оси прошивки на величину L₁, значения которых определяют из выражений

L=K·D_p+D_г/S_г,

L₁=K₁·D_p+D_г/S_г,

где D_p - диаметр холостого ролика в пережиме, мм;

D_г - наружный диаметр гильзы, мм;

S_г - толщина стенки гильзы, мм;

К=0,2-0,3 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определения величины смещения осей холостых роликов в горизонтальной плоскости;

K₁=0,02-0,03 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определении величины смещения осей холостых роликов в вертикальной плоскости, а смещение осей линеек в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз производят на величину L₂, а в вертикальной плоскости от оси прошивки на величину L₃, значения которых определяют из выражений

L₂=D_г/S_г,

L₃=(0,5-1,0)D_г/S_г,

где К₂=0,5-1,0 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определения величины смещения осей линеек в вертикальной плоскости, причем большие значения коэффициентов К, K₁ и К₂ принимают для гильз с большим отношением D_г/S_г.

Сущность способа заключается в том, что, не меняя схемы напряженно-деформированного состояния, за счет стационарной установки осей роликов или линеек со смещением в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз, а в вертикальной плоскости со смещением к оси прошивки для роликов и от оси прошивки для линеек мы создаем более закрытый калибр. Так как процесс зарождения "треугольников" происходит на концевых участках, то при выходе гильзы с отношением D_г/S_г≥7,5 из рабочих валков и вращении в ее сторону роликов или линеек силы трения, создающиеся роликами или линейками, направлены против вращения гильзы, и при больших расстояниях между ними происходит перелом стенки (потеря поперечной устойчивости) и стремление стенки гильзы попасть между рабочим валком и роликом. Устанавливая стационарно ролики или линейки со смещением осей в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз, а в вертикальной плоскости со смещением к оси прошивки для роликов и от оси прошивки для линеек, мы тем самым создаем более замкнутый калибр со стороны вращения гильз, т.е. значительно снижаем расстояние между рабочими валками и роликами или линейками и исключаем вероятность образования "треугольников" на концевых участках гильз.

Смещения осей холостых роликов в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз на величину L, а в вертикальной плоскости к оси прошивки на величину L₁, смещение осей линеек в горизонтальной плоскости, относительно оси прошивки в сторону вращения гильз на величину L₂, а в вертикальной плоскости от оси прошивки на величину L₃ можно определить по приведенным математическим зависимостям

L=K·D_p+D_г/S_г;

L₁=K₁·D_p+D_г/S_г;

L₂=D_г/S_г;

L₃=K₂·D_г/S_г.

Использование предложенного способа поперечно-винтовой прошивки позволит значительно сократить образование "треугольников" на гильзах при прошивке слитков с усадочной раковиной и сверленых заготовок диаметром 600 мм и более из сталей марок склонных к их образованию.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ поперечно-винтовой прошивки слитков и заготовок на оправке рабочими валками, холостыми роликами или линейками с перемещением осей роликов в горизонтальной плоскости навстречу вращению гильз с момента подхода оправки к усадочной раковине и роста нагрузки на привод стана отличается тем, что деформацию слитков и заготовок осуществляют в калибре образованном рабочими валками, холостыми роликами или линейками, а оси последних устанавливают стационарно со смещением в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз, а в вертикальной плоскости со смещением к оси прошивки для роликов и от оси прошивки для линеек, смещение осей холостых роликов в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз производят на величину L, а в вертикальной плоскости к оси прошивки на величину L₁, смещение осей линеек в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз производят на величину L₂, а в вертикальной плоскости от оси прошивки на величину L₃, значения которых определяют из выражений

L=K₁·D_p+D_г/S_г;

L₁=K·D_p+D_г/S_г;

L₂=D_г/S_г; L₃=K₂·D_г/S_г,

где D_p - диаметр холостого ролика в пережиме, мм;

D_г - наружный диаметр гильзы, мм;

S_г - толщина стенки гильзы, мм;

К=0,2-0,3 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определения величины смещения осей холостых роликов в горизонтальной плоскости;

K₁=0,02-0,03 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определения величины смещения осей холостых роликов в вертикальной плоскости;

К₂=0,5-1,0 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определения величины смещения осей линеек в вертикальной плоскости.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "Новизна". Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

Так как оборудования для осуществления предложенного способа в данный момент не существует, то пример конкретного выполнения привести не представляется возможным.

Данный способ поперечно-винтовой прошивки позволит значительно снизить или полностью исключить образование "треугольников" на концевых участках тонкостенных гильз диаметром 550 мм и более, прошитых из слитков, и гильз диаметром 600 мм и более, прошитых из сверленых заготовок сталей марок, склонных к образованию концевых "треугольников", что в свою очередь позволит снизит расход оправок прошивного стана и расходный коэффициент металла на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами при переделе слиток - сверленая заготовка - труба.

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу прошивки гильз из слитков, имеющих усадочную раковину, и сверленых заготовок сталей марок, склонных к образованию на задних концах гильз "треугольников", и может быть использовано при производстве труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами. Способ поперечно-винтовой прошивки включает деформацию слитков и заготовок на оправке рабочими валками, холостыми роликами или линейками, перемещение осей роликов в горизонтальной плоскости навстречу вращению гильз с момента подхода оправки к усадочной раковине и роста нагрузки на привод стана, при этом деформацию слитков и заготовок осуществляют в калибре, образованном рабочими валками, холостыми роликами или линейками, а оси последних устанавливают стационарно со смещением в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз, а в вертикальной плоскости со смещением к оси прошивки для роликов и от оси прошивки для линеек смещение осей холостых роликов в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз производят на величину L, а в вертикальной плоскости к оси прошивки на величину Li, значения которых определяют из выражений L=K·D_p+D_г/S_г, L₁=K₁·D_p+D_г/S_г, где D_p - диаметр холостого ролика в пережиме, мм; D_г - наружный диаметр гильзы, мм; S_г толщина стенки гильзы, мм; К=0,2-0,3 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определения величины смещения осей холостых роликов в горизонтальной плоскости; K₁=0,02-0,03 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определения величины смещения осей холостых роликов в вертикальной плоскости, а смещение осей линеек в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону вращения гильз производят на величину L₂, а в вертикальной плоскости от оси прошивки на величину L₃, значения которых определяют из выражений L₂=D_г/S_г, L₃=K₂D_г/S_г, где К₂=0,5-1,0 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определении величины смещения осей линеек в вертикальной плоскости. Большие значения коэффициентов К, K₁ и К₂ принимают для гильз с большим отношением D_г/S_г. Изобретение обеспечивает значительное снижение или полное исключение образования "треугольников" на концевых участках тонкостенных гильз, снижение расхода оправок прошивного стана и расходного коэффициента металла при прокатке труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из слитков диаметром 550 мм и более и сверленых заготовок диаметром 600 мм и более. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ поперечно-винтовой прошивки, включающий деформацию слитков и заготовок на оправке рабочими валками, холостыми роликами или линейками и с момента подхода оправки к усадочной раковине перемещение осей роликов в горизонтальной плоскости навстречу направлению вращения гильз, отличающийся тем, что при деформации слитков и заготовок в калибре, образованном рабочими валками, холостыми роликами или линейками, оси холостых роликов и линеек устанавливают стационарно со смещением в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону направления вращения гильз, а в вертикальной плоскости со смещением к оси прошивки для холостых роликов и от оси прошивки для линеек с созданием более закрытого калибра.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смещение осей холостых роликов в горизонтальной плоскости относительно оси прошивки в сторону направления вращения гильз производят на величину L, а в вертикальной плоскости к оси прошивки на величину L₁, значения которых определяют из выражений

L=K·D_p+D_г/S_г,

L₁=K₁·D_p+D_г/S_г,

где D_p - диаметр холостого ролика в пережиме, мм;

D_г - наружный диаметр гильзы, мм;

S_г - толщина стенки гильзы, мм;

К=0,2-0,3 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определения величины смещения осей холостых роликов в горизонтальной плоскости, большие значения которого принимают для гильз с большим отношением D_г/S_г;

K_г=0,02-0,03 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определения величины смещения осей холостых роликов в вертикальной плоскости, большие значения которого принимают для гильз с большим отношением D_г/S_г.

L₂=D_г/S_г,

L₃=K₂·D_г/S_г,

где К₂=0,5-1,0 - коэффициент, учитывающий геометрические размеры гильз, для определения величины смещения осей линеек в вертикальной плоскости, большие значения которого принимают для гильз с большим отношением D_г/S_г.