Оправка для продольной прокатки труб

 

ОПРАВКА ДЛЯ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ, содержащая конический с равномерно расположенными канавками и цилиндрический участки, отличающаяся тем, что, с целью повьшения эффективности действия смазки и улучшения захвата металла валками, канавки вьоюлнены продольными с угловым профилем, относительньй наклон сторон которого к радиальной плоскости оправки, проходящей через вершину углового профиля канавки, составляет 1,5-2,5, при этом угол наклона каждой канавки равен 1,1-1,25 угла наклона образующей конического участка.

союз советсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4у!> В 21 В 25/00

ГОСУДАРстВЕнный комитет сссР

AO ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3703756/22-02 (22) 20.02.84 (46) 23.03.85. Бюл. Р 11 (72) А.А.Заяц, Н.В.Кирсанов, А.В.Соболенко, В.Я.Кармазин, С.И.Ивченков и О.Ю.Кравченко (71) Днепропетровский металлургический институт им.Л.И.Брежнева (53) 621.774.352.002 ° 54(088.8) (56) 1. Данилов Ф.А. и др. Горячая прокатка труб. И., Иеталлургиздат, 1962, с. 231 "234., 2. Авторское свидетельство СССР

В 747540, кл. В 21 В 25/00, 1978.

„„SU„„1146112 А (54)(52) ОПРАВКА ДЛЯ ПРОДОЛЬНОЙ

ПРОКАТКИ ТРУБ, содержащая конический с равномерно расположенными канавками и цилиндрический участки, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности действия смазки и улучшения захвата металла валками, канавки выполнены продольными с угловым профилем, относительный наклон сторон которого к радиальной плоскости оправки, проходящей через вершину углового профиля канавки, составляет 1,5-2,5, при этом угол наклона каждой канавки равен 1, 1-1,25 угла наклона образующей конического участка.

М.

4 11461

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к производству труб в станах продольной прокатки.

Известна оправка для продольной прокатки труб в автоматическом стане, включающая последовательно расположенные конический и цилиндрический участки. Основная деформация металла в калибре автоматического стана 10 происходит между валками и коническим участком оправки. Цилиндрический участок служит для настройки стана и регулировки процесса прокатки (1).

Данное устройство обеспечивает проворот оправки в процессе прокатки, что, в свою очередь, приводит к неравномерному износу ее рабочей поверхности

Кроме того, на поверхности оправки происходит неравномерное налипание металла, которое влечет появление рисок на внутренней поверхности трубы, что значительно снижает их качество.

Наиболее близким к изобретению по 25 технической сущности и достигаемому результату является оправка для продольной прокатки труб, включающая конический с равномерно расположенными канавками и цилиндрический участ- ЗО

1ки. Винтовые канавки выполнены на определенной части длины участков.

В этой конструкции рабочая поверхность оправки изнашивается более равномерно, поскольку наличие винтовых

35 канавок на цилиндрическом и коническом участках оправки обеспечивает возможность вращения ее под действием контактных усилий со стороны металла. К тому же, благодаря выполне- О нию винтовых канавок на оправке частично устраняется неравномерное нали панне металла, что несколько улучшает качество получаемых труб С23.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность действия смазки из-за затрудненного прохождения ее по винтовым канавкам в зону обжатия при больших продольных скоростях прокатки вследствие отсут- 5О ствия поперечной составляющей относительной скорости движения металла.

Особенно это ярко выражено при использовании твердых солевых смазок, в частности NaC1, которые плавятся при температуре горячей прокатки

1050-1150 С. Таким образом, прокатка труб с использованием известной onравки будет осуществляться лрактичсс н без смазки, Кроме того, недостатком являются плохие условия захвата металла валками клети из-за низкой эффективности действия смазки, что приводит к интенсивному износу рабочей поверхности оправки, налипанию металла на нее, а это, в свою очередь, влечет за собой снижение качества труб °

Целью изобретения является повышение эффективности действия смазки и улучшение захвата металла валками.

Поставленная цель достигается тем, что в оправке для продольной прокатки труб, содержащей конический с равномерно расположенными канавками и цилиндрический участки, канавки выполнены продольными с угловым профилем, относительный наклон сторон которого к радиальной плоскости оправки, проходящей через вершину углового профиля канавки, составляет

1,5-2,5, при этом угол наклона каждой канавки равен 1, 1-1,25 угла наклона образующей конического участка.

Наличие несимметричных по профилю канавок на коническом участке оправки снижает динамические нагрузки в первоначальный момент захвата, что значительно улучшает его условия.Это обусловлено тем, что формирование контактной поверхности металла с оправкой происходит поэтапно: в начальный момент контакт происходит по поверхности оправки, не касаясь поверх (ности канавок, а затеи по мере продвижения металла вдоль очага деформации происходит заполнение канавок металлом.

Кроме того, поэтапность заполнения очага деформации металлом не только снижает динамические нагрузки в момент захвата, но и благоприятно сказывается на работе механизмов станае

Выполнение продольных канавок с угловым профилем на конической части оправки, стороны которого наклонены в соотношении 1,5-2,5 к радиальной плоскости, проходящей через вершину углового профиля канавки, позволяет оправке в момент захвата гильзы валками вращаться иа стержне за счет крутящего момента, возникающего в результате контактного взаимодействия металла с поверхностью оправки в очаге деформации. Силы, действующие при контакте металл-оправка, можно разложить на поперечные и продольные составляющие, первые из которых и создают крутящий момент, влияющий на условия захвата металла валками Б

Устойчивый захват обеспечивается, когда стороны угла канавки наклонены к радиальной плоскости, -=роходящей через вершину углового профиля канавки в соотношении 1,5-2,5. !0

При соотношении меньшем 1,5 углы наклона сторон выравниваются по величине, в результате чего контактная поверхность взаимодействия металла и оправки увеличивается. Крутящий момент в этом случае недостаточен для осуществления поворота оправки, поскольку увеличивается продольная составляющая силы на контактной поверхности металл-оправка. При этом условия захвата металла валками ухудшаются.

При соотношении большем 2,5 контактная поверхность взаимодействия металла и оправки значительно умень-. 25 шается. Крутящий момент возрастает за счет увеличения поперечной составляющей силы на контактной поверхности металл-оправка, в связи с чем возможен отрыв металла и появление внутренних дефектов, например закатов. В этом случае также ухудшаются условия захвата металла валками.

Равномерное, однонаправленное, с одинаковым наклоном граней располо35 жение канавок на огравке влияет на величину крутящего момейта, поскольку при вращении оправки осуществляется суммирование крутящих моментов, возникающих на каждой канавке за счет однонаправленного перехода полого и крутого участков профиля канавок.Это также влияет на условия захвата метал. ла валками.

Расположение канавок по поверхности конического участка вдоль его 4 образующей обеспечивает беспрепятственное прохождение и попадание смазки в оправочную зону очага деформации. Наличие смазки на рабочей поверхности оправки обеспечит в начальныи мо-

50 мент прокатки надежный захват металла валками, и в конечном результате в re ewe всего процесса прокатки обеспечит получение трубы с высоким качеством внутренней поверхности.

Выбор угла наклона вершины углового профиля канавок к .оси оправки

12 4 (Э обусловлен следующим (у!, 5-1, 25, где g — угол конусностй оправок, р — угол конусности канавок) .

Оптимальным углом конусности оправки, при котором обеспечивается надежный захват металла валками яво ляется угол, равный 10-!2,. а больше 14" нецелесообразно из-за резкого ухудшения условий захвата, этим и объясняется выбор верхнего предела соотношения между углом наклона вер шины углового профиля канавок и образующей оправки, равного 1,25. К. тому же при соотношении угла наклона дна канавок к углу конусности оправки больше 1,25 затрудцяется смазка оправки в процессе прокатки.

При соотношении меньшем 1, 1 уменьшается глубина канавок, а соответственно и величина крутящего момента, необходимого для обеспечения вращения оправки в момент захвата. От количества канавок, выполненных на коническом участке оправки, зависит суммарная величина крутящего момента, действующего на оправку в момент захвата. К тому же от количества канавок зависят и сами условия захвата металла валками, поскольку в момент захвата в зависимости от количества канавок будет меняться первоначальная поверхность контакта на оправке, от чего меняются суммарные силы сопротивления движению металла в осевом направлении.

° На фиг.1 изображена оправка для продольной прокатки труб, разрез, на фиг.2 — сечение А-А на фиг. 1;на фиг. Э и 4 — узел I на фиг.2.

Оправка для продольной прокатки труб включает последовательно расположенные конический участок 1 с канавками 2 и цилиндрический участок 3 (фиг. 1) .

Канавки выполнены с угловым профилем,стороны которого наклонены в соотношении 1,5-2,5 к радиальной плоскости, проходящей через ось оправки и вершину углового профиля канавки (линию пересечения сторон). На фиг.Зуглы 1„ и, где Ч1/4 =1,5-2,5, на фиг. 4 а и а — стороны канавки, %в глубина канавки, 1„ - ширина канавки.

Соотношение углов наклона для канавки и образующей оправки (углов конусности канавки и оправки) выбрано равным 1 1-1,2 (фиг.1), т.е. p / =

5 1146

=1,1-1 2, где о — угол конусности оправки, ф- угол конусности канавки.

Устройство работает следующим образом.

Оправка устанавливается перед про- 5 каткой труб на стане также, как и известная оправка на шпильке, которая закреплена в наконечнике стержня.Кон, такт металла с оправкой в начальный момент времени происходит по поверх- 10 ности конического участка 1 оправки, которая уменьшена из-за наличия канавок 2. Осуществляется устойчивый захват металла валками. Кроме того, поскольку канавки имеют несимметричный профиль, оправка в момент захвата металла валками вращается на стержне за счет возникновения крутящего момента в результате контактного взаимодействия металла с поверхнос- р0 тью оправки. Величина этого крутящего момента непосредственно влияет на условия захвата металла валками.

Таким .образом, наличие канавок на ко- ническом участке оправки и выполне- 25 ние их определенного несимметричного профиля влияют на условия захвата.

По мере продвижения металла вдоль очага деформации происходит заполнение канавок металлом, осуществляется щ0 формирование внутренней стенки трубы, которое заканчивается в месте перехода конического участка оправки в цилиндрический 3. На цилиндрическом участке оправки происходит выглаживание внутренней поверхности трубы.

К тому же, обеспечивается беспрепятственное прохождение смазки в зону деформации по канавкам, выполненным вдоль образующей конического участ- 40 ка оправки. Наличие смазки на рабочей поверхности оцравки в начальный момент прокатки также влияет на захват металла валками, улучшая его условия, Рассмотрим работу устройства на 45 конкретном примере.

Исходные данные:

Диаметр трубы, мм 146

Толщина стенки трубы, мм 6,0

Иатериал трубы ст.45

Диаметр цилиндрического участка оправки (О), мм 130

Длина цилиндрического участка оправки (5, мм

Общая длина оправки (L), мм 75

112:

1,66

Поверхность конического участка оправки

S= ((8 -п.Ь )+(а+Ь) ° n)L, Поверхность конического участка оправки без канавок

S„=(S „- Ь„) т„

S Г(Бор-и Ь,)+(а+Ь) п)Ь

Отношение

S (S -n Ь )1„ (а+Ь) и

Ф

ОкР. а+Ь) .

Таким образом 1+ — — — -- 1,4 (1)

S -nh окР i

Подставляя все известные величины в (1) определяем количество канавок i>.

Длина конического участка оправ . (1 .,), мм 50

Конусность оправки а(,, град 12

Соотношение V g, град

Количество канавок, шт. 16

Угол наклона канавок к оси оправки (p) град

14

В рабочей части конуса:

Диаметр оправки,мм 115

Радиус оправки r», мм 57,5

Ширина канавки, hÄp мм 5

Глубина канавки, h мм 2,5

Стороны канавок, м и Ъ соответственно, мм 3,4

Соотношение углов наклона сторон канавки к радиальной плоскости, проходящей через ось оправки и линию пересечения сторон, выбрано 4 ДfY =1,66, при этом 1, 50, М 30

Угол наклона канавок к оси оправки со тавляет 14 . Выбран он из соотношения к углу коиусности оправки,равным 1,2, т.е р/с6=1,2, сС=12 — угол конусности оправок, значит р =1,2 < х12 ф14@

Количество канавок выбрано из условия соотношения поверхности конического участка оправки к этой же поверхности оправки без канавок, .которое составляет 1,4 (5/SД=1,4, где

S — - поверхность конического участка оправки, S, — поверхность конического участка оправки без канавок).

1.1461! 2

2 7 2 3 14 57 5 361 0 а+ь =7; Ь =5

7 и

1 + — — — =,1,4;

361-5п

361-и- 5+7п=1,4(361-п 5);

361-5n+7n=505, 4-7п;

9n=144,4; п=16.

Оправка устанавливается на шпиль- 10 ке, которая закрепляется в наконечнике стержня, и осуществляется процесс прокатки.

Основные результаты представлены в таблице.

Продолжение таблицы

Количество внутренней поверхности труб (риски, рябизна) Отсутствуют

Точность труб: продольная разностенность, мм

О, 185

Прокатка труб на предлагаемой оправке.Характеристика

При прокатке труб на предлагаемой оправке наблюдается устойчивый захват металла валками, к тому же смазка по продольным каналам поступает беспрепятственно в очаг деформации, обильно смазывая рабочую поверхность оправки, что также улучшает условия захвата.

Анализ и оценка результатов прокатки показывает, что повьппение эф30 фективности действия смазки и улучшение захвата металла валками положительно влияет на качество внутренней поверхности труб, на их точность, на стойкость оправок и их износ.

Стойкость оправок: количество прокатных труб, IHT °

150 износ по периметру

Равномерный,4 - 2

ВНИИПИ Заказ 1263/9 Тираж 549 Подписное

Филиал ППП "Пвтеит", г .Ужгород, ул.Проектная, 4