Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 8
1.1. Прошивка сплошной заготовки в гильзу 8
1.1.1. Качество наружной и внутренней поверхности 8
1.1.2. Точность геометрических размеров гильз и труб 12
1.1.3. Оправки прошивного стана и их влияние на качество гильз и труб 18
1.2. Раскатка гильзы в черновую трубу на станах винтовой прокатки , 20
1.3. Методики расчета технологического инструмента двухвалковых станов винтовой прокатки 24
1.3.1. Основные параметры процесса прокатки на двухвалковых станах винтовой прокатки 24
1.3.2. Существующие методики расчета технологического инструмента двухвалковых станов винтовой прокатки 35
Глава 2. Исследование процесса прошивки в двухвалковом стане МИСиСІЗОД 39
2.1. Условия проведения эксперимента 39
2.2. Влияние коэффициента вытяжки 43
2.3. Влияние коэффициента овализации 47
2.4. Влияние формы и калибровки прошивных оправок 51
Глава 3. Разработка методики расчета технологического инструмента двухвалковых станов винтовой прокатки 56
3.1. Особенности эксплуатации технологического инструмента 59
3.1.1. Рабочих валков прошивного стана 59
3.1.2. Прошивных оправок 61
3.1.3. Направляющего инструмента 64
3.2. Методика расчета и проектирования рабочего инструмента . 66
3.2.1. Проектирование очага деформации 67
3.2.2. Рекомендации по режимам деформации для бездефектной прокатки на двухвалковом стане винтовой прокатки 70
3.2.3. Проектирование рабочего инструмента 73
3.3. Выбор способа крепления оправки на оправочном стержне... 86
3.4. Разработка направляющих линеек новой конструкции 90
3.5. Корректировка настройки прошивного стана с учетом износа рабочего инструмента 92
3.6. Апробирование методики расчета технологического инструмента в промышленных условиях 95
Глава 4. Исследование процесса раскатки труб на станах винтовой прокатки 113
4.1. Особенности выбора схем раскатки труб в двухвалковых станах винтовой прокатки 114
4.2. Исследование процесса получения тонкостенных горячекатаных труб на стане МИСиС 130Д 120
4.3. Раскатка труб в промышленных условиях на двухвалковом стане с направляющими линейками ТПА 50-200 127
Выводы 133
Список использованной литературы 135
Приложение 147
- Раскатка гильзы в черновую трубу на станах винтовой прокатки
- Влияние коэффициента вытяжки
- Методика расчета и проектирования рабочего инструмента
- Исследование процесса получения тонкостенных горячекатаных труб на стане МИСиС 130Д
Введение к работе
Актуальность темы. Наиболее распространенным способом получения гильз из сплошных заготовок является прошивка на станах винтовой прокатки. При оценке качества гильз и труб, получаемых винтовой прокаткой, основное внимание уделяют состоянию их поверхности и точности геометрических размеров. На практике наиболее распространенным и трудноустранимым видом брака бесшовных труб являются внутренние плены и трещины прокатного или металлургического происхождения. Возникновение их при прокатке в основном связано с центральным разрушением металла перед носком оправки во время процесса прошивки заготовок, вызванным специфическими условиями деформации металла в осевой зоне.
На качество гильз и труб также значительное влияние оказывает состояние прокатного инструмента. Оправки, рабочие валки и направляющий инструмент работают в тяжелых условиях при высокой температуре, давлении и циклическом нагреве и охлаждении, что приводит к образованию разгарных трещин, оплавлению и потере формы рабочих поверхностей. При этом немаловажное значение имеет расчетная калибровка технологического инструмента станов винтовой прокатки, которая помимо высокого качества гильз и труб должна обеспечивать рациональное формоизменение металла, получение необходимых геометрических размеров, достаточную износостойкость инструмента и производительность стана.
В связи с изложенным, разработка комплексной методики проектирования технологического инструмента станов винтовой прокатки с использованием современного программного обеспечения и систем автоматизированного проектирования является актуальной научно-технической задачей, решению которой посвящена настоящая работа.
Цели и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка комплексной методики проектирования технологического инструмента на основании анализа результатов экспериментальных исследований процессов винтовой прокатки гильз и труб и использования современных систем автоматизированного проектирования.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
установить границы стабильного ведения процессов винтовой прошивки заготовок и раскатки гильз и основные факторы, определяющие эти границы;
на основании результатов исследований и анализа технической литературы разработать комплексную методику расчета технологического инструмента;
разработать систему проектирования технологического инструмента на базе САПР;
спроектировать, изготовить и опробовать технологический инструмент станов винтовой прокатки гильз и труб;
провести экспериментальные исследования процесса раскатки гильз в трубы на цилиндрической оправке в двухвалковом стане винтовой прокатки.
Научная новизна.
Разработана комплексная методика расчета технологического инструмента двухвалковых станов винтовой прокатки (валков, оправок, линеек, дисков), которая основывается на построении очага деформации, обеспечивающего стабильность ведения процесса прошивки;
На основании статистической обработки большого массива экспериментальных данных получена зависимость коэффициента осевой скорости течения металла от деформационных и настроечных параметров очага деформации и определен коэффициент кинематической
эффективности процесса винтовой прокатки, позволяющий учитывать скольжение металла в очаге деформации;
Определено рациональное распределение параметров формоизменения по длине очага деформации прошивного стана, исключающих образование дефектов прокатного происхождения;
На основании экспериментальных исследований определена область рациональных параметров процесса раскатки гильз в трубы в станах винтовой прокатки с направляющим инструментом на цилиндрических оправках.
Реализация результатов работы.
По разработанной методике спроектирован, изготовлен и внедрен технологический инструмент для прошивных и раскатных станов винтовой прокатки ТПА 20-40К Корейского политехнического института, ТПА 40-100К компании «Сечанг Стил» (республика Корея), ТПА 70-270 ОАО «Выксунский металлургический завод».
Усовершенствована конструкция водоохлаждаемых направляющих линеек стана винтовой прокатки с применением технологии их изготовления из углеродистых сталей и наплавкой рабочей поверхности жаропрочными сплавами на никелевой основе.
Разработан и запатентован оправочный узел стана винтовой прокатки, облегчающий операцию замены изношенных оправок (патент РФ №2354468 от 10.05.2009).
Результаты работы используются в учебном процессе в рамках курса «Технология трубного производства», при подготовке курсовых и дипломных проектов студентами, обучающимися по специальности 05.16.05 «Обработка металлов давлением».
Методы исследования. Для исследования процессов прошивки и раскатки на двухвалковом стане винтовой прокатки выбран экспериментальный метод прямого физического моделирования.
Использовались так же методы построения геометрических моделей очагов деформации с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР) AutoCAD и SolidWorks.
Достоверность результатов. Основные научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы теоретически и практически, базируются на данных, достоверность которых подтверждается использованием современных технических средств и оборудования, применением экспериментальных и теоретических методов исследования, результатами математической обработки данных с использованием вычислительной техники, промышленным апробированием.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на: 63-и дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции (Москва, 2008); 64-и дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции (Москва, 2009); международной юбилейной конференции «Прогрессивные технологии пластической деформации» (Москва, 2009); научном семинаре кафедры ТОТП НИТУ «МИСиС» » (Москва, 2009); международной конференции «Трубы - 2009» (Челябинск, 2009).
Публикации. По теме работы опубликовано 5 статей в рецензируемых научно-технических журналах, получено 2 патента РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, изложена на 120 страницах машинописного текста, включающего 40 рисунков, 10 таблиц и библиографический список из 100 наименований отечественных и зарубежных авторов.
Раскатка гильзы в черновую трубу на станах винтовой прокатки
На агрегатах с раскатным станом винтовой прокатки производят сравнительно небольшой объем труб - 7 ... 8 % от общего объема производства. Однако высокая значимость этих ТПА определяется, прежде всего, тем, что трубы, получаемые на агрегатах, имеют высокую точность: допускаемые отклонения по толщине стенки и наружному диаметру примерно в 2...2,5 раза меньше, чем для труб, получаемых другим способом горячей прокатки, и составляют ±6 % и ± 0,5 % соответственно.
Данные трубопрокатные агрегаты характерны тем, что на всех стадиях процесса изготовления деформация металла осуществляется в основном винтовой прокаткой.
Другим важным достоинством агрегатов с раскатными станами винтовой прокатки является их высокая маневренность - несложная и быстрая перенастройка станов на прокатку труб другого типоразмера.
Изменение наружного диаметра достигается сближением или «разводом» рабочих валков, а изменить толщину стенки можно также соответствующим подбором диаметра оправки и расстояния между валками. Замена рабочих валков производится лишь при резком изменении сортамента труб или по мере их износа.
По указанным причинам агрегаты с раскатными станами винтовой прокатки в первую очередь используются при производстве бесшовных труб для машиностроительной и энергетической промышленности, подвергающихся в дальнейшем механической обработке: высокая точность прокатки обеспечивает минимальные отходы в стружку, а простота перенастройки агрегата позволяет прокатывать трубы любого диаметра в пределах сортамента стана.
Известны две технологические схемы производства бесшовных труб, в которых раскатка гильз производится на станах винтовой прокатки. Наиболее распространенными являются агрегаты с трехвалковыми станами и в значительно меньших масштабах, агрегаты, в которых раскатка происходит в двухвалковых станах с направляющими дисками [24].
Технологические возможности, заложенные в агрегаты с трехвалковым раскатным станом, позволяют получать сравнительно толстостенные трубы с отношением диаметра DT к толщине стенки ST не более 11...12. Попытки получения труб с отношением DT/ST 11...12 приводят к интенсивной поперечной деформации концов, особенно заднего, и появлению раструбов, что нарушает нормальную работу стана.
Агрегаты с трехвалковым раскатным станом обычно используют для производства труб диаметром 50...245 мм, минимальный диаметр которых чаще всего равен 73...76 мм, хотя известны агрегаты [80, 81] для изготовления труб диаметром 34...36 мм. Максимальная длина труб достигает 10... 12 м.
Типовая технологическая схема состоит из следующих основных операций: подготовки исходной заготовки к прокатке; нагрева заготовки в кольцевых печах; прошивки заготовки; раскатки гильзы в трубу на оправке в стане винтовой прокатки; извлечения оправки; подогрева труб в специальной печи; калибрования труб в стане винтовой прокатки. Оси валков рабочей клети трехвалкового раскатного стана находятся на равном расстоянии от оси прокатки. При сближении валков до их соприкосновения друг с другом размер образующегося калибра определяет минимальный наружный диаметр труб. Оси валков относительно оси прокатки развернуты таким образом, что образуют угол подачи и угол раскатки. Угол подачи в современных рабочих клетях составляет 3...10.
Перекос осей валков на угол раскатки вызван в основном конструктивными соображениями: отсутствие угла раскатки при сравнительно небольших диаметрах бочки валка не позволяет разместить головки универсальных шпинделей привода. Вместе с тем введение угла раскатки оказывает некоторое влияние на процесс деформации. Угол раскатки может быть положительным или отрицательным. В одном случае, если привод располагается со стороны входа гильзы (чашевидная схема), угол раскатки имеет отрицательное значение, диаметр валков по ходу прокатки непрерывно уменьшается; в случае применения грибовидной схемы, когда привод располагается с выходной стороны, диаметр валков по ходу прокатки возрастает, при этом несколько снижается осевое скольжение и уменьшается тенденция к поперечной раскатке. Чаще всего абсолютное значение угла раскатки находится в пределах 3...7.
На практике в последнее время предпринимаются попытки использования трехвалковых раскатных станов винтовой прокатки для получения тонкостенных труб. Разные пути получения тонкостенных труб в конечном счете сводятся к изменению, условий прокатки концевых участков трубы с целью предотвращения образования раструбов. В основном предотвращение концевых раструбов достигается прокаткой тонкостенных труб при отношении DT/ST 11... 12 с утолщенными концами, когда процесс раскатки концевых участков осуществляется стабильно без значительной поперечной деформации, изменяя положение верхнего валка, тем самым увеличивая расстояние между валками раскатного стана. Существенным недостатком такого способа, роме усложнения конструкции клети, является повышенный расход металла за счет обрези утолщенных концов [82].
В трубной промышленности США распространение получили агрегаты с двухвалковым станом Дишера, имеющим приводные вращающиеся диски. На агрегатах со станом Дишера можно получать трубы с отношением DT/ST ДО 25 диаметром 38... 114 мм с толщиной стенки 2...12 мм длиной 6...12 м [24]. Эти агрегаты имеют несколько меньшую производительность, по сравнению с агрегатами с трехвалковым раскатным станом, но главным их недостатком является сложность конструкции и обслуживания, в связи с чем они не получили широкого распространения.
Рабочая клеть стана Дишера, состоит из двух бочковидных валков, между которыми установлены направляющие диски, имеющие индивидуальный привод. Диски ограничивают поперечную деформацию и, кроме того, так как их окружная скорость превышает скорость выхода гильзы из валков, создают осевые растягивающие напряжения, способствуя истечению металла в осевом направлении, что улучшает качество поверхности труб. Все это снижает вероятность появления раструбов на концах тонкостенных труб. Окружная скорость вращения дисков составляет примерно 14 м/с , т.е. в 3...4 раза больше окружной скорости вращения валков.В работе [82] разработан и исследован способ получения тонкостенных горячекатаных труб повышенной точности с отношением
Влияние коэффициента вытяжки
В производственных условиях изменение коэффициента вытяжки осуществляют чаще всего в пределах от 1,4 до 3. Для определения влияния коэффициента вытяжки на параметры процесса прошивали заготовки из стали марок 45 и 12Х18Н10Т диаметром 60мм при угле подачи равном 15 на оправках диаметрами 38, 42, 46 и 50 мм, соответственно коэффициент вытяжки составил 1,73, 2,06, 2,43 и 2,74.
Прежде всего, следует отметить характер зависимостей скоростных параметров от коэффициента вытяжки, установленный при прошивке заготовок по бочковидной схеме. С повышением коэффициента вытяжки время прошивки увеличивается, составляя 3,25с при и. = 1,73 и 4,85с при \х = 2,1 А (Р = 15, сталь 45), при этом увеличиваются шаги винтовой линии на наружной поверхности гильзы и коэффициенты осевой скорости в сечении выхода гильзы из валков, коэффициент тангенциальной скорости снижается. Повышение коэффициента вытяжки от 1,73 до 2,74 привело при угле подачи 15 к увеличению среднего шага винтовой линии от 43,9 до 48,5 мм, коэффициента осевой скорости от 0,80 до 0,82 и к уменьшению коэффициента тангенциальной скорости от 0,93 до 0,90. Полученные зависимости объясняются перераспределением обжатий в очаге деформации. Известно, что увеличение коэффициента вытяжки сопровождается повышением скольжения металла по поверхности валков на участке прошивки (этим и определяется при прочих равных условиях время прошивки), хотя в конусе раскатки коэффициенты осевой скорости и шаги винтовой линии могут возрастать. Кроме того, увеличение вытяжки приводит к снижению и коэффициента тангенциальной скорости, что обусловлено ростом скольжения металла в тангенциальном направлении из-за увеличения ширины контактной поверхности металла с рабочим валком. С изменением коэффициента вытяжки в указанных пределах средняя ширина контактной поверхности возрастает с 12,6 до 14,8 мм (Р = 15, сталь 45).
При изменении коэффициента вытяжки были исследованы также и энергосиловые параметры процесса прошивки. Увеличение коэффициента вытяжки приводит к росту усилия металла на валки (таблицы 2.3 и 2.4). Например, с увеличением ц. от 1,73 до 2,74 значение Р возрастает при Р = 15 на 20 %. Большое влияние коэффициент вытяжки оказывает на осевое усилие металла на оправку. С повышением р от 1,73 до 2,74 Q возрастает при р =15 на 42,3 %. Характер зависимостей Р и Q от коэффициента вытяжки сохраняется практически одинаковым во всей исследованной области углов подачи.
В связи с тем, что при увеличении р повышается как осевое усилие металла на оправку, так и усилие металла на валки, соотношение этих величин изменяется в сравнительно узких пределах.
Отмечено значительное влияние коэффициента вытяжки на крутящий момент и мощность прошивки. Так, при увеличении \х от 1,73 до 2,74 крутящий момент возрастает на 20,7 %, мощность - на 21,6 %, при этом удельный расход энергии повышается.
На практике в трубном производстве в качестве направляющего инструмента все чаще используется диски Дишера. Применение данного типа направляющего инструмента с одной стороны имеет ряд преимуществ, касающихся увеличения производительности прошивного стана и повышения качества поверхности гильз, с другой стороны возникает ряд технологических особенностей приводящих к повышенному браку и нарушению стабильности работы стана при получении тонкостенных гильз. В связи с этим дополнительно проводилось исследование влияния коэффициента вытяжки на параметры процесса прошивки при использовании различного направляющего инструмента.
Исследование проводилось в диапазоне изменения и. от 1,5 до 3,5, что обеспечивалось за счет применения оправок диаметром 24, 33, 38,42, 46, 50 и 56 мм и заготовок диаметрами 50, 60, 72 и 80 мм из стали 20. Прокатку гильз с отношением Dr/Sr 9 (u. = 1,5...2,3 ) осуществляли на дисках диаметром 408 мм, тонкостенных гильз (D,7Sr 9) на дисках диаметром 600 мм.
Вытяжка существенно влияет на параметры процесса прошивки и условия работы направляющего инструмента. Так, при прошивке заготовок диаметром 50 мм на дисках диаметром 408 мм. с увеличением \і от 1,5 до 2,3 ({3 = 15, ,= 1,08, сталь 45) скорость прокатки уменьшилась на 8,2 %, с 218 до 200 мм/с, а коэффициент осевой скорости - от 0,92 до 0,87; окружная скорость дисков снизилась на 18,5 % со 194 до 158 мм/с. С увеличением , протяженность зоны «отставания» диска от металла возрастает, причем этот рост происходит в основном за счет увеличения длины контактной поверхности металла с диском в выходном конусе; во входном конусе, где происходит деформирование сплошной заготовки, длина контакта остается практически постоянной.
Прокатка тонкостенных гильз на дисках диаметром 408 мм протекала с большим «подъемом» по диаметру и нарушением условий окончания процесса из-за повышенной овальности и сплющивания заднего конца гильзы. Эти недостатки в основном были устранены при использовании в качестве направляющего инструмента дисков диаметром 600 мм (таблица 2.5).примечание: диаметр заготовки 50 мм, сталь 45, угол подачи рабочих валков 15,температура нагрева 1200 С, обжатие заготовки в пережиме 15 %, обжатие перед носком оправки 8,5%, коэффициент овализации в пережиме
При увеличении коэффициента вытяжки при прокатке с дисками от 2,4 до 3,0 коэффициент осевой скорости возрастает от 0,88 до 0,93; при прокатке в стане с линейками изменение р, от 2,26 до 3,5 сопровождается снижением ц0 от 0,79 до 0,77. Повышение и. сопровождается?ростом овальности заготовки
Методика расчета и проектирования рабочего инструмента
Расчет и проектирование инструмента двухвалкового стана винтовой прокатки заключается определении геометрических параметров рабочих валков, оправок и направляющего инструмента (линеек, дисков, роликов), определения их взаимного расположения в пространстве рабочей клети с учетом возможной корректировки из-за износа в процессе эксплуатации, проектировании калибровки рабочих валков, оправок и линеек.
Очаг деформации двухвалкового стана винтовой прокатки имеет характерную биконическую форму, по направлению прокатки расстояние между валками вначале уменьшается до пережима валков, а затем снова увеличивается (рисунок 3.7).
Сужение очага деформации на входном участке необходимо для обеспечения захвата металла валками и создания запаса тянущих сил для преодоления осевого сопротивления оправки и тем самым получения полой гильзы. Угол входного конуса выбирается так, чтобы с одной стороны был обеспечен захват и устойчивое протекание процесса прошивки, с другой стороны минимизировано количество циклов деформации металла перед носком оправки, чтобы избежать негативного воздействия цикличности процесса прошивки в стане винтовой прокатки. Существует широкое разнообразие калибровок рабочих валков с различными конфигурациями и углами наклона образующих конусов [37], но наиболее распространенные в производстве два основных типа калибровок: биконические валки, входной участок которых выполнен либо виде одного конуса, либо виде конусов с разными углами наклона образующих. При использовании рабочих валков, на которых участок прошивки состоит из одного конуса, угол наклона образующей фі к оси прокатки, как правило, составляет 230\..Зо30 . Калибровка валков второго типа отличается тем, что первый конус образует с осью прокатки угол фі равный 1...3, а второй конус образует угол ф2 равный 3...70. Первый участок предназначен для улучшения условий захвата, в то время как больший угол ф2 сокращает зону деформации и количество циклов, что способствует уменьшению знакопеременных циклических напряжений, вызывающих центральное разрушение металла.
Выходной конус рабочих валков выполняется с углом ф3 равным от 2 до 7, причем выбор угла выходного конуса в большой степени зависит от соотношения диаметра гильзы Dr и диаметра заготовки D3: при прошивке с увеличением диаметра гильзы относительно диаметра заготовки используется угол фз равный 4...7, в то время как при прокатке с получением гильзы диаметром не превышающим размеры заготовки, как правило, используется угол фз равный 2...4.
После определения калибровки рабочих валков, производится проектирование калибровки оправок прошивного стана.
Основные геометрические параметры прошивной оправки - это диаметр Donp, длина Ь0бЩ, и угол наклона образующей раскатного участка оправки, зависящий от соотношения диаметра гильзы Dr и диаметра заготовки D3, длина сферического и раскатного участков Ьсф и Lp, радиус сферической поверхности R , диаметр и длина носка d„, 1н соответственно.
На следующей стадии проектирования очага деформации прошивного стана осуществляется выбор и расчет направляющего инструмента. Направляющие линейки имеют весьма сложную форму, которая обусловлена характером формоизменения металла в очаге деформации, образованном рабочими валками и оправкой. Валки вместе с линейками образуют в пережиме и в выходном конусе очага деформации достаточно закрытый калибр, исключающий затекание металла в зазоры между валками и боковой поверхностью линеек (рисунок 3.6 ). Кроме того, линейки ограничивают течение металла в тангенциальном направлении и способствуют уменьшению овальности поперечного сечения заготовки-гильзы в очаге деформации.
Для расчета направляющих линеек необходимо в первую очередь определить расстояние между ними в пережиме, зависящее от коэффициента овализации Ъ,п и равное:
Анализ экспериментальных исследований показывает, что рациональное значение коэффициента овализации п находится в пределах 1,06...1,14. При меньших значениях коэффициента овализации происходит нарушение условий первичного и вторичного захвата заготовки. К тому же уменьшение коэффициента овализации калибра сопровождается снижением скорости прошивки из-за роста скольжения металла относительно инструмента в очаге деформации.
Расчет направляющей линейки сводится к определению её габаритных размеров, углов наклона образующей входного a i, и выходного сог участков, радиусов конических поверхностей R) и R3 и цилиндрического участка Rn, протяженностью ш, глубиной желобка С, ширины линейки в пережиме валков Вп, на входе В] и на выходе В2 из очага деформации, общей длины линейки Ьл, длины линейки во входном 1, и выходном 12 конусах очага деформации, высоты в пережиме ht„ на входе hi и выходе h2.
Исследование процесса получения тонкостенных горячекатаных труб на стане МИСиС 130Д
На опытно-промышленном стане МИСиС 13 ОД разработана и исследована технология получения тонкостенных труб в двухвалковом стане винтовой прокатки с направляющими линейками на цилиндрической удерживаемой оправке. Боковой профиль линеек соответствует калибровке валков и обеспечивает минимальный зазор 2...4 мм между валками и линейками, необходимый для беспрепятственного вращения валков.
Способ получения тонкостенных труб заключается в прошивке заготовок в гильзы с «подъемом» по диаметру и последующей раскаткой гильз в трубы на «посад» на удерживаемой цилиндрической оправке. Операции прошивки и раскатки осуществляются в двухвалковом стане винтовой прокатки.
Прокатка опытных образцов труб производилась в соответствии с маршрутами, указанными в таблице 4.1.
Прокатка проводилась на двухвалковом стане винтовой прокатки МИСиС-13 ОД с бочковидными валками биконической калибровки (ф! = 230 ;ф2 = 230 )- В качестве заготовки использовался пруток диаметром 60 мм из стали 20 длиной 300 мм. Нагрев заготовок осуществляли в камерной печи до температуры 1150-1200С. После процесса прошивки,проводили измерения размеров гильз: толщины стенки в шести точках по периметру, диаметра в двух взаимоперпендикулярных сечениях и длины.
Были получены гильз диаметром 58...73 мм с толщиной стенки 9...13 мм, которые в дальнейшем нагревали для раскатки до температуры 1050...1100С. После раскатки, были произведены замеры геометрических параметров готовых труб: толщины стенки переднего и заднего концов в шести точках по периметру, диаметров концевых участков и средней части и длины. По каждому из маршрутов прокатано по 3 трубы. Средние значения параметров для каждого маршрута приведены в таблице 1.
В результате опытных прокаток труб с отношением DT/ST равным 7...13 дефектов наружной и внутренней поверхностей не обнаружено. Что подтвердило справедливость заложенного в процесс принципа. Для определения рациональных параметров процесса изменяли расстояние между валками, линейками, коэффициент овализации, обжатие по стенке при различных маршрутах прокатки. Процесс прошивки и раскатки при углах подачи 14 проходил стабильно. Коэффициент овализации изменялся в диапазоне от 1,08 до 1,13. Было отмечено, что при увеличении коэффициента овализации более 1,1 процесс раскатки протекает более устойчиво (рисунок 4.2,4.3).
Рисунок 4.3 - Фотография очага деформации установившегося процесса раскатки при коэффициенте овализации 1,13 (1,2 - направляющие линейки; 3,4 - рабочие валки; 5 цилиндрическая оправка).
Проведена статистическая обработка результатов измерения толщины стенки гильз и труб (рисунок 4.4) с целью оценки их точности при прокатке по предлагаемому способу. Поперечная разностенность занимает основную часть в общем допуске на толщину стенки, в связи с чем точность прокатанных труб оценивалась по этому параметру.
Поперечная разностенность труб, прокатанных по всем маршрутам, находилась в пределах 1,5...7,1 % (рисунок 4.5). По результатам всех прокаток установлено, что при разностенности гильз до 5 % разностенность труб увеличивается и составляет 1,6...7,1 %, а при разностенности гильз 5...18,4 % разностенность труб соответственно снижается до 1,7...7,4 %. Эти результаты согласуются с данными работы [127], полученными при прокатке на трехвалковом раскатном стане труб с отношением DT/ST =11.
Было отмечено характерное для раскатки на цилиндрической оправке уменьшение наружного диаметра труб относительно исходного диаметра гильз, оно составило 3,5...21,5 % в зависимости от режимов раскатки. Анализ характера изменения подъема наружного и внутреннего диаметров при раскатке показал, что в основном изменение наружного и внутреннего диаметра трубы зависит от степени обжатия стенки, коэффициента вытяжки и количества циклов деформации в очаге раскатного стана (рисунок 4.6).получены тонкостенные трубы диаметром 54-66 мм с толщиной стенки5-8 мм при отношении D ST равным 7...12. Процесс прокатки стабильно осуществляется в широком диапазоне изменения технологических факторов без образования дефектов.
Поперечная разностенность всех прокатанных труб не превышала 7,4 %, а в основном составляет 2...6 %, что соответствует разностенности труб, получаемых на трехвалковом раскатном стане [127].
Для производства тонкостенных труб повышенной точности при отношении DT/ST до 22 предлагаемый способ является достаточно простым и экономичным. Его применение не приводит к повышенному расходу металла, связанного с обрезью утолщенных концевых участков труб в сравнении с известными способами прокатки на трехвалковых раскатных станах и может быть рекомендован для промышленного использования.
Результаты исследования позволили расширить разработанную методику проектирования технологического инструмента станов винтовой прокатки на процесс раскатки гильз в трубы. Проектирование калибровки рабочих валков и направляющего инструмента выполняется аналогично, по формулам 3.1 - 3.12 и 3.30 - 3.60. Габаритные размеры раскатных цилиндрических оправок (диаметр Dop и длина Lop) зависят от настройїш очага деформации В и заданной толщины стенки получаемой трубы ST:
