ПРОШИВКА ЗАГОТОВКИ НА СТАНЕ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛА

 

  Вся электронная библиотека >>>

 Трубы  >>>

  

 

Производство труб


Раздел: Производство

   

Глава II ПРОШИВКА ЗАГОТОВКИ НА СТАНЕ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ

1. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛА

  

Продольная прокатка, применяющаяся при производстве листов, балок и сортовой стали, характерна тем, что направление основного течения деформируемого металла совпадаете направлением вектора окружной скорости валков. При поперечной прокатке ( 8) обжатие осуществляется путем сближения рабочего инструмента (валков). Основное направление течения металла (вытяжка) перпендикулярно направлению вектора окружной скорости инструмента.

Наиболее характерной особенностью поперечной прокатки является то, что после деформации заготовки по диаметру на некоторую величину происходит нарушение сплошности металла в центральной части заготовки. При относительном обжатии заготовки по диаметру в пределах 2—12% разрушается ее сердцевина, что влечет за собой образование полости, периодически чередующейся по длине заготовки. Характер разрушения сердцевины показан на  9.

Весьма важно установить, произошло ли образование полости в результате хрупкого разрушения металла или в результате интенсивной пластической деформации сердцевины заготовки под действием скалывающих напряжений (вязкое разрушение). Несмотря на фундаментальные работы, проводившиеся многими исследователями, еще не удалось прийти к единой точке зрения о характере разрушения металла в центральной части заготовки.

Напряженное состояние металла при деформации диска двумя сосредоточенными усилиями в области упругих деформаций изучено А. Д. Феплом, Ф. П. Попковичем, Н. И. Мусхелишвили, К. Н. Шевченко, Е. П. Унксовым и др.

В результате было установлено, что в центре заготовки в направлении сжимающих внешних сил действует сжимающее напряжение ох (см.  8), а в перпендикулярном направлении — растягивающее напряжение ау. Если повернуть диск вокруг оси на 90°, то напряженное состояние металла не изменится и поменяются местами площадки. На площадки, на которые до поворота диска действовало растягивающее напряжение оу) будет действовать сжимающее напряжение oxi и наоборот. Таким образом, в области упругих деформаций под действием сжимающих внешних сил и влиянием внешних зон в центре заготовки возникает разноименная схема напряжений со значительными растягивающими напряжениями.

Используя результаты этой упругой задачи, В. С. Смирнов дал следующую качественную оценку характера напряжений при упруго-пластической деформации цилиндрического тела.

После ряда последовательных деформаций при вращении заготовки в центральной части ее возникнут растягивающие напряжения как в направлении оси */, так и в направлении оси х. Возникновение растягивающих напряжений ох является следствием неравномерной деформации заготовки по диаметру.

Если исходить из условия сохранения цилиндрической формы заготовки, деформация за удар мала и по диаметру заготовки распределяется неравномерно: наибольшая — в месте контакта металла с инструментом, наименьшая — в центре заготовки. Если представить себе тело, состоящее из концентрических колец с (рнс. 10), то в результате деформации произойдет его расслаива- ' ние. Это вызвано более интенсивной деформацией периферийных колец по сравнению с внутренними. При ковке сплошного цилиндрического, тела такое расслоение произойти не может. Однако в результате неравномерной деформации возникают дополнительные напряжения растяжения в радиальном направлении. Первоначально растягивающие напряжения возникают в металле, находящемся вне зоны действия сжимающего напряжения от рабочего инструмента. Попадая в сферу действия сжимающего напряжения, в результате вращения заготовки растягивающие напряжения алгебраически суммируются со сжимающими от действия инструмента.

С ростом суммарного обжатия по диаметру растягивающие напряжения от неравномерности деформации возрастают и в некоторый момент превысят в центре заготовки величину сжимающих напряжений от инструмента.

Таким образом, после некоторого обжатия по диаметру в осевой зоне заготовки могут возникнуть радиальные растягивающие напряжения, несмотря на наличие сжимающих напряжений от действия рабочего инструмента. С уменьшением диаметра заготовки в результате обжатия соответственно увеличивается ее длина. Однако удлинение по сечению заготовки также неравномерно. Периферийные СЛОИ стремятся  10.

В результате при достижении определенной деформации в осевой зоне заготовки по трем главным осям будут действовать растягивающие напряжения. Дальнейшая деформация цилиндрической заготовки приводит к росту растягивающих напряжений. При этом разность между растягивающими напряжениями по трем осям уменьшается. Разрушение металла наступает тогда, когда одно из напряжений достигнет хрупкой прочности. Суммарная деформация заготовки по диаметру, при которой наступает нарушение сплошности металла, называется критической (по В. С. Смирнову).

 При производстве труб широко применяют поперечно-винтовую прокатку (иногда ее называют «косой»). Она отличается от поперечной прокатки тем, что в этом случае заготовка получает дополнительное перемещение вдоль своей оси из-за перекоса валков ( 12).

Угол перекоса валков (3 = 5-г-12°, поэтому осевое перемещение заготовки за каждый оборот ее невелико. Так как углы перекоса малы, то напряженное состояние металла при поперечно-винтовой прокатке в основном определяется закономерностями поперечной прокатки.

В отличие от В. С. Смирнова, И. А. Фомичев считает, что при поперечной и поперечно-винтовой прокатке металл в осевой зоне заготовки находится под действием разноименной объемной схемы напряжений с двумя растягивающими напряжениями о у и а2. Разрушение сердцевины заготовки вызвано максимальным растягивающим напряжением оу, направленным перпендикулярно к линии действия деформирующего усилия. На  13 показана эпюра напряжений при поперечно-винтовой прокатке. И. А. Фомичев также считает, что при поперечной и поперечно-винтовой прокатке (без оправки) происходит хрупкое разрушение металла.

Успехи современной физики металлов, металловедения и теории пластичности показали, что любой вид разрушения (хрупкий

или вязкий) связан с возникновением пластических сдвигов, т. е. истинно хрупкого разрушения в металлах не существует и ему всегда предшествует некоторая пластическая деформация. Это необходимо иметь в виду, рассматривая причины разрушения металла. Очевидно, правильнее говорить, что разрушение подобно хрупкому.

В работах Э. Зибеля, В. В. Швейкииа указывается, что разрушение происходит в результате интенсивной пластической деформации сердцевины металла под воздействием скалывающих напряжений (вязкое разрушение).

В. С. Смирновым и В. А. Луневым показана возможность при поперечной и поперечно-винтовой прокатке разрушения как хрупкого, так и вязкого. При этом все зависит от величины единичных обжатий. В результате изучения деформации поперечной прокатки образцов, состоящих из шести трубок и сердечника, плотно вставленных друг в друга, авторами получены эпюры рабочих напряжений, показанные на  14. Численная оценка общего напряженного состояния позволила более четко представить характер разрушения заготовки.

При малых единичных обжатиях (меньше 2%) центральные слои сечения подвергаются воздействию больших по величине растягивающих напряжений и схема напряженного состояния приближается к схеме всестороннего растяжения.

Разность между напряжениями не достигает предела текучести ат ( 14, а). Разрушение металла при таких обжатиях возможно лишь в том случае, когда одно из напряжений по величине достигает хрупкой прочности. Можно говорить, что характер разрушения близок к хрупкому.

При единичных обжатиях 2% и более центральные слои металла находятся под воздействием всесторонних растягивающих напряжений, разность между которыми превышает предел текучести ( 14, б). Это приводит к пластической деформации сердцевины. Процесс пластической деформации сопровождается образованием несовершенств и микротрещин. Их развитию способствует знакопеременная деформация. В результате происходит нарушение сплошности металла при малой по величине суммарной пластической деформации (можно говорить о вязком разрушении металла).

В настоящее время весьма обстоятельно изучено влияние основных технологических факторов на склонность металла к разрушению.

Критическая деформация, при которой наступает разрушение металла, зависит от многих факторов. Общим является то, что если их изменение приводит к увеличению неравномерности деформации, то это способствует нарушению сплошности металла, и величина критической деформации снижается. Если неравномерность деформации снижается, то величина критической деформации увеличивается.

Установлено также, что у величение числа валков приводит к повышению критического обжатия, т. е. в трехвалковых прошивных станах склонность к образованию полости меньше, чем в двухвалковых. Особенность поперечно-винтовой прокатки, заключающуюся в создании в центральной зоне заготовки таких больших растягивающих напряжений, которые могут привести к образованию внутренней полости, используют для прошивки сплошной круглой заготовки в полую гильзу. Удельное усилие при поперечно-винтовой прошивке в десять и более раз меньше, чем при прошивке на прессах, что обусловлено разной схемой напряженного состояния.

На станах поперечно-винтовой прокатки заготовка получает, кроме вращательного, также поступательное движение (подачу). Применяют прошивные станы ( 16) с валками трех видов: с бочкообразными (а, впервые предложены братьями Маннесман- нами, Германия), грибовидными (б, впервые предложены Шти- фелем, США) и дисковыми (в, также впервые предложены Шти- фелем). На всех этих станах по мере своего продвижения заготовка обжимается валками и прошивается в гильзу с внутренним диаметром, близким по величине к диаметру оправки, использо- ш-азше которой облегчает прошивку. Процесс прокатки ведут таким образом, чтобы величина обжатия заготовки валками, до встречи ее с оправкой не превышала критического значения и чтобы разрушения самой осевой зоны не происходило. Вместе с тем обжатие, величина которого определяет напряжения в сердце- шине заготовки, должно быть достаточным, чтобы усилия на оправку при прошивке не были чрезмерно большими. Преждевременное вскрытие полости перед оправкой из-за превышения критического обжатия приводит к получению некачественной внутренней поверхности гильзы — разрывам, трещинам и пленам ( 17, а). Наличие оправки вызывает некоторое уменьшение осевых растягивающих напряжений, что снижает вероятность вскрытия полости. В отдельных случаях разрушение поэтому может происходить не в центральной части заготовки, а смещаться к периферийным слоям, и тогда в гильзах наблюдается расслоение

При деформации металла на оправке схема напряженного состояния существенно изменяется. Для зон приложения усилий Р со стороны валков и оправки ( 18) характерно объемное неравномерное напряженное состояние сжатия. В зонах, расположенных на перпендикулярном диаметре, возникают на наружной поверхности тангенциальные растягивающие напряжения, а на внутренней — тангенциальные сжимающие. Наличие тангенциальных растягивающих напряжений на наружной поверхности может послужить причиной появления поверхностных дефектов или увеличения пороков, имевшихся на заготовке. Для уменьшения поперечной деформации и сокращения зоны пластического растяжения применяют различные устройства в виде направляющих (направляющие валки или неподвижные линейки).

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Производство труб

 

Смотрите также:

 

СТАНЫ ДЛЯ ПРОШИВКИ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ

Наиболее широкое распространение в обработке металлов давлением получили станы поперечно-винтовой прокатки. Они применяются не только для прошивки заготовки, но и для различных других технологических операций.

 

ПРОИЗВОДСТВО ТРУБ. Процесс прошивки заготовки...

Первая технологическая операция — прошивка-нагретой заготовки или слитка в полую гильзу осуществляется на станах поперечно-винтовой (косой) прокатки или на прессах (для высококачественных сталей).

 

Двухвалковые прошивные станы. Станы винтовой прокатки

Самое широкое распространение для прошивки заготовок получили двухвалковые станы поперечно-винтовой прокатки валкового типа (бочковидные, грибовидные, чашевидные).

 

раскатные станы винтовой прокатки

Для этой цели используются станы поперечно-винтовой прокатки и пресс-валковые станы. …
Глава 4 СТАНЫ ДЛЯ ПРОШИВКИ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ.

 

Стан поперечно-винтовой прокатки шаров из прутка...

Схема стана поперечно-винтовой прокатки шаров из прутка для шарикоподшипниковой промышленности. За каждый оборот валков получают один готовый шар. При прокатке шаров указанным способом отсутствует отход металла в...

 

Слитки трубной стали. Оборудование для ремонта заготовки

Первая технологическая операция — прошивка-нагретой заготовки или слитка в полую гильзу осуществляется на станах поперечно-винтовой (косой) прокатки или на прессах (для высококачественных сталей).

 

Станы холодной прокатки

по температурным условиям процесса - станы холодной и теплой прокатки (с индукционным нагревом заготовки)
Стан поперечно-винтовой прокатки шаров из прутка...
Двуклетевые станы холодной прокатки листов