5.3. Примеры расчета калибровки инструмента станов хпт Расчет калибровки инструмента станов хпт по методике ю.Ф. Шевакина

Пример 5.1. Рассчитать калибровку инструмента при прокатке трубы из стали 12Х18Н10Т по маршруту: D_зS_з → D_тS_т = 57·4,5 мм → 38,0·1,8 мм. Величина подачи m = 6 мм. Длина конической части ручья l_д = 410 мм; длина участка редуцирования l_р = 74 мм; длина обжимного участка (по толщине стенки) l_о = 336 мм. Зазор между калибрами ∆k = 0,4 мм. Схема очага деформации стана ХПТ приведена на рис. 5.12.

Решение

Характеристика калибровки инструмента. Суммарный коэффициент вытяжки

_ = [S_з (D_з – S_з)] / [S_т (D_т – S_т] = [4,5 (57 – 4,5] / [1,8 (38 – 1,8 ] = 3,63.

Относительное уменьшение площади поперечного сечения

[(F_з – F_т)/F_з]·100% = [(731,89 – 204,5)/731,89]∙100 = 73%.

Относительное обжатие стенки заготовки

[(S_з – S_т)] / S_з = [(4,5 – 1,8) / 4,5]·100 = 60%.

Уменьшение наружного диаметра заготовки

D_з – D_т = 57 – 38 = 19 мм.

Конусность оправки 2tg выбирается, исходя из уменьшения (D_з – D_т). Рекомендуемая конусность оправок приведена в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Конусность оправок станов ХПТ

Стан	Dз – Dт, мм	2tg, рад
ХПТ 32	< 13	0,01…0,015
	> 13	0,02
ХПТ 55	< 14	0,01
	14…18	0,015
	> 18	0,02…0,03
ХПТ 75	12…16	0,01
	17…22	0,02
	23…28	0,03
	> 28	0,04

В данном примере D_з – D_т = 19 мм, следовательно, 2tg = можно принять 0,025. Диаметр оправки в конце конической части ручья d_п = d_п = D_т – 2S_т = 38 – 2·1,8 = 34,4 мм.

Диаметр цилиндрической части оправки

D_ц = d_п + l_д∙2tg = 34,4 + 410 · 0,03 = 44,65 мм.

Расчет профиля гребня ручья.

Величина зазора для ввода оправки в заготовку

∆p = (D_з – 2S_з) – D_ц = (57 – 2·4,5) – 44,65 = 3,35 мм.

Утолщение стенки на участке редуцирования

∆S_р = (0,05…0,06) ∆p = 0,06∙3,35 = 0,201 мм.

Толщина стенки заготовки после редуцирования

S_р = S_т + ∆S_р = 4,5 + 0,2 = 4,7 мм.

Коэффициент вытяжки по стенке _x = S_р / S_т = 4,7 / 1,8 = 2,61.

Для определения размеров профиля гребня ручья на обжимном участке необходимо знать коэффициент вытяжки _x в контрольных сечениях, которые определяют по номограмме (рис. 5.6) и толщину стенки S_x = ∆S_p/S_s в контрольных сечениях:

Номер сечения . . . . . . . . .	0	1	2	3	4	5	6	7
x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	1	1,3	1,6	1,45	2,05	2,3	2,5	2,6
Sx, мм . . . . . . . . . . . . . . . . .	4,7	3,66	2,93	2,54	2,29	2,04	1,88	1,8

Диаметр оправки в контрольных сечениях определяется из выражения:

d_x = d_п + l_x 2tg,

где l_x – расстояние от калибрующего участка до данного сечения

d₀ = 34,4 + 336∙0,025 = 42,8 мм;

d₁ = 34,4 + 298 0,025 = 41,6 мм;

d₂ = 34,4 + 240 0,025 = 40,4 мм;

d₃ = 34,4 + 192 0,025 = 39,2 мм;

d₄ = 34,4 + 144 0,025 = 38,0 мм;

d₅ = 34,4 + 96 0,025 = 36,8 мм;

d₆ = 34,4 + 48 0,025 = 35,5 мм;

d₇ = 34,4 + 0 0,025 = 34,4 мм.

Диаметр ручья калибра в контрольных сечениях: D_xi = d_xi + 2S_xi – ∆k_i

D₀ = d₀ + 2S₀ – ∆k = 42,8 + 2 4,7 – 0,4 = 51,8 мм;

D₁ = d₁ + 2S₁ – ∆k = 41,6 + 2 3,66 – 0,4 = 48,52 мм;

D₂ = d₂ + 2S₂ – ∆k = 40,4 + 2 2,93 – 0,4 = 45,96 мм;

D₃ = d₃ + 2S₃ – ∆k = 39,2 + 2 2,59 – 0,4 = 43,98 мм;

D₄ = d₄ + 2S₄ – ∆k = 38 + 2 2,29 – 0,4 = 42,18 мм;

D₅ = d₅ + 2S₅ – ∆k = 36,8 + 2 2,04 – 0,4 = 40,48 мм;

D₆ = d₆ + 2S₆ – ∆k = 35,6 + 2 1,88 – 0,4 = 38,95 мм;

D₇ = d₇ + 2S₇ – ∆k = 34,4 + 2 1,8 – 0,4 = 37,6 мм.

Определение ширины ручья. Расчет ширины ручья проводится в контрольных сечениях по формуле:

B_xi = D_xi + 2 [k_Тm_xi (2tg_x – 2tg) + k_m_xi·tg],

где k_Т = 1,8…1,05 – коэффициент, учитывающий вынужденное уширение и износ инструмента(большие значения – для начальных сечений; меньшие – для конечных); k_ – коэффициент, учитывающий горизонтальное сплющивание валков: k_ = 0,7.

Конусность участков обжимной зоны ручья 2tg_xi = (D_x – D_x-i) / l_x, где l_x = 48 мм – длина участка.

Конусность участков обжимной зоны ручья по сечениям:

Номер сечения . . . . . . . . . . . . . .	1	2	3	4	5	6	7
2tg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	0,068	0,055	0,039	0,0375	0,035	0,032	0,028

Расчетная величина ширины ручья в контрольных сечениях:

В₁ = 48,52 + 2 [1,8·6·1,3 (0,068 – 0,025) + 0,7·6·1,3·0,025] = 50,20 мм.

В конечном итоге получим расчетные значения ширины ручья в контрольных сечениях

Номер сечения, i . . . . . . . . . . . . .	1	2	3	4	5	6	7
Bxi, мм (расчет). . . . . . . . . . . . . . .	50,20	47,37	44,84	43,04	41,32	39,68	38,24

К рассчитанной величине ширины ручья следует прибавить величину зазора ∆k = 0,4, тогда ширина ручья по сечениям будет равна:

Номер сечения, i . . . . . . . . . . . . .	1	2	3	4	5	6	7
Bxi, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	50,60	47,77	45,24	43,44	41,72	40,08	38,64

Пример 5.2. Расчет калибровки инструмента стана ХПТ-55 по методике ГТИ (бывш. ВНИТИ) – ПНТЗ.

Для расчета принимаем следующие исходные данные: маршрут 48×2,3 → 28×1,0 мм; материал труб – сталь 12Х18Н10Т. D_з = 48 мм; S_з = 2,3 мм; диаметр готовой трубы D₀ = 28мм; толщина стенки S₀ = 1,0 мм; зазор между оправкой и внутренней поверхностью заготовки (необходимый для свободного прохода оправки через заготовку при зарядке стана) ∆р = 2 мм; зазор между калибрами при расточке ручья, шлифовке и прокатке ∆k = 0,4 мм; величина подачи за один двойной ход клети m = 6 мм; длина конической части ручья (развертки) L_р = 406 мм.

Характеристика калибровки инструмента. Общий коэффициент вытяжки:

.

Относительное уменьшение площади поперечного сечения заготовки после деформации в калибрах:

,

где F_з – площадь поперечного сечения заготовки; F₀ – площадь поперечного сечения готовой трубы.

Относительное уменьшение толщины стенки заготовки:

.

Уменьшение наружного диаметра заготовки

.

Калибровка оправки. Диаметр цилиндрического участка оправки

.

Диаметр конца конической части (диаметр калибрующего участка)

.

Конусность оправки

.

Изменение диаметра оправки на длине каждого из семи участков конической части ручья

.

Расчет профиля гребня ручья. Диаметр ручья в любом сечении x_n вычисляют по формуле

.

Величину 2a₀ определяем по уравнению

.

Величину обозначаем через коэффициент k_п. Коническую зону ручья стана ХПТ-55 разбиваем на 7 участков и в каждом сечении определяем 2a₀k_п:

Сечение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	1	2	3	4	5	6	7
2a0kп . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	0,046	0,138	0,230	0,0391	0,713	1,173	1,909

Расчет профиля гребня ручья начинают от калибрующего участка.

Диаметр ручья в калибрующем участке мм.

Диаметры ручья в конце каждого участка (начиная от калибрующего) равны, мм:

D₁ = D₀ + d + 2a₀k_п1 = 27,6 + 2,2 + 0,046 = 29,846;

D₂ = D₁ + d + 2a₀k_п2 = 29,846 + 2,2 + 0,138 = 32,184;

D₃ = D₂ + d + 2a₀k_п3 = 32,184 + 2,2 + 0,230 = 34,614;

D₄ = D₃ + d + 2a₀k_п4 = 34,614 + 2,2 + 0,391 = 37,205;

D₅ = D₄ + d + 2a₀k_п5 = 37,205 + 2,2 + 0,713 = 40,118;

D₆ = D₅ + d + 2a₀k_п6 = 40,118 + 2,2 + 1,173 = 43,491;

D₇ = D₆ + d + 2a₀k_п7 = 43,491 + 2,2 + 1,909 = 47,600.

Определение ширины ручья. Развалка ручья:

(в конце рабочего участка);

(в начале обжимной зоны),

где 2tg – конусность ручья;

;

;

;

Развалка в промежуточных сечениях от b_к до b_н (b₀ = b_к = 1,38) составит, мм:

;

;

;

;

;

;

.

Ширина ручья равна сумме величин диаметра и развалки (B_x = D_x + b_x), таким образом, мм:

;

;

;

;

;

;

;

.

Развалку калибровочного участка принимаем b = 0,2–0,8 мм, начиная от зева поворота до его половины. Далее развалка плавно увеличивается до b_к, соответственно изменяется и ширина ручья калибрующем участке.

Примеры расчета калибровки инструмента станов ХПТ с расчетом маршрута прокатки заготовки из КС-стали на нескольких станах ХПТ для получения готовой трубы по маршруту прокатки D_З×S_З → D_т×S_т = 83,0×5,75 → 20,0×1,0 мм (табл. 5.2).

Таблица 5.2. Примеры расчета калибровки инструмента станов ХПТ

Действия	Формула для расчета	Пример расчета
1. Определяется количество проходов п и округляется до ближайшего большего		F = 3,14 (83–5,75)∙5,75 = 1394,72 мм2; Fn = 3,14∙(20–1) 1 = 59,66 мм2; по расчету по формуле n = 2,5 принимаем n = 3
2. Определяется общая вытяжка за три прохода и уточняется средний коэффициент вытяжки		μобщ = 1394,72 / 59,66 = 23,3778 или , откуда µср = 2,8594
3. Рассчитывается площадь поперечного сечения трубы после каждого стана		мм2 мм2 F3 = 59,66 мм2 (определена ранее)
4. Выбираются маршрут прокатки, тип стана и промежуточные размеры подката	По данным, приведенным в табл. 5.1	Маршрут: стан ХПТ75: 83→57 мм, стан ХПТ55: 57→38 мм, стан ХПТ32: 38→20 мм
5. Рассчитывается, абсолютное обжатие по диаметру заготовки	∆D = Dз – Dт	ХПТ75: ∆D = 83 – 57 = 26 мм, ХПТ55: ∆D = 57 – 38 = 19 мм, ХПТ32: ∆D = 38 – 20 = 18 мм
6. Проверяется, допустимо ли расчетное обжатие по диаметру ∆D по технической характеристике стана	По табличным данным	ХПТ75: ∆D = 32 мм;ХПТ55: ∆D = 30 мм; ХПТ32: ∆D = 24 мм
7. Рассчитывается получаемая толщина стенки трубы после прокатки. Для этого определяется внутренний диаметр трубы dт и толщина стенки Sт	;	После стана ХПТ75: мм; мм После стана ХПТ55: мм; мм
8. Окончательно уточняются площади поперечного сечения трубы и коэффициенты вытяжки после каждой прокатки		F1 = 3,14∙(57—2,9) 2,9=492,63 мм2; F2 = 3,14·(38—1,5) 1,5 = 171,92 мм2