close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

47.Технология и оборудование производства труб на станах ХПТ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана
О.В. Соколова, А.А. Восканьянц, Т.Ю. Комкова
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ
ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ НА СТАНАХ ХПТ
Под редакцией А.П. Молчанова
Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия по курсу «Технологические основы
проектирования прокатных и трубных станов»
Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2007
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 621.771.28
ББК 34.748
С59
Рецензенты: Н.Т. Богданов, А.В. Власов, А.В. Чекулаев
С59
Соколова О.В., Восканьянц А.А., Комкова Т.Ю.
Технология и оборудование производства труб на станах
ХПТ: Учеб. пособие / Под ред. А.П. Молчанова. – М.: Изд-во
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 40 с.: ил.
ISBN 5-7038-2942-9
В пособии рассмотрены особенности одного из наиболее распространенных способов производства холоднодеформированных труб –
холодной периодической прокатки на станах холодной прокатки
труб (ХПТ); представлены основные зависимости для расчета технологических параметров холодной периодической прокатки на станах
ХПТ; описана технология прокатки труб на них и даны рекомендации по расчету технологического инструмента; охарактеризованы
наиболее интересные конструкции рабочих клетей этих станов.
Для студентов старших курсов, изучающих дисциплину «Технологические основы проектирования прокатных и трубных станов».
Ил. 17. Табл. 5. Библиогр. 5 назв.
УДК 621.771.28
ББК 34.748
Учебное издание
Ольга Вадимовна Соколова
Андрей Александрович Восканьянц
Татьяна Юрьевна Комкова
Технология и оборудование производства труб на станах ХПТ
Редактор Н.М. Маслова
Корректор Г.С. Беляева
Компьютерная верстка А.Ю. Ураловой
Подписано в печать 18.12.2006. Формат 60×84/16. Бумага офсетная.
Печ. л. 2,5. Усл. печ. л. 2,33. Уч.-изд. л. 2,15.
Тираж 100 экз. Изд. № 7. Заказ
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.
ISBN 5-7038-2942-9
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ......................................................................................................
Условные обозначения ...............................................................................
1. Прокатка труб на валковом стане ХПТ .................................................
2. Основные технологические параметры процесса прокатки
на валковом стане ХПТ ..............................................................................
3. Оборудование валковых станов ХПТ ....................................................
4. Особенности технологии прокатки труб на станах ХПТ .....................
5. Рабочие валки станов ХПТ ....................................................................
Список литературы .....................................................................................
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Высокие прочностные свойства, повышенная точность и хорошее качество поверхности труб, получаемых на станах холодной
прокатки, обусловили их широкое распространение и стимулировали интенсивное развитие технологических процессов холодной
прокатки труб (ХПТ), а также разработку соответствующего технологического оборудования. Способом холодной прокатки в нашей стране в настоящее время производят до 50 %, а за рубежом –
до 25 % холоднодеформированных труб, включая трубы из труднодеформируемых материалов.
На станах холодной прокатки изготавливают трубы диаметром
от 6 до 450 мм, толщина стенок которых составляет от нескольких
десятых долей миллиметра до 30 мм и более. Основная масса
стальных холоднодеформированных труб общего назначения производится по ГОСТ 8733-74 (технические требования) и ГОСТ
8734-75 (сортамент) из углеродистых и легированных сталей.
Наибольшее распространение в промышленности получили станы холодной продольной периодической прокатки труб: валковые
станы (станы ХПТ) и станы холодной прокатки труб роликами
(станы ХПТР или роликовые станы). Основные преимущества этих
станов заключаются в том, что они дают возможность получать
максимальное (до 85 %) обжатие сечения заготовки за один проход,
а также высоко экономичны и технологически маневренны. В последнее время стали получать распространение комбинированные
валково-роликовые станы c последовательно установленными валковыми и роликовыми клетями. Такие станы сочетают достоинства
обоих способов прокатки. Существуют также станы поперечной
прокатки труб (ППТ), которые используются в специальных целях
для изготовления небольших партий прецизионных труб и тонкостенных труб большого диаметра.
В пособии рассмотренны особенности технологического процесса холодной продольной периодической прокатки труб, пред3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ставлены методики расчета основных технологических параметров
и характеристики оборудования станов ХПТ.
При написании пособия авторами использован опыт научноисследовательских работ, выполненных кафедрой «Оборудование
и технологии прокатки» МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с АХК
ВНИИМЕТМАШ им. А.И. Целикова.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ∗
1. Геометрические параметры процесса прокатки труб
на стане ХПТ
Dз – наружный диаметр заготовки трубы перед прокаткой.
Dт – наружный диаметр готовой трубы после прокатки.
Sз – толщина стенки трубной заготовки.
Sт – толщина стенки готовой трубы.
Fз – площадь поперечного сечения трубной заготовки.
Fт – площадь поперечного сечения готовой трубы.
Lз – длина трубной заготовки.
Lт – длина готовой трубы.
θр – угол зоны редуцирования.
θо – угол зоны обжатия.
θз – угол захвата.
m – подача.
Vm – смещенный (поданный) объем металла за один ход клети.
∆Sx – абсолютное обжатие по толщине стенки в сечении x.
λd – коэффициент вытяжки от деформации по диаметру.
λs – коэффициент вытяжки от деформации по толщине стенки.
λΣ – суммарный коэффициент вытяжки.
γx – угол наклона образующей конуса деформации в сечении x.
Fконт – горизонтальная проекция площади контакта металла с
валком.
2. Энергосиловые параметры процесса прокатки труб
на стане ХПТ
P – сила прокатки.
pср – среднее давление металла на валок.
σв – временное сопротивление деформации материала заготовки.
µ – коэффициент трения в контакте металла с инструментом.
∗
Приведены условные обозначения технологических и конструктивных параметров, использованные в формулах и иллюстрациях.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Геометрические параметры инструмента стана ХПТ
Lзп – длина зева подачи калибра рабочего валка.
Lзв – длина зева поворота калибра.
lр – длина редуцирующего участка калибра.
lо – длина участка обжатия стенки (обжимного участка).
lп – длина предотделочного участка калибра.
lк – длина участка калибровки трубы по диаметру.
Rx – радиус калибра в сечении x.
rx – радиус валка по вершине калибра в сечении x.
ρx – радиус выпуска калибра в сечении x.
ϕв – угол выпуска калибра.
β – коэффициент ширины калибра.
kф – коэффициент формы калибра.
Bx – ширина калибра в сечении x.
2tg α – конусность оправки.
dц – диаметр цилиндрической части оправки.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. ПРОКАТКА ТРУБ НА ВАЛКОВОМ СТАНЕ ХПТ
Холодная прокатка труб на валковом стане осуществляется на
конической (иногда цилиндрической) оправке двумя или тремя
рабочими валками, совершающими возвратно-поступательное и
возвратно-вращательное движение (рис. 1.1). Рабочие валки перемещаются вдоль оси прокатки на определенную величину, называемую ходом валков. Двигаясь поступательно, рабочие валки поворачиваются вокруг своей оси на угол, называемый углом разворота валков. После перемещения из одного крайнего положения в
другое валки реверсируются и возвращаются в исходное положение. Цикл повторяется с частотой от 20 до 200 двойных ходов в
минуту в зависимости от типоразмера стана (чем меньше диаметр
прокатываемых труб, тем выше частота).
Рис. 1.1. Схема холодной прокатки труб на стане валкового типа (ХПТ):
1 – калибр; 2 – валок; а – положение калибра перед рабочим ходом клети (подача
заготовки); б – положение калибра перед обратным ходом клети (поворот трубы и
оправки); I – зев подачи; II – конус деформации; III – калибровочный участок;
IV – зев поворота
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В большинстве конструкций станов ХПТ валки совершают
возвратно-поступательное движение вместе с рабочей клетью [1].
Поворот валков происходит при помощи шестерен, закрепленных
на них консольно и находящихся в зацеплении с неподвижными
рейками (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Рабочая клеть стана ХПТ 6-15 конструкции ВНИИМЕТМАШ:
а – вид со стороны механизма подачи заготовки; б – вид сбоку; 1 – станина;
2 – синхронизирующие шестерни; 3 – рабочие валки с калибрами; 4 – клиновой
механизм установки валков; 5 – шестерня привода валков; 6 – зубчатая рейка; 7 –
шатун привода перемещения клети
На калибрах, вставляемых в рабочие валки, либо непосредственно на валках нарезан ручей переменного сечения. При движении клети вдоль оси прокатки валки обкатывают и обжимают заготовку в результате того, что диаметр ручья уменьшается по мере
поворота валков. Когда валки достигают крайнего переднего положения и поворачиваются на угол разворота валков, диаметр рабочей части ручья уменьшается до размеров готовой трубы.
Деформируемую часть заготовки в первом приближении можно представить в виде усеченного конуса, диаметры оснований
которого равны диаметрам заготовки и готовой трубы, а высота –
ходу валков. Этот конус, называемый конусом деформации, по сути, является разверткой переменного ручья калибра.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
За каждый двойной ход валков, соответствующий их перемещению из одного крайнего положения в другое и обратно, в зону
деформации подается новая порция металла. В этих целях перед
началом движения валков в направлении прокатки (прямой ход)
выполняется осевое перемещение заготовки вперед на некоторую
величину, называемую подачей. Подача определяет объем металла, деформируемого за один двойной ход валков. Для того чтобы
заготовку можно было беспрепятственно подавать вперед, калибры на валках выполнены таким образом, что в исходном (заднем)
положении валков рабочая часть ручья образует так называемый
зев подачи – окружность, по диаметру несколько большую, чем
диаметр прокатываемой заготовки (см. рис. 1.1).
Аналогичный зев, диаметр которого несколько больше диаметра готовой трубы, образуется калибрами и в крайнем переднем
положении валков. В поле этого зева, называемого «зевом поворота» (см. рис. 1.1), при каждом двойном ходе валков перед началом
обратного хода заготовка поворачивается вокруг оси на некоторый угол (обычно 60…90°), что необходимо для обеспечения высокого качества проката. Заготовка может поворачиваться и в исходном положении одновременно с осевой подачей.
2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ НА ВАЛКОВОМ СТАНЕ ХПТ
При прокатке труб на станах ХПТ очаг деформации постоянно
меняется. Поэтому анализ основных технологических параметров
деформирования традиционно проводят применительно к мгновенному очагу деформации, т. е. рассматривают некоторое сечение
по длине конуса деформации, в котором в данный момент времени
происходит прокатка.
Обычно при определении формы очага деформации в качестве
исходных данных принимают теоретические параметры конуса
деформации в соответствии с калибровкой, учитывая смещение
его сечений на величины подачи и вытяжки. В реальных условиях
параметры конуса деформации не соответствуют теоретическим
значениям. Это объясняется изменением расстояния между осями
рабочих валков и осью прокатки вследствие упругой деформации
рабочей клети, погрешностями настройки стана, а также относительным смещением сечений конуса деформации вследствие наличия зазоров в зубчатых зацеплениях механизма привода валков
и осевых перемещений оправки и заготовки в процессе прокатки.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние упругой деформации клети и относительного смещения
конуса деформации подробно рассмотрено в работах [2], [3].
Деформация заготовки при установившемся процессе прокатки
происходит следующим образом∗. В исходном положении рабочей
клети (рис. 2.1, а) механизм подачи перемещает заготовку в сторону выхода готовой трубы на величину подачи m, при этом сечение
I–I занимает положение I1–I1. Очевидно, что сечение II–II (см.
рис. 2.1, а) также сместится на величину m и займет положение
II1–II1. Объем металла, заключенный между сечениями I–I и I1–I1,
называют объемом подачи – он равен произведению площади поперечного сечения заготовки на величину подачи m.
Поскольку прокатку ведут на конической оправке, то во время
подачи образуется зазор между внутренней поверхностью заготовки и оправкой. Поэтому при движении клети вперед валок сначала
редуцирует заготовку по диаметру до соприкосновения с оправкой, и уже затем обжимает трубу по стенке.
Таким образом, мгновенный очаг деформации состоит из двух
зон (рис. 2.1, б): зоны редуцирования трубы по диаметру, ограниченной центральным углом θр, и зоны обжатия трубы по стенке,
определяемой углом θо. Вместе эти углы образуют угол захвата θз.
Совокупность деформаций редуцирования по диаметру и обжатия по стенке можно характеризовать коэффициентом вытяжки:
λ =λ d λ s ,
где λd – вытяжка от деформации по диаметру. λs – вытяжка от деформации по толщине стенки.
Для готовой трубы диаметром Dт с толщиной стенки Sт, полученной из заготовки с размерами Dз и Sз соответственно (см.
рис. 2.1), вытяжки λd, λs и суммарная вытяжка λΣ равны:
λd =
∗
10
S (D − S )
S (D − S )
Dз − S з
; λ s = з т з ; λΣ = з з з .
Dт − Sз
S т ( Dт − S т )
S т ( Dт − S т )
Рассматриваем традиционный стан ХПТ с подвижной рабочей клетью.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2.1. Схема прокатки труб на валковом стане ХПТ:
а – исходное положение; б – промежуточное положение; в – переднее положение
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По мере продвижения рабочей клети участок конуса деформации, расположенный впереди калибров, смещается вперед, и
расстояние, на которое переместится за это время сечение II–II
(расстояние между сечениями II–II и IIx–IIx на рис. 2.1, б), будет
равно произведению λx·m, где λx – текущее значение коэффициента вытяжки. Расстояние между сечениями II1–II1 и IIx–IIx, определяемое величиной смещения металла в результате обжатия,
равно m(λx – 1).
По достижении крайнего переднего положения (см. рис. 2.1, в)
клеть совершает обратный ход и возвращается в исходное положение. Смещенный (поданный) объем металла, раскатанный за
один двойной ход клети
Vm =π S з ( Dз − S з ) m.
(2.1)
При этом формируется участок готовой трубы длиной ∆Lт,
объем которого, в свою очередь, равен
Vт =Vm =π S т ( Dт − S т ) ∆Lт .
(2.2)
Из (2.1) и (2.2) следует, что длина полученного участка готовой трубы
∆Lт =
Sз ( Dз − Sз )m
=λ ∑ m.
S т ( Dт − S т )
(2.3)
Непостоянство размеров очага деформации по длине хода
валков при продольной периодической прокатке требует особого
подхода при определении обжатия заготовки по толщине стенки.
Абсолютное обжатие в любом сечении заготовки по длине конуса деформации определяют как разность между толщинами
стенки в рассматриваемом сечении и в сечении, отстоящем от
него на таком расстоянии, при котором объем металла, заключенный между этими сечениями, равен объему Vm подаваемого
металла за каждый ход клети. Таким образом, абсолютное обжатие в сечении I–I (рис. 2.2), расположенном на расстоянии x от
начала конуса деформации, (обжатие в мгновенном очаге деформации) равно
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
∆S x = S x′ − S x ,
где Sx – толщина стенки в рассматриваемом сечении. S x′ – толщина стенки в сечении, отстоящем от рассматриваемого на расстоянии lx (см. рис. 2.2).
Рис. 2.2. Схема определения обжатия при периодической продольной
прокатке труб
Для точного определения обжатия должно быть известно уравнение образующей конуса деформации. В этом случае расстояние
lx, определяющее объем подачи металла, может быть найдено из
равенства
lx
∫ Fx dx = Fз m,
0
где Fx – площадь поперечного сечения заготовки на расстоянии x
от начала конуса деформации (см. рис. 2.2); Fз – площадь поперечного сечения исходной заготовки; m – величина подачи.
Заменяя образующую конуса деформации на участке lx отрезком прямой, наклоненным к оси заготовки под углом γx
(см. рис. 2.2), можно приближенно определить обжатие ∆Sx по
формуле
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
∆S x ≈ m
Sз
(tg γ x − tg α) ≈ mλ x (tg γ x − tg α ),
Sx
(2.4)
где α – половина угла конуса оправки (см. рис. 2.2).
Из-за упругой деформации клети не весь поданный объем металла обжимается во время прямого хода. Часть его деформируется при обратном ходе клети. Чтобы определить распределение обжатия между прямым и обратным ходами, необходимо знать упругую характеристику клети, т. е. зависимость упругой деформации
клети (включая валковую систему) от силы прокатки.
На рис. 2.3 представлена схема определения обжатия ∆Sx в
мгновенном очаге деформации с учетом влияния упругой деформации клети. Кривые P = f (∆S ) на графике в левой части рисунка
описывают зависимость силы прокатки от обжатия. Точка О1 на
оси S графика соответствует толщине стенки трубы в некотором
сечении I–I, которая была бы получена в абсолютно жесткой клети. Другими словами, положение точки О1 определяется предварительной установкой расстояния между осями валков. Под действием силы прокатки P клеть упруго деформируется, и расстояние
между осями валков увеличивается на величину 2δ, где δ = ϕ( P) –
упругая характеристика клети∗ (см. рис. 2.3).
При прямом ходе клети пластическое деформирование заготовки сопровождается ростом силы прокатки, приводящим, в
свою очередь, к росту упругой деформации клети. Толщина стенки Sx пр в сечении I–I, полученная в результате совместной деформации заготовки и клети, будет определяться точкой пересечения кривых P = f (∆S ) и δ=ϕ( P) , которой соответствует сила
прокатки Pпр (см. рис. 2.3). Обжатие в сечении I–I при этом
∆S x пр = S x′ − S x пр .
Обжатие в сечении I–I при обратном ходе клети определяется
аналогично, сила прокатки при этом равна Pоб (см. рис. 2.3). Из
рис. 2.3 видно, что величина обжатия при обратном ходе клети
∆Sx об равна разности упругих деформаций клети при прямом и об∗
В литературе можно встретить термины «пружина клети», «упругая линия
клети (стана)» и др.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ратном ходе. Суммарное обжатие за один двойной ход с учетом
упругости клети равно
∆S x =∆S x пр + ∆S x об .
(2.5)
Очевидно, что чем выше жесткость клети, тем больше деформируется заготовка во время прямого хода. Поскольку характер
кривых P = f (∆S ) зависит от размеров прокатываемой трубы,
предела текучести материала, степени его упрочнения и т. д., а
жесткость рабочих клетей станов разного типа не одинакова, то
соотношение обжатий прямого и обратного хода может меняться
в довольно широких пределах.
Рис. 2.3. Схема определения обжатий при прямом и обратном ходе
с учетом упругости клети
Для приближенных расчетов можно воспользоваться рекомендацией профессора Ю.Ф. Шевакина. Им установлено, что для
большинства маршрутов прокатки, принятых в промышленности,
при обратном ходе клети деформируется 30…40 % смещенного
объема металла [3]. Поэтому для определения величины обжатия в
мгновенном очаге деформации было предложено ввести постоянный коэффициент k = 0,3…0,4:
∆S x пр = (1− k ) m λ x ( tg γ x − tg α),
∆S x об = k mλ x ( tg γ x − tg α).
(2.6)
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Необходимо отметить, что рассмотренные абсолютные обжатия соответствуют гребню (вершине) калибра, т. е. сечению калибра вертикальной плоскостью, проходящей через ось заготовки. В
остальных продольных сечениях калибра величины обжатий другие. При прокатке с валком сначала встречаются сечения трубы,
расположенные ближе к боковым поверхностям ручья калибра, и
только потом – центральные сечения.
Сила прокатки в мгновенном очаге деформации определяется
по традиционной формуле
Px = pср Fконт ,
где pср – среднее давление металла на валок в рассматриваемом
сечении. Fконт – горизонтальная проекция площади контакта металла с валком в рассматриваемом сечении.
Для расчета среднего давления могут быть рекомендованы
формулы Ю.Ф. Шевакина [4]:

S
r
pср =σв nω +µ з −1 x

 S x  rш
2rx ∆Sпр 
 , для прямого хода
Sx

(2.7)

S
r
pср =σв nω + ( 2...2,5)µ з −1 ш
 S x  rx

2rx ∆Sоб 
 , для обратного хода
Sx

где σв – временное сопротивление прокатываемого металла при
данной степени деформации. nω = 1,02…1,08 – коэффициент, учитывающий влияние среднего главного напряжения. µ –
коэффициент внешнего трения (для стали µ = 0,08…0,12, для
цветных металлов µ = 0,03…0,08). rx – радиус валка по вершине
калибра в рассматриваемом сечении (радиус гребня калибра). rш –
радиус ведущей валковой шестерни.
Площадь Fконт с учетом упругой деформации (сплющивания)
валков может быть определена по эмпирической формуле
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Fконт =ηф Dx 2rx ∆S x + 0,39 ⋅10−4 σв Dx (0,393r0 − 0,167 Dx ) , (2.8)
где ηф – коэффициент формы контактной поверхности, равный
1,25…1,3 при двухвалковой прокатке и 1,08…1,1 при прокатке в
3-х валках. Dx – диаметр ручья калибра в рассматриваемом сечении.
r0 – радиус бочки валка.
Значение σв должно быть задано в МПа.
Второе слагаемое в формуле (2.8), учитывающее упругое
сплющивание валков, необходимо принимать в расчет только в
случае прокатки стали. При прокатке меди и алюминиевых сплавов этим слагаемым пренебрегают.
3. ОБОРУДОВАНИЕ ВАЛКОВЫХ СТАНОВ ХПТ
Валковые станы ХПТ – основной вид технологического оборудования, применяемого для изготовления высококачественных
холоднокатаных труб. К наиболее существенным преимуществам
технологии прокатки на валковых станах ХПТ относятся:
• высокая точность размеров прокатываемых изделий (допуски
на внутренний и наружный диаметры могут быть выдержаны в
пределах 4…10 квалитетов ISO, отклонения толщины стенки от
номинального размера – не более 5…10 %);
• высокая чистота наружной и внутренней поверхностей (шероховатость в пределах Ra = 0,04…0,63 мкм).
• большие разовые обжатия (до 80…85 % за один проход).
• значительное упрочнение металла в результате больших деформаций.
• возможность прокатки труднодеформируемых материалов
вследствие благоприятной схемы деформации.
• возможность прокатки тонкостенных труб и труб переменного сечения по диаметру и толщине стенки.
• небольшой удельный расход металла.
Станы ХПТ принято классифицировать по типоразмерам выпускаемой продукции или исходной заготовки. В Российской Федерации принята классификация по максимальному наружному
диаметру прокатываемых труб: ХПТ-32, ХПТ-90, ХПТ- 450 и т.п.
В табл. 3.1 приведены технические характеристики некоторых
отечественных станов ХПТ.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 3.1
Технические характеристики станов ХПТ конструкции
ОАО «Электростальтяжмаш»
Показатели
ХПТ-32
ХПТ-55
ХПТ-90
ХПТ-250
57…108
2,5…20
121…273
2,5…28
1,5…8
1,5…8
Размеры заготовки
Dз, мм
Sз, мм
28…46
1,35…6
Lз, м
38…73
1,75…12
1,5…8
1,5…8
Размеры готовой трубы
Dт, мм
Sт, мм
16…32
0,4…5
22…55
0,75…10
32…90
1,1…18
100…250
1,0…25
L т, м
3,5…35
3,5…35
3,5…30
3,5…25
Технологические параметры
Макс. уменьшение поперечного
сечения заготовки, %
88
88
88
80
Макс. уменьшение наружного
диаметра заготовки, мм
26
32
36
40
2…30
2…30
2…30
4,1…40,5
Подача за двойной ход, мм
Конструктивные параметры
Диаметр валков, мм
Диаметр начальной окружности
ведущей шестерни, мм
300
364
434
800
280
336
378…406
680…720
Длина хода клети, мм
Угол разворота валков, град
452
185
625
213
705
214, 199
1000
159, 168
80…160
70…140
60…120
25…60
67
95
130
1000
180…300
150…260
100…150
90…130
Число двойных ходов клети, мин –1
Мощность электродвигателя
главного привода, кВт
Производительность, м/ч
Углеродистые стали
Высоколегированные стали
200…300
160…280
190…320
160…280
Широко известные в мире станы холодной периодической
прокатки фирмы «Mannesmann» (Германия), техническая характеристика которых приведена в табл. 3.2, классифицируются изготовителем по наибольшему диаметру заготовки. Аналогичная классификация принята фирмами «Montbard» (Франция) и «Wean In18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
dustries» (США), известными, в основном, станами ХПТ для прокатки труб из цветных металлов.
Таблица 3.2
Технические данные станов ХПТ фирмы «Mannesmann» (Германия)
Показатели
25VMR
50VMR
100VMR
225VM
Макс. диаметр заготовки Dз, мм
Диаметр готовой трубы Dт, мм
Диаметр валков, мм
Длина рабочей части ручья
калибров, мм
Число двойных ходов клети,
мин –1
Максимальная проектная производительность, м/час
Мощность электродвигателя
главного привода, кВт
30
10…20
205
51
12…35
310
102
30…80
450
230
120…215
760
425
640
960
950
80…240
70…210
50…160
38…75
500
480
385
150
55
70
225
750
Конструкция стана ХПТ может предусматривать одновременную прокатку нескольких труб. По количеству одновременно прокатываемых труб различают соответственно однониточные, двухниточные и многониточные станы ХПТ. Многониточные станы
получили наибольшее распространение в цветной металлургии
при производстве труб из меди и медных сплавов, что объясняется
меньшими значениями силы прокатки по сравнению с прокаткой
труб из углеродистых и легированных сталей.
В зависимости от конструкции рабочего инструмента различают короткоходовые станы с полудисковыми калибрами (калибр
занимает ровно половину окружности валка) и длинноходовые станы с кольцевыми или подковообразными калибрами (длина развертки калибра у таких станов больше половины длины окружности валка).
Станы ХПТ различают также по числу рабочих валков. Большинство станов оснащены двухвалковыми рабочими клетями, однако в крупных станах используют трехвалковые клети. Конструктивные решения рабочих клетей станов ХПТ во многом зависят от
назначения агрегата и фирмы-изготовителя.
Рабочие клети с подвижной станиной применяют на станах
холодной прокатки труб диаметром до 90 мм. Основной особенностью клети является наличие массивной станины, воспринимаю19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щей вертикальное усилие прокатки и совершающей возвратнопоступательное движение вместе с рабочими валками. Перемещение клети осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма (рис. 3.1), снабженного специальными уравновешивающими устройствами для гашения динамических нагрузок,
возникающих в приводе стана при возвратно-поступательном
движении масс клети.
Рис. 3.1. Привод рабочей клети стана ХПТ с грузовым
уравновешивающим устройством:
1 – рабочая клеть; 2 – шатун; 3 – кривошип; 4 – электродвигатель; 5 – ременная
передача; 6 – уравновешивающий груз
На рис. 3.2 представлена типовая рабочая клеть с подвижной
станиной конструкции ОАО «Электростальтяжмаш». Клеть может
перемещаться как на катках, так и на ползунах в направляющих
рамах, и имеет развитое основание, вследствие чего повышается ее
устойчивость и уменьшается износ опор. Валковая система 2 устанавливается на ось прокатки с помощью клинового механизма 3.
Привод валков осуществляется от зубчатых реек 5 через консольные шестерни 4, установленные на верхнем валке, при этом верхний
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и нижний валок соединены синхронизирующими шестернями 6.
Клети оснащают предохранительными устройствами, которые устанавливают между подушкой верхнего валка и станиной. Они
обеспечивают почти мгновенный подъем подушки верхнего валка
на 20…25 мм, в случае, если сила прокатки превысит допускаемое
значение. Такая мера способствует сохранению деталей рабочей
клети и главного привода стана в случае их перегрузки.
Рис. 3.2. Рабочая клеть стана ХПТ конструкции
ОАО «Электростальтяжмаш»:
1 – станина; 2 – валковая система; 3 – клиновой механизм установки валков; 4 – шестерня привода валков; 5 – зубчатая рейка; 6 – синхронизирующие шестерни
Фирмы «Mannesmann» (Германия) и «Bliss» (США) используют
клети с подвижной станиной и на станах больших типоразмеров. В
станах фирмы «Mannesmann» (рис. 3.3) рабочие валки имеют односторонний независимый привод шестерен 2 и 4 от неподвижных
реек 3. Отсутствие синхронизирующих шестерен позволяет уменьшить массу рабочей клети, но затрудняет извлечение клети из рамы,
когда предварительно необходимо вывести нижнюю шестерню из
зацепления с рейкой.
Рабочая клеть с подвижной станиной стана 18" фирмы «Bliss»
(рис. 3.4) имеет массу 150 т при диаметре рабочих валков 1270 мм.
Подвижная станина состоит из четырех колонн 1, связанных верхней и нижней траверсами 2 и 5. Сила прокатки (клеть рассчитана
на максимальную силу 15 МН) воспринимается укрепленными в
верхней траверсе гидравлическими цилиндрами 3, которые служат
также предохранительными устройствами. Клеть перемещается по
направляющим на катках 4.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.3. Рабочая клеть стана ХПТ 4½" фирмы «Mannesmann» (Германия):
1 – станина; 2 – шестерня привода верхнего валка; 3 – зубчатая рейка; 4 – шестерня привода нижнего валка
Рис. 3.4. Рабочая клеть стана ХПТ 18" фирмы «Bliss» (США):
1 – колонна; 2 – верхняя траверса; 3 – гидроцилиндр; 4 – каток; 5 – нижняя траверса; 6 – шестерни привода валков
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рабочие клети с неподвижной станиной применяются на станах для прокатки труб диаметром более 90 мм. При использовании
этих клетей масса подвижных частей уменьшается почти в 3 раза,
что значительно снижает динамические нагрузки. Возвратнопоступательное движение в клети с неподвижной станиной
(рис. 3.5) совершают только валки, закрепленные в специальной
кассете 4. Сила прокатки воспринимается бегунковыми роликоподшипниками 2 с утолщенными наружными кольцами и передается на неподвижные рельсы 1 и 3. Рельсы 3 закреплены на нижней траверсе станины, а рельсы 1 опираются на два клина 7, расположенные под верхней траверсой и позволяющие регулировать
раствор валков.
Рис. 3.5. Рабочая клеть стана ХПТ с неподвижной станиной:
1 – верхний рельс; 2 – бегунковый роликовый подшипник; 3 – нижний рельс; 4 – кассета с рабочими валками; 5 – направляющие ролики кассеты; 6 – шатун привода
кассеты; 7 – клиновой механизм установки валков; 8 – устройство уравновешивания верхнего рельса
Рабочие клети с опорными валками выполняются также с неподвижной станиной, но сила прокатки в этих клетях передается
на линейки станины не через бегунковые опоры, а через опорные
валки. Известна конструкция трехвалкового стана ХПТ-450 с
опорными валками. Несомненный интерес представляет стан ХПТ
фирмы «Aetna Standard» (США) для многониточной прокатки труб
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
диаметром 31…39 мм из цветных металлов (рис. 3.6). Прокатка
одновременно шести труб ведется со скоростью до 100 двойных
ходов в минуту. Два рабочих валка 2 и два опорных валка 3 смонтированы в подвижной кассете 1. Сила прокатки воспринимается
неподвижной станиной через опорные рельсы 5. Положение валков регулируется с помощью клиньев 4. На рабочие валки устанавливаются по три, пять или шесть кольцевых калибров. Рабочие
и опорные валки связаны между собой зубчатыми колесами, которые находятся в зацеплении с неподвижными рейками,
укрепленными на станине.
Рис. 3.6. Рабочая клеть с опорными валками стана ХПТ фирмы «Aetna
Standard» (США):
1 – кассета с валками; 2 – рабочий валок; 3 – опорный валок; 4 – механизм регулировки положения валков; 5 – опорный рельс
По аналогичной схеме изготавливает трехниточные станы
фирма «Montbard» (Франция). Особенностью этих станов является
отсутствие обжатия металла при обратном ходе клети. Валки во
время обратного хода разводятся и заготовки подаются и поворачиваются. Таким образом, по сравнению с традиционными станами ХПТ, подача и поворот выполняются за большее время, что
позволяет снизить динамические нагрузки в механизмах подачи и
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
поворота и в деталях трансмиссии. При этом патроны подачи и
зажима стержня разгружаются от осевых усилий, которые при деформирующем обратном ходе достигают значительных величин.
Использование опорных валков по сравнению с бегунковыми
опорами обеспечивает бóльшую жесткость рабочей клети. К недостаткам клетей с опорными валками можно отнести повышенные
габариты и, соответственно, бóльшую массу подвижных частей.
В зависимости от способа загрузки заготовок различают два
вида компоновки оборудования станов ХПТ – станы с боковой и
торцевой загрузкой (рис. 3.7). Компоновка стана определяет состав и последовательность технологических операций прокатки.
Рис. 3.7. Схемы станов холодной прокатки труб:
а – с боковой загрузкой заготовки; б – с торцевой загрузкой; 1 – механизм перемещения стержня оправки; 2 – патрон стержня оправки; 3 – механизм подачи и
поворота заготовки; 4 – патрон заготовки; 5 – загрузочный стол; 6 – рабочая
клеть; 7 – летучая пила; 8 – приемный карман; 9 – задний зажим стержня оправки; 10 – передний зажим стержня оправки
Рассмотрим порядок технологических операций на стане с боковой загрузкой (рис. 3.7, а). Пакет заготовок краном подают на
загрузочный стол 5. Здесь заготовки вручную или специальными
манипуляторами раскладывают в один ряд, после чего с помощью
дозирующих устройств по одной подают на линию прокатки. В это
время патрон заготовки 4 и патрон стержня оправки 2 должны находиться в крайнем заднем положении. Переданная на ось прокат25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ки заготовка центрируется люнетами. Затем включают механизм
перемещения стержня оправки 1, и закрепленная в патроне 2 оправка, продвигаясь через заготовку, устанавливается в исходное
положение в зоне деформации металла. Включается главный привод стана, сообщающий возвратно-поступательное движение рабочей клети 6. При этом механизм подачи и поворота 3 обеспечивает прерывистое поступательное и вращательное движение патрона 4 с зажатой в нем заготовкой. Прокатка трубы происходит
до тех пор, пока патрон 4 не дойдет до крайнего переднего положения. В этот момент главный привод стана отключается, из патрона 4 извлекается готовая труба, после чего патроны заготовки и
стержня оправки возвращаются в исходное (крайнее заднее) положение, освобождая место для очередной заготовки. Цикл прокатки
повторяется.
Готовые трубы разрезают на мерные длины летучей пилой 7 и
укладывают в приемный карман 8.
Боковая загрузка требует остановки стана для перезарядки,
что приводит к существенному снижению производительности,
нарушению теплового режима прокатки и многократному обжатию трубы без ее подачи при остановке клети. Последние два обстоятельства могут влиять на качество и точность прокатываемых труб, особенно труб с тонкими стенками. При боковой
загрузке нельзя вести прокатку на цилиндрической оправке и оправке с малой конусностью, так как трудно извлечь оправку из
зоны деформации и совершенно невозможно вернуть ее в исходное положение. Достоинством боковой загрузки считают возможность визуального осмотра поверхности оправки во время
перезарядки заготовок.
При торцевой загрузке (см. рис. 3.7, б) стол заготовок 5 располагают в линии стана со стороны подачи заготовки. Обычно стержень оправки удерживается двумя зажимами – 9 и 10, работающими попеременно. Заготовка, попадая на ось прокатки, подающими роликами или другими транспортными средствами продвигается через открытый зажим стержня 9. Зажим автоматически закрывается после прохода заготовки, а другой зажим 10 открывается, и заготовка попадает в зону действия патрона 4.
Рассмотренная схема приводит к увеличению длины стана
примерно на длину заготовки. Чтобы избежать этого, в некоторых
станах один из зажимов располагают у рабочей клети 6. Он называется промежуточным зажимом. При зарядке первой заготовки
промежуточный зажим захватывает непосредственно стержень
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
оправки, а в дальнейшем при перезарядках он удерживает от осевого перемещения прокатываемую трубу. Стержень оправки
удерживается в осевом направлении за счет сил трения между оправкой и прокатываемой трубой.
Время остановки стана с торцевой загрузкой при перезарядке значительно сокращается за счет совмещения операции подачи очередной заготовки с передвижением патрона 4 в исходное
положение.
4. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТКИ ТРУБ
НА СТАНАХ ХПТ
Выбор заготовки для прокатки на станах ХПТ определяется
конкретными условиями каждого завода, имеющего обычно в своем составе трубопрокатные и трубоволочильные цехи, либо диктуется возможностями получения заготовки со стороны. В табл. 4.1
приведены данные о заготовках, наиболее часто применяемых при
холодной прокатке труб.
Горячекатаные заготовки из малоуглеродистых и низколегированных сталей марок 10, 20, 35, 12ХМФ, 12ХН3А, 15Х, 15ХМ,
20Х и другие не требуют термообработки перед холодной прокаткой, поскольку металл обладает достаточной для холодной
деформации пластичностью. Заготовки из высокоуглеродистых и
высоколегированных сталей марок 45, 40Х, 12Х5МА, ЗОХГСА,
ШХ15, 08X17, 15Х25Т и других, а также из специальных сплавов, полученные методами горячей прокатки, прессования или
центробежного литья перед холодной прокаткой отжигают для
уменьшения сопротивления деформации. Отжигу подвергают и
холоднокатаные трубы промежуточных размеров перед последующей деформацией.
Таблица 4.1
Заготовки для холодной прокатки труб на валковых станах ХПТ
Материал
заготовки
Способ получения заготовки
Сталь углеродистая и
низколегированная
Горячая прокатка
Прессование
Холодная прокатка и волочение
Размеры заготовок, мм
Наружный диаметр Dз Толщина стенки Sз
min
max
min
max
42
273
3
30
42
63
2,8
8
28
245
1,5
25
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание табл. 4.1
Материал
заготовки
СтальШХ15
Сталь нержавеющая и
жаропрочная
Сплавы титана
Способ получения
заготовки
Горячая прокатка
Холодная прокатка
Горячая прокатка
Прессование
Электросварка
Холодная прокатка
Горячая прокатка
Холодная прокатка
Центробежная отливка
Малопластичные стали
Холодная прокатка
и сплавы
Размеры заготовок, мм
Наружный
Толщина
диаметр Dз
стенки Sз
min
max
min
max
73
102
8
16
32
57
5
12
76
273
5
25
68
89
5
12
32
76
3
4
28
245
1,9
20
83
273
5
25
28
245
1,9
20
89
102
7
15
28
89
1,9
12
П р и м е ч а н и я. 1. Горячекатаные и прессованные заготовки из нержавеющих и жаропрочных сталей для труб ответственного назначения перед холодным переделом обтачивают и растачивают. 2. Заготовки из сплавов титана и заготовки, полученные методом центробежного литья, перед прокаткой обтачивают и
растачивают.
Прокатка на станах ХПТ заготовок из аустенитных сталей (типа
12Х18Н10Т) отличается некоторыми особенностями. После горячей
прокатки аустенитной стали предел прочности, предел пластичности
и относительное удлинение обычно равны: σв = 550…650 МПа,
σт = 300…350 МПа, δ = 40…50%, соответственно – что свидетельствует о значительной пластичности металла. Такую заготовку перед
холодной прокаткой термической обработке не подвергают. Однако
аустенитные стали при холодной деформации склонны к интенсивному упрочнению. Так, при прокатке со степенью деформации
58…68 % предел прочности повышается до ~1200 МПа, предел текучести – до 900…950 МПа, а относительное удлинение уменьшается
до 10…12%. Интенсифицировать режим обжатия в этом случае можно путем предварительного нагрева заготовки перед очагом деформации до температуры 200…400 °С, что позволяет снизить сопротивление деформированию и, в то же время, сохранить все положительные качества холодной деформации.
С другой стороны, процесс холодной деформации на станах
ХПТ характеризуется интенсивным тепловыделением и разогре28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вом прокатываемой заготовки, поэтому для обеспечения необходимых температурных условий прокатки (особенно, если прокатка
ведется с высокими скоростями) применяют интенсивное охлаждение заготовки минеральными маслами или специальными
эмульсиями различного состава. Если деформируемый материал
не допускает охлаждения в процессе прокатки, приходится снижать частоту двойных ходов рабочей клети.
Таким образом, по температурному режиму различают два
способа прокатки на станах ХПТ: холодную прокатку с охлаждением зоны деформации и теплую прокатку, которая ведется с подогревом заготовки перед зоной деформации до температуры, которая в сумме с разогревом металла в результате пластической деформации не превышает температуры начала рекристаллизации.
Теплая прокатка применяется при изготовлении труб из труднодеформируемых, хрупких и малопластичных сталей и сплавов, а
также пластичных, но склонных к сильному упрочнению при холодной деформации материалов. Подогрев заготовок до температуры 100…500 °С осуществляется высокочастотными индукторами или газовыми горелками.
Перед началом холодной прокатки с поверхностей заготовок
удаляют травлением окалину и окисные пленки. Заготовки труб
ответственного назначения, а также труб с особыми требованиями к качеству поверхности подвергают обтачиванию, расточке, у них подрезают торцы, а затем подвергают травлению и
осветлению.
Окалину с поверхности горячекатаных труб из углеродистых и
низколегированных сталей удаляют травлением в 15…25 % водном растворе серной кислоты с добавками соляной и азотной кислот. Продолжительность травления при температуре раствора
50…60 °С составляет 30…60 мин. После промывки заготовка осветляется в растворе плавиковой кислоты.
Травление труб из нержавеющих и жаропрочных сталей проводят
в щелочном расплаве едкого натра (65…75 %), азотнокислого натрия
(20…30 %) и хлористого натрия (2…5 %) при температуре
400…500 °С в течение 10…20 мин. Затем следуют удаление остатков
окислов в 15…20 % растворе серной кислоты при 50…60 °С в течение 30…60 мин., промывка и осветление в 8…15 %-ном растворе
азотной кислоты при температуре 45…55 °С в течение 3…4 мин.
Окисную пленку с поверхности холоднокатаных или обточенных и расточенных заготовок, подвергнутых термической обработке с целью снятия наклепа, удаляют по технологической схеме
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
удаления окалины с поверхности горячекатаной заготовки, но с
меньшей продолжительностью операций.
После травления заготовки тщательно промывают и наносят на
них специальные покрытия для уменьшения коэффициента трения
и силы прокатки, а также для получения качественной поверхности труб без задиров, рисок и других дефектов. Например, погружение заготовок в горячий водный 5…10 % раствор СаО (известкование), применяемое для нейтрализации остатков кислоты после
травления, приводит к образованию на поверхности заготовки
тонкого слоя извести. Этот слой служит хорошим подсмазочным
покрытием и обладает высокой способностью удерживать на поверхности металла технологическую смазку в условиях высоких
контактных давлений.
Заготовки из углеродистых и низколегированных сталей подвергают фосфатированию в водном растворе фосфорной кислоты
(0,8 %), окиси цинка (1,5 %) и азотной кислоты (1,8 %) при
65…80 °С в течение 5…10 мин., после чего трубы обрабатывают в
5…10 %-ном водном растворе хозяйственного мыла при температуре 35…50 °С в течение 8…10 мин. При взаимодействии мыла с
пленкой фосфата цинка образуется цинковое мыло, обладающее
высокими антифрикционными свойствами.
Заготовки из нержавеющих и жаропрочных сталей для лучшего удержания технологической смазки перед холодной прокаткой
омедняют – наносят тонкий слой меди химическим или гальваническим методом. В отдельных случаях трубы прокатывают на одной смазке без покрытия.
Смазкой для углеродистых и легированных труб при холодной
прокатке служит смесь минеральных масел с противозадирными
присадками, а для труб нержавеющих и жаропрочных сталей –
смесь касторового масла (40…45 %), талька (35…40 %) и хлористого аммония (15…20 %). Применяют также смазки на основе
серебристого графита, который смешивают с машинным маслом и
другими добавками.
В качестве охлаждающих жидкостей при холодной прокатке
труб применяют водомасляные эмульсии, состав которых зависит
от материала прокатываемых труб. Такие эмульсии, как правило,
не только обеспечивают отвод тепла от инструмента, но и выполняют функции смазки.
Прокатку труб на станах ХПТ осуществляют по режимам, обусловленным материалом и геометрическими размерами трубы и
заготовки, а также наличием оборудования и его техническим со30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стоянием и выбранной схемой технологического процесса производства труб. Некоторые маршруты и режимы прокатки труб на
ХПТ приведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Маршруты и режимы прокатки труб на станах ХПТ
Число двойных
Подача, мм
ходов, мин –1
Углеродистые и низколегированные стали
140×6,0 > 120×2,0
ХПТ-120
60
17,5
95×4,5 > 75×1,5
ХПТ-75
65
12,0
Маршрут
Тип стана
57×4,5 > 25×2,0
32×3,3 > 17×0,9
ХПТ-55
ХПТ-32
120×3,5 > 96×1,5
ХПТ-120
83×6,0 > 48×3,3
57×4,5 > 38×1,8
ХПТ-75
ХПТ-55
42×2,7 > 25×1,0
ХПТ-32
85
110
Вытяжка
3,4
4,5
9,7
9,5
5,1
4,7
33
20,0
2,5
80
80
12,0
11,0
3,1
3,6
95
8,3
4,2
Нержавеющие стали
Сталь ШХ15
76×7,5 > 53×5,9
57×7,0 > 34×5,4
ХПТ-75
ХПТ-55
60
80
24,0
17,6
1,8
2,3
57×6,5 > 41×5,1
ХПТ-55
80
21,0
1,8
Для достижения необходимой кристаллической структуры и
получения требуемых механических свойств трубы после холодной прокатки подвергают термической обработке. Как правило,
это отпуск для снятия внутренних напряжений, либо отжиг, нормализация и отпуск. Перед термической обработкой с целью удаления остатков технологической смазки трубы обезжиривают в
растворе, содержащем каустическую соду, жидкое стекло, тринатрийфосфат и кальцинированную соду. После обезжиривания трубы промывают водой.
5. РАБОЧИЕ ВАЛКИ СТАНОВ ХПТ
Рабочие валки станов ХПТ, как правило, снабжены съемными
калибрами, которые закреплены на валках тем или иным способом. Именно калибры контактируют с прокатываемой трубой и
являются, по сути, сменным инструментом. В некоторых случаях
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
профильный ручей выполняется непосредственно на бочке валка.
Такое исполнение имеют, например, плавающие валки рабочих
клетей ХПТ конструкции Днепропетровского трубного института
(Украина).
Применение съемных калибров резко сокращает вес технологического инструмента и время, затрачиваемое на его смену. Базой
для установки калибра 1 (рис. 5.1) служит бочка валка 2 на шейки
которого 3 с напряженной посадкой установлены подшипники. При
посадке подшипников, собранных вместе с подушкой, их обычно
нагревают в масле до температуры 60…80 °С. Ведущую шестерню
валка устанавливают по прессовой посадке на хвостовик 4.
Рис. 5.1. Рабочий валок стана ХПТ:
1 – калибр; 2 – бочка валка; 3 – шейка; 4 – хвостовик
Рабочие валки изготавливают из стали 30ХГСА и подвергают
объемной закалке до твердости HRC 40…45; калибры – из сталей
ШХ15 и 60ХФА с закалкой до твердости HRC 56…60; шестерни – из
стали 45Х с поверхностной закалкой до твердости не менее HRC 45.
В настоящее время распространены три типа калибров (рис. 5.2):
полудисковые (рис. 5.2, а), кольцевые (рис. 5.2, б) и подковообразные (рис. 5.2, в). Использование кольцевых калибров в длинноходовых станах позволило значительно повысить производительность в результате увеличения длины ручья (а, следовательно, и
хода клети) по сравнению с полудисковыми на 50 % и более.
Кольцевые калибры просты в изготовлении, но для их замены требуется демонтаж рабочих валков.
Значительно проще заменить подковообразные калибры, их
устанавливают, как и полудисковые калибры, в пазах рабочих валков. Применение подковообразных валков по сравнению с полудисковыми позволило увеличить длину ручья на 20 % и повысить
производительность станов на 14…17 %.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 5.2. Рабочие валки станов ХПТ с полудисковыми (а), кольцевыми
(б), и подковообразными (в) съемными калибрами:
1 – болт; 2 – клин; 3 – съемный калибр; 4 – тело валка; 5 – коническая втулка;
6 – гайка; 7 – контргайка
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Геометрия ручья калибра определяется калибровкой рабочего
инструмента стана ХПТ. Полный расчет калибровки включает
расчет профиля и размеров оправки и параметров ручья. При этом
необходимо учитывать:
• характер изменения пластических свойств материала трубы в
процессе холодной деформации.
• требования к качеству поверхности и точности труб по геометрии.
• требования к стойкости инструмента.
• необходимость рационального распределения нагрузки по
длине конуса деформации.
• возможность прокатки с максимальной производительностью.
• возможность получения труб с минимальными отходами металла.
Профиль ручья по гребню калибра, развернутый по радиусу делительной окружности ведущих шестерен, (рис. 5.3) состоит из зева
подачи, рабочего участка и зева поворота с длинами Lзп, Lp и Lзв соответственно. Длина рабочей части ручья Lp может быть разбита по
функциональному признаку на участок редуцирования lр, участок
обжатия стенки lо, участок калибровки стенки lп, называемый предотделочным, и участок калибровки трубы по диаметру lк. Длины этих
участков определяются конструкцией стана, размерами заготовки и
готовой трубы, а также параметрами принятой методики калибровки.
Рис. 5.3. Развертка калибра и положение оправки в очаге деформации:
1–2 – участок редуцирования; 2–3 – обжимной участок; 3–4 – предотделочный
участок; 4–5 – калибровочный участок; Fз – площадь поперечного сечения заготовки; Fо…Fк – площади поперечного сечения прокатываемой трубы в начале
соответствующих участков; Fт – площадь поперечного сечения готовой трубы
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Совокупность участков редуцирования, обжатия стенки и предотделочного называют участком деформации, длина которого lд,
по сути, является длиной конуса деформации (см. рис. 1.1 и 5.3). В
целях унификации технологического инструмента длины основных участков (Lзп, Lзв, lд и lк) для каждого типоразмера стана принимаются постоянными на весь сортамент прокатываемых труб
(табл. 5.1).
Таблица 5.1
Длины участков ручья калибра, принятые на некоторых станах ХПТ
Lзп, мм
Lзв, мм
lд, мм
lк, мм
ХПТ-32
ХПТ-55
ХПТ-75
ХПТ-120
ХПТ-250
20,6
27,8
290
101,2
12,0
12,0
410
115,5
13,5
25,0
477
122
13,3
25,2
615
150
85,0
85,0
650…700
100…120
Длина участка редуцирования
lр =
∆р
1+1,5( S з Dз ) ⋅ 2tg γ р − 2tg α р
,
(5.1)
где ∆р – зазор между заготовкой и цилиндрической частью оправки. 2tg γp – конусность прокатываемой заготовки на участке
редуцирования. 2tg αp – конусность оправки на участке редуцирования.
С достаточной для практических расчетов точностью можно
считать
2tg γ р =

Fз
1 
0,86 (λ Σ −1) + d ц ⋅ 2tg α р  ,
Dз 
lд

(5.2)
где Fз – площадь поперечного сечения заготовки; dц – диаметр цилиндрической части оправки (см. рис. 5.3).
Для конической оправки
2tg α р =
( Dз − Dт ) − 2( Sз − Sт ) −∆ р
lд
.
(5.3)
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Минимально допустимая величина зазора между цилиндрической частью оправки и внутренней поверхностью заготовки определяется возможными колебаниями толщины стенки заготовки. В зависимости от толщины стенки значение ∆р составляет 1,5…2,5 мм
для стана ХПТ-32, 2…3 мм для стана ХПТ-55 и 2,5…3,5 мм для
стана ХПТ-75.
Коэффициент вытяжки на участке редуцирования
λ р = Fз Fо ,
(
(5.4)
)
где Fо = 0,25π Dо2 − d о2 – площадь поперечного сечения заготовки в
начале обжимного участка (см. рис. 5.3); Do = Dз − lр ⋅ 2tg γ р – наружный диаметр заготовки в начале обжимного участка.
(
do – диаметр
)
оправки в начале обжимного участка, d o = ( Dт − 2S т ) + lд − lр ⋅ 2tg α р .
Длину предотделочного участка определяют с учетом коэффициента полировки Kп = 1,0…1,4 по формуле
lп = Kп mλ Σ .
(5.5)
Коэффициент вытяжки на предотделочном участке
λ п =1+
lп ⋅ 2tg α п
,
Dт − S т
(5.6)
где 2tg αп – конусность оправки на этом участке.
Очевидно, что длина обжимного участка (см. рис. 5.3)
lo = lд − lр − lп ,
а коэффициент вытяжки на обжимном участке определяется по
формуле
λo =
36
λΣ
.
λрλ п
(5.7)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Деформация λо на обжимном участке должна быть распределена с учетом характера изменения пластических свойств металла,
закона распределения силы прокатки и допустимых значений осевых нагрузок, а также в зависимости от величины заданного соотношения обжатий по стенке и диаметру, определяющих технологическую деформируемость труб.
На практике широкое распространение получила методика калибровки Ю.Ф. Шевакина, согласно которой нарастающий по
длине обжимного участка коэффициент вытяжки λx определяется
по формуле
λx =
λ o −1
1− e
−n
(1− e
−nx lо
) +1,
(5.8)
где х – расстояние от начала обжимного участка до рассматриваемого сечения (см. рис. 5.3). n – показатель интенсивности изменения деформации по длине обжимного участка (в зависимости от
конкретных условий деформации принимают n = 0,32…0,55).
На рис. 5.4 показано поперечное сечение калибра рабочего
валка стана ХПТ. Он представляет собой круглый калибр с выпуском по дуге. Угол выпуска калибра ϕв делают переменным: от
32…35° в начале обжимного участка до 18…20° к середине калибровочного участка.
Рис. 5.4. Поперечное сечение калибра рабочего валка стана ХПТ
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Радиус калибра в сечении i (см. рис. 5.3) определяют по формуле
Rx =
( Fx + 0,25πd x )
kфx ηx ,
(5.9)
где Fx = Fо λ x – площадь поперечного сечения прокатываемой
заготовки. dx – диаметр оправки в сечении i; kфx – коэффициент
формы калибра. ηx – степень заполнения калибра.
Для определения коэффициента формы калибра необходимо
знать коэффициент выпуска калибра cx, определяемый как отношение
радиуса выпуска ρx к радиусу калибра Rx (см. рис. 5.4), и коэффициент ширины калибра βx, который можно рассчитать по формуле
βx = a
( Fmx + 0,25πd mx ) ( Fx + 0,25πd x ) ,
(5.10)
где a – корректировочный коэффициент, позволяющий учесть сплющивание заготовки, износ ручья и неполный (менее 90°) поворот заготовки (a = 1,010…1,045 для раздельных и a = 1,005…1,025 для
совместных подачи и поворота; бóльшая величина относится к прокатке тонкостенных труб). Fmx и dmx – соответственно площадь прокатываемой заготовки и диаметр оправки в сечении, расположенном на
расстоянии mλx от сечения i (со стороны входа заготовки). Вытяжка
λmx в этом сечении рассчитывается по формуле (5.8), в которую вместо x необходимо подставить значение (x – mλx). Соответственно
площадь Fmx = Fo λ mx .
Коэффициенты выпуска cx и формы калибра kф могут быть определены по номограммам (рис. 5.5). Коэффициент cx определяют
в функции от коэффициента ширины калибра βx и угла выпуска
калибра φв (рис. 5.5, а). Номограмма на рис. 5.5, б позволяет определить коэффициент kфx в зависимости от угла выпуска ϕв и cx.
Степень заполнения калибра ηx определяется по формуле
2
 2( S з + S т )  kфx −π
η x =1− 1−
.

Dз + Dт  kфx

(5.11)
Ширина калибра (см. рис. 5.4)
Bx = 2β x Rx .
38
(5.12)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 5.5. Номограммы для определения коэффициента выпуска калибра c
(а) и коэффициента формы калибра kф (б):
β – коэффициент ширины калибра; ϕв – угол выпуска
Радиус выпуска калибра
ρ x = cx Rx .
(5.13)
Технологический зазор между калибрами ∆ (см. рис. 5.4) зависит от типоразмера стана и толщины стенки трубы, обычно он составляет 0,2…1,0 мм. При большом зазоре между калибрами и недостаточной величине угла выпуска ручья металл затекает в зазор,
и образуются так называемые усы и закаты. Дефекты можно устранить увеличив угол выпуска калибра φв, однако это отрицательно сказывается на деформируемости материала заготовки, особенно в случае прокатки малопластичных сталей и сплавов. Аналогичных результатов можно добиться, если увеличить радиус
скругления кромок ручья r.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Конструкция, ремонт и обслуживание станов холодной прокатки
труб / А.А. Кондратов, Ю.Б. Чечулин, Н.Т. Богданов и др. М.: Металлургия, 1994.
2. Вердеревский В.А., Глейберг А.З., Никитин А.С. Трубопрокатные
станы. М.: Металлургия, 1983.
3. Машиностроение: Энциклопедия. Т. IV: Машины и агрегаты металлургического производства / Под ред. В.М. Синицкого, Н.В. Пасечника. М.: Машиностроение, 2000.
4. Шевакин Ю.Ф., Коликов А.П., Райков Ю.Н. Производство труб:
Учеб. пособие. М.: Интермет Инжиниринг, 2005.
5. Технология трубного производства / В.Н. Данченко, А.П. Коликов,
Б.А.Романцев и др. М.: Интермет Инжиниринг, 2002.
40
Документ
Категория
Машиностроение
Просмотров
307
Размер файла
2 315 Кб
Теги
труба, технология, оборудование, хпт, производства, стана
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа