Технологический инструмент для продольной горячей прокатки труб Советский патент 1992 года по МПК B21B17/02 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к основному инструменту станов продольной прокатки горячекатэнных бесшовных труб, и может быть использовано при продольной прокатке труб с раздачей.

Известен инструмент для продольной прокатки труб, включающий ряд последовательно расположенных калибров и удерживаемую ступенчатую оправку, имеющую на холостых участках кольцевые выступы.

Недостатком такого инструмента является то, что прокатка труб осуществляется с чередованием операций обжима и расширения. При этом суммарная величина подъема по диаметру трубы на выступах уменьшается на величину суммарного обжатия по диаметру в последующих калибрах. Это снижает суммарную степень раздачи и требует высоких энергетических затрат. Кроме того, раздача трубы на кольцевых выступах осуществляется за пределами контакта трубы с валками и течение металла в поперечном направлении происходит преимущественно на участках с меньшей толщиной стенки. Поэтому имеющаяся поперечная разностенность труб усугубляется.

Известен также способ продольной прокатки труб с раздачей, согласно которо- му прокатываемые трубы последовательно деформируются в двух калибрах на цилиндрических оправках с раздачей трубы конической частью оправки, расположенной перед калибром второй клети.

Недостатком инструмента, реализующего указанный способ, является возникающая при деформации трубы на цилиндрических оправках поперечная разностенность, а также ограниченность вели- чины подъема по диаметру трубы величиной осевых усилий, создаваемых первой клетью.

Наиболее близким к предлагаемому яв- ляется технологический инструмент для продольной горячей прокатки труб, включающий два ручьевых валка, глубина ручьев которых меньше половины ширины, и размещенную между валками удерживаемую коническую оправку, большее основание которой расположено за линией центров валков в направлении прокатки.

Недостатками указанного инструмента при прокатке труб с раздачей является воз- «икающая при прокатке поперечная разностенность и овальность труб,

При использовании известных калибровок валков станов продольной прокатки труб и конической оправки ручьи валков за

линией центров валков в плоскости большего основания оправки образуют кривую, отличную от окружности. Вследствие этого зазор между поверхностью ручьев и конической оправкой в плоскости ее большего основания будет переменным, а именно уменьшающимся в направлении выпусков. Деформация трубы по стенке осуществляется на участках с меньшим зазором и локализуется по ходу прокатки в зонах, примыкающих к выпускам. Уменьшение зазора в выпусках для больших степеней раздачи приводит к врезанию реборд валка в наружную поверхность трубы. Это ограничивает длину и угол конусности калибрующего участка оправки, а следовательно, и степень раздачи. Неравномерность зазора между инструментами в плоскости большего основания оправки приводит также к на- ведению при прокатке поперечной разностенности и овальности труб.

Цель изобретения - повышение качества прокатываемых труб.

Указанная цель достигается тем, что в технологическом инструменте для продольной горячей прокатки труб, включающем два ручьевых валка, глубина ручьев которых меньше половины ширины, и размещенную между валками удерживаемую коническую оправку, большее основание которой расположено за линией центров валков в направлении прокатки, ручей валка очерчен осесимметричной кривой относительно линии центров валков, описываемой уравнением

V-RB-y RB+A.

0)

где у - текущая координата глубины ручья, мм;

х - текущая координата ширины ручья, мм;

RB - радиус бочки валка, мм;

L - расстояние от линии центров валков до большего основания оправки, мм;

Do - диаметр большего основания оправки, мм;

д- величина кольцевого зазора между калибром и оправкой в плоскости большего основания оправки, мм;

А- величина кольцевого зазора между ребордами валков в плоскости линии центров валков, мм.

Предлагаемый технологический инструмент образует в плоскости большего основания оправки, выдвинутого по ходу прокатки за линию центров валков, постоянный по периметру калибра кольцевой зазор. Для этого ручей валка профилируется кривой, описываемой уравнением (1), которое получено из условия того, чтобы в плоскости большего основания оправки поверхность ручья образовывала часть окружности, концентричной большему основанию оправки. Так как поверхность калибра образует окружность в плоскости выхода трубы из очага деформации и обеспечивает постоянный по периметру кольцевой зазор с большим основанием оправки, то формируемая в кольцевом зазоре стенка трубы будет постоянной по периметру трубы, а наружная поверхность трубы в поперечном сечении будет иметь окружность. Это обеспечивает по сравнению с прототипом снижение овальности и поперечной разностенности прокатываемых труб. Вследствие непрерывного увеличения в направлении прокатки диаметра оправки труба также непрерывно увеличивает свой диаметр. В начале очага деформации обжатие трубы по стенке осуществляется вершиной калибра. По мере перемещения трубы зона обжатия по стенке расширяется по периметру калибра в направлении выпусков и на выходе из очага деформации осуществляется всем периметром калибра. Увеличение в направлении прокатки площади контакта поверхности ручьев валков и трубы приводит к увеличению по ходу прокатки сил трения, а следовательно,и транспортирующих усилий. Это способствует осуществлению процесса раздачи трубы в валковом калибре и увеличивает раздающую cnqco6- ность инструмента.

На фиг. 1 изображен предлагаемый технологический инструмент; на фиг.2 - профиль ручья валка; на фиг.З - оправка, поперечный разрез в плоскости большего основания; на фиг.4 - очаг деформации, продольный разрез.

Предлагаемый технологический инструмент (фиг.1) состоит из удерживаемой на оси прокатки (ось О Z ) стержнем 1 конической оправки 2, а также ручьевых валков 3. Большее основание оправки 2 диаметром Do выдвинуто по ходу прокатки за линию центров валков (ось О Y ) на расстояние L. В плоскости линии центров валков (плоскость Y О1 X ) валки с радиусом бочки RB установлены с кольцевым зазором Д(фиг,2) относительно друг друга. В плоскости большего основания оправки (плоскость 1-1) инструменты образуют постоянный по периметру калибра кольцевой зазор б (фиг.З).

Инструмент работает следующим образом.

Нагретая трубная заготовка 4 (фиг.4) за счет осевых усилий Q, создаваемых, напри- 5 мер, группой клетей продольной прокатки, свободно раздается участком оправки 5, расположенным перед валковым калибром. После осуществления захвата валками заготовка раздается участком 6 оправки 2, рас; 0 положенным за линией центров валков с обжатием по стенке. В плоскости большего основания оправки (плоскость I-I) происходит окончательное формирование стенки и диаметра готовой трубы. 5 ; .. . .

Пример. Построение калибровки ручья валка на примере горячей прокатки с раздачей труб 244,5 х 12 мМ в 3-клетевом стане-расширителе. Прокатка рсуществля- 0 ется при 1100°С. После редуцирования по диаметру в двух первых клетях труба свободно раздается на 4% коническим участком оправки, расположенным перед валком калибром третьей клети. После захвата вал- 5 кэми третьей клети труба разддется на 10% участком оправки, расположенным в калибре третьей клети, с обжатием по стенке, составляющим 2 мм. Большее основание оправки выдвигнуто по ходу прокатки за 0 линию центров валков на расстояний 68 мм. Прокатка осуществляется в двухвалковых клетях с радиусом бочки валка 315 мм и, кольцевым зазором между ребордами валков, равным 10 мм. 5

При расчете приняты следующие обозначения: ...-.- Т - температура прЬкаткич°С; г - коэффициент термическотр расши- 0 рения металла;...j -.-,

D - диаметр трубы до прокаткиi мм; Dr - наружный диаметр трубы после прокатки в горячем состояни, ..

So.S - толщина стенки трубы до и после прокатки, мм;

5д - величина кольцевого зазора между

калибром и оправкой в плоскости большего основания оправки, мм;

L- расстояние от линии центров валков до большего основания оправки, мм; 0 Do - диаметр большего основания оправки, мм;

RB - радиус бочки валка, мм; А-величина кольцевого зазора между ребордами валков в плоскости линии цент- 5 ров валков, мм;

AS - обжатие стенки трубы, мм. Определяем коэффициент термического расширения металла

ij 1 + 0,000015 x Т - 1 + 0,000015 x x1100 1.017.

Наружный диаметр готовой трубы в горячем состоянии

Dr rj (D + D x 0,04 + D x 0,1) - -1,017(244,5 + 244,5 x 0,01 + 244,5 x 0.1) 283,5 MM.

Толщина стенки трубы после прокатки

S So- AS 12-2 10мм.

Толщина стенки готовой трубы Соответствует величине кольцевого зазора между оправкой и валковым калибром в плоскости большего основания оправки, т.е. д 10 мм. Диаметр большего основания оправки соответствует внутреннему диаметру готовой трубы в горячем состоянии, т.е. D0 Dr - 2S -283.5-2x10 263.5.

После подстановки в уравнение (1), описывающее профиль ручья валка, найденных численных значений уравнение кривой принимает

у-315jf 315+ -ylP 5+2 10f-x2f +68г

Для нахождения значений текущих координат глубины ручья (у) точек кривой в полученное уравнение подставляем значения х.

Результаты расчета приведены в табл.1.

Вследствие осесимметричности кривой в тэбл.1 представлены точки для первого квадранта. Для предотвращения эадиров и рисок на наружной поверхности трубы ручей сопрягается радиусом 25 мм с ребордой валка.

Предлагаемый технологический инструмент опробован в условиях при продольной горячей прокатке с раздачей в экспериментальном трехклетьевом стане труб размером 244.5 х 12 мм из стали ЗОГ2СФ, нагретых до 1150-1200°С.

В процессе проведения экспериментов применялись валки диаметром .бочки 630 мм и шириной бочки 370 мм. В первых двух клетях применялась круглая калибровка ручья с округленными радиусом выпусками. В третьей клети применялась предлагаемая калибровка ручья, параметры которой указаны в табл.1. Суммарное обжатие трубы по наружному диаметру в первых двух клетях составило 6.5%. Эксперименты проводились при скорости осевого перемещения трубы 0,75 м/с. При проведении экспериментов использовались конические оправки с углом наклона образующей 12,5°, диаметром меньшего основания 218 мм, большего - 263,5 мм. Большее основание оправки выдвигалось по ходу прокатки за линию

центров валков третьей клети на 68 мм. В качестве смазки применялась триполифос- фатная солевая смазка.

Результаты экспериментов приведены

в табл.2.

Для сравнения полученных результатов прокатка осуществлялась с применением технологического инструмента, описанного в прототипе. При этом в третьей клети применялась овальная калибровка ручья валка с таким же коэффициентом овальности калибра, как и при калибровке ручья валка, указанной в табл.1. Радиус калибра составил 142 мм, эксцентриситет - 13 мм. При

прокатке использовались конусно-цилиндрические оправка, состоящие из входного и калибрующего конических участков, сопряженных цилиндрическим пояском диаметром 233 мм, длиной 35 мм. Диаметр

меньшего основания входного участка 218 мм, а диаметр большего основания калибрующего участка 263,5 мм. Результаты прокатки труб с применением инструмента, указанного в прототипе,приведены в табл.3.

Из результатов эксперимента видно, что при прокаткетруб с использованием технологического инструмента-прототипа коэффициент раздачи составляет 10 ±0,13%,

поперечная разностенность - 7,8± 0,3% и отклонение наружного диаметра 1,5 ±0,02%. Прокатка труб с использованием предлагаемого технологического инструмента позволяет увеличить коэффициент раздачи

до Т4 ±0,04% и обеспечить точность труб по наружному диаметру в пределах 0,6± 0,2%, снижая при этом поперечную разностенность труб до 2,4 ± 0,02%.

Экспериментальные исследования

предложенного технологического инструмента для продольной горячей прокатки труб показали, что по сравнению с технологическим инструментом аналогичного назначения (прототип) предлагаемый

инструмент позволяет увеличить (не менее чем в 1,4 раза) подьем по диаметру прокатываемых труб. Таким образом, использование заявляемого инструмента, например в линиях редукционно-калибровочных станов

при производстве горячекатанных тонкостенных бесшовных труб большого диаметра, позволяет осуществлять прокатку с раздачей при минимальном количестве расширительных клетей, тем самым увеличить

производительность трубопрокатных агрегатов.

Кроме того, применение предлагаемого инструмента повышает качество прокатываемых труб, увеличивая на 1 % точность труб

по наружному диаметру, обеспечивая при этом снижение поперечной разностенности труб на 5%.

Формул а изобретени я

Технологический инструмент для про дольной горячей прокатки труб, включающий два ручьевых валка, глубина ручьев которых меньше половины ширины, и размещенную между валками удерживаемую коническую оправку, большее основание которой расположено за линией центров валков в направлении прокатки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества прокатываемых труб, ручей валка очерчен осесимметричной кривой относительно линии центров валков, описываемой уравнением

у RB У Кв4-|- yfoo+ f f +L8,

где у - текущая координата глубины ручья;

х - текущая координата ширины ручья;

RB - радиус бочки валка, мм;

-- расстояние от линии центров валков до большего основания оправки, мм;

6 - величина кольцевого зазора между калибром и оправкой в плоскости большего основания оправки, мм;

Л- величина кольцевого зазора между ребордами валков в плоскости линии центров валков, мм.

Таблица 1

Изобретение относится к продольной прокатке труб с раздачей. Цель изобретения - повышение качества прокатываемых труб. Технологический инструмент для продольной горячей прокатки труб состоит из удерживаемой на оси прокатки конической оправки 2 и валков 3 с выполненными в них ручьями. Большее основание оправки выдвинуто по ходу прокатки за линию центров валков. В плоскости большего основания оправки инструменты образуют постоянный по периметру калибра зазор д . Ручей валка спрофилирован симметричной кривой, описываемой уравнением У RB|(нв+Л/2- y() где у,х - координаты точек кривой; RB - радиус бочки валка, мм; L - расстояние от линии центров валков до большего основания оправки, мм; Do - диаметр большего основания оправки, мм; д - зазор между инструментами в плоскости большего основания оправки, мм; А-зазор между ребордами валков в плоскости линии центров валков, мм. 4 ил., 3 табл. сл -ч ю ю

Таблице 2

Таблица 3

Фиг. 2