
- •3. Отформатировано 125 рисунков. Все рис. Можно вставлять в текст рукописи. Текст рукописи.
- •Рекомендовано
- •Москва – 2010
- •Оглавление
- •Предисловие
- •I. Общие вопросы производства холоднодеформированных труб
- •Глава 1. Классификация, сортамент и методы испытаний холоднодеформированных труб
- •1.1. Классификация, сортамент и техническая характеристика стальных труб
- •1.2. Сортамент труб из цветных металлов и сплавов, области их применения
- •1.3. Методы испытаний холоднодеформированных труб
- •Глава 2. Исходные заготовки для производства труб
- •2.1. Технические требования и сортамент заготовки
- •2.2. Подготовка трубной заготовки к прокатке и волочению
- •II. Производство холоднодеформированных труб на станах периодического действия
- •Глава 3. Теоретические основы процессов холодной периодической прокатки на станах хпт и хптр
- •3.1. Особенности пластического формоизменения и напряженно-деформированное состояние металла при холодной прокатке труб
- •3.2. Кинематика процесса и условия захвата металла валками при холодной периодической прокатке труб
- •3.3. Энергосиловые параметры при холодной периодической прокатке труб
- •3.4. Примеры расчета условий захвата и энергосиловых параметров при прокатке на станах хпт
- •Расчет усилия металла на валки при прокатке на станах хпт
- •3.5 Основы теории прокатки труб на роликовых станах хптр
- •3.6. Примеры расчета энергосиловых параметров по методике ю.Ф. Шевакина при прокатке на станах хптр
- •Глава 4. Оборудование и технологический инструмент валковых станов холодной периодической прокатки
- •4.1. Классификация, состав и техническая характеристика станов хпт
- •4.2. Оборудование станов хпт
- •4.3. Технологический инструмент станов хпт
- •4.4. Методы расчета на прочность основных механизмов и технологического инструмента станов хпт
- •4.5. Расчет конструктивных и технологических параметров станов хпт по методике ю.Ф. Шевакина
- •4.6. Совершенствование оборудования станов хпт
- •Глава 5. Калибровка технологического инструмента станов хпт
- •5.1. Общие принципы расчета калибровки технологического инструмента станов хпт
- •5.2. Методы расчета профиля обжимного участка (рабочего конуса) калибра стана хпт
- •5.3. Примеры расчета калибровки инструмента станов хпт Расчет калибровки инструмента станов хпт по методике ю.Ф. Шевакина
- •Глава 6. Оборудование и технологический инструмент роликовых станов хптр
- •6.1. Оборудование роликовых станов хптр
- •6.2. Технологический инструмент роликовых станов
- •6.3. Расчет калибровки технологического инструмента станов хптр
- •Решение:
- •1. Длина опорной планки определяется по формуле (6.8):
- •6.4. Совершенствование процесса и оборудования периодической прокатки на станах хптр
- •Глава 7. Технология прокатки труб на станах периодического действия
- •7.1. Технология производства холоднокатаных труб
- •7.2. Маршруты прокатки и расчет технологического процесса изготовления холоднодеформированных труб
- •7.3. Теплая прокатка труб на станах периодического действия
- •7.4. Особенности производства специальных видов холоднодеформированных труб
- •7.5. Технологические линии и компоновка оборудования для производства холоднодеформированных труб
- •III. Производство труб на волочильных станах
- •Глава 8. Теоретические основы волочения труб
- •8.1. Способы волочения труб
- •8.2. Напряженно-деформированное состояние металла и допустимые степени деформации
- •8.3. Контактное трение и смазки при волочении труб
- •8.4. Усилия при волочении труб
- •8.5. Расчетная часть
- •Глава 9. Оборудование и технология производства труб на волочильных станах
- •9.1. Классификация и техническая характеристика трубоволочильных станов
- •9.2. Оборудование и технологический инструмент цепных трубоволочильных станов
- •9.3. Конструкция станов барабанного (бухтового) волочения труб
- •9.4. Расчеты некоторых узлов волочильных станов на прочность
- •9.5. Технология и маршруты волочения труб
- •9.6. Совершенствование процессов и волочильного оборудования
- •IV. Качество и отделка холоднодеформированных труб
- •Глава 10. Качество готовых труб
- •10.1. Виды брака труб, способы его предупреждения и устранения
- •10.2. Контроль и способы повышения качества труб
- •Глава 11. Отделка холоднодеформированных труб
- •Глава 11. Отделка холоднодеформированных труб
- •11.1. Способы и технология отделки труб
- •11.2. Компоновка оборудования в поточные линии для отделки труб
- •Фото а.П. Коликов
3.3. Энергосиловые параметры при холодной периодической прокатке труб
В процессе холодной периодической прокатки каждое сечение заготовки деформируется в постоянно изменяющемся мгновенном очаге как при прямом, так и при обратном ходе клети. На рис. 3.8 показана схема действия сил в мгновенном очаге деформации при холодной прокатке на стане ХПТ.
С достаточной степенью точности для расчетов принимают точку приложения сил нормального давления и касательных сил трения по середине дуги касания металла с валком (см. рис. 3.8).
Величину вертикальной составляющей усилия металла на валок Рв при прямом и обратном ходе клети стана ХПТ определяют по формуле:
Рв = рFкон. (3.14)
Для определения средних нормальных контактных напряжений Ю.Ф. Шевакиным предложены эмпирические формулы:
для прямого хода клети
,
(3.15)
для обратного хода клети
,
(3.16)
где в – временное сопротивление прокатываемого металла при данной степени деформации; n – коэффициент, учитывающий влияние среднего главного напряжения; f – коэффициент внешнего трения (для стали f = 0,08…0,12); Sз – толщина стенки заготовки, мм; Rш – радиус ведущей валковой шестерни, мм.
Площадь контактной поверхности соприкосновения металла с валком можно представить состоящей из поверхности соприкосновения в зоне обжатия стенки (см. рис. 3.6, а) и в зоне редуцирования (см. рис. 3.6, б)
(3.17)
Весьма простые, но сравнительно точные формулы для определения площади контактной поверхности рекомендует Ю.Ф. Шевакин:
(3.18)
(3.19)
где
– коэффициент формы контактной
поверхности;
– ширина и диаметр ручья в рассматриваемом
сечении;
– полное обжатие в очаге деформации;
– радиус валка по вершине калибра:
;
– обжатие по толщине стенки в очаге
деформации.
Для определения
горизонтальной проекции контактной
поверхности при прямом или обратном
ходе клети следует вместо
подставлять соответственно
или
.
При учете упругого сплющивания валков
горизонтальную
проекцию контактной поверхности с
учетом упругого сплющивания Ю.Ф. Шевакиным
рекомендуется рассчитывать по формуле:
,
(3.20)
где в – временное сопротивление материала трубы при данной степени деформации.
Для определения усилия металла на валки необходимо рассчитать калибровку ручья и определить давление в нескольких контрольных сечениях по длине ручья для того, чтобы установилось наибольшее усилие. Избежать предварительного расчета калибровки, мгновенных обжатий и др. параметров можно, воспользовавшись формулой Ю.Ф. Шевакина для определения полного усилия металла на валки:
(3.21)
где = 1,42
для стали, сплавов титана и 1,10–1,17 – для
сплавов на основе меди и алюминия –
коэффициент, зависящий от характера
упрочнения металла;
– временное сопротивление материала
при 50%-ной деформации;
– средний радиус обжимной зоны ручья:
– длина рабочей части ручья без
калибрующего участка.
Осевые усилия, действующие на заготовку. При холодной прокатке труб на заготовку со стороны валков приложены значительные осевые усилия разного знака. Это является результатом отсутствия равновесия горизонтальных составляющих усилий, действующих в очаге деформации. Большое влияние на величину и направление тангенциальных сил оказывают скоростные условия, которые при холодной прокатке весьма сложны.
Ю.Ф. Шевакин рекомендует определять осевые усилия при холодной периодической прокатке по следующим формулам.
При прямом ходе клети, если зона отставания мала по сравнению с зоной опережения, т. е. ωх < о (см. рис. 3.8):
.
(3.22)
Если
,
то:
(3.23)
При обратном ходе клети, если Rш > Rобж, то
(3.24)
если Rш < Rобж ,то:
(3.25)
где РΣпр
– среднее полное усилие на валки при
прямом ходе клети; РΣоб
– среднее полное усилие при обратном
ходе клети; РΣоб = (0,7…0,9)PΣпр;
Rш
– радиус ведущей валковой шестерни;
Rобж
– радиус валка в обжимной части ручья
для рассматриваемого сечения; f –
коэффициент внешнего трения; αВ
– угол выпуска ручья;
– центральный угол, определяющий
протяженность очага деформации в области
обжатия стенки;
– угол, ограничивающий зону отставания
металла относительно поверхности валка;
Kα
– коэффициент, характеризующий степень
участия выпуска ручья в деформации
металла и зависящий от характеристики
поворотно-подающего механизма:
Участок ручья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
Начало* |
Середина* |
Конец* |
Коэффициент K при |
|
|
|
раздельных повороте и подаче трубы . . . . . |
0,50 / 1,00* |
0,25 / 0,85 |
0 / 0,76 |
совмещенных повороте и подаче трубы . . . . |
0,25 / 0,90 |
0,10 / 0,70 |
0 / 0,50 |
двойном повороте трубы . . . . . . . . . . . . . . . . |
0,75 / 0,75 |
0,50 / 0,60 |
0,25 / 0,50 |
* В числителе – прямой ход клети, в знаменателе – обратный.
Осевое усилие в значительной степени определяется усилием металла на валки (рис. 3.9, а) и влияющими на него параметрами. Однако наиболее влияет на осевое усилие радиус начальной окружности ведущей валковой шестерни, от которого зависят величина и знак осевого усилия (рис. 3.9, б).
Осевое усилие, действующее на заготовку, достигает максимума к концу хода клети. При больших значениях сжимающего осевого усилия теряется устойчивость трубы в продольном направлении, а растягивающие осевые усилия вызывают продольное смещение заготовки. Наиболее эффективное средство снижения осевых усилий – изменение радиуса начальной окружности ведущей валковой шестерни.
Момент прокатки, необходимый для деформации металла, без учета потерь на трение и динамических потерь, расходуется на преодоление моментов от вертикальной составляющей полного и осевого усилий.
Полный момент прокатки (для двух валков) зависит от направления хода клети.
При прямом ходе клети:
(3.26)
Если осевое усилие при прямом ходе клети сжимающее (направлено против движения клети), то момент его осевого усилия суммируется с моментом от сил давления, а если осевое усилие растягивающее, то полный момент представляет разность моментов сил давления и осевых.
При обратном ходе клети:
(3.27)
Если осевое усилие при обратном ходе клети сжимающее (направлено по направлению движения клети), то полный момент представляет разность моментов от RΣоб и QΣоб, а если осевое усилие растягивающее (направлено против движения клети), то полный момент равен сумме моментов этих сил.
Определение моментов значительно упрощается с использованием величины усредненного полного давления:
при прямом ходе
(3.28)
при обратном ходе:
(3.29)
где Rрасч = Rб – [(rз–rт)/4] – расчетный радиус валка; nQ = 0,08÷0,1 – коэффициент, зависящий от скоростных условий процесса; ΔSср – среднее обжатие за цикл: ΔSср = (S3–ST)/nд, nд = 3lобж / [m (1+2μΣ)] – коэффициент дробности деформации: lобж – длина обжимной части ручья.