Способ холодной прокатки труб на оправке в двух взаимно перпендикулярных парах валков переменного радиуса

 

Использование: трубопрокатное производство. Задача: снижение трудоемкости изготовления труб путем подачи гильзы и трубы валками и устранение недоката гильзы. Сущность изобретения: способ осуществляют в двух взаимно перпендикулярных парах валков при циклическом поочередном обжатии гильзы парами валков при их вращении в направлении выхода готовой трубы, перемещении осей поворота валков в противоположном направлении, образовании зазора между рабочей поверхностью валков. В процессе обжатия оправку перемещают валками через гильзу вдоль оси прокатки. При этом, начиная с положения первой пары валков, соответствующего равенству скоростей выхода металла из этих валков и осей их поворота, и заканчивая положением второй пары валков, соответствующим равенству указанных скоростей, оправку перемещают в направлении, противоположном направлению прокатки. Затем оправку возвращают в прежнее положение. Величина перемещения равна разности интегральных значений указанных скоростей на соответствующем интеграле осей поворота валков. 9 ил.

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к холодной продольной прокатке труб на оправке.

Известен способ холодной прокатки труб [1], в котором установленную на оправке гильзу обжимают двумя рабочими валками, при этом оси валков вместе с клетью возвратно-поступательно перемещают вдоль оси прокатки, а валкам сообщают возвратно-качательное движение [1]. После каждого двойного хода клети (вперед и назад) между валками и заготовкой образуют зазор и осуществляют подачу заготовки в направлении прокатки и ее кантовку на 90^o вместе с оправкой.

Недостатками указанного способа являются повышенный износ калибра из-за большой его глубины, низкая производительность из-за наличия операций кантовки и подачи заготовки, недокат заднего конца заготовки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ холодной прокатки труб, включающий обжатие гильзы на оправке в двух взаимно перпендикулярных парах валков [2].

При способе прокатки после окончания рабочего хода осей валков в каждом цикле прокатки оправку вместе с гильзой кантуют на угол 45^o и прокатывают гильзу в обратном направлении.

В конце обратного хода осей валков между заготовкой и валками образуют зазор и осуществляют подачу, перемещая гильзу и готовую трубу вдоль оси прокатки относительно оправки. Этот способ за счет прокатки в двух парах взаимно перпендикулярных валков снижает по сравнению с указанным ранее аналогом износ валков, уменьшает угол кантовки, упрощает технологию изготовления валков. Однако основные недостатки способа остаются.

К основным недостаткам способа относятся повышенная его трудоемкость из-за наличия операции перемещения гильзы и готовой трубы относительно оправки специальным подающим устройством в момент образования зазора между гильзой и валками, а также недокат заднего конца гильзы, который докатывается путем подачи его другой гильзой. В известном способе прокатки, при котором подача заготовки осуществляется двумя парами прокатных валков, поочередно обжимающих заготовку, скорость осей поворота валков изменяется по синусоиде и скорость выхода металла из валков изменяется пропорционально изменению их радиуса [3].

Таким образом, при постоянной угловой скорости кривошипно-шатунного механизма привода возвратно-поступательного движения осей валков характер изменения указанных ранее скоростей различный и перемещение прокатываемого металла происходит сначала в направлении прокатки трубы, а затем в противоположную сторону, а в конце цикла прокатки опять в направлении прокатки (в сторону готовой трубы).

Применение этого способа для холодной прокатки труб на неподвижной во время деформации конической оправке приведет в момент прокатки, когда скорость выхода металла из валков превышает скорость движения их осей, к перемещению гильзы в сторону движения осей валков против направления прокатки и напрессовке ее на коническую оправку.

При последующем изменении соотношения между скоростью выхода металла из валков и скоростью осей валков гильза будет "стремиться" перемещаться в противоположную сторону. Однако это будет затруднено или невозможно из-за плотной посадки гильзы на неподвижную коническую оправку. Вследствие этого поверхность валков будет проскальзывать относительно поверхности гильзы, нарушается процесс прокатки, станет невозможным процесс циклической подачи гильзы и сам процесс дальнейшей прокатки.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно снижение трудоемкости изготовления труб путем подачи трубы валками, а также устранение недоката гильзы.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе холодной прокатки труб на оправке в двух взаимно перпендикулярных парах валков переменного радиуса, включающем перемещение гильзы и готовой трубы относительно оправки, согласно изобретению при циклическом поочередном обжатии гильзы парами валков при их вращении в направлении выхода готовой трубы, перемещении осей поворота валков в противоположном направлении и образовании зазора между рабочей поверхностью валков и трубой при обратном перемещении осей поворота валков в процессе обжатия оправку перемещают валками через гильзу вдоль оси прокатки, при этом начиная с положения первой пары валков, соответствующего равенству скоростей выхода металла из этих валков и осей их поворота, и заканчивая положением второй пары валков, соответствующим равенству указанных скоростей, оправку перемещают в направлении, противоположном направлению прокатки, а затем оправку возвращают в прежнее положение, причем величина перемещения равна разности интегральных значений указанных скоростей на соответствующем интервале осей поворота валков.

Перемещение конической оправки вдоль оси прокатки позволяет устранить смещение гильзы относительно оправки в направлении, противоположном направлению прокатки, исключив возможность плотной посадки гильзы на коническую оправку, т. к. в случае превышения скоростей осей поворота валков над скоростью выхода металла из валков коническая оправка будет перемещаться вместе с гильзой. При изменении направления перемещения гильзы оправка вернется вместе с гильзой в прежнее положение, а затем гильза свободно будет перемещаться относительно конической оправки в сторону прокатки (готовой трубы).

Величина перемещения оправки S₂ в сторону, противоположную прокатке и возврата в прежнее положение, равна разности интегральных значений скорости осей поворота валков и скорости выхода металла из валков. Наличие в процессе прокатки положений валков, при которых указанные скорости равны между собой, обусловлено характером изменения этих скоростей.

При меньшем значении перемещения оправки коническая часть трубы будет иметь дополнительное перемещение в сторону, противоположную прокатке, и "напрессуется" на коническую часть оправки. В дальнейшем будет невозможно или затруднено перемещение трубы относительно оправки в сторону прокатки и в следующих циклах прокатки прекратится собственно процесс прокатки.

При большем значении перемещения оправки в направлении, противоположном прокатке, оправка получит дополнительное перемещение относительно трубы. Между оправкой и трубой на их конической части образуется зазор, превышающий значение, заданное технологией. При деформации конической части трубы ее стенка получит деформацию меньшую технологически заданной. Следовательно, труба на полученной части будет иметь разную толщину стенки. Причем в начальный и конечный моменты прокатки толщина стенки трубы на конической части будет технологически заданной, а в средней части будет больше технологически заданной.

Это приведет к нарушению технологии процесса прокатки в следующих циклах прокатки и снижению качества получаемого проката.

Способ прокатки труб проиллюстрирован на фиг. 1-9.

На фиг. 1 показано исходное положение валков, оправки и гильзы перед задачей последней на оправку; на фиг.2 - положение валков, оправки и гильзы после перемещения последней на оправку; на фиг.3 - положение валков и оправки перед началом прокатки; на фиг. 4 - положение валков, гильзы и оправки перед началом прокатки переднего конца гильзы; на фиг.5 - положение валков, гильзы с выкатанной частью готовой трубы и оправки в момент начала процесса прокатки первой парой валков; на фиг. 6 - положение валков, соответствующее равенству скорости выхода металла из первой пары валков и скорости осей поворота валков; на фиг. 7 - графики, характеризующие изменение скоростей выхода металла из первой (V₁) и второй (V₂) пары валков, а также скорости осей поворота валков (клети) - V_кл.

На фиг.8 - положение валков, соответствующее равенству скоростей выхода металла из второй пары валков и скорости осей поворота валков (клети); на фиг.9 - положение валков, соответствующее окончанию процесса прокатки второй парой валков.

На указанных фигурах обозначены: 1 - валки первой пары (горизонтальная пара); 2 - валки второй пары (вертикальная пара);
3 - оправка;
4 - ролики;
5 - ролики;
6 - гильза;
7 - упор;
8 - пружина.

Способ прокатки осуществляется следующим образом.

Перед задачей гильзы 6 (фиг.1) на оправку 3 валки пар 1 и 2 устанавливают в положение, при котором зазор между ними превышает высоту гильзы 6. С помощью роликов 4 гильзу 6 подают в направлении стрелки на оправку 3 (фиг.2) до остановки ее упором 7. После этого валки пар 1 и 2 путем их синхронного поворота (по стрелкам) и перемещения (по стрелке) их осей устанавливают сначала в крайнее правое положение, а затем валки пар 1 и 2 путем дальнейшего их поворота и перемещения их осей влево (фиг.3) до положения, при котором зазор между первой парой 1 валков меньше высоты гильзы 6.

Следующей технологической операцией является перемещение гильзы 6 с помощью роликов 5 до упора в первую пару валков 1 (фиг.4).

После этого начинается процесс выкатки на гильзе 3 конуса деформации готовой трубы, а затем осуществляется установившийся процесс шаговой прокатки труб.

Каждый цикл установившегося процесса шаговой прокатки начинается после перемещения части исходной гильзы 6, конуса деформации и готовой трубы валками в направлении прокатки на величину, равную произведению подачи m на ее вытяжку λ , т.е. на величину m·λ (фиг.8).

Процесс прокатки согласно фиг. 5 начинается с момента касания готовой трубы первой парой валков 1. При дальнейшем повороте валков 1,2 и перемещении их осей вдоль оси прокатки (фиг.6) (по стрелкам) осуществляется обкатка трубы по конусу деформации. При этом труба за счет превышения скорости выхода металла из первой пары валков 1 над скоростью поступательного перемещения осей поворота валков V_кл (фиг. 7) труба будет перемещаться в направлении прокатки, осуществляя скольжение относительно конической оправки 3. При повороте валков на угол α₁ , соответствующем равенству скорости выхода металла из первой пары валков 1 и скорости их осей, труба получит перемещение на величину S₁ (фиг.6,7), равную разности интегральных значений указанных скоростей на угле поворота от начала обжатия до α₁ . Оправка 3 в это время будет оставаться неподвижной, т.к. она удерживается упором 7.

При последующем повороте валков и перемещении их осей трубу по конусу деформации продолжает деформировать первая пара валков 1 (фиг.6), затем деформацию осуществляют обе пары валков одновременно, а далее первая пара валков 1 теряет контакт с трубой и деформацию продолжает только вторая пара валков 2 (фиг.8). Начиная от угла поворота валков α₁ , до угла поворота валков α₂ , труба за счет превышения скорости осей поворота валков V_кл над скоростями выхода металла сначала из первой V₁, а затем из второй пары валков V₂, будет перемещаться в сторону исходной гильзы. При этом за счет контакта трубы с конической оправкой 6 последняя также будет перемещаться вместе с гильзой 6, сжимая пружину 8. При достижении угла поворота валков значения α₂ величина этого перемещения станет равной S₂ (фиг.7,8). Величина S₂ равна разности интегральных значений указанных скоростей при угле поворота от α₁ до α₂ .

Угол поворота валка α₂ соответствует положению, при котором скорость клети V_кл и скорость выхода металла из второй пары валков V₁ равны между собой (фиг.7). При дальнейшем повороте валков от угла α₂ до угла α₃ деформацию трубы осуществляет только вторая пара валков 2, а труба за счет превышения скорости выхода металла из второй пары валков V₂ над скоростью поступательного перемещения их осей V_кл получит перемещение в сторону готовой трубы на величину S₃ (фиг.7,9). При этом оправка вместе с трубой вернется в прежнее положение, разжимая пружину 8, а гильза 6 продолжит перемещение в направлении прокатки, осуществляя скольжение относительно неподвижной конической оправки 6.

После осуществления данного цикла прокатки труба переместится относительно оправки на определенную величину m·λ (фиг.9).

В дальнейшем процесс шаговой прокатки повторяется. По предлагаемому способу были покатаны трубы с наружным диаметром 15 мм, толщиной стенки 2,5 мм из гильзы с наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 5,0 мм. Прокатка осуществлялась на стане шаговой прокатки, установленном в лаборатории университета. Привод клети стана производится от кривошипно-шатунного механизма, кривошип которого синхронно вращается с двумя парами горизонтальных и вертикальных валков. Величина произведения подачи m на вытяжку составляла 20 мм. Перемещение оправки в процессе прокатки составляла 10 мм.

Готовая труба выкатана на полную длину без применения каких-либо специальных технологических приемов, используемых, например, на станах ХПТ.

Способ целесообразно применять при производстве труб в холодном состоянии взамен процесса прокатки на станах ХПТ. При этом существенно упрощается технология прокатки и само технологическое оборудование.

Формула изобретения

Способ холодной прокатки труб на оправке в двух взаимно перпендикулярных парах валков переменного радиуса, включающий перемещение гильзы и готовой трубы относительно конической оправки, отличающийся тем, что при циклическом поочередном обжатии гильзы парами валков при их вращении в направлении выхода готовой трубы, перемещении осей поворота валков в противоположном направлении и образовании зазора между рабочей поверхностью валков и трубы при обратном перемещении осей поворота валков в процессе обжатия оправку перемещают валками через гильзу вдоль оси прокатки, при этом, начиная с положения первой пары валков, соответствующего равенству скоростей выхода металла из этих валков и осей их поворота, и заканчивая положением второй пары валков, соответствующим равенству указанных скоростей, оправку перемещают в направлении, противоположном направлению прокатки, а затем оправку возвращают в прежнее положение, причем величина перемещения равна разности интегральных значений указанных скоростей на соответствующем интервале перемещения осей поворота валков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9