9.2. Оборудование и технологический инструмент цепных трубоволочильных станов

Состав оборудования для волочения труб. Механизированные цепные станы прямолинейного волочения периодического действия получили наиболее широкое распространение для изготовления холоднотянутых труб массового сортамента. Их, как правило, изготовляют многониточными с цепным, канатным, гидравлическим и реечным приводами тележки.

В нашей стране ИЗТМ созданы трубоволочильные станы с рабочими линиями, выполненными по двухцепной схеме с усилиями волочения 50; 150; 500; 750; 1500 и 2500 кН. Станы с усилием безоправочного волочения до 150 кН применяют для производства труб малого размера; станы с усилием волочения от 150 до 300 кН в три нитки – для безоправочной обработки труб с предварительной подготовкой захваток на заготовках. Более мощные станы предназначены для волочения на закрепленных и самоустанавливающихся оправках.

Конструкция волочильного стана включает рабочую линию с двухцепным приводом тележки, приемно-разборочные устройства для подготовки головок (захваток) на трубах, механизмы для передачи труб и оправок с устройством для задачи труб в волоки. На рис. 9.1, б показана схема трубоволочильного цепного стана усилием 150 кН для безоправочного волочения. Рабочая линия стана включает приемно-раздаточное устройство 1, карманы 2, стойки 3, рабочий стол 4, тяговые цепи 5, волочильную тележку 6, установку ведущих звездочек 7, главный привод 8, стойки волок 9.

Загрузочные устройства волочильных станов. На рис. 9.3 показано загрузочное устройство с карманами для заготовки, в котором подъем пакета труб осуществляется за счет подъема или вращения цепи с укрепленными на звеньях в виде уголков для разборки пакета. Применяются также загрузочные столы к многониточным волочильным станам такой конструкции, чтобы трубы, скатываясь по наклонному стеллажу, шлепперными устройствами раскладывались в гнезда для дальнейшего надевания на оправки.

Способы и устройства для извлечения оправки из трубы. Наиболее простой и широко применяемый способ извлечения оправки после волочения – выдергивание ее из трубы, установленной в опорной волоке. Этот способ применяют к достаточно толстостенным трубам. Используют и другие способы извлечения оправки из трубы: волочение протяжкой через дополнительные волоки (оправка удаляется за счет увеличения диаметра трубы); обкатка трубы; нагрев или охлаждение, разрушение или деформирование оправки. Известны также способы извлечения оправки из трубы приложением к торцу оправки УЗК, а к трубе – тянущего усилия. Ультразвуковые колебания упруго деформируют оправку и способствуют отрыву ее от поверхности трубы, при этом пластическая деформация отсутствует.

Компоновка оборудования стана обусловлена способом волочения. На рис. 9.4 и 9.5 представлены разные схемы компоновки оборудования волочильных станов периодического действия.

На рис. 9.4, а показана схема стана для безоправочного волочения с ручной загрузкой и выдачей готовых труб. Он состоит из стойки волок 1, стола 2, тянущей тележки 3 и главного привода 4. На рис. 9.4, б представлена схема стана, который оснащен приемно-разборочным устройством 5 и карманами 6. Стан другой конструкции (рис. 9.4, в) снабжен проталкивателем 7 для задачи заготовки в волоку. Для бухтового волочения (рис. 9.4, г) безоправочные станы оборудованы барабаном 8 и ножницами 9 для порезки готовых труб на мерные длины.

При закрепленной и плавающей оправках оборудование волочильных станов компонуют, как показано на рис. 9.5, а.

На короткооправочных станах выполняют загрузку, в ходе которой подготавливают трубу к волочению и вводят в трубу оправку, при этом (рис. 9.5, б), трубу размещают перед стойкой волок и толкателем. По такой схеме принята линейно-последовательная схема размещения оправки со стержнем заготовки и готовой трубы. При этом увеличивается общая длина стана, исключается возможность ввода оправки в трубу с одновременным волочением; но в этом случае уменьшается ширина стана и требуется всего лишь один комплект оправок.

При планировке стана по схеме рис. 9.5, в загрузка заготовок осуществляется над плоскостью волочения. Ширина стана уменьшается, облегчается управление и доступ к приемно-раздаточному устройству, а также к механизму надевания труб на оправки 7. Согласно рис. 9.5, г механизм подготовки захваток 9 устанавливается в позиции загрузки. На рис. 9.5, д позиция загрузки находится в плоскости волочения, а механизм подготовки захваток 9 расположен параллельно оси волочения. Хотя ширина стана и увеличивается, однако появляется возможность совмещения процессов волочения, подготовки захваток на трубах, операции надевания труб на оправку и подачи трубы в позицию волочения.

За рубежом применяют многониточные волочильные станы, что позволяет увеличить производительность стана и улучшить циклограмму работы трубоволочильного стана.

Повышение производительности за счет увеличения количества ниток определяется коэффициентом К_н: при волочении в одну нитку0,9…1,0, в две нитки – 0,75…0,85, в три нитки – 0,65…0,75.

С использованием коэффициента загрузки (К_з = 0,5…0,95) максимальная производительность волочильных станов в три нитки возрастает примерно в 2,0…2,2 раза, чем при волочении в одну нитку.

За рубежом изготовляют многониточные станы в более широком диапазоне: более мощные по абсолютным значениям усилий волочения и сортаменту труб. Так, например, в Японии на заводе фирмы «Сумитомо» эксплуатируется трубоволочильный стан с гидроприводом прямого действия и усилием волочения 5 МН, применяемый для короткооправочного и безоправочного волочения труб диаметром до 500 мм и длиной до 7 м. Скорость волочения плавно регулируется в диапазоне от нуля до 10 м/мин.

В США фирма «Etna Standard» изготовляет станы с усилием волочения до 2,75 МН; в США и Италии работают станы одновременного волочения пяти труб.

В Германии, Австрии, Англии, Японии и других странах для производства труб из углеродистых сталей вводят цехи, включающие только волочильное оборудование, преимущественно поточные линии с автоматизированными высокопроизводительными многониточными станами (трех-, пятиниточные) короткооправочного и безоправочного волочения. Производительность трехниточных короткооправочных станов при коэффициенте использования 0,68 составляет 3500 м/ч (195 труб по 18 м). На отдельных станах достигнуто значение коэффициента использования 0,94.

Технологический инструмент трубоволочильных станов – волоки и оправки. Волоки применяют двух типов: стальные (рис. 9.6, а) и из металлокерамических сплавов (рис. 9.6, б). Рабочий профиль волоки состоит из входного конуса, где происходит основная деформация трубы по диаметру и толщине стенки, калибрующего участка и выходного (обратного) конуса. Оптимальное значение угла волоки должно соответствовать углу трения (tg = ¦); на практике принимают  = 12…14º для холодного волочения и 24…25º при теплом (700ºС) волочении. Длина калибрующего участка определяется зависимостью а = 1,5S₀ и составляет 3…8 мм; угол обратного конуса  = 30º. Габаритные размеры стальных волок: D = 60…250 мм; L = 40…80 мм. Металлокерамические волоки (фильеры), как правило, запрессовываются в стальные обоймы. Длина калибрующего пояска у них в 1,5 раза меньше, чем у стальных волок. Длина конического участка k = 5…12 мм; габаритные размеры фильер: D = 20…140 мм, L = 15…48 мм. Волоки изготовляют из стали 45, а также из 30ХГСА, 12Х5МА, 40Х5Т, металлокерамические – из сплавов ВК8А, ВК15А.

Оправки (рис. 9.7) подразделяют по конструктивному исполнению и способу волочения. Неподвижные короткие оправки с отверстием (а) применяют для волочения труб диаметром до 30 мм, а оправки – хвостовики (б) – при волочении труб меньших размеров.

Самоустанавливающиеся оправки имеют конический участок с углом a₀ = 9…12º, при рабочем угле волоки a = 12…14º. Диаметр оправки D_оп должен быть меньше внутреннего диаметра заготовки: D_оп = (D_з – 2 S_з) – 0,5 мм.

Длинные подвижные оправки имеют по всей длине диаметр, равный внутреннему диаметру трубы; длина оправки должна быть на 1,0 мм больше длины трубы после волочения. Изготовляют неподвижные полые оправки из сталей 30ХГСА, 45, оправки-хвостовики – из стали 45. Самоустанавливающиеся оправки изготовляют из сталей 30ХГСА, ВК15А, а подвижные – из стали 0ХН2Ф. Стальные оправки в ряде случаев хромируют, что увеличивает их стойкость и повышает качество труб.

Современные волочильные станы оборудованы волокодержателями с регулируемыми сферическими обоймами. Перед волочением с помощью контрольной трубы или шаблона совмещают оси волоки и захватного устройства тележки, а затем обойму фиксируют. Как показано на рис. 9.8 волоки 3 и 4 устанавливают в конусном отверстии сферической обоймы 5, расположенной в доске 1 и закрепленной винтом 2. После регулировки соосности обойма фиксируется винтами 6 и скобами 7.