Оправка для периодической прокатки труб Советский патент 1980 года по МПК B21B25/00 B21B21/00 

(54) ОПРАВКА ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ

1

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к внутреннему инструменту стана периодической прокатки труб.

Известна оправка для периодической прокатки труб, имеющая гиперболическую форму по всей длине, осью гиперболоида вращения которой служит ось прокатки

Недостатком такой оправки является

низкая стойкость, особенно при интенсивных режимах обжатий.

Известна также оправка для периодической прокатки труб, включающая обжимную с вогнутой параболической образующей и калибрующую с цилиндрической образующей зоны, выполненные из материалов различной твердости, в частности твердость материала обжимной зоны ниже, чем калибрующей .

Недостатком ее является то, что оправка ие исключает налипание металла (например, при прокатке труб из нержавеющих сталей и сплавов титана) на предчнстовом участке обжимной зоны (перед калибрующей зоной). Частые зачистки поверхности оправки от налипшего металла значительно искажают геометрическую согласованность расчетного профиля. Кроме того, параболический профиль оправки предусматривает повыщение конусности в начале обжимной зоны, что приводит к росту осевых усилий, т. е. снижает продольную стойкость оправок, что в целом отражается

5 на производительности стана ХПТ. Эта оправка не обеспечивает качества поверхности в связи с частыми задирами металла трубы при прохождении валков под сопряженной зоной оправки, у которой менее твердая часть (конец обжимной зоны)

10 больше деформируется, т. е. сплющивается, а более твердая часть калибрующей зоны выступает, что образует острый кольцевой выступ, об который срезается металл

5 трубы, одновременно разрушая оправку по указанному стыку и, как следствие, вынуждает снижать режимы обжатий.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является составная оправка для периодической прокатки труб, содержащая хвостовик с сердечником и съемную рабочую часть, составленную из кольцевых элементов с криволинейной образующей и переменной твердостью мате25 риала, имеющую последовательно расположенные зоны, обжимную - с уменьщаю щимся от хвостовика и концевую - калибрующую - с постоянными круглыми поперечными сечениями. Ширина колец ио мере

30 уменьщения их ;щаметра увеличивается.

при этом кольца имеют осевые и радиальные каналы для подачи смазки в зону контакта 3.

Недостатком этой оправкп является частое затекание металла в выемки между кольцевыми элементами, порчу внутренней поверхности трубы и быстрый выход из строя образующих составных элементов. Особенно указанные недостатки проявляются при иовышенных режимах обжатий по внутреннему диаметру трубы на пластичных материалах н сплавах, предрасподоженных к мнкросвариванию контактирующих поверхностей (в основном это нержавеющие сталп ц силавы па основе титана).

Цель изобретения - повыщение стойкости оправки.

Поставленная цель достигается тем, что у оиравки для периодической прокатки труб, содержащей хвостовик п рабочую часть, имеющую по длине обжимную и калибрующую зоны и составленную из кольцевых элементов различной твердости, каЖх1,ый последующий элемент обжимной зоны имеет твердость на 1,5-15% больше, чем предыдущий, а твердость элементов в калибрующей зоне на 2-20% меньще твердости сопряжеиного с ним элемента обл нмной зоны, при этом образующие кольцевых элементов обжимной зоны выиолнены в форме гипербол, верщпны которых лежат на общей параболе.

Выполнение обжимной зоны из еоставных элементов с образующими в форме гипербол позволяет увеличить режимы обжатий за проход (т. е. общую деформацию по диаметру), так как каждая из дуг элемента имеет меньщую конусность по отношению к оси оправки, чем парабола, с которой образующие гипербол контактируют своими вершинами. Повышение твердости металла каждого последующего элемента по сравнению с предыдущим в обжимной зоне -по мере роста упрочнения материала трубы, т. е. ужесточения условий контактного трения - отвечает наиболее благоприятному пластическому истечению металла. При этом максимально напряженный элемент, расположенный в предчистовой зоне перед калибрующей зоной, обеспечивает повыщенную твердость. Зона, калибрующая внутренний диаметр трубы, по тепловым и деформационным условиям, как известно, менее напряжена, чем конец обжимной зоны, а потому может изготовляться из менее твердого материала и выполнять роль «предохранителя, особенно на станах с-боковой загрузкой заготовок. Так как твердосплавный элемент обжимной зоны защищен концевым участком калибрук)щей зоны из менее твердого материала, который в процессе перезарядки (nepeivtGщении оправки) воспринимает на себя динамические нагрузки - в виде ударов торцом оправки но заготовке и стыкам трубы, то надежная защита элемента с максимальной твердоетью в конце обжимной зоны обеспечивает оправке повыщенную стойкость.

На чертеже представлен обн1ий вид оправки.

Оправка для периодической прокаткн труб содержит хвостовик 1 и рабочую

часть, имеющую по длипе обжимную зону 2, составленную пз п кольцевых элементов с увеличивающейся щириной по мере уменьшения их диаметра и криволинейной образующей при неременной твердости материала, и калибрующую (концевую) зону 3 с ностоянным круглым поперечным сечением. При этом материал обеих зон 2 п 3 и каждого их элемента различается по твердости.

Количество кольцевых элементов обжимной зоны может быть от 2 до 10, собранных совместно с калибрующим элементом (пк) общим стержнем 4, сочлененным с хвостовиком 1, например, при помощи резьбы. Каждый из элементов обжпмной зоны выполнен в форме гиперболоидов вращения вокруг оси оправки, а образующая их - в форме гипербол, верщина которых находится на общей огибающей, представляющей

собой параболу (см. пунктирную линию). Хорды гиперболических дуг от элемента к элементу возрастают по длине в направлении ..., например, от 50 до 300 мм (т. е. ... ;/п), а стрела прогиба дуги в этом же направлении убывает от 1-5 мм до 0,05-0,50 мм (т. е. , ...hn)- В этом же направлении обжимной зоны (от rti до Пп) твердость материала каждого из составных элементов увеличиваетея на 1,5-15% или на 1-5 единицы НРС по сравнению с предыдущим, и составляет максимум для последнего элемента (Пп) зоны 2. Твердость материала в калибрующей зоне на 2-20% или на 2-8

единиц НРС меньше твердости сопряженного с ним кольцевого элемента обжимной зоны.

Количество составных элементов обжимной зоны зависит от типоразмера стана и

режима деформаций (или маршрута прокатки). Чем больше суммарное обжатие по внутреннему диаметру трубы и длина обжимной зоны 2, тем из большего количества составных элементов она выполняется.

Чем меньще режим обжатий и больще длина обжимной зоны, тем более протяженность элемента. Перепад по твердости материала между элементом калибрующей зоны и максимальной твердостью последнего элемента обжимной зоны тем значительней, чем выше максимальная твердость последнего элемента, которая в свою очередь зависит от величины суммарного обжатия по внутреннему диаметру трубы.

Перепады по твердости выше 15% пецелег

сообразны в связи со значительными рассогласованиями условий трения в контактной зоне на поверхности оправки и твердостью материала. Перепад менее 1,5% сводит на нет достоинства данной оправки. Малые перепады по твердости применяются на первых элементах при большом их количестве.

Калибровка оправки производится следующим образом.

Определив маршрут прокатки и тип стана, находят режим обжатий. Затем строится огибаюш,ая линия параболического тина. Затем протяженность обжимной зоны разбивается на ряд длин, возрастаюш,нх к зоне калибрования. Восстановив хорды на каждом из отрезков нараболы, определяется стрела прогиба. При этом следует сохранить условие, что мм в начале обжимной зоны и й„ 0,05-0,50 мм - в конце ее. Стрела прогиба менее 1 мм нецелесообразна, так как режим обжатий близок к тому же, что обеспечивают линейно-концевые онравки со всеми им прнсуш,ими недостатками. Стрела прогиба больше 5 мм недопустима из-за повышенных осевых усилий. Стрела прогиба менее 0,05 мм на последних элементах перед калибрующей зоной приводит к тяжелому сходу трубы с оправки в связн с ростом коэффициента трения, а больше 0,50 мм - ухудшает геометрические показатели труб (в частности, растет мелконериодная кривизна и наведенная разностенность).

Для исключения норезов на внутренней поверхности трубы максимальный диаметр каждого последуюпдего элемента меньше на 1-3 мм минимального диаметра предыдущего элемента. Затем рассчитывается образующая каждого элемента.

Работа оправки для периодической прокатки труб осуществляется следующим образом. Металл заготовки в результате подачи попадает в зону контакта с первым составным элементом обжимной зоны. Пока металл не накленан, он успешно деформируется на оправке с материалом пониженной твердости, что, в свою очередь, для самой оправки обеспечивает повышенную стойкость. По мере упрочнения металла заготовки и переходом от одного к другому более твердому элементу оправки режимы деформаций снижаются по абсолютной и относительной величине. При этом последний элемент п„ обжимной зоны может

быть изготовлен из материалов на металлокерамнческой основе (например с ) или из сплава на основе титана, кобальта, что обеспечивает повышенный

уровень производительности оборудования. Иа участке калибрующей зоны обжатия практически отсутствуют, так как здесь труба уже сформирована по толщине стенки и наружному днаметру. Прокатка трубы на предлагаемой оправке происходит при пониженных осевых усилиях, что позволяет ужесточать маршруты прокатки, т. е. суммарные обжатия за проход, например, по внутреннему диаметру трубы и

толщине стенки.

Деформация на каждом из элементов начинается с редуцирования, а заканчивается все более качественной ступенью калибрования. Скругленные окончания элементов (по каждому меньшему их диаметру) исключают возможность возникновения дефектов на внутренней поверхности труб.

Предлагаемая оправка позволяет повысить в целом ее стойкость при интенсивных, обжатнях за счет выравнивания условий трения и износа на контактных поверхностях рабочих зон.

Формула изобретения

,

Оправка для периодической прокатки

труб, содержащая хвостовик и рабочую часть, имеющую по длине обжимную и калибрующую зоны и составленную нз кольцевых элементов различной твердости, отличающаяся тем, что, с целью повышения ее стойкости, каждый последующий элемент обжимной зоны имеет твердость на 1,5-15% больше, чем предыдущий, а твердость элементов в калибрующей зоне на 2-20% меньше твердости сопряженного с ним кольцевого элемента обжимной зоны, при этом образующие кольцевых элементов обжимной зоны выполнены в форме гипербол, вершины которых лежат на общей параболе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 229420, кл. В 21В 21/00, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР № 343695, кл. В 21В 25/00, 1970.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2451345/22-02, кл. В 21В 25/00,

1977 (прототип).