Заготовка для винтовой прошивки гильз Советский патент 1991 года по МПК B21B19/04 

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано на станах винтовой прокатки при прошивке заготовки в гильзу.

Известные технические решения предлагают совершенствовать неустановившийся период процесса путем специального профилирования переднего конца заготовки: в виде конусного участка, утолщенного переднего и утоненного заднего цилиндрических участков.

Для указанных технических решений общим является попытка совершенствовать прежде всего стадии первичного захвата заготовки либо стадию установившегося процесса.

Уаиболее близким к предлагаемому является предложение, согласно которому для прошивки в стане винтовой прокатки используют заготовку, имеющую передний и задний утоненные цилиндрическо-кониче- ский конец и основную часть,

Поскольку в известной заготовке торцовый цилиндрический участок выполнен диаметром, равным диаметру готового изделия, он не деформируется валками в течение всего процесса прошивки.

о

ю

Он

о

«

ю

Этим достигается устранение осевого разрушения торцовой части заготовки, однако наличие недеформируемого переднего конца заготовки играет отрицательную роль в плане осуществления устойчивого вторим- ного захвата заготовки, так как из общей длины контакта металла с валками исключается отрезок, состоящий из суммы длин ци- линдрическо-коническогр конца, т.е. длина контактной площади.в момент вторичного захвата сокращается до к вместо h. Таким образом, в наиболее ответственный период прошивки создается дефицит втягивающих сил трения, который приводит к снижению осевой скорости, увеличению осевого скольжения и числа циклов обжатий. Передний конец заготовки жует валками стана при незначительном продвижений ее в осевом направлении. При этом на участках заготовки, деформируемых в период вторичного захвата, образуются разрушения, которые при дальнейшей обработке трансформируются в поверхностные дефекты, Как правило, большинство всех концевых дефектов располагаются в гильзе не на самом торце, а на некотором удалении от него и соответствуют участку вторичного захвата.

Ухудшение условий осуществления вторичного захвата приводит, помимо ухуд- шения качества поверхности труб, к сокращению сортамента прошиваемых материалов. Для многих легированных сталей и сплавов с высоким сопротивлением деформации процесс прошивки становится невозможным из-за недостатка тянущих сил трения и невозможности осуществления вторичного захвата, что характерно и для процесса прошивки обычной цилиндрической заготовки.

Цель изобретения -улучшение качества поверхности гильз и расширение технологических возможностей винтовой прошивки путем создания дополнительных тянущих сил трения в период вторичного захвата.

Поставленная цель достигается тем, что заготовка, имеющая цилиндрическую основную часть и цилиндрическо-конический концевой участок, выполнена с диаметром цилиндрической части концевого участка, равным диаметру основной, и его длиной 0,4-2,0 диаметра с. присоединенным к большему основанию конической части концевого участка дополнительным цилинд- рическим участком большего диаметра, равным 1.01-1,2 диаметра основной части, с которой он соединен дополнительным конусом, при этом длина дополнительного цилиндрического участка с двумя конусами

составляет 0,5-2,0 диаметра основной части.

Предлагаемое техническое решение содержит следующие отличительные признаки: диаметр торцового цилиндрического участка равен диаметру D основной части заготовки, а длина его составляет 0,4-2,0 диаметра основной части; к большему основанию конического участка цилиндрическо- конического конца заготовки присоединен цилиндрический участок большего диаметра, составляющий 1,01-1,2 диаметра основного и который соединен конусом с основной частью заготовки и длина утолщенного участка с двумя конусами составляет 0,5-2,0 диаметра основной части заготовки.

Таким образом, предлагаемая конструкция заготовки соответствует критерию новизны.

На фиг.1 показана предлагаемая заготовка; на фиг.2-6 - механизм деформирования предложенной заготовки в период заполнения металлом очага деформации, его отличительные особенности в сравнении с прошивкой обычной цилиндрической заготовки, а также известной заготовки.

Нагретую круглую заготовку задают в стан винтовой прокатки коническо-цилинд- рическим концом. Захват осуществляется валками 6 на цилиндрическом участке 2 (фиг.2). Поскольку длина цилиндрического участка 2 выполнена соизмеримой с протяженностью участка безоправочной деформации заготовки 1| (0,4-2,0)0 и также соизмерчмыми являются углы образующих конусного участка 3 заготовки и входного конуса валков б, то в период осуществления первичного захвата деформируется лишь цилиндрический участок 2. Другие участки переднего конца заготовки с валками 6 не контактируют. Длина контакта металла с валками 6 при завершении стадии первичного захвата, т.е. до встречи с оправкой 7, составляет h (фиг.2).

При достижении торцом заготовки носка оправки 7 или несколько ранее, в контакт с валками 6 вступает конический участок 3, длина контакта существенно увеличивается и составляет IK h + lit (фиг.З), Увеличенная длина, а следовательно, и площадь контакта металла с валками поддерживаются постоянными за счет деформации цилиндрического участка 4 с большим диаметром в течение всего периода вторичного захвата, т.е. заполнения металлом участка очага деформации на оправке 7{фиг.4). Посредством этого в очаге деформации в период вторичного захвата обеспечивается существенное приращение тянущих сил трения, необходимое для преодоления лобового сопротивления оправки и линеек, чем и достигается нейтрализация падения осевой скорости прошивки и вызванных ею негативных последствий.

С целью более надежного и плавного осуществления вторичного захвата желательно приращение дополнительных втягивающих сил трения начинать несколько ранее момента осуществления вторичного захвата, т.е. осуществлять деформацию концевых у частков 3 и 4 с образованием площадок контакта еще до встречи конца 2 заготовки с носком оправки 7, как это показано на фиг.З.

При завершении периода вторичного захвата деформируется конческий участок 5, соединяющий цилиндрический участок большего диаметра 4 с основной частью 1 заготовки (фиг.4), а в установившемся пери- оде деформации подвергается основная часть 1 заготовки, и длина контакта на без- оправочном участке очага деформации вновь сокращается до h (фиг.5).

Таким образом, при деформировании заготовки предложенной конструкции достигается прирост тянущих сил трения в период вторичного захвата, являющегося наиболее неблагоприятным и определяющего как возможность осуществления процесса прошивки, так и качество труб.

Диаметр утолщенного цилиндрического участка 4 предложенной конструкции заготовки рассчитывают исходя из принятых диапазонов длин цилиндрического участка с двумя конусами (0,5-2,0)0 и углов образующих конусного участка 3 (1°30 -6°).

При минимальных значениях этих параметров, т.е. 0,50 1°30 , принимают длину конусного участка 3 равной 0,20, цилиндри- ческого утолщенного участка 4 равной 0,2D и конусного участка 5 равной 0.1D. В этом случае расчетная минимальная величина диаметра утолщенного цилиндрического участка составляет 1.01D. В технологиче- ском плане данную величину следует также считать предельной, так как разность между диаметрами утолщенного 4 и основного 1 участков заготовки уменьшается до 1,0% и становится соизмеримой с допусками на за- готовку по диаметру, и приращение обжатия в этом случае становится практически незначимым.

Максимальное значение диаметра утолщенного цилиндрического участка 4 выбра- но по предельному значению применяемых в практике трубопрокатного производства углов входного конуса валка прошивного стана. Известно, что максимальное значение угла входного конуса, определяемое выполнением условия захвата заготовки, составляет 6°.

При увеличении угла входного конуса валка возрастает лобовое сопротивление самого конусного участка и вследствие этого осевые втягивающие силы трения уменьшаются. При достижении угла конусности 6° и выше силы лобового сопротивления входного конуса возрастают настолько, что становятся соизмеримыми с втягивающими силами трения и уравновешивают их. Это сопровождается нарушением условий захвата заготовки как первичного, так и вторичного. Максимальнее значение диаметра утолщенного участка 4 заготовки, рассчитанное для максимальных значений угла входного конуса валка 6° и общей длины) утолщенного участка 2.0D, составляет 1.2D.

Для наиболее распространенного диапазона углов входных конусов прошивных станов, которые составляют 2° - 3°30 диаметр утолщенного участка заготовки составляет 1,03-1,095 диаметра основной части заготовки.

Для сравнения показаны механизмы деформирования в период вторичного захвата обычной цилиндрической заготовки (фиг.5) и известной (фиг.б).

При деформировании предлагаемой цилиндрической заготовки в начале периода вторичного захвата максимальная длина контакта металла с валками 6 не превышает |(фиг.5), поэтому данный период характеризуется падением осевой скорости прошивки и увеличением скольжения и числа циклов обжатий.

При деформировании известной заготовки из-за наличия недеформируемого концевого цилиндрическо-конического участка длина контакта к началу периода вторичного захвата сокращается на величину недеформируемого участка и составляет IK li - lo (фиг.б). По этой причине условия осуществления вторичного захвата ухудшаются настолько, что в период заполнения металлом справочной части очага деформации заготовку жует валками, т.е. процесс осуществляется с малым осевым перемещением заготовки, большим количеством циклов обжатий и сопровождается разрушением осевой зоны заготовки.

С увеличением сопротивления деформации материала заготовки тянущих сил трения оказывается недостаточно для преодоления лобового сопротивления оправки и линеек, и процесс прошивки прекращается. Поэтому использование для прошивки заготовок с недеформируемыми концами ограничивает технологические возможности прошивки по маркам сталей и не гарантирует от образования концевых дефектов.

Для сравнительной оценки особенностей формоизменения и эффективности действия предлагаемого технического решения были проведены экспериментальные исследования процесса прошивки обычных цилиндрических заготовок и заготовок предложенной конструкции. Критерием сравнения служат величина среднего шага осевой подачи в период вторичного захвата, определяемая непосредственными замерами; количество циклов частных обжатий в период вторичного захвата, которое определяют также непосредственными замерами и состояние поверхности гильз.

Согласно полученным данным при прошивке заготовок предложенной конструкции в сравнении с обычной достигнуто уменьшение количества частных обжатий с 13 до б, увеличение среднего значения шага осевой подачи с 3,8 до 7,5 мм, при этом средняя величина шага осевой подачи выше, чем в установившемся периоде (4.3 мм).. При прошивке обычной заготовки она всегда значительно ниже, чем в установившемся периоде. Это свидетельствует о наличии большого резерва активных тянущих сил трения, которое можно использовать в направлении дальнейшего совершенствования процесса прошивки. Известно, что при увеличении угла входного конуса втягивающие силы трения уменьшаются, а силы противодействия (лобовое сопротивление конусного участка) увеличиваются, В полной мере это относится и к конусному участку на заготовке. Таким образом, при превышении угла конусности выше 6° процесс прошивки нарушается из-за нарушения условий захзата заготовки.

Минимальный угол входного конуса 1°30 имеют валки прошивного стана ТПА 140. Уменьшение угла конусности заготовки менее 1°30 приводит к существенному сокращению прироста площади контакта металла с валками (чем меньше угол входного конуса валка, тем существеннее действие от отклонений угла конусности заготовки в меньшем направлении) и снижении эффекта профиля заготовки.

Для определения особенностей формоизменения и эффективности действия при прошивке заготовок предложенной конструкции проведены исследования на прошивном лабораторном стане ПНТЗ. Согласно полученным данным при прошивке заготовок количество циклов частных обжатий в период вторичного захвата уменьшается в сравнении с контрольными заготовками с 13 до 6, средний шаг подачи

увеличивается с 3,8 до 7,5 мм, и величина его выше значений среднего шага осевой подачи при установившемся режиме прошивки (4,3 мм).

Практическое применение предлагаемой конструкции заготовки рассмотрим на примере производства труб размером 89 х 3,5 из стали ОХ23Н18 на ТПА 140-1 ПНТЗ. Для прошивки используют обычно

заготовку диаметром 90 мм. Процесс прошивки в гильзу размером 94 х 6,5 мм осуществляют на оправке диаметром 75 мм при обжатии в пережиме, равном 12%, и перед носком оправки 5,0%. При величине угла

входного конуса валка, равном 2°30 , длина безоправочного участка очага деформации составляет 65 мм или 0,8 диаметра заготовки, Принимают длину утолщенного участка заготовки равной 100 мм при длине конического участка передней части заготовки 50 мм и протяженности цилиндрического участка утолщенной части 25 мм, При условии равенства образующих входного конуса валка и конуса переднего

участка утолщенной части диаметр утолщенного участка заготовки составляет 94 мм. Нагретую до 1150°С заготовку задают в прошивной стан. Период заполнения очага деформации до сечения носка оправки происходит аналогично процессу обычной цилиндрической заготовки. Затем в момент вторичного захвата длина контакта металла с валками возрастает вдвое, увеличивается обжатие, при этом возрастают тянущие силы трения, способствующие преодолению лобового сопротивления оправки. В результате средние величины осевой скорости на участке вторичного захвата и шага осевой подачи находятся а пределахблизких или выше, чем при установившемся режиме, что исключает образование осевых разрушений металла заготовки на внутренней поверхности гильз и труб и наличие дефектов.

Кроме повышения качества внутренней поверхности труб, при прошивке заготовки предложенной конструкции уменьшается время прошивки на 10% и соответственно повышается износостойкость

прокатного инструмента валков, оправок и линеек.

Процесс прошивки предложенной конструкции заготовки предполагается внедрить на ТПА 140-1 и 220 ПНТЗ, а также

ТПА 160 и 50-200 ВТЗ.

Формула изобретения Заготовка для винтовой прошивки гильз, имеющая основную цилиндрическую часть и цилиндрическо-конический концевой участок, отличающаяся тем, что. с целью расширения технологических возможностей и повышения качества по-, верхности гильз путем создания дополнительных тянущих сил трения в период вторичного захвата, она выполнена с диаметром цилиндрической части концевого участка, равным диаметру основной, и его длиной 0,4-2,0 диаметра, с присоединен0

ным к большему основанию конической части концевого участка дополнительным цилиндрическим участком большего диаметра, равным 1,01-1,2 диаметра основной части, с которой он соединен дополнительным конусом, при этом длина дополнительного цилиндрического участка с двумя конусами составляет 0,5-2,0 диаметра основной части

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при прошивке заготовки в гильзу на станах винтовой прокатки. Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение качества поверхности гильз путем создания дополнительных тянущих сил трения в период вторичного захвата. Заготовка выполнена с концевыми цилнндрическо-коническими участками, имеющими дополнительный цилиндрический участок большего диаметре, составля- щий 1,01-1.2 диаметра основной части и цилиндрической чести концевого участка, длина которого составляет 0,4-2 Д) диаметра. Дополнительный цилиндрический участок соединен дополнительным конусом с основной частью. Длина дополнительного цилиндрического участка и двух конусов равна 0.5-2,0 диаметра основной части. При этом увеличиваются площадь контакта металла с валками в период вторичного захвата заготовки, коэффициент скорости и сокращается число циклов частных обжатий. В результате устраняется вероятность образования осевого разрушения в осевой зоне заготовки и повышается качество поверхности гильз и труб. Уменьшается машинное время прошивки. 6 ил. сл

&ие.З

foj-zfa r /04-гсЬ

Фаг. 4

Фиг 6.

Ф(/9.5