Технология и оборудование для производства бесшовных труб. Трубопрокатные станы - классификация и устройство Прошивной стан

Наибольшее распространение получили прошивные станы (рабочие клети) с бочкообразными валками. Двухопорное крепление валков на таких станах позволяет применять их для получения гильз не только мелких размеров (диам. до 140 мм), для прокатки которых используют также станы с дисковыми и грибовидными валками, но и для гильз более крупных профилей с максимальным диам. до 630 мм. Прошивка гильз больших размеров сопровождается высокими давлениями на валки и консольное крепление валков не может быть надежным.

Конструкция рабочей клети прошивного стана в значительной мере определяется конкретным назначением стана. В случае использования его только для получения толстостенных гильз рабочая клеть оборудована двумя вспомогательными холостыми валками или одним вспомогательным валком и неподвижной проводкой (линейкой). При необходимости получения на стане тонкостённых гильз клеть имеет две неподвижные проводки - линейки, плотно прилегающие к рабочим валкам. В этом случае необходимость плотного прилегания линеек к рабочим валкам диктуется тем, что тонкостенные гильзы характерны малой устойчивостью по поперечному сечению и металл может затекать в щель между рабочи^ валком и инструментом, ограничивающим поперечную деформацию. Если этим инструментом является вспомогательный валок, то щель оказывается значительной; применение линеек позволяет избежать больших зазоров. В то,же время прошивка толстостенных гильз вследствие их большой жесткости по поперечному сечению может протекать успешно даже при значительных зазорах между рабочим и вспомогательным валком. Применение вспомогательных валков целесообразно, так как это обеспечивает меньшее осевое скольжение металла. Кроме того, заметно сокращается расход инструмента, особенно при прокатке высоколегированной стали, когда стойкость линеек невелика.

Важной характеристикой рабочей клети прошивного стана является возможность изменения угла подачи применением разного наклона рабочих валков. В станах старой конструкции этот угол не регулировался и находился в пределах 4°30"-6°30". В рабочих клетях, созданных в более поздний период, как правило, предусматривается регулирование угла подачи. Это хотя и усложняет конструкцию рабочей клети, но целиком оправдывает себя, так как значительно повышает маневренность стана, необходимую при широком сортаменте труб как по размерам, так и по маркам стали.

Современные рабочие клети прошивных станов (24) имеют массивную литую станину коробчатой формы со съемной крышкой. Внутрь станины закладываются пустотелые цилиндрические барабаны с проемами, в которых помещаются подушки рабочих валков. Барабаны могут поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной оси прошивки, изменяя тем самым угол подачи. При- вод для поворота барабанов может применяться разных конструкций. В зарубежных конструкциях для поворота барабанов обычно используют четыре установочных винта, упирающихся в выемки на барабанах и вращающихся в гайках, которые вставлены в отверстия станины. После установки барабанов на необходимый угол подачи их положение фиксируют контргайками установочных винтов и зажимными колодками, которые прижимаются к поверхности барабанов клиньями. Угол подачи обычно регулируется в пределах 5-12°.

В отечественных конструкциях для поворота барабанов используют специальные механизмы. Один из таких механизмов осуществляет поворот барабана охватывающей его пластинчатой цепью. Привод цепи осуществляется электродвигателем через двойной червячный редуктор и ведущую звездочку, установленные на крышке станины.

В другой конструкции поворотного механизма установка необходимого угла наклона валков производится от электродвигателя через червячный редуктор и цилиндрическую пару, ведомое колесо которой^асаживается непосредственно на барабан. Барабаны в заданномНоложении фиксируются пружинами, а отторма- живаются гидроцилиндром. Фиксация барабанов может осуществляться также специальными зажимами, электропривод которых располагается на крышке станины.

В отечественных конструкциях барабаны могут поворачиваться на угол от 0 до 90°. Это значительно упрощает смену рабочих вал- ков стана (перевалку), так как нет необходимости извлекать барабаны из станины. Установив барабаны так, чтобы валки находились в вертикальном положении, кассеты с валками извлекают из барабанов через, окна в крышке станины. В зарубежных конструкциях при перевалке предварительно необходимо снять крышйу, а затем извлечь барабаны вместе"с валками. Длительность перевалки в этом случае на 30-40 мин больше.

Рабочие валки смонтированы в кассетах на конических роликоподшипниках, помещенных в стаканы и надежно защищенных, от попадания окалины.

Кассеты с валками могут перемещаться по направляющим барабанов с помощью нажимных винтов. Каждый валок имеет самостоятельный механизм перемещения нажимных винтов, состоящий из двух червячно-цилиндрических редукторов, передающих вращение от одного электродвигателя. Механизмы установлены на торцах барабанов с боковых сторон рабочей клети. Одновременное и одинаковое перемещение обоих валков относительно оси стана обеспечивается синхронизацией работы двигателей механизмов установки валков по системе электрического вала. Для настройки стана возможно также независимое перемещение каждого винта. Положение валков относительно оси стана указывается на циферблатах.

Нижняя линейка устанавливается в линейкодержателе на стационарный стул. К стулу крепятся также входная и выходная направляющие воронки. Верхняя линейка крепится к фасонной траверсе, которая может перемещаться вверх или вниз с помощью механизма, установленного на крышке станины. Этот механизм состоит из двух нажимных винтов, прикрепленных к траверсег проходящих через гайки, вмонтированные в червячные колеса редукторов, которые получают вращение от электродвигателей. Синхронизация работы двух двигателей для равномерного перемещения линейки осуществляется по системе электрического вала. Специальный счетчик указывает на циферблате фактическое расстояние между линейками.

При прокатке толстостенных гильз вместо верхней линейки может быть установлен холостой вспомогательный валок (ролик) с разворотом его оси в горизонтальной плоскости на угол до 7° относительно оси прокатки.

Привод рабочих валков прошивного стана находится со стороны подачи в них заготовки и состоит из электродвигателя, шестеренной клети и шарнирных шпинделей (25).

Шестеренная клеть предназначена для распределения крутящего момента двигателя между рабочими валками стана при одновременном уменьшении числа оборотов от двигателя к рабочим валкам. Обычно корпус шестеренной клети представляет собой двухразъемиую коробку. В нижнем разъеме на подшипйиках качения помещают ведущий вал-шестерню и одну ведомую, шестерню; в верхнем разъеме монтируют другую ведомую шестерню. В корпусе шестеренной клети имеется сквозное отверстие для установки пневматического цилиндра вталкивателя заготовки.

Каждый шарнирный шпиндель имеет две головки, одна из которых плотно посажена на ведомый вал шестеренной клети, а другая крепится на рабочий валок ходовой посадкой. Это позволяет несколько изменять длину шпинделей при регулировании угла наклона валков.

При прошивке заготовок диам. до 140 мм применяют прошивные станы с дисковыми и грибовидными валками. Несмотря на технологические преимущества прошивных станов с грибовидными валками, они не получали в последнее время развития из-за ряда конструктивных недостатков: нерегулируемые углы раскатки и подачи, что уменьшает производительность и снижает гибкость в работе стана; громоздкая, неудобная в эксплуатации клеть, объединяющая в себе шестеренную и рабочую клети в одной станине; консольное крепление рабочих валков, в сильной степени снижающее жесткость клети.

Разработанная Электростальским заводом тяжелого машиностроения новая конструкция стана с грибовидными валками лишена этих недостатков. Основным отличием этого стана является двухопорное крепление валков и индивидуальный привод валков (26), осуществляемый от двигателей постоянного тока мощностью 1750 кет каждый. Рабочая клеть (27) имеет два поворотных барабана, в которые закладываются кассеты с валками. Применение сменных кассет позволяет использовать различный угол раскатки в пределах 4-17°.

Механизм разворота барабана состоит из двигателя и червячного редуктора, установленных вне клети, которые приводят вал-шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым венцом, закрепленным на барабане. Поворот барабанов обеспечивает регулирование угла подачи в п]ределах от 4 до 15°. Смена валков осуществляется путем извлечения кассет через окна в крышке станины. Положение валков относительно оси прокатки регулируется нажимными винтами, а их уравновешивание производится тарельчатыми пружинами.

Конструкция рабочей клети, таким образом, весьма сходна с современными конструкциями клетей с бочкообразными валками, однако она может обеспечивать более высокую выходную скорость гильзы как благодаря меньшему осевому скольжению, так и благодаря применению более высоких окружных скоростей валков. |

Рабочие валки прошивных станов приводятся во вращение от электродвигателей постоянного или переменного тока.

В последнее время все чаще применяют двигатели постоянного тока, позволяющие регулировать скорость прокатки в широких пределах. Возможность изменения скорости прошивки целесообразно иметь при большом разнообразии сортамента прокатываемых труб, особенно по маркам сталей, значительно отличающихся пластическими свойствами и сопротивлением деформации.

Мощность двигателей рабочих клетей прошивных станов в большой мере зависит от сортамента стана и скорости прокатки- При прокатке заготовок диам. до 150 мм мощность двигателей составляет 1000-1500 кет. Для станов последних конструкцийу рассчитанных на большую скорость валков (до 8 м/сек), мощность двигателя увеличена почти вдвое. Для станов, прокатывающих заготовку более крупных размеров, мощность двигателей достигает 3500-4000 кет.

Прошивка круглой заготовки или слитка производится при. помощи оправки, которую надевают на конец длинного стержня. Стержень укрепляют на выходной стороне стана в головке упорного подшипника, воспринимающего все осевые усилия. Для прошивки применяют оправки двух типов. Литые или кованые сплошные оправки надевают на конец стержня-оправкодержателя и после каждой прошивки снимают для охлаждения их в ванне с проточной водой. Такие оправки называют сменяемыми

и лишь для оправок больших размеров применяют приспособления, частично облегчающие эту тяжелую работу.

Оправки другой конструкции (28, б) выполнены в виде полого тела и охлаждаются изнутри водой, которая подается через стержень-оправкодержатель под давлением 98-118 я/ж2 (10-12 am). В паузах между прошивками оправка дополнительно охлаждается снаружи водой специальным душирующим устройством. Снимают такую оправку только после полного ее износа (после 500-600, а иногда и значительно большего числа проходов). Оправки этого типа, которые называют несменяемыми или водоохлаждаемыми, повышают производительность стана, а глав-

пое - позволяют полностью автоматизировать весь процесс, освободиться от тяжелых ручных операций.

Выходная сторона стана (29) оборудована механизмом 1 для центрирования стержня 2 оправкодержателя, извлечения этого стержня из гильзы и выдачи гильзы из прошивного стана для последующей обработки. Выдача гильз может быть боковой (а) или осевой (б).

При боковой выдаче гильза после прошивки, находясь на стержне, несколько отводится вперед до упора. Затем из гильзы извлекается стержень с несменяемой оправкой. Для этого головка упорного подшипника 5, в которой закреплен задний конец

стержня, перемещается по направляющим 4, увлекая за собой стержень. После выведения стержня из гильзы последняя круговыми сбрасывателями 5 убирается с оси прокатки на наклонную решетку б, а головка упорного подшипника вместе со стержнем возвращается в переднее рабочее положение.

При работе на сменяемой оправке последнюю надевают на стержень в момент подхода его переднего торца к рабочей клети стана, а оправку убирают после отвода гильзы из прошивных валков.

При осевой выдаче гильз стержень с несменяемой оправкой все время находится в рабочем положении. Гильза получает осевое перемещение от фрикционных роликов 7, а головка упорного подшипника откидывается, пропуская гильзу на приемный роль-

ганг 8, ось которого совпадает с осью прошивного стана. После возвращения головки упорного подшипника в исходное положение и заклинивания ее может начинаться прошивка следующей заготовки. ^

При осевой выдаче гильз прошивка может осуществляться и на сменяемой оправке. Для этого специальным механизмом стержень при откинутой головке упорного подшипника подают назад на 1,5-2,0 м для замены оправки, а затем вновь возвращают В: рабочее положение.

Головка может перемещаться с помощью зубчатых реек, канатной передачи или пневматического длинноходового цилиндра. На больших установках перемещение осуществляется специальным тягачом (31), который представляет собой платформу, передвигающуюся по направляющим. Привод тягача осуществляется от двух вертикальных двигателей.

В рабочем положении головка упорного подшипника удерживается клиновым механизмом, смонтированным на кулисе. Открывание и закрывание клинового запора удерживающего устройства осуществляется пневматическим цилиндром. Кулиса в нижней части шарнирно крепится к станине, а в верхней удерживается винтом, регулируя который можно изменять положение кулисы вместе с запирающим клином. При этом изменяется рабочее положение головки упорного подшипника" и, следовательно, положение стержня с оправкой относительно рабочих валков. Подвод воды для охлаждения, стержня поправки осуществляется через / клапанный механизм и корпус головки.

При осевой выдаче гильз упорно-регулирующий механизм (32) состоит из упорной головки с вращающимся шпинделем, пневматического цилиндра для подъема и опускания головки при пропуске гильзы, устройства для осевого перемещения каретки, необходимого для регулирования положения оправки в очаге деформации, и, наконец, запора, фиксирующего головку в заданном положении. Через специальный клапан и упорную головку подается вода для охлаждения стержня и оправки во время прошивки.

Центрирование стержня производят роликовыми центровате- лями (33). В зависимости от длины гильз, получаемых на стане, число центрователей колеблется в пределах от 3 до 6. Каждый цептрователь имеет три или четыре холостых ролика (четырех- роликовые центрователи применяют при прошивке гильз большого диаметра). С помощью рычажной системы и пневматического привода ролики плотно прижимаются к стержню. К моменту подхода к цептрователю переднего торца гильзы ролики разводятся на величину, необходимую для пропуска гильзы. Рычажную систему настраивают так, чтобы при разведении роликов зазор между ними и гильзой был незначителен (5-10 мм), что и обеспечивает хорошее центрирование гильзы.

При осевой выдаче перемещение гильз осуществляется фрикционными выдающими роликами, получающими вращение через карданные валы и редуктор от электродвигателя. Сближение и разведение роликов производится пневмоприводом. Фрикционные ролики устанавливают за каждым центрователем.

При боковой выдаче гильзы оттаскиваются приводным подъемным роликом, устанавливаемым между рабочей клетью и первым центрователем.

Технологический процесс прошивки происходит в следующей последовательности. Нагретая заготовка по наклонной решетке скатывается в приемный желоб прошивного стана и пневматическим толкателем подается до упора, установленного перед валками. Затем после отвода упора заготовка задается в рабочие валки стана. Упор отводится только после того, как выходная сторона стана полностью подготовлена к приему очередной гильзы, что определяется заклиниванием головки упорного подшипника.

Заготовка, захваченная валками, получает вращательно-по- ступательное движение и прошивается на оправке в гильзу нужного размера. Когда передний торец гильзы подходит к первому цептрователю, последний раскрывается для пропуска и центрирования гильзы; затем последовательно по мере подхода гильзы раскрываются другие центрователи. По окончании прошивки в стане с осевой выдачей гильзы автоматически сближаются выдающие ролики, и гильза подается по направлению к упорной головке. Как только задний конец гильзы пройдет первый центрова- тель, его ролики сближаются и удерживают стержень до осевого перемещения, так как одновременно открывается замок головки упорного подшипника и включается механизм для ее подъема. Гильза выдающими роликами транспортируется на приемный рольганг. В некоторых станах удержание от осевого перемещения совершается специальным рычажным механизмом, установленным между первым центрователем и рабочими валками. Это сокращает время извлечения гильзы из стана. После выдачи гильзы на рольганг выдающие ролики разводятся, ролики центрова- телей зажимают стержень, а головка упорного подшипника занимает рабочее положение. Как только произойдет ее заклинивание, дается импульс на уборку упора па входной стороне стана и происходит прокатка следующей заготовки.

Осевая выдача гильз, принятая на отечественных станах новых конструкций, позволяет сократить время вспомогательных операций и тем самым обеспечить наиболее высокий темп работы прошивного стана. Производительность прошивного стана при прокатке заготовки диам. 140 мм в гильзу.сечением 136x16 мм и длиной 5,4 м достигает 340 шт/ч. При прокатке гильз меньшей длины темп может быть выше.

Прошивной стан ЭЗТМ предназначен для прокатки заготовок, прошедших нагрев в кольцевых печах №1 и №2, в гильзы-заготовки для прокатки труб в пилигримовом стане. Деформация металла на прошивном стане осуществляется в очаге деформации, образованном косорасположенными грибовидными валками, направляющими линейками и оправкой. Прокатка гильз-заготовок осуществляется на соответствующем и надлежащего качества инструменте (валки, направляющие линейки, оправки, входная выводная проводки): рабочая поверхность инструмента прошивного стана не должна иметь трещин, раковин и выбоин. Замена линеек, барабанов с валками производится каждые 2 недели. Замена оправки производится раз в сутки или через каждую 1000 тонну прошиваемого металла.

Настройка стана для прокатки требуемого размера гильз производится по окончании ППР или ППВ, замены изношенного инструмента, а также при переходе на прокатку другого типоразмера гильз в соответствии с требованиями рабочей инструкции. При настройке стана вальцовщик устанавливает угол подачи в зависимости от размеров прокатываемых труб и марки стали:

§ для труб диаметром 219?245 мм - угол подачи 9?10 о;

§ для труб диаметром 273 мм - угол подачи 8?9 о;

§ для труб диаметром 325 мм - угол подачи 6?7,5 о.

Допускается отклонение расстояния между валками в их пережиме от указанных в РИ значений в диапазоне 1%. Величина выдвижения оправки относительно пережима (L) валков стана определяется с помощью специальной штанги, рассчитывается по формуле:

L= L в конуса L замер,

где L в конуса длина горизонтальной проекции входного конуса валка, мм;

L замер расстояние от переднего торца валка до носика оправки, определяемое с помощью специальной штанги, мм. Величина L в конуса зависит от установленного угла подачи и составляет:

§ для угла подачи 5 0 - 568 мм;

§ для угла подачи 6 0 - 567 мм;

§ для угла подачи 7 0 - 566 мм;

§ для угла подачи 8 0 - 564 мм;

§ для угла подачи 9 0 - 563 мм;

§ для угла подачи 10 0 - 561 мм.

Допускается уменьшение выдвижения оправки за пережим валков до 20 мм против указанного значения в РИ и увеличение её выдвижения до положения, не приводящего к потере устойчивых первичного и вторичного захватов НЛЗ валками. Для улучшения захвата заготовки прошивным станом допускается увеличение или уменьшение угла раскатки на 1 о (до 13 о или 11 о). Настройка прошивного стана должна обеспечивать прошивку гильз без превышения максимально допустимой токовой нагрузки на главные приводы прошивного стана (6,5 КА). Для проверки правильности настройки стана вальцовщик производит замер диаметра первой гильзы при переходе на другой её типоразмер.

Заготовки после нагрева в кольцевых печах №1 и №2 и гидросбива с них окалины поступают в прошивной стан. Периодичность выдачи заготовки на прошивной стан должна быть не чаще чем через 90 секунд. Нагретые заготовки с видимыми поперечными трещинами и поясами к прокатке не допускаются во избежание аварии. Прокатка гильз проводится при непрерывном наружном охлаждении валков и внутреннем охлаждении оправки водой. Температура наружной поверхности гильзы на выходной стороне стана должна быть в диапазоне 1150?1270 о С, внутренней не более 1300 о С (являются факультативными). Основные виды несоответствий технологического процесса прошивки НЛЗ и возможные меры по их устранению приведены в таблице 6.

Таблица 6. Виды брака при производстве гильзы

Наименование несоответствия	Причина несоответствий	Способ устранения несоответствий
Разностенность и кривизна гильз	Установка инструмента и оснастки (центрователи, валки, линейки, проводки) не по оси прокатки.	Настройка инструмента и оснастки прошивного стана по оси прокатки.
Неравномерный нагрев заготовок.	Настройка температурного режима нагревательных печей.
Ремонт (выравнивание) подины во время ППР.
Отсутствие или затрудненный первичный захват заготовки валками.	Большой износ входного конуса валка.	Замена валков во время ППР (ППВ) .
Изменить угол раскатки.
Отсутствие или затрудненный вторичный захват заготовки (внутренняя плена на переднем конце гильзы)	Недостаточная тянущая способность валков из-за большого износа входного конуса валков или неправильной их установки.	Замена валков во время ППР (ППВ).
Восстановить «шипы» на входном конусе валка.
Изменить расстояние между валками.
Изменить угол подачи.
Уменьшить выдвижение оправки за пережим валков.
Закат оправки в гильзе	Недостаточный коэффициент овализации гильзы валками	Увеличить расстояние между линейками.
Разрушение оправки	Замена оправки
Отключение главного привода прошивного стана	Извлечение недоката

Настройка стана считается правильной, если первичный и вторичный захваты заготовки валками происходят плавно (без пробуксовки), размеры гильз соответствуют таблице прокатки, нагрузка на двигатели стана не превышает предельно-допустимую (6,5 КА). После прокатки 1-2 гильз вальцовщик при необходимости производит корректировку настройки стана:

§ в случае превышения нагрузки на главный привод стана производится постепенное (через 0,5 о) уменьшение угла подачи или увеличение расстояния между валками (через 2?5 мм) до получения допустимых значений нагрузки стана;

§ в случае нагрузки на главный привод стана менее 5,5 кА производится постепенное (через 0,5 о) увеличение угла подачи до получения допустимых значений нагрузки стана.

По мере износа валков прошивного стана допускается:

§ изменение расстояния между валками и линейками на 10 мм;

§ изменение положения оправки.

Оправка прошивного стана считается пригодной к работе, если её поверхность не имеет впадин, наростов и на ней отсутствует грубая сетка разгара. Величина впадин, наростов и трещин не должна превышать 3 мм. Валки, верхняя и нижняя линейки не должны иметь трещин и грубой сетки разгара.

Основной характеристикой трубопрокатных станов является максимальный диаметр прокатываемых труб. Поэтому после наименования стана идет цифра, указывающая максимальный диаметр прокатываемых труб. Например, автоматический стан 140.

В зависимости от диапазона диаметров прокатываемых труб агрегаты подразделяются на три типоразмера: малые – ТПА-140, средние – ТПА-250, большие – ТПА-400.

На ТПА-140 прокатывают трубы диаметром 70-140 мм с толщиной стенки 3,0-3,5мм ; на ТПА-250 – трубы диаметром 76-250мм с толщиной стенки 3,5-4,0мм ; на ТПА-400 – трубы диаметром 159-400мм с толщиной стенки 4,5-6,0мм .

Технологический процесс производства на установках с автоматическим станом

Рассмотрим последовательность технологических операций при прокатке труб на малых автоматических установках ТПА-140. Схема расположения оборудования приведена на рис. 52, схема технологического процесса – на рис. 53.

Круглую заготовку нагревают в кольцевой печи с вращающимся подом до температуры 1000-1270С. Нагретая заготовка подается для прошивки в гильзу на прошивной стан винтовой прокатки. Схема прошивки приведена выше на рис. 49.

Диаметр заготовки отличается от диаметра гильзы в пределах 10 %. Круглую заготовку диаметром 70- 150 мм получают с трубозаготовочных станов или сортовых станов.

Перед прошивкой торец заготовки центруется пневматическим зацентровщиком для уменьшения разностенности гильз. Коэффициент вытяжки в прошивном стане в зависимости от размера трубы и толщины стенки составляет = 1,56,0.

После прошивки гильза подается на автоматстан. Рабочая клеть автоматических станов – двухвалковая, нереверсивная. По длине бочки размещают 5-12 круглых калибров. Каждый калибр предназначен для прокатки только одного размера трубы.

Прокатка черновой трубы происходит между валками с калибрами и короткой неподвижной оправкой, установленной в калибре валков. Гильзу прокатывают в трубу за два прохода. Схема прокатки приведена на рис. 54.

Рис. 52. Схема расположения оборудования трубопрокатного агрегата 140 с

автоматическим станом:

I – склад заготовок; II – отделение станков для отделки труб; 1 – весы грузоподъемностью 15 т ; 2 – наклонная решетка; 3 – загрузочная и выгрузочная машины; 4 – нагревательная кольцевая печь; 5 – правильный стан; 6 – рольганг; 7 – зацентровщик; 8 – наклонная решетка; 9 – наклонная решетка для бракованных заготовок; 10 – автоматический стан; 11 – раскатной стан; 12 – калибровочный стан; 13 – подогревательная печь; 14 – фрикционный выталкиватель из печи; 15 – редукционный стан; 16 – холодильник; 17 – правильный стан

Рис. 53. Схема технологического процесса производства труб на

установках с автоматическими станами (с одной прошивкой):

1 – нагрев заготовок; 2 – зацентровка заготовок; 3 – прошивка заготовок; 4 – прокатка гильзы в трубу на автоматическом стане; 5 – раскатка труб; 6 – калибровка труб; 7 – промежуточный подогрев труб; 8 – редуцирование труб; 9 – охлаждение труб, 10 – правка труб

Рис. 54. Схема прокатки труб на автоматстане:

а – прокатка; б – возврат трубы; 1 – гильза; 2 – верхний валок; 3 – нижний валок; 4 – оправка; 5 – упорный стержень; 6 – верхний ролик обратной подачи; 7 – нижний ролик обратной подачи; 8 – труба

Первый проход осуществляется с передней стороны стана. Перед прокаткой верхний рабочий валок 2 и нижний ролик обратной подачи7 опущены вниз. При захвате гильзы валками происходит ее обжатие по диаметру и толщине стенки. После первого прохода оператор расклинивает верхний валок, который под действием уравновешивающего устройства поднимается вверх. Одновременно нижний ролик обратной подачи7 поднимается вверх и возвращает трубу на переднюю сторону стана (рис. 54,б ). Затем происходит замена оправки, диаметр которой на 1-2мм больше диаметра оправки первого прохода. Второй проход осуществляется с передней стороны стана. Перед подачей трубу кантуют на 90. Суммарный коэффициент вытяжки за два прохода не должен превышать 1,2 = 2, чтобы избежать надрывов трубы. Максимальная длина трубы после автоматстана – 10- 15м .

После прокатки на автоматическом стане труба имеет некоторую овальность, разностенность (утолщение стенки в местах выпуска калибра), возможно образование рисок на внутренней поверхности трубы из-за налипание частиц металла на оправку. Для устранение этих дефектов черновая труба после автоматстана поступает для прокатки в обкатные машины (рис. 53, 5 ). По устройству обкатные машина подобны прошивным станам: обкатка трубы производится между двумя бочковидными валками и короткой оправкой. В обкатных станах обжатие по толщине стенки составляет 5-10 %, смещенный при деформации объем металла течет преимущественно в тангенциальном направлении, т. е. на увеличение диаметра трубы. Производительность обкатного стана в 1,5- 2 раза ниже, чем основных станов – прошивного и автоматического. Поэтому для выравнивания пропускной способности всех участков устанавливаются два обкатных стана. После обкатных машин труба сt 600С поступает для калибрования в непрерывный калибровочный стан6 (рис. 53), а затем на холодильник9 и правку на правильную машину10 .

Если необходимо уменьшить диаметр труб, тогда после обкатных станов трубы подогревают до температуры 1000- 1150С перед редуцированием в печи7 и прокатывают в редукционном стане8 , откуда они поступают на холодильник для охлаждения и последующей правки и отделки.

ТПА-250 с автоматическим станом имеет такой же состав оборудования, как и ТПА-140, за исключением редукционного стана, который обычно не устанавливается.

ТПА-400 имеют в своем составе две кольцевые печи и два прошивных стана. Второй прошивной стан – элонгатор.

Г ГГТТгГг гт ИХШТГГГГ /ЦК

3 (62), 2011 I IIU

In given article are described various types of sewing\ rollers, their advantages and defects, the characteristic of the is intense-deformed condition in the deformation center is resulted at an insertion on rollers various types are resulted. Besides, in article the directing tool sewing camps is described. The comparative characteristic of Disher"s disks and directing rulers is resulted.

В. В. КЛУБОВИЧ, В. А. ТОМИЛО, БНТУ, В. Э. ИБРАГИМОВ, О. Н. МАСЮТИНА, РУП «БМЗ»

УДК 621.774.35

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕСШОВНЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК

Широкий сортамент труб предопределил множество способов, агрегатов и станов, на которых он реализуется. Причем каждый из способов характеризуется наиболее эффективным диапазоном получаемых труб. Кроме того, специфические требования, предъявляемые к трубам, определяют выбор способа их производства.

Трубное производство непрерывно совершенствуется и развивается, для него характерны не только качественный рост, но и существенные качественные изменения в соответствии с потребностями заказчиков. Расширяется сортамент труб по размерам и материалам, возрастает выпуск труб со специально обработанными наружной и внутренней поверхностями (трубы для атомной энергетики, приборостроения), с защитными и гладкостны-ми покрытиями для магистральных газо- и нефтепроводов и т. д. Для того чтобы получить готовую трубу с надлежащими свойствами и качеством, необходимо, чтобы была правильно подобрана и рассчитана система калибров, обеспечивающих получение трубы заданного размера. В свою очередь калибровка инструмента прошивных станов заключается в правильном построении профиля валков, оправок и направляющего инструмента и определении их размеров .

В данной статье предоставлены различные виды валков прошивных станов и направляющего

инструмента, а также приведена их сравнительная характеристика.

В прошивных станах используются валки следующих типов: бочковидные; дисковые; грибовидные и валки с двойным пережимом.

I. Бочковидные валки прошивных станов представляют собой два усеченных конуса, сложенных вместе большими основаниями (рис. 1). На таких валках различают три участка: входной конус I; пережим т; выходной конус р.

На входном участке происходит подготовка металла к прошивке. Пережим предназначен для сглаживания перехода от входного конуса к выходному. Выходной конус выполняет поперечную раскатку уже прошитой трубы.

Бочковидные валки классифицируются в зависимости от длины входного и выходного конусов.

1. Валки первого типа имеют одинаковую длину входного и выходного конуса (рис. 2). Если длина входного конуса не обеспечивает необходимое качество и размеры гильз, то применяют валки второго типа.

2. В валках второго типа входной конус короче выходного (рис. 3).

3. В валках третьего типа имеются два входных конуса, первый отвечает за улучшение условий захвата, второй сокращает длину очага деформации, что приводит к снижению дефектов на наружной

Рис. 1. Бочковидный валок прошивного стана

Рис. 2. Бочковидный валок прошивного стана первого типа

юти г м€имиигггг:гт

Рис. 3. Бочковидный валок прошивного стана второго типа

Рис. 4. Бочковидный валок прошивного стана третьего типа

и внутренней поверхностях гильзы, поэтому такие валки применяют при прокатке заготовок, которые отличаются по диаметру незначительно (рис. 4).

Рассматривая осевую зону металла в очаге деформации при прошивке, следует отметить, что схема напряженно-деформированного состояния здесь разноименная, так как со стороны валков действуют силы сжатия, а со стороны дисков Ди-шера или направляющих линеек, а также со стороны прошивки - силы растяжения. Такая схема не является желаемой, так как может вызвать разрушение металла, если будет достигнуто критическое обжатие. В конечном итоге, произойдет полное использование запаса пластичности, и образуются макроразрушения, а это приводит к образованию дефектов на внутренней стороне трубы. Поэтому важное условие прошивки не только создание благоприятной схемы напряженно-деформированного состояния при деформации металла и оптимальное соотношение поперечной и продольной деформации, которое значительно влияет на возможность разрушения в центральной зоне заготовки, а также повышение значения критического обжатия.

Повысить критическое обжатие можно за счет изменения обычной схемы напряженно-деформированного состояния (по двум осям - растяжение и по одной оси - сжатие) на новую (по двум осям - сжатие и по одной оси - растяжение). Такое изменение схемы напряженного состояния может быть получено, если изменить скольжение и создать дополнительные подпирающие силы. Это можно воплотить, если на пути течения металла в очаге деформации на валках выполнить гребни, кото-

Рис. 5. Пазовая калибровка валков

рые будут создавать дополнительное сопротивление течению металла, а это в свою очередь приведет к смене схемы напряженного состояния металла в очаге деформации.

Сделанные заключения легли в основу новых типов калибровок валков прошивных станов.

1. Пазовая калибровка (рис. 5) характеризуется тем, что на валках создают гребни переменной высоты и пазы переменной ширины. Угол наклона гребня к оси валка равен 0°. Гребни расположены по всей образующей валка, что приводит к уменьшению растягивающего напряжения и в результате схема становится близкой к схеме с двумя сжимающими и одним растягивающим напряжением, а это в свою очередь приводит к повышению величины критического обжатия. У пазовой калибровки есть один существенный недостаток, который заключается в трудном ее изготовлении.

2. Кольцевая калибровка (рис. 6). Угол наклона гребня к оси валка равен 900. Здесь гребни оказывают аналогичное действие, как и в пазовой калибровке, улучшая, тем самым, напряженно-деформированное состояние.

3. Винтовая калибровка (рис. 7). Угол наклона гребней к оси валка находится в пределах 0-90°. Этот вид калибровки позволяет улучшить схему напряженно-деформированного состояния как в осевом, так и в тангенциальном направлении.

Если при прошивке используются заготовки диаметром до 140 мм, применяют прошивные станы с дисковыми и грибовидными валками. На прокатных станах с грибовидными и дисковыми валками получают более длинные гильзы.

Рис. 6. Кольцевая калибровка валков

/¡гтге Г КтПГЛРГУЯ /117

Несмотря на технологические преимущества прошивных станов с грибовидными валками, они не получали в последнее время развития из-за ряда конструктивных недостатков:

1) нерегулируемые углы раскатки и подачи, что уменьшает производительность и снижает гибкость в работе стана;

2) громоздкая, неудобная в эксплуатации клеть, объединяющая в себе шестеренную и рабочую клети в одной станине;

3) консольное крепление рабочих валков, в сильной степени снижающее жесткость клети.

В современном производстве бесшовных горя-чедеформированных труб применяют такой тип валка, как валок с двойным пережимом. Профиль этого валка показан на рис. 10. В основу калибровки такого валка положен принцип дробления деформации. В этом случае валок разбивается на участки, в которых осуществляются обжатия, значительно меньшие критических, с последующим прохождением участков, где обжатие не производится. В результате применение валков такого типа позволяет улучшить устойчивость заготовки в валках, а также уменьшить разностенность.

Рис. 8. Профиль дискового валка прошивного стана

Рис. 7. Винтовая калибровка валков

II. Профиль дисковых валков прошивных станов показан на рис. 8.

Дисковые валки позволяют получать профили с резкими переходами, кроме того, применение двух-опорных валков дает возможность существенно упростить конструкцию рабочей клети, что обусловливает применение конических валков в станах малых типоразмеров, а дисковых валков - в более тяже-лонагруженных станах больших типоразмеров.

III. Профиль грибовидных валков прошивных станов показан на рис. 9.

На таких валках различают два участка: входной 1п и выходной (/р) конусы.

Рис. 9. Профиль грибовидного валка прошивного стана

Рис. 10. Профиль валка прошивного стана с двойным пере -жимом

При расчете системы калибров, обеспечивающих получение трубы заданного размера, особое внимание необходимо уделить направляющему инструменту, который образует в очаге деформации вместе с валками закрытый калибр, что позволяет вести процесс прошивки с повышенными коэффициентами вытяжки и получать более тонкостенные гильзы. В прошивных станах в качестве направляющего инструмента могут использоваться направляющие линейки и диски Дишера.

Линейки прошивного стана имеют достаточно сложную форму, которая обусловлена видом деформации, величиной обжатий и подъемом диаметра гильзы по сравнению с диаметром заготовки. Линейки в прошивных станах участвуют в процессе деформации заготовок, поэтому их форма должна соответствовать профилю валка таким образом, чтобы между боковыми поверхностями валков и линеек не было зазоров. Также линейки влияют на поперечную деформацию металла, способствуя овализации гильзы.

На рис. 11 приведен профиль линейки прошивного стана.

Плюсы направляющих линеек в том, что они перекрывают весь очаг деформации, однако есть и минусы:

1) они нагреваются и быстро портятся из-за высокого трения с заготовкой;

2) замену линеек производят в ручную, что повышает травмоопасность и физическую нагрузку рабочего персонала;

3) затраты на изготовление линеек больше, чем на изготовление дисков.

Для устранения всех перечисленных недостатков на современном производстве все чаще используют в качестве направляющего инструмента диски Дишера. Профиль дисков Дишера показан на рис. 12.

Преимущество направляющих дисков над направляющими линейками в следующем:

1) сокращается время на производство продукции, так как не надо затрачивать столько времени на замену линеек;

2) диски делают обороты, благодаря чему успевают охлаждаться;

3) трение значительно меньше, чем у линеек, что повышает их износостойкость;

4) заготовка легче извлекается после прокатки благодаря тому, что диски отводятся в разные стороны.

Рис. 11. Линейка прошивного стана

Рис. 12. Диск Дишера

Минус дисков состоит в том, что они захватывают не весь очаг деформации в отличие от линеек.

Замена направляющих линеек направляющими дисками необходима заводам, так как благодаря направляющим дискам издержки производства сократятся и увеличится выпуск продукции. В результате применения направляющих дисков вырастет объем производства, уменьшатся травмо-опасность и физическая нагрузка персонала. Ремонт и замена направляющих дисков обходятся дешевле, чем замена направляющих линеек. Их ресурс также заметно выше.

Необходимо отметить, что для правильного подбора и расчета системы калибров, обеспечивающих получение трубы заданного размера, следует исходить из конкретных условий производства, учитывать специфичность производства, механизацию и автоматизацию производства, размеры и форму деформирующего инструмента, физические и механические свойства стали.

При этом калибровка должна отвечать специальным требованиям, обеспечивая:

1) получение гильз с необходимыми геометрическими размерами и высокое качество наружной и особенно внутренней поверхностей;

2) нормальное и стабильное течение процесса прошивки, не нарушая условий первичного и вторичного захвата;

3) высокую производительность стана при минимальном расходе энергии на прошивку;

4) высокую стойкость инструмента, которая сокращает число перевалок и удлиняет срок его службы;

5) возможность осуществления процесса прошивки для гильз широкого сортамента без дополнительных перевалок.

Литература

1. М а т в е е в Ю. М., В а т к и н Я. Л. Калибровка инструмента прокатных станов. М.: Металлургия, 1970.

2. Технология прокатного производства / А. П. Грудев, Л. Ф. Машкин, М. И. Ханин М.: Металлургия, 1994.