Волочение сварных труб через
кольцевые калибры было известно еще до изобретения способа изготовления
бесшовных труб косой и пильгерной прокаткой. Оно применялось для уменьшения
толщины стенки и диаметра труб с целью полу- чения их желаемых размеров.
После того как братья Маннесман организовали массовое
изготовление бесшовных труб, стали применять и их волочение. Первоначально
производили главным образом горячее волочение через кольца для достижения на трубах
желаемых малых размеров. Применение волочения позволило изготовлять трубы
диам. 60 мм и толщиной стенки около 2,5 мм, что ранее невозможно было при существовавших тогда методах производства.
В дальнейшем для массового производства труб малого диаметра
были изобретены редукционные станы. Начиная с этого времени горячее волочение
стали производить только для небольших партий тонкостенных труб.
Различают три метода волочения труб: на длинной оправке,
на короткой оправке и без оправки. При волочении на длинной и короткой
оправках изменяется как толщина стенки, так и диаметр трубы. При волочении же
без оправки изменяется только диаметр трубы.
Процесс деформации ка проталкивающем (реечном) стане аналогичен
в известной степени процессу волочения. Обычно в таком стане устанавливают
несколько волочильных колец на заранее рассчитанных расстояниях. Благодаря
коническому направляющему участку на наружной стороне волочильное кольцо
сохраняет абсолютно центральное положение в своем держателе. Наружный диаметр
волочильного кольца и внутренний диаметр держателя одинаковы. Это
обеспечивает легкую замену колец при износе и смене.
В отличие от обычной гильзы стакан имеет донышко, в
которое упирается оправка в процессе проталкивания. Стакан обычно изготовляют
из квадратной заготовки на прошивном прессе. При проталкивании вводят в него
длинную оправку, при помощи которой он последовательно проходит через
волочильные кольца
Так как при проталкивании труба уменьшается по диаметру и
толщире стенки и соответственно удлиняется, волочильные кольца необходимо
устанавливать на всё увеличивающихся к концу стана расстояниях. Эти
расстояния, как будет показано ниже, могут быть вычислены на основе закона
постоянства объема.
Таким образом, процесс проталкивания на проталкивающем
стане состоит в том, что гильза (стакан) с одним открытым концом и
относительно толстой стенкой проходит за один натрев через несколько колец и
деформируется в готовую трубу, имеющую сравнительно тонкую стенку. Если
предположить, что после первого кольца труба плотно прилегает к оправке, то
для правильной калибровки кольца необходимо знать ряд величин, определяющих
работу проталкивающего стана. К этим величинам относятся:
Рассмотрим в качестве примера изготовление трубы с
наружным диам. 57,5 мм и толщиной стенки 2,75 мм на проталкивающем стане. Длина станины стана Юм. Длина труб может быть принята около 4 м (несколько меньше, чем половина длины станины). В качестве заготовки для стакана применяется
квадратный профиль с размерами сторон 75 мм9 который вначале прошивается на
прессе.
Подставляя заданные величины в эту формулу, получаем
объем, равный 1930 см3 . Объем донышка, если толщина его 30 мм9 составляет
около 60 см3 . Таким образом, суммарный объем трубы будет 1930 + 60 = 1990
см* . Вес трубы 1990 X X 7,8 = 15,6 кг . Поперечное сечение квадратной заготовки 75 X 75 = 5600 мм3 = 56 см*. Требуемая длина заготовки может быть
найдена как частное от деления объема трубы на поперечное сечение заготовки:
1990:56 = 35,6 см . Если добавить к ней 1,75—2% запаса на отходы и угар при
нагреве, то требуемая длина заготовки получится 363 мм.
Размеры стакана будут: наружный диам. 100 мм, толщина стенки 20 мм.
Прежде чем приступить к расчету волочильных колец, примем,
как и в предыдущем примере, количество их равным 8.
При деформации стакана из обычной углеродистой стали,
нагретого примерно4на 1000°, в каждом кольце допускается деформация от 20 до
30%. В первом волочильном кольце, в котором заготовка имеет наибольшую
толщину, принимают обычно несколько меньшую деформацию
На основании этих данных можно вычислить диаметр
волочильных колец и длину трубы после выхода ее из соответствующего кольца.
Из расчетов следует, что полное уменьшение поперечного
сечения от стакана до готовой трубы составляет 89,5%.
Полученные размеры колец и установка последних показаны
на 37.
Калибровка волочильных колец может быть также выполнена
чрезвычайно просто графическим методом.
На оси ординат наносят в масштабе диаметр отверстия
волочильных колец, а на оси абсцисс ставят через равные промежутки номера
колец. Над точкой пересечения осей координат наносят диаметр стакана (в нашем
примере 100 мм ). Размеры всех колец (за исключением кольца № 1, в котором
производится несколько меньшая деформация) откладывают на дуге окружности
радиусом 480 мм . Если обозначить буквами: L — длину абсциссы до последнего
волочильного кольца № 8, h — ординату над точкой 8 до кривой А и g — ту же
ординату над точкой 0 , то точка пересечения линий будет находиться на
расстоянии около ]U от имеющейся длины оси (0—8) за последней точкой 8. При
этом полная длина абсциссы в нашем примере будет 160 + 40 = 200 мм.
Если построить вторую кривую В параллельно кривой А на
расстоянии, равном диаметру оправки, то кривая В ограничит на ординате
двойную толщину стенки в соответствующем волочильном кольце.
Так, например, толщина стенки будет: после кольца №8 — 5,5
: 2 = 2,75 мм; после кольца №2 — 31,34 : 2 = = 15,7 мм и т. д.
Таким образом, из диаграммы можно получить непосредственно
как толщину стенки, определяемую кривой 5, так и диаметр соответствующего
кольца, характеризуемый кривой А.
Если хотят применить не восемь, а семь волочильных колец,
то, разделив участок от точки 0 до точки 8 на семь равных частей, проводят от
соответствующих точек перпендикуляры до пересечения с кривой А и получают
необходимые размеры колец.
Если, например, хотят уменьшить деформацию в каждом кольце
и работать не с восемью, а с девятью кольцами, то, разделив ось абсцисс на 9
равных частей, проводят от соответствующих точек перпендикуляры до кривой А и
находят размеры новых колец.
Следовательно, пользуясь приведенной диаграммой, возможно
определить размеры волочильных колец при их различном количестве.
Рассмотрим теперь вопрос о длине проталкивающего стана.
Общая длина стана связана с начальной длиной стакана, конечной длиной трубы и
величиной деформации за проход» При этом необходимо учитывать, должна ли
труба при работе стана находиться одновременно в одном, в двух или в трех
кольцах. Очевидно, длина проталкивающего стана должна быть больше, чем в
случае, когда труба находится только в одном кольце
Если расстояние между кольцами меньше, чем длина трубы,
выходящей из кольца, то она будет находиться одновременно в двух кольцах.
Для рассмотренного выше примера получаем данные,
приведенные в табл. 6.
Расстояние Е зажима между кольцами при прохождении трубы
через одно или три кольца показано схематично на 39 и 40.
Обычно при длине станины проталкивающего стана около 9 м длина готовой трубы не превышает 4 м. Таким образом, отношение длин станины и готовой трубы
составляет около 2,2. Отсюда следует, что при изготовлении более длинных труб
требуется значительно большая длина проталкивающего стана.
Учитывая, что оправка примерно на 1,5—2 м длиннее трубы, а
в нашем примере она имеет длину 5,5—6 м , общая длина станины проталкивающего
стана должна быть около 10 м. 56
Ход рейки может быть определен как сумма длин станины,
оправки, стакана и величины зазора, необходимого в целях безопасности.
Конкретно в нашем случае он равен соответственно 10 + б + 0,5 + 1 = 17,5 м.
Оправка, подвергающаяся высоким напряжениям, должна иметь
очень точную и чистую поверхность, так как в процессе прохождения металла
через волочильные кольца всякий дефект на ней вызовет возникновение
внутренних дефектов на трубе. Поэтому оправку необходимо изготовлять из жаростойкого
материала, одновременно стойкого к износу, что требует, конечно, высоких
затрат.
После окончания проталкивания оправку вместе с трубой
пропускают через валки обкатной машины. В результате между трубой и оправкой
возникает зазор, позволяющий извлечь инструмент из трубы. После извлечения из
трубы оправку охлаждают и передают для повторного использования.
Показанная на 41 расчетная длина проталкивающего стана
(около 49 м) должна быть увеличена еще с учетом длины обкатного стана и
оправкоизвлекателя, которые устанавливают непосредственно после
проталкивающего стана.
Из приведенного примера видно, что капиталовложения на
такую установку довольно велики, а производственные расходы, вследствие
большого износа волочильных колец и оправок, также весьма значительны. Однако
преимуществом проталкивания является высокая точность, с которой могут быть
изготовлены трубы. Эта точность значительно превышает ту точность, которая
может быть получена при изготовлении труб пилигримовой прокаткой.
Производительность описанной установки довольно велика; на
ней без окаких-либо трудностей можно изготовить за одну минуту четыре трубы
длиной 4 м. что примерно соответствует общей длине 1000 м/час.
Время, требуемое для перестройки стана, сравнительно
невелико. Отходов по концам трубы здесь значительно меньше, чем у труб,
получаемых пилигримовой прокаткой.
Ниже дан химический состав качественных сталей,
применяемых для изготовления оправок и волочильных колец.
Большое значение имеет форма волочильных колец. Наибольшее
применение находят конические кольца с углом наклона около 15 град. Кольца
такой формы легко изготовить и они не требуют сравнительно больших усилий
деформации. На 42 показано устройство для закрепления колец.
Указанный выше метод калибровки колец проталкиваючильного
стана при волочении труб на короткой или длинной оправках. В известной
степени данная методика может быть применена также при безоправочном
волочении труб.
|