Технологический инструмент для винтовой прокатки труб

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 14 В 21 В 19/14 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ ТРУ РУМЕНТ ДЛЯ машиностро Г. Гетия,Левшунов, Попов(088,8)видетельство СС21 В 19/14, 197Вабкин Я. Л.а трубных стано1970, с, 76 Калв,ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ(71) Всесоюзный заочнтельный институт(57) Изобретение относится к трубопрокатному производству и касается инструмента обкатных или трехвалковых раскатных станов винтовой прокатки. Целью изобретения является повышение точности диаметральных размеров труб. Технологический инструмент для винтовой прокатки труб включает три приводных валка с входным, пережимным и выходным участками, развернутых на углы подачи и раскатки, и многоконусную оправку с выступами пеГ1424888 1 О ременной высоты, именщук ндпрдвляюший участок и четыре основных: входной, калибрующий 7, конический рабочий и цилиндрический. Высота выступов в каждом поперечном сечении входного и калибрующего участков составляет 0,03-0,08, а радиус кривизны ввершине выступов - 0,06-0,15 от величины диаметра цилиндрического участка оправки, На коническом рабочемучастке оправки высота выступов плавно уменьшается до нуля. При этом дли- .нд входного, калибрующего и рабочегоконического участков оправки составляет 0,15-0,35; 1,02-1,05 и 0,6-0,8длин соответствующих им участков рабочего валка, а углы наклона образуИзобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано, в частности, на агрегатахс трехвалковыми раскатными станами5для повьппения точности размеров диаметра труб, в том числе и подшипников ых,Цель изобретения - повышение точности диаметрдльных размеров труб,На фиг, 1 схематично изображенпредлагаемый технологический инструмент; на Фиг, 2 - сечение А-А нафиг. 1; на Фиг. 3 - сечение Б-Б нафиг . 1; на фиг, 4 - технологическийинструмент для. винтовой прокатки труб(изделий) большого диаметра с роликовой оправкой; на фиг, 5 - сечение В-Вна фиг. 4; на фиг. 6 - схема конкретного выполнения инструмента. 20 Технологический инструмент включает три валка, каждый с входным 1, пережимным 2 и выходным 3 участками и оправку с выступами 4 (роликами), 25 имеющую направляющий участок 5 и три основных участка: входной 6, калибрующий 7 и рабочий конический 8 соответственно участкам валка, причем каждый из участков валка (и соответству ющий участок оправки) может быт многоконусньп, Оправка закреплена на стержне 9, Диаметр оправки с 1, определяется нд цилиндрическом участке. юших этих участков отличдются отуглов наклсна участков калибровкивалка соответственно на + (0,3-1),+ (0,1-0,5) и - (0,8-1,5) , Инструмент позволяет осуществлять толькоместное, локальное обжатие прокдтываемой трубы по стенке, повысить устойчивость профиля ее поперечного сечения, значительно снизить величинурдстягивдющих тангенцидльных напряжений, Использование данного инструмента позволяет повысить точность наружного и внутреннего диаметров и толщины стенки прокатывдемых труб, улучшить качество их наружной и внутренней поверхности и снизить расходный коэффициент металла 6 ил. При прокатке труб большего диамет 1 ра, когда сплошная оправка имеет большую массу, можно использовать оправку с тремя многоконусными роликами, продольньп профиль которых соответствует продольному профилю сплошной оправки, причем минимальный диаметр роликов на участке, соответствующем пережиму валков, составляет 0,12-0,24 эквивалентного диаметра сплошной оправки на этом участке или 0,28-0,55 расстояния между осью роликов и осью оправки.Дпя устранения вероятности появления растягивдющих напряжений и деФектов на внутренней поверхности труб, а также дополнительного повышения их точности оправку с выступами (или оправку с роликами) перед прокаткой устанавливают по отношению к валкам так, что плоскость, проходящую через ось оправки и вершину выступа или ось оправки и ось ролика,осмещают на 4-10 от плоскости, прохоцящей через вертикальный дидметр оправки или через ось валка и оправки при нулевом угле подачи нд валке, а затем выставляют требуемьп угол подачи, после чего начинают прокатку,Прокатка труб происходит между тремя многоконусными валкдми и предлагаемой оправкой таким обрдзом, чтодостигается касание выступами оправ-, ки или роликами внутренней поверхности трубы только в определенных местах поперечного сечения, Это значительно увеличивает устойчивость попе- . речного профиля трубы, позволяет повысить обжатие по диаметру, снизить возможность (вероятность) появления значительных растягивающих напряжений на внутренней поверхности трубы.Кроме того, исключается (или значительно снижается) влияние колебания исходных размеров черновых труб, например, со стана Ассела, на протекание процесса прокатки в последующем стане на предлагаемом технологическом инструменте, что снижает также изменение разнодиаметрности (наружной и внутренней) как по длине одной трубы, так и в партии труб,Значение высоты выступов на оправке и радиуса кривизны выступов определены экспериментально на лабораторном стане винтовой прокатки и на ос новании теоретических исследований напряженно-деформированного состояния при прокатке тонкостенных труб,Длины участков валка соответственно равны 1, 1 Б и 1 , а основных участ.30 ков оправки - соответственно 1, 1 ь 1 . Длина переднего направляющего участка равна 1 длина участка с уменьшающейся по линейному закону высотой выступов, расположенного за калибрующимся участком оправки 1 ь(0,4-0,6)1 ь (этот участок является частью конического рабочего участка).Высота выступов 4 Ь, равна 0,03 0,08 от диаметра цилиндрической ча сти оправки й , т,е, Ь (0,03 0,08)с 1 о.Установлено, что отличия в углах конусности на соответствующих участках оправки с выступами валка должны 45 составлять 0,3 - 1; 0,1 - 0,5 и 0,8 -о1,5 соответственно для участков6 - 8 оправки.При различии в углах валка и вью ступа (ролика) вышее, чем 0,5 и 1,5 на этих участках калибровка труб по внутреннему диаметру практически не осуществляется, кроме того возможно появление внутренних дефектов.При различии в углах наклона вход, ного участка валка о, и первого за направляющим по ходу прокатки конического участка выступа (ролика) о менее чем 0,3 щель между валком и выступом (роликом) практически параллельна. С учетом явления утолщения стенки в межвалковых промежутках от пластического изгиба определенной фактической поперечной и продольной разностенности труб, приходящих на калибровочный стан со стана Ассела (раскатного), других неровностей на наружной н внутренней поверхностях (например, разнодиаметрность по длине труб и др.) это может привести: к значительному обжатию по толщине стенки отдельных участков трубы, что недопустимо в данном процессе.При различии Ы,ь и м., более чем на о1 касание трубы по внутреннему диаметру с оправкой практически не осуществляется, особенно в конце участка,Выполнение на участках 6 и 7 угла наклона выступа (ролика) к оси прокатки на 0,1-0,5больше и на 0,8 -о1,5 меньше, чем угол наклона образующей валка на калибрующем и выходномучастках, обусловлено аналогичнымисоображениями,При различии в углах менее чемо о0,1 и 0,8 возможно возникновениебольших обжатий по стенке на наиболееответственных участках валка, что недопустимо, особенно при прокатке тонкостенных труб (й/Б9).При величинах высоты выступа менее 0,03 диаметра оправки й , и радиуса кривизны менее 0,06 диаметра оправки Й необходима очень тщательная настройка стана, кроме того, при малых величинах выступов и наличии их износа во время работы пропадает эффект локального контакта с трубой, что приводит к нарушению процесса, плохому калиброванию внутреннего диаметра труб, увеличению их разнодиаметрности. При малых радиусах кривизны выступа возможно нарушение плавного контакта металла с оправкой, появление прорезов, задиров на внутренней поверхности труб, возникают трудности в настройке станаПри высоте выступов 0,08 й, и радиусе кривизны выступов более 0,15 й атакже пропадает или ухудшает. ся эффект локального (в определенных местах поперечного сечения трубы) деформирования, так как возможны значительный охват оправки внутренней по" верхности трубы и затруднение ведения процесса.Г 1 ров еденнье исследования на лабо раторном стане показали,.что лучшеесочетание скоростных, деформационныхпоказателей и точности по наружномуи внутреннему диаметрам имеет местопри следующих соотношениях междудлинами соответствующих участков оправки и валка: 1, = (0,15 - 0,35)11,Бо (1,02 - 1,05) 1 ь ф 1 ьо (0,6 - 100,8) 1При 1 о0,15 1 теряется "поддерживающий эффект оправки, позволяющий повысить устойчивость профилятрубы при значительном редуцированиипо диаметру до пережима валков (т,е,во входном конусе очага деФормации).При 1 о 0,35 1 наблюдается неустойчивый вторичньп захват.При 1( 1,02 1 требуется очень , 20тщательная настройка стана, любоесмещение оправки в осевом направлении может привести к значительномуискажению щели между валком и оправкой. 25При 1 в1,05 1 ь также трудноустановить требуемые зазоры междувалком и оправкой, особенно при износе валков,При 1 ео0,6- 1 профиль трубы неуспевает приобретать круглую Форму(при значительных обжатиях по диамет ру на участке пережима валков).При 1 по0,8 1 наблюдаются слу чаи затрудненного схода ;рубы с оп равки ввиду большого сопротивления, в осевом направлении с ее стороныпри незначительном отходе внутреннейповерхности трубы от оправки,Выбор длины конического рабочегоучастка оправки с уменьшающейся высо.той выступов, равных 0,4-0,6 отобщей его.длины (1 ), обусловлен следующимиПри 1 и0,4 1 возможен плохойсход трубы с оправки вследствие малого отхода от нее внутренней поверхности трубы.При 1 вв 0,6 1 по ухудшается калибрование трубы по внутреннему диаметру вследствие недостаточного контакта ее по всей поверхности с коническим. и цилиндрическим участками оправки.При выборе диаметра роликов исходят из тех же соображений, что и приобосновании выбора радиуса кривизныв вершине выступов сплошной оправки,а затем пересчитывают эту величину на расстояние между осью оправки иосью роликов Ы,Расстояния от осей роликов до осиоправки М определяются для каждогоконкретного случая прокатки. т.е. накаждый типоразмер труб изготавливается своя оправка, как и при прокаткена других станах любого агрегата.11 еред началом прокатки оправку свыступами 4 (жестко закрепленную настержне 9 и зафиксированную вместе состержнем от вращения) устанавливаютпо отношению к валкам так, что смещают плоскость, проходящую через осьоправки и вершину выступов от плоскости, проходящей через вертикальныйдиаметр оправки (или через ось оправоки и оси рабочих валков), на 4-10При этом во время настройки углыподачи на валках уменьшают до нуля,смещают (поворачивают) оправку, азатем вновь устанавливают требуемыеуглы подачи,Стержень, на котором жестко закреплена оправка или оправочныйузел с тремя роликами), удерживается от вращения на выходной сторонестана (ролики вращаются вокруг своихосей),Необходимость смещения выступовнеподвижной оправки или роликов наоугол 4-10 от плоскости, проходящейчерез ось калибра и ось рабочего валка, вызвана следующими соображениями.оПри смещении меньше, чем на 4снижается стабильность положения выступов (роликов) в очаге, так как величина давления на выступы (ролики)вызывает их смещение к оси валка врадиальном и тангенииальном направлениях: в этом случае даже небольшеесмещение выступов по ходу вращениявалков и роликов может вызвать появ.пение дополнительной продольной и поперечной разностенности. Кроме того,не удается достигнуть больших обжатийпо диаметру, возможно появление дефекта на внутренней поверхности труб,так как происходит больпое редуцирование по диаметру в поперечном направлении, что снижает устойчивость профиля трубы.Смещение выступов (роликов) наугол вьппе чем О вызывает значительную овализацию или потерю устойчивости профиля, что недопустимо, так какэто может вызвать повьппенную оваль 1424888ность готовых труб (особенно тонкостенных) или их разнодиаметрность.Кроме того, не устраняется опасностьпоявления тангенциальных растягивающихнапряжений и воэможность появления дефектов на внутренней поверхности трубв зонах под рабочими валками, где контакт с выступами оправки или роликами отсутствует, Это особенно важнопри прокатке (калибровании, в частности) толстостенных труб,Л р и м е р, Прокатка на предлагаемом (технологическом) инструменте.Трубы размером 168 х 18 мм иэ сталиШХили ЗОХГСА задаются в многоконусные валки с длиной бочки 285 мм,диаметром на участке пережима 400 мм.Углы подачи и раскатки валков соотоветственно равны 5 и 4 . Углы наклона 20отдельных участков на валке соответственно равны 930, 6 , 5 , 4 , 3и 2 , а в очаге деформации: во входном конусе 5 30 , 2 и 1 ; в пережиоме валков 0 , на выходном участке 25о1 и 2 . Длина входного участка валков1 я = 150 мм, пережима 1 = 20 мм,выходного конуса 1 = 115 мм (фиг, 6),Оправка имеет длину 170 мм, при1 до = 0,31 д = 45 мм 1 Бо = 30- 1,02 16 = 20 4 мм, 1 во = О 7 1 ь =80,5 мм (из йих 1 о = 35 мм, 110,5 мм), 1 = 15 мм. Диаметр оправки в пережиме й= 124 мм, акоп126 мм, Ь = 7 мм (0,06 й ), К, =18 мм (0,14 с 1 ), 35Оправка имеет следующие основныеуглы наклона: на калибрующем участке(участок 7) 6 , 2 30, 2 на входномконусе (многоконусный участок 6)о0 30, на коническом рабочем участке(многоконусный участок 8) соответственно О 1 О и 1 10 , т,е. на участке6 углы наклона образующих рабочихучастков выступов (роликов) выполнеоны на 0,5-1 больше, чем углы наклона образующих участков входного конуса валка , на калибрующем участке7 - на 0,5, а на коническом рабочемоучастке 8 - на 0,8 - 1. меньше, чемуглы образующих соответствующих участков 2 и 3 валка. Колебание диаметра по длине труб и в партии сократилось с 1),16 - 0,12 по действующей технологии (без оправ ки) до 0,08 - 0,1% и с (Т 0,58)( 0,74)до 0,4 - 0,5% соответственно,Обжатие по диаметру увеличиваетСя до 5-6 мм вмесго 3,6-3,8 мм для известного инструмента,(т.е. 2,5 - 3,5 . против 1,5 - 2 ), поперечный профиль в очаге не приобретает форму квадрата со скругленными краями или пятиугольника, так как локальный контакт выступов оправки (роликов) с внутренней поверхностью трубы резко снижает вероятность появления пластических шарниров в поперечном сечении трубы, повышает устойчивость профиля. Локальный контакт с оправкой приводит к локальному деформированию раэностенных участков трубы, Разнодиаметральность значительно снижается.Предлагаемый инструмент может быть использован не только для калибрования труб по внутреннему диаметру, но и для других процессов винтовой и поперечной прокатки, где обжатие по стенке должно практически отсутствовать, а изделию (материалу) надо придать или точные геометрические размеры, или новые механические свойства.Формула и з о б р е т е н и яТехнологический инструмент для винтовой прокатки труб, включающий три приводных валка с пережимом, расО положенных по кругу через 120 , развернутых на углы подачи и раскатки, и многоконусную оправку, имеющую участки: передний направляющий, конический рабочий, цилиндрический и задний обратный конусный, и установленную направляющим участком до пере- жима валков, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности диаметральных размеров труб, оправка выполнена с дополнительными входным и калибрующим участками обратной конусности, расположенными соответственно входному конусу и пере- жиму валков непосредственно друг за другом и между направляющим и коническим рабочим участками, и тремя продольными выступами на входном калибруюшем и рабочем участках по периметору через 120, высота которых и радиус кривизны в вершине на входном и калибрующем участках составляет соответственно 0,03 - 0,08 и 0,06 0,15 величины диаметра цилиндрического участка оправки, причем длины входного, калибрующего и рабочего9 1424888 10конического участков опрлнкн состав,8 длин соотлин соответственно им распололяют 0,15 - 0,35; 1,02 - 1,05 и 0,6 - женных участков валков,Фие, 6Составитель А, Гончару тор В, Данко Техред Л.Олийцьос Ко е тор М. Васил аз 4714/8 П 5 Произв ул. Проектная,цно-полиграфическое предприятие, г. Тираж 4 б 7 ВПИИПИ Государс по делам изо 13035, Москва, Ж венного к ретений и 5, Раушск писноеитета ССткрытийнаб., д