Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор научно-технической литературы 7
1.1 Анализ современных способов производства бесшовных труб методом горячей прокатки 7
1.1.1 Исходные заготовки для производства бесшовных труб 7
1.1.2 Современные способы прошивки исходных заготовок 19
1.1.3 Анализ процессов раскатки труб 34
Глава 2. Выбор рациональной схемы прошивки непрерывнолитых заготовок для получения гильз большого диаметра 43
2.1 Исследования качества полых гильз после стана пресс-валковой прошивки 43
2.2 Экспериментальные исследования процесса прошивки непрерывнолитых заготовок круглого сечения в условиях ТПА159-426 53
Глава 3. Экспериментальные исследования процесса прошивки заготовок в гильзы с «подъемом» по диаметру на стане МИСиС-130Д 64
Глава 4. Разработка рациональных режимов деформирования труб в клетях непрерывного стана 82
4.1 Анализ калибровок валков и режимов деформации труб по клетям непрерывных станов различной конструкции 82
4.2 Разработка методики расчета калибровки валков непрерывного стана с трехвалковыми клетями 100
4.3 Скоростные режимы прокатки в непрерывном стане с трехвалковыми клетями 110
Основные выводы 120
Список использованной литературы 122
Приложение
- Исходные заготовки для производства бесшовных труб
- Анализ процессов раскатки труб
- Экспериментальные исследования процесса прошивки непрерывнолитых заготовок круглого сечения в условиях ТПА159-426
- Разработка методики расчета калибровки валков непрерывного стана с трехвалковыми клетями
Введение к работе
Актуальность работы. В производстве бесшовных труб наиболее перспективным является применение трубопрокатных агрегатов (ТПА) с непрерывным станом и использование операции прошивки в двухвалковых станах винтовой прокатки.
В качестве исходной заготовки российские и зарубежные производители трубной продукции переходят на использование непрерывнолитой заготовки (НЛЗ) круглого сечения. При выборе количества типоразмеров НЛЗ возникает необходимость учета, зачастую, противоречивых интересов сталеплавильного и трубопрокатного производств. Одним из решений является получение из заготовки одного типоразмера гильз и труб широкого сортамента. При этом желательно использовать заготовку меньшего диаметра, что обеспечит благоприятные условия кристаллизации и формирование более равновесной структуры.
Производство горячедеформированных труб широкого сортамента из заготовок меньшего диаметра требует, чтобы процесс прошивки сопровождался увеличением наружного диаметра гильзы («подъемом»). В некоторых случаях увеличение диаметра гильзы относительно исходной заготовки должно составлять более 20 %. Обычно такого «подъема» достигают на прошивных станах с грибовидными валками. Однако при реконструкции действующих трубопрокатных предприятий с целью расширения сортамента производимой продукции и получения труб с требуемыми показателями качества возникает необходимость использования существующих прошивных станов с бочковидными валками. В нашей стране на протяжении многих лет технология прошивки с большим «подъемом» (более 20 %) не применялась, и её внедрение требует изучения особенностей данной схемы прошивки.
Значительный прогресс в повышении качества производимой на ТПА с непрерывным станом продукции и расширении диапазона размеров бесшовных труб был достигнут в результате создания новых непрерывных станов с трехвалковыми клетями. Основными производителями оборудования агрегатов подобного типа являются немецкая компания «SMS Меег» и итальянская «Danieli». Процесс раскатки гильзы в черновую трубу на непрерывном стане с трехвалковыми клетями мало изучен в России и информацию о нём возможно почерпнуть лишь из статей иностранных специалистов, а также из рекламных проспектов основных поставщиков оборудования. В связи с этим актуальными являются исследование данной технологии раскатки и изучение особенностей процесса с последующей разработкой методики расчета калибровки валков и скоростных режимов прокатки.
Цель и задачи работы. Целью работы являются исследование и совершенствование технологии прошивки непрерывнолитых заготовок круглого
сечения диаметром более 300 мм в гильзы с «подъемом» по диаметру не менее 20 % в двухвалковых станах с валками бочковидной формы и раскатки гильз в черновую трубу на непрерывном стане с трехвалковыми клетями.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
на основании экспериментальных исследований технологии прошивки непрерывнолитых заготовок установить принципиальную возможность прошивки НЛЗ круглого сечения диаметром более 300 мм на двухвалковых станах винтовой прокатки с бочковидными валками и направляющими линейками;
исследовать и усовершенствовать технологию прошивки с «подъемом» по диаметру в двухвалковых прошивных станах винтовой прокатки с бочковидными валками и направляющими линейками;
на основании анализа очага деформации разработать калибровку технологического инструмента прошивного стана и определить режимы, обеспечивающие стабильный «подъем» гильз по диаметру;
определить рациональные режимы раскатки гильз в черновую трубу на непрерывном оправочном стане с трехвалковыми клетями;
разработать методику расчета калибровки валков непрерывного справочного стана с трехвалковыми клетями;
разработать методику расчета скоростных параметров раскатки гильз на контролируемо-перемещаемой оправке в непрерывном оправочном стане с трехвалковыми клетями.
Научная новизна:
на основании проведенных экспериментальных прошивок непрерывнолитых заготовок на стане-элонгаторе ОАО «Волжский трубный завод» установлена возможность стабильного ведения процесса прошивки НЛЗ круглого сечения диаметром более 300 мм в станах винтовой прокатки с бочковидными валками и направляющими линейками;
в результате проведенных экспериментальных исследований процесса прошивки определены закономерности влияния калибровки инструмента стана винтовой прокатки с бочковидными валками и технологических режимов на стабильное течение процесса прошивки на «подъем»;
на основании анализа деформационно-скоростных параметров процесса непрерывной раскатки в двух- и трехвалковых клетях разработана методика расчета калибровки рабочих валков непрерывных станов с трехвалковыми клетями, позволяющая назначать рациональное распределение обжатий по клетям, исключив переполнение калибров металлом;
разработана методика расчета скоростных параметров процесса раскатки гильзы на контролируемо-перемещаемой оправке в непрерывных станах с трехвалковыми клетями, основанная на построении в CAD/CAM-системах калибров валков и определении площадей поперечных сечений труб по клетям.
Реализация результатов работы:
- на основании проведенных исследований процесса прошивки заготовок с
«подъемом» по диаметру в условиях НИТУ «МИСиС» определены режимы и
разработаны рекомендации по настройке стана и калибровке рабочего
инструмента для реализации процесса прошивки непрерывнолитых заготовок в
гильзы большого диаметра на стане-элонгаторе ТПА 159-426 ОАО «Волжский
трубный завод»;
-для непрерывного стана с трехвалковыми клетями PQF 10 3/4" ОАО «ТАГМЕТ» рассчитана калибровка рабочих валков и режимы раскатки, обеспечивающие повышение стабильности процесса и улучшение качества труб;
- результаты работы внедрены в учебный процесс студентов, обучающихся
по специальности 05.16.05 «Обработка металлов давлением».
Методы исследований и достоверность результатов. Для разработки методики расчета калибровки инструмента прошивного стана и валков непрерывного стана с трехвалковыми клетями использована объектно-ориентированная среда автоматизированного проектирования AutoCAD и система твердотельного моделирования SolidWorks, а также основные положения и зависимости, полученные ранее при изучении процесса продольной прокатки труб в непрерывных оправочных станах с двухвалковыми клетями.
Основные научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, основаны на достоверных экспериментальных данных. Они базируются на использовании математических методов моделирования, анализе результатов проведенных исследований и их статистической обработке, применении современных приборов и методик.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на: конференции «63-е Дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и научно-технические конференции» (Москва, 2008); конференции «64-е Дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и научно-технические конференции» (Москва, 2009); международной юбилейной конференции «Прогрессивные технологии пластической деформации» (Москва, 2009); V молодежной научно-практической конференции ОАО «Трубная металлургическая компания» (Сочи, 2009).
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 9 печатных работах, из них 5 статей - в научных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 19 таблиц, библиографический список из 121 наименований и 4 приложения.
Исходные заготовки для производства бесшовных труб
Современный уровень развития трубного производства в России и за рубежом характеризуется большим разнообразием применяемых способов и технологий для производства бесшовных труб. Наибольшее распространение при производстве бесшовных труб получили горячая и холодная прокатка, прессование, волочение и сварка.
Выбор технологических схем и способов обработки определяется физико-химическими свойствами исходного материала, требуемым качеством и размерами изделия, экономичностью производства, рациональной загрузкой существующего оборудования.
Независимо от способа производства горячедеформированных труб, технологическая схема включает следующие общие операции: нагрев исходной заготовки, получение полой гильзы (прошивка исходной заготовки в гильзу), получение черновой трубы (раскатка гильзы в черновую трубу), окончательное формирование стенки и диаметра труба (редуцирование или калибрование). При этом перед каждой операцией при необходимости может осуществляться подогрев [1-6].
Различные условия, в которых работают трубы и изделия из них, предопределяют использование большого количества стали разных марок и сплавов.
Анализ структуры себестоимости горячекатаных труб показывает, что стоимость исходного металла составляет 75—80 % от себестоимости труб [5-6]. По данным работы [7] затраты на исходный материал составляют примерно 2/3 общих затрат на обработку в прокатном цехе трубопрокатного завода. Это обстоятельство накладывает определенные требования к исходному сырью. С одной стороны, металл для труб должен быть по возможности более дешевым, с другой — качество этого металла должно быть высоким, обеспечивающим минимальную отбраковку труб и высокий выход годного.
В литературе приведены различные соотношения долей, вносимых сталеплавильным и прокатным производством в появление дефектов бесшовных труб. В работе [8] показано, что в 40 % случаев причинами дефектов труб является качество заготовки, а в 60 % — неправильное осуществление процесса прокатки. Авторы работы [1] отмечают, что в результате исследований, проведенных за рубежом, а также на отечественном оборудовании, по установлению причин образования дефектов труб, полученных на агрегатах с непрерывным станом показали, что 80 % дефектов зависят от качества заготовки и лишь 20 % - от технологии прокатного производства. Того же мнения придерживаются авторы работы [9], которые утверждают, что для трубного производства в целом доля дефектов прокатного происхождения составляет 20-30 %.
Многочисленные исследования, проведенные авторами работы [10] совместно с работниками металлургических и трубных заводов позволили установить, что дефекты наружной поверхности труб на 70 % обусловлены наружными пороками заготовки.
В зависимости от способа производства труб, физико-механических свойств металла и технических требований к готовой продукции в качестве исходной заготовки для производства бесшовных труб применяют: — трубные слитки круглого и многогранного сечения, получаемые разливкой в изложницы; - полые заготовки, получаемые центробежным литьём и последующей обдиркой и расточкой; -трубные заготовки, получаемые прокаткой слитков, разливаемых в изложницы, непрерывнолитых заготовок квадратного и прямоугольного сечения, заготовок, получаемых из слитков; — заготовки, получаемые ковкой с последующим сверлением и обдиркой; — непрерывнолитые заготовки круглого и квадратного сечения [1-7]. Слитки имеют наименьшую стоимость. Это естественно, так как в этом случае используется металл, не проходивший целого металлургического цикла - прокатки на блюминге и трубозаготовочном стане. К тому же производство катаного металла больших сечений связано со значительными трудностями [5-6]. В работах [11, 12] приведена представленная на рисунке 1.1 зависимость стоимости 1 тонны труб от их диаметра и вида заготовки, из которой следует, что наиболее экономичным для производства бесшовных труб является использование в качестве исходных заготовок слитков и НЛЗ. Непосредственно из слитков трубы изготовляются только на трубопрокатных агрегатах с пилигримовым станом, что определяется высокой степенью деформации металла. Пилигримовый стан обеспечивает хорошую прорабатываемость литого металла. Рисунок 1.1 — Зависимость 1 тонны труб (С) от их диаметра (D) и вида заготовки: 1 - круглый катаный металл; 2 — круглый непрерывнолитой металл; 3 - полый непрерывнолитой металл; 4 - слиток Слитки применяют круглые, многогранные с конусностью 1 %, массой 0,8-3,5 т в основном для изготовления труб больших размеров на ТПА с пилигримовыми станами. В России и за рубежом слитки, используемые для производства круглой заготовки, получают диаметром от 285 до 775 мм и массой от 0,8 до 7 т [5, 13]. Форма отливаемых слитков имеет немаловажное значение — установлено, что трубы из многогранных слитков имеют лучшую поверхность, чем трубы из круглых слитков [6]. Так при отливке круглых слитков часто получаются продольные и поперечные трещины. Отливка многогранных слитков позволила избежать появление подобного брака. На трубных заводах слитки из нелегированных и низколегированных сталей, которые прошивают на прессах, отливают без прибыли с водяной крышкой. В литом состоянии их подвергают контролю на качество поверхности. Для выявления скрытых дефектов (подкорковые пузыри) слитки по всей длине подвергают огневой зачистке. Обнаруженные дефекты удаляют вручную огневой зачисткой или шлифовальными кругами [5-6]. Слитки полигонального сечения, используемые для изготовления труб ответственного назначения и труб из средне- и высоколегированных марок сталей отливают с прибыльной частью, сердцевину металла, имеющую повышенную рыхлость, удаляют высверливанием [5, 6, 13]. Высота слитка и его масса зависят от длины изготовляемых труб. Допуск по массе слитка определен ± 25 кг. При использовании слитков их поверхность часто подвергается обдирке. Величина снимаемого металла колеблется от 6 до 12 мм. Кроме того, после контроля применяется дополнительная зачистка (приблизительно 15—20 % от
Анализ процессов раскатки труб
Второй основной операцией производства бесшовных труб является получение из полой гильзы черновой трубы. Для осуществления данной операции применяют продольную, периодическую или винтовую прокатку на трубопрокатных раскатных станах различной конструкции, проталкивание стаканов через уменьшающиеся в диаметре калибры с роликовыми обоймами, выдавливание металла в кольцеобразную щель в трубопрофильном прессе.
Именно способ раскатки гильзы в трубу характеризует тип трубопрокатного агрегата. В практике находят применение трубопрокатные агрегаты с автоматическими (станами тандем), непрерывными, пилигримо-выми, раскатными станами винтовой прокатки, реечными, планетарными станами и трубопрофильными прессами [1-7, 12, 13, 17, 38, 64, 77-82].
Трубопрокатные агрегаты с автоматическим станом и станами-тандем относят к числу наиболее распространенных для производства горячекатаных труб. На таких агрегатах производят свыше 30 % всех горячекатаных труб. На трубопрокатных агрегатах с автоматическими станами для получения из гильзы готовой трубы применяют продольную прокатку в круглом калибре на неподвижной короткой оправке. Деформация металла происходит между стенками калибра и оправкой. Размеры калибра определяют диаметр прокатываемой трубы, а зазор между оправкой и калибром - толщину стенки.
Трубопрокатные агрегаты с автоматическим станом отличаютсядовольно высокой маневренностью относительно высокойпроизводительностью при удовлетворительном качестве труб, возможностью изготовления труб широкого сортамента (по размерам и материалу), сравнительной несложностью прокатного инструмента, гибкостью технологического процесса, возможностью прокатки небольших партий труб.
На этих агрегатах прокатывают бесшовные трубы диаметром от 40 до 426 мм с толщиной стенки от 3 до 50 мм и более.
Недостатками процесса прокатки в круглом калибре на короткой оправке считаются незначительное обжатие по толщине стенки и неудовлетворительное качество внутренней поверхности труб из-за особенностей работы неподвижной оправки («скворешины» и поперечные рванины на внутренней поверхности, продольные риски, раковины и отпечатки, «шов» и «бунт», разностенность). Кроме того станы уступают по производительности непрерывным [1-7, 38, 82].
На современных трубопрокатных агрегатах с непрерывным станом производят бесшовные трубы диаметром от 16 до 426 мм с толщиной стенки 2,0—25 мм из углеродистых, низко- и высоколегированных сталей. На трубопрокатных агрегатах с непрерывным станом для раскатки гильзы в трубу применяют продольную непрерывную прокатку в 7—9 клетях с круглыми и овальными калибрами на длинной оправке: свободной (плавающей), подвижной удерживаемой (перемещающейся с заданной скоростью) и частично удерживаемой (прокатка на подвижной удерживаемой оправке с последующей прокаткой на свободной оправке).
Отличительный признак непрерывной прокатки — одновременная деформация трубы в нескольких последовательно расположенных клетях. Клети непрерывного стана оказываются взаимосвязанными друг с другом через прокатываемую трубу и оправку. Основное достоинство процесса — возможность прокатки черновых труб значительной длины (до 33 м) с большой скоростью (до 6,5 м/с), что обеспечивает высокую производительность установки. К преимуществам ТПА данного типа следует отнести также благоприятные условия деформации металла в непрерывном стане, минимальные технологические отходы и расположение оборудования, удобное для автоматизации технологических операций.
Основными же недостатками данного процесса производства бесшовных труб являются разностенность, а также различные дефекты на внутренней поверхности труб (внутренние плены, трещины и риски на внутренней поверхности). К тому же оборудование и инструмент для прокатки труб большого диаметра громоздки и дороги [1-7, 12, 13, 77-82].
Для осуществления операции раскатки на трубопрокатных агрегатах с пилигримовым станом применяют периодическую прокатку гильзы на длинной оправке в круглом калибре переменного по длине очага деформации сечения. Прокатка осуществляется поочередными подачами порций металла в валки при помощи подающего аппарата.
На этих агрегатах непосредственно из слитка прокатывают трубы диаметром 48—650 мм со стенкой толщиной 2,5-50 мм и более.
На ТПА с пилигримовым станом достигаются наибольшие значения вытяжки (более 30). Основное преимущество агрегатов такого типа заключается в возможности производить непосредственно из слитков трубы широкого сортамента, в том числе толстостенные (котельные, утяжеленные бурильные), профильные (квадратные штанги), ступенчатые, которые не производят на других агрегатах. К тому же стоимость труб, полученных на них, наиболее низкая.
Такие станы целесообразно применять для изготовления труб диаметром 194-530 мм (D/S = 3-47) при средних объемах производства. При изготовлении толстостенных труб диаметром 324-530 мм пилигримовым установкам альтернативы нет [1-7, 38, 82].
Однако пилигримовые станы не обеспечивают высокого качества наружной и внутренней поверхности, не удовлетворяют требованиям к точности прокатываемых труб, производительность их наиболее низкая.
Для производства толстостенных труб повышенной точности диаметром 38-200 мм со стенкой толщиной 3-50 мм и выше применяют винтовую прокатку гильз на длинной оправке в трехвалковом раскатном стане, обеспечивающем повышенные точности толщины стенки трубы в 2— 2,5 раза по сравнению с прокаткой на других станах.
Экспериментальные исследования процесса прошивки непрерывнолитых заготовок круглого сечения в условиях ТПА159-426
На ТПА 159-426 ОАО «ВТЗ» был проведен эксперимент по прошивке круглой заготовки на стане-элонгаторе с использованием действующего оборудования.
В таблице 2.5 представлена краткая техническая характеристика стана-элонгатора. Целью данной работы являлось:1. Определение возможности ведения процесса прошивки непрерывнолитых заготовок круглого сечения диаметром более 300 мм на действующем оборудовании стана-элонгатора.2. Определение фактических энергосиловых параметров при прошивке круглых непрерывнолитых заготовок на стане-элонгаторе.3. Определение возможности получения необходимых геометрических параметров и качественной наружной и внутренней поверхности гильзы.
Перед экспериментом были проведены следующие подготовительные работы:— подготовлено четыре круглые заготовки диаметром 330 мм из стали 20 двукратной длины 6 м. На торцевой поверхности заготовок в осевой зоне с двух сторон с помощью газового резака в качестве зацентровки были нанесены углубления диаметром 80-100 мм глубиной до 40 мм;— разработаны чертежи, по которым из штатных оправок диаметром 252 мм в механическом цехе изготовлены две оправки диаметром 247 мм (рисунок 2.5);— на рычаги загрузочной и разгрузочной машины наварены ограничители для исключения скатывания круглой заготовки в момент загрузки и выгрузки;— для передачи круглой заготовки к стану-элонгатору через пресс-валковый прошивной стан была установлена роликовая направляющая под квадрат сечением 360 мм.
Посад круглых непрерывнолитых заготовок в газопламенную печь с шагающими балками во избежание скатывания заготовки производился между двумя блюмами сечением 300 мм. Нагрев заготовок проводился по действующей технологической инструкции по следующим режимам: — фактическое время нагрева составляло около 10 ч;— температура в печи по зонам регулирования в пятой зоне составила 1280 С, в шестой зоне - 1275 С.
В процессе выдачи заготовки из печи с шагающими балками квадратная заготовка изымалась из технологического потока, а круглая задавалась в линию.
При прохождении круглой НЛЗ через установку гидросбива окалины поверхность очищалась полностью, давление в системе находилось на уровне 150 бар. Температура поверхности заготовки после установки гидросбива, измеренная переносным пирометром «ЛУЧ», находилась в пределах 1196-1210 С.
Раскрой заготовок на дисковой пиле РЗ 2500 проходил по штатным режимам. Блокировка заготовки в позиции резания была достаточно устойчивой. В процессе порезки каких-либо сложностей не возникало. Резка заготовки производилась на две равные части по 3 м. Качество реза не отличалось от реза на блюме, было отмечено наличие заусенца.
После резки первая часть направлялась транзитом через пресс-валковый прошивной стан для прошивки на стане-элонгаторе, вторая часть передавалась в печь-термостат.
Через стан пресс-валковой прошивки заготовка проходила в транспортном режиме с открытыми зажимами за счет проталкивания толкателем и вращения валков.
В таблице 2.6 представлены настроечные параметры прошивки непрерывнолитых заготовок круглого сечения на стане-элонгаторе ТПА 159-426.
На рисунке 2.7 представлена схема очага деформации стана-элонгатора ТПА 159-426 при проведении экспериментальных прошивок НЛЗ круглого сечения диаметром 330 мм
В ходе исследований проводились измерения геометрических размеров полученных гильз. В приложении 1 представлены значения и графики распределения толщины стенки по длине полученных гильз.
Рисунок 2.7 - Очаг деформации стана-элонгатора ТПА 159-426 припроведении экспериментальных прошивок НЛЗ круглого сечения диаметром Замеры толщины стенки проводились вдоль всей гильзы через одинаковые расстояния друг от друга в восьми точках сечения по периметру (через 45).
Прошивка первой заготовки с зацентровкой переднего торца проходила устойчиво. Длина гильзы составила 8,2 м, средний наружный диаметр равен 324,1 мм, средняя толщина стенки по длине гильзы — 32,9 мм, коэффициент вытяжки \х составил 2,73. Максимальная разностенность наблюдалась на заднем конце гильзы:— абсолютное значение разностенности заднего конца составило6,7 мм;— относительная разностенность находилась на уровне 20%.
Энергосиловые параметры не превышали значений, получаемых прираскатке стакана по действующей технологии. Напротив, наблюдалось их снижение на 25-30 %.
При прошивке второй заготовки (вторая часть первой штанги без зацентровки на переднем торце) в момент перехода со скорости захвата на скорость проката (70 об/мин) произошла пробуксовка гильзы, что явилось следствием отсутствия устойчивого вторичного захвата. В результате процесс прошивки был остановлен, а полученный недокат извлечен. Причиной данного явления, по всей вероятности, послужило отсутствие зацентровки исходной НЛЗ, а также низкая температура задаваемого металла, которая составила 960 С.
На рисунке 2.8 представлен внешний вид оправки после первых двух проходов. Было выявлено налипание металла на носке оправки и повреждения в виде задиров по телу оправки, что, по-видимому, обусловлено неудовлетворительным качеством зацентровки исходной заготовки.
Для получения третьей и четвертой гильзы в стан-элонгатор задавались передние концы после порезки непрерывнолитых заготовок (с зацентровкой на переднем торце), вторые части сбрасывались в карман. При этом были
Разработка методики расчета калибровки валков непрерывного стана с трехвалковыми клетями
Многолетняя практика производства труб на установках с непрерывными станами с двухвалковыми клетями и уже имеющийся опыт эксплуатации непрерывных станов с трехвалковыми клетями позволили выработать ряд практических рекомендаций для разработки методики расчета их калибровки.
Расчет калибровки валков, в конечном счете, сводится к определению формы и геометрических размеров калибров, правильному распределению коэффициента суммарной деформации на ряд частных по клетям, определению скоростного режима прокатки.
В основе разработанной методики лежит расчет калибровки валков непрерывного двухвалкового стана, подробно описанный в работах [6, 90].
Решающее влияние на характер напряжено-деформированного состояния металла оказывает форма калибра, определяющая неравномерность напряженно-деформированного состояния в объеме деформируемого металла, и скоростной режим, характеризующий уровень силового взаимодействия клетей непрерывного стана и распределение деформаций по координатным направлениям. Неравномерность деформации присуща прокатке в калиброванных валках и может приводить к снижению точности прокатываемых изделий, а в сочетании с неудачно выбранным скоростным режимом — к появлению и развитию дефектов в виде трещин, пористости, бугров и т.д. Таким образом, основная задача состоит в уменьшении отрицательного влияния неравномерности деформаций и создании условии, обеспечивающих отсутствие растягивающих напряжений и переполнение интенсивно деформирующих черновых калибров, повышенную точность и высокое качество прокатки в чистовых калибрах.
Форма калибров и их комбинации могут быть разнообразными.Выбирая ту или иную форму калибра, необходимо учитывать их особенности. Многочисленными исследованиями с участием Ю.М. Матвеева, Я.Л. Ваткина, А.П. Чекмарева, Г.И. Гуляева, В.Н. Данченко и др. установлены определенные свойства калибров различной формы [12, 61, 77, 79, 89-92, 95, 96, 99-102, 106-108]. Так, при прочих равных условиях применение овальных калибров обеспечивает более интенсивное течение металла в поперечном направлении (уширение) по сравнению с круглыми. Объясняется это тем, что овальные калибры производят захват металла гильзы в первую очередь вершиной, а затем выпусками, благодаря чему металл свободно перемещается в направлении выпусков. В круглых же калибрах металл захватывается сначала выпусками, а затем вершиной, вследствие чего перемещение метала в поперечном направлении затруднено и большая часть его идет в продольном направлении
В связи с подобным характером течения металла овальные калибры способствуют получению повышенной разностенности труб по сравнению с круглыми, что объясняется большой неравномерностью обжатия стенки прокатываемой трубы на участке от вершины до выпуска овального калибра. Указанная поперечная разностенность имеет симметричный характер и возрастает с увеличением эксцентриситета калибра.
Для получения точных геометрических размеров труб желательно вести прокатку в круглых калибрах. Однако при этом затруднено извлечение оправки из трубы, которая плотно её охватывает. При овальных калибрах извлечение оправки облегчается. Но, как отмечено выше, снижается точность размеров труб.
Для облегчения извлечения оправки необходимо создавать зазор между трубой и оправкой в последних отделочных калибрах.
Проведенный анализ технологии раскатки труб на различных трубопрокатных агрегатах с непрерывным станом показал, что в настоящее время применяются калибровки с комбинацией различных форм калибров.
При проектировании непрерывных станов с трехвалковыми клетями рекомендуется в первых обжимных клетях стана (I-III клеть для пяти- и I-IV клети для шестиклетьевых непрерывных станов) применять овальные калибры со скругленными выпусками, в последующих чистовых клетях (IV, V клети для пяти- и V, VI для шестиклетьевых непрерывных станов) — калибры круглой формы со скругленными выпусками.
На рисунке 4.10 представлены калибры круглой и овальной формы со скругленными выпусками с указанием основных параметров калибровки, где:Dud - идеальный диаметр валка, мм; D6 - диаметр бочки валка, мм; L6 - длина бочки валка, мм; Dd - диаметр валка по дну калибра, мм; Нд - глубина калибра, мм; Ьг - длина участка галтели, мм; Нк - расстояние от центра калибра до дна ручья валка (половинавысоты калибра), мм; SK - толщина стенки трубы в вершине калибра, мм; Вк - половина ширины калибра, мм; Ъоп - диаметр оправки непрерывного стана, мм; R1 - радиус обжимной части валка, мм; R2 - радиус области выпусков валка, мм; R3 - радиус галтели, мм; А - зазор между валками, мм; е - эксцентриситет калибра, мм; осі - угол выпуска центральный, ; аГ - угол выпуска фактический, ;
