|
Поперечно-винтовую прокатку в
практике трубопрокатного производства применяют не только для прошивки
сплошной заготовки, но и для деформации полой гильзы-трубы. Раскатку ведут на
двух- или трехвалковых станах на длинной плавающей (самоустанавливающейся)
оправке или на короткой (неподвижной) оправке. В зависимости от назначения
раскатки осуществление этого процесса совершается по той или иной схеме.
Кроме того, поперечно-винтовую прокатку используют для калибрования толстостенных
труб по наружному диаметру. В этом случае прокатку ведут без внутренней опоры
— оправки.
Иногда процесс поперечно-винтовой прокатки применяют для
увеличения диаметра прокатанных труб, применяя так называемые
станы-расширители.
На трехвалковом раскатном стане раскатывают гильзы на
длинной оправке в толстостенную трубу с заданной толщиной стенки. Такой стан
является одним из основных агрегатов, определяющих технологический процесс,
поскольку на данном стане совершается весьма значительная деформация (вытяжка
при этом характеризуется коэффициентом (х = 1,3— 3,0). Основным достоинством
способа прокатки на трехвалковом раскатном стане является возможность
получения труб с минимальной разностенностью по сравнению со способами
горячей прокатки труб в круглых калибрах.
Аналогичный процесс иногда применяют для раскатки
толстостенных стаканов (имеют донышко) в гильзу с несколько меньшей толщиной
стенки и с уменьшенной разностенностью. Прокатку в этом случае осуществляют в
двухвалковых или трехвалковых станах, называемых элонгаторами.
Для уменьшения разностенности и улучшения поверхности
тонкостенных труб применяют раскатку в специальных двухвалковых станах —
риллингах. В этом процессе деформация стенки незначительна, и в основном
происходит увеличение диаметра трубы за счет некоторого сокращения длины
трубы, так что коэффициент вытяжки весьма близок к единице.
Кинематика процесса. Двухвалковые станы поперечно-вин-
товой прокатки по своей кинематике полностью соответствуют валковым прошивным
станам.
На трехвалковом стане валки,-равноудаленные один от
другого и от оси прокатки, вращаются в одну сторону и придают задаваемой
гильзе вращательное движение ( 36). Вследствие перекоса валков на угол подачи
р гильза получает дополнительно поступательное движение. Оси.валков наклонены
коси прокатки и образуют угол ф, который называют углом раскатки. В различных
конструкциях трехвалковых станов угол раскатки может иметь положительное или
отрицательное значение. Наклон валков к оси прокатки на угол q> вызван
прежде всего конструктивными соображениями — возможностью размещения
шарнирных муфт для соединения валков со шпинделями. При положительном значении
угла ср ( 37, а) расстояние от осей валков до оси прокатки в направлении
движения деформируемого металла непрерывно возрастает, а при отрицательном (
37, б) уменьшается.
Абсолютное значение угла раскатки обычно невелико (до 7°),
и поэтому составляющие скорости прокатки с достаточной точностью можно
определять по зависимостям (6 и 7), применяющимся в случае расчета скоростей
валков прошивных станов поперечно-винтовой прокатки. Действительные скорости
прокатки в раскатном стане определяются, как и при прошивке, с учетом осевого
и тангенциального скольжений.
Коэффициент тангенциального скольжения, согласно экспериментальным
данным, весьма близок к единице. Что касается осевого скольжения, то в данном
случае вследствие того, что в процессе раскатки деформируется полое тело,
цилиндрическая оправка создает меньшее сопротивление продвижению металла и
интенсивная деформация совершается на сравнительно коротком участке ее"
очага; осевое скольжение заметно меньше, чем при прошивке. Зачастую на выходе
трубы из стана наблюдается некоторое опережение металла относительно валков.
Обычно коэффициент осевого скольжения т]0 = 0,8-М,2.
Осевое скольжение зависит от ряда технологических
факторов: температуры гильзы, степени и скорости деформации, от соотно
шения диаметра и толщины стенки прокатываемой трубы. Уве
личение скорости деформации путем повышения числа оборотов валков приводит к
росту осевого скольжения.
Валки обычного трехвалкового раскатного стана и стана-
элонгатора состоят из четырех основных участков: конуса захвата гребня 2,
раскатного или калибрующего конуса 3 и выходного конуса 4 ( 37).
После захвата гильзы происходит ее редуцирование —
уменьшение по диаметру.
Когда гильза получает обжатие по диаметру, соответствующее
двойной толщине зазора, редуцирование прекращается и при дальнейшем
продвижении металла происходит обжатие стенки гильзы. Основная деформация
стенки осуществляется гребнем валков. На последующих участках очага
деформации происходят выравнивание толщины стенки, а затем уменьшение
овализации и скругление профиля, в результате чего несколько увеличивается
внутренний диаметр. Увеличение внутреннего диаметра, приводит к образованию
некоторого зазора между трубой и оправ
кой. Хотя образующийся зазор невелик, наличие его
значительно Облегчает смятие трубы с оправки.
Расс пгоил напряженное состояние металла при прокатке
гильзы и оаскатиом стане. Для этого необходимо выделить две зоны д форлации.
Первая — зона редуцирования, в которой соверши гея поперечно-винтовая
прокатка полого тела без оправки, а Р'опая —зона поперечно-винтовой прокатки
на оправке, принципплль'ю ничем не отличающаяся от соответствующего участка
оч \ /.^Jm лации при прошивке.
При незначительном внутреннем диаметре прошитого канала в
гильз условия деформации и схема напряженного состояния :в зоне редуцирования
также приближаются к соответствующим условия ; п схеме при прошивке сплошной
заготовки поперечно- винтовой прокаткой.
Возникающие при редуцировании толстостенных гильз
значительные по величине растягивающие напряжения приводят к уменьшению
толщины стенки трубы. А. 3. Глейбергом в лабораторных условиях установлено,
что уменьшение толщины стенки происходит тем более интенсивно, чем более
толстостенной является исходная гильза, а также с уменьшением угла подачи и
увеличением степени редуцирования ( 38). При прокатке 'более тонкостенных
гильз схема напряженного состояния изменяется и в основном характеризуется
пластическим изгибом; при поперечно-винтовой прокатке тонкостенных гильз
толщина «стенки уменьшается незначительно.
Значительные растягивающие напряжения, возникающие в зоне
редуцирования, и напряжения, создающиеся при последующей интенсивной
деформации стенки гребнем валка, могут привести к нарушению сплошности
металла, что проявляется в виде расслоений или трещин на внутренней
поверхности трубы. Для -снижения растягивающих напряжений целесообразно
уменьшать «степень редуцирования гильзы в захватном конусе валков и прокатку
вести при возможно больших углах подачи.
Прокатка тонкостенных труб в риллинг-станах
характеризуется схемой напряженного состояния, при которой превалирующими
являются сжимающие напряжения. Вследствие того, что редуцирование
незначительно, толщина стенки практически на этом участке не изменяется, хотя
специальными экспериментами установлена тенденция к увеличению толщины
стенки. В зоне деформации трубы на оправке происходит уменьшение толщины
стенки, но по абсолютной величине оно невелико (до 0,2—0,3 мм). В результате
более благоприятной схемы напряженного состояния при деформации в
риллинг-станах практически не наблюдается растрескивание труб.
Условия вторичного захвата заключаются в создании на
захватном конусе тянущих усилий, достаточных для преодоления сопротивления
гребня. В связи с этим еще на захватном конусе должна производиться
деформация стенки гильзы, поскольку тянущих усилий, возникающих в зоне
редуцирования^ диаметра,
Как и в прошивных станах, в данном случае тоже следует
иметь в виду первичные и вторичные условия захвата. Условия первичного
захвата в этом случае математически выражаются теми же зависимостями, что и
при прошивке. Основными факторами, определяющими эти условия, также являются
коэффициент трения, угол подачи (3 и угол аг наклона образующей захватного оказывается
недостаточно. Величина обжатия стенки перед гребнем валка должна состайлять
не менее 18—25% от высоты гребня. Это обеспечивает устойчивый вторичный
захват гильзы.
В трехвалковых раскатных станах можно прокатывать только
толстостенные трубы, причем критическое значение отношения находится в
пределах 10—12. Это ограничение вызвано тем, что при производстве более
тонкостенных труб возрастает степень относительной деформации, и особенно
интенсивно-поперечной, поскольку снижается жесткость профиля трубы. В
результате на концах раската (особенно на заднем) образуются треугольные
раструбы ( 39), которые приводят к защемлению трубы в валках. Конструкцию
раскатных станов, в которых принят отрицательный угол раскатки, в этом
отношении следует считать менее удачной, так как в этом случае осевая
скорость валков по ходу прокатки уменьшается, а скорость движения металла
непрерывно нарастает. Такое несоответствие приводит к повышенному осевому
скольжению и более интенсивной поперечной деформации, что и вызывает
появление концевых раструбов на более толстостенных трубах. Поэтому на стане
с отрицательным углом раскатки отношение не может быть больше 10—10,5, тогда
как на стане с положительным углом раскатки возможно = 11—12.
При определении усилий на валки раскатного стана
пользуются той же методикой, что и при прошивке на станах поперечно-вин-
товой прокатки.
Сначала определяют площадь контактной поверхности,
используя формулу (29). При этом величину обжатия следует рассчитывать за V3
оборота трубы для трехвалкового стана, и за V2 оборота — для двухвалкового, а
коэффициент овализации принимать равным £ = 1,03-г 1,05. Удельное
давление можно подсчитать по формуле (33). По данным экспериментальных
исследований (раскатку ведут при 1000—1100 °С), фактически среднее удельное
давление находится в пределах 98,1 —147 Мн1м2 (10— 15 кГ/мм2) и лишь при
прокатке тонкостенных труб в риллинг- станах оно достигает 196—245 Мн1м2
(20—25 кГ/мм2), причем температура прокатки на этом стане заметно ниже —
около 900—950 °С.
Общее усилие на валки при прокатке труб диам. до 200 мм на трехвалковом раскатном стане находится в широком диапазоне [196—496 кн (20—50 7")] и
зависит в основном от температуры прокатки, марки стали, размера
прокатываемых труб и величины угла подачи. С увеличением угла подачи и
размера труб усилия возрастают. Рост угла подачи приводит к повышению
частного обжатия за одну треть оборота трубы, что в свою очередь повышает
ширину контактной поверхности, а это приводит в конечном счете к увеличению
усилий на валки.
|