|
Продольная прокатка гильзы на автомат-стане
является одним из наиболее распространенных способов получения трубы с
заданной толщиной стенки. Автомат-стан представляет собой обычную прокатную
клеть нереверсивное дуо с валками, имеющими круглые калибры. Схема процесса (
56) заключается в том, что в этом случае гильзу подвергают продольной
прокатке в круглом калибре за два прохода на неподвижной короткой оправке,
установленной между валками. После каждого прохода раскатанную гильзу
передают на переднюю сторону клети с помощью пары фрикционных роликов
обратной подачи, смонтированных на задней стороне клети и вращающихся з
противоположную по отношению к рабочим валкам сторону. Оправку после прокатки
снимают и вновь устанавливают перед подачей гильзы на следующий проход. Чаще
всего оправки первого и второго проходов неодинаковы по диаметру, однако
иногда прокатку ведут и на оправках одного размера. Перед каждым проходом
трубу кантуют примерно на 90°.
Предшественником автомат-стана был так называемый «шведский»
дуо-стан, на котором гильзу прокатывали в нескольких круглых калибрах.
Возврат трубы на переднюю сторону производили здесь вручную. Последовавшая
установка роликов обратной подачи и некоторое облегчение условий работы на
данном стане явились причиной переименования его в автомат-стан, хотя процесс
прокатки на нем и не совершается автоматически.
Кинематические особенности прокатки в круглом калибре
автомат-стана заключаются в том, что в этом случае окружная скорость валков
неодинакова по ширине ручья: в вершине калибра она имеет наименьшее значение,
а в местах разъема валков — наибольшее. Разница скоростей может достигать
20—30%.
Рассмотрим эпюру изменения окружной скорости валка по
ширине калибра. Для упрощения будем считать, что калибр выполнен в виде правильного
круга с радиусом гк.
В действительности угол вк зависит от ряда технологических
факторов (степени деформации, формы калибра, соотношения диаметра валка и
калибра и т. д.), однако влиянием этих факторов можно пренебречь.
В точках калибра, которым соответствует диаметр валка,
меньший, чем DK, металл перемещается в продольном направлении со скоростью,
превышающей скорость валков, т. е. происходит опережение. В точках калибра,
для которых диаметр валка больше катающего диаметра, характерно отставание,
т. е. наблюдается относительное скольжение в направлении, обратном движению
металла.
Таким образом, пространственная кривая, являющаяся
геометрическим местом точек калибров, для которых диаметр валка равен
катающему, делит весь очаг деформации на две зоны — зону опережения и зону
отставания.
Рассматривая очаг деформации ( 58) при прокатке трубы в
автомат-стане, можно выделить два участка. На первом участке очага деформации
происходит редуцирование (уменьшение диаметра), во время которого толщина
стенки практически (из-за незначительности степени редуцирования) сохраняется
неизменной, а на втором — обжатие стенки валками на оправке. Общая длина /0
очага деформации по вершине калибра, исходя из геометрических соображений,
определяется зависимостью
Как установлено исследованиями В. П. Анисифорова, зона
опережения обычно не выходит за пределы участка обжатия стенки и лишь при
прокатке весьма толстостенных труб распространяется частично на участок
редуцирования.
Соотношение длин участков редуцирования и обжатия стенки в
значительной мере зависит от принятой схемы прокатки. Для первого прохода
возможны две схемы: первая заключается в прокатке гильзы, внутренний диаметр
которой несколько меньше диаметра оправки; вторая предполагает прокатку
гильзы, внутренний диаметр которой на 3—6 мм больше диаметра оправки.
В первой схеме длина участка редуцирования имеет
относительно меньшую протяженность. Так как на участке редуцирования
возникают контактные силы трения, преодолевающие сопротивление оправки, то,
очевидно, уменьшение протяженности этого участка неизбежно должно затруднить
захват. Поэтому первую схему прокатки, требующую тщательной настройки стана,
применяют крайне редко. Правда, во второй схеме приходится применять калибр с
несколько большей овальностью, и это увеличивает неравномерность деформации.
Что касается второго прохода, то в связи с более
стабильными размерами задаваемого раската в этом случае можно применять первую
схему, т. е. прокатку вести на оправке, диаметр которой больше внутреннего
диаметра гильзы..
Условие преодоления сопротивления оправки продвижению
гильзы обусловливает определенное соотношение участков редуцирования и
обжатия стенки. Так как соотношение длин этих участков может изменяться в
незначительных пределах, то и абсолютное уменьшение толщины стенки при
прокатке труб на автомат-стане может колебаться весьма незначительно.
Практически обжатие стенки AS = Sr — SK = 3-4-7 мм, причем большую величину обжатия принимают для труб с более толстой стенкой. Такое малое
изменение абсолютного обжатия при широком диапазоне толщины стенки приводит к
тому, что относительная деформация колеблется в больших пределах. Так, при
прокатке тонкостенных труб (толщина стенки 3—3,5 мм) относительная деформация
стенки может достигать 50—55%, в то время как при прокатке толстостенных труб
(толщина стенки 40—50 мм) относительная деформация стенки снижается до
15—17%.
Коэффициент вытяжки за один проход на автомат-стане не превышает
1,5—1,6. При предельно возможной деформации можно допустить, что зона
опережения на стане отсутствует. Это позволяет рассчитать мощность сил трения
в зоне редуцирования и в зоне обжатия стенки. Предположив, что в данном
случае мощность внешних сил трения равна мощности внутреннего сопротивления
деформации, В. JI. Колмогоров определил зависимость предельного отношения для
прокатки труб с разной
толщиной стенки и разного диаметра. Теоретический анализ
показал, что применяемые предельные величины обжатия на автомат-стане весьма
близки к применяемым на практике и лишь при прокатке толстостенных труб
имеется некоторый резерв повышения вытяжки.
Условия деформации при первом и втором проходах
неодинаковы. При первом проходе в калибр задается круглая гильза, а первое
соприкосновение гильзы с валками происходит вблизи реборд калибра и лишь
затем металл встречается с вершиной ручья. Наличие выпуска калибра приводит к
тому, что толщина стенки изменяется за проход неравномерно: наибольшее
уменьшение стенки происходит в вершине калибра, а в зоне выпусков толщина
стенки уменьшается лишь вследствие влияния жестких концов прокатываемой
трубы; однако это уменьшение относительно невелико.
Во втором проходе захват овальной гильзы-трубы происходит
вершиной калибра, и неравномерность обжатия стенки еще более возрастает, так
как, кроме искажения кольцевого зазора между валком и оправкой, вызванного
выпусками калибра, добавляется еще неравномерность толщины стенки задаваемой
гильзы-трубы, полученная в первом проходе.
Напряженное состояние металла при прокатке в
автомат-стане, характеризующееся в основном радиальными и тангенциальными
сжимающими напряжениями, в осевом направлении имеет неодинаковый знак для
металла, обрабатываемого в вершине и выпуске калибра. Металл, прокатываемый в
вершине калибра, получает осевые сжимающие напряжения; в зоне выпусков
калибра в нем возникают осевые растягивающие напряжения, которые особенно
значительны при втором проходе, когда неравномерность деформации оказывается
большей.
Для определения и /2 можно воспользоваться формулами (79 и
80). Поскольку в этом случае определяются длины участков очага деформации по
вершине калибра, то полученные значения оказываются несколько заниженными и
следует вводить поправочный коэффициент, равный 1,05—1,10.
Так как точное аналитическое определение площади
контактной поверхности требует весьма сложных и громоздких расчетов, а
изложенная методика приближенных решений обеспечивает недостаточную точность,
иногда пользуются графическим методом нахождения площади соприкосновения
металла с валком.
Экспериментальный материал ( 3) по определению фактических
усилий на валки автомат-стана показал, что наиболее- значительное влияние на
величину этих усилий оказывают размеры труб, степень деформации, химический
состав прокатываемого материала, температура и скорость прокатки.
Усилия в первом и втором проходах, как правило, мало
отличаются по своим значениям, так как в первом проходе обычно* несколько
выше деформация, а во втором выше сопротивление деформации из-за понижения
температуры. При прокатке тонкостенных труб основные усилия возникают на
участке обжатия стенки. В этом случае по мере увеличения толщины стенки
усилия редуцирования возрастают и становятся вполне соизмеримыми с усилиями в
зоне обжатия стенки, а при прокатке весьма толстостенных труб усилия
редуцирования оказываются даже превалирующими. В связи с таким характером
изменения усилий редуцирования общее усилие прокатки труб в зависимости от
толщины стенки меняется сравнительно незначительно.
Анализ этой формулы и экспериментальные данные показывают,
что осевые усилия при прокатке на автомат-стане в значительной мере зависят
от угла конусности оправки и коэффициента трерия между металлом и оправкой.
Для снижения трения прокатку ведут со смазкой, забрасывая ее в гильзу перед
подачей последней в валки. В качестве смазки используют поваренную соль
(иногда с добавкой графита). Тогда коэффициент трения можно принимать равным
0,20—0,25.
Анализ приведенной зависимости показывает, что на величину
крутящего момента при прокатке на автомат-стане наибольшее влияние оказывает
осевое усилие. Поскольку осевые усилия относительно выше при прокатке
тонкостенных труб, то и момент прокатки, а следовательно, и потребная
мощность при прокатке тонкостенных труб оказываются более значительными.
|