Технология и оборудование производства труб на станах ХПТ (96

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

О.В. Соколова, А.А. Восканьянц, Т.Ю. Комкова

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ НА СТАНАХ ХПТ

Под редакцией А.П. Молчанова

Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия по курсу «Технологические основы

проектирования прокатных и трубных станов»

М о с к в а Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

2 0 0 7

УДК 621.771.28 ББК 34.748

С59

Рецензенты: Н.Т. Богданов, А.В. Власов, А.В. Чекулаев

Соколова О.В., Восканьянц А.А., Комкова Т.Ю.

С59 Технология и оборудование производства труб на станах ХПТ: Учеб. пособие / Под ред. А.П. Молчанова. – М.: Изд-во МГТУим. Н.Э. Баумана, 2007. – 40 с.: ил.

ISBN 5-7038-2942-9

В пособии рассмотрены особенности одного из наиболее распространенных способов производства холоднодеформированных труб – холодной периодической прокатки на станах холодной прокатки труб (ХПТ); представлены основные зависимости для расчета технологических параметров холодной периодической прокатки на станах ХПТ; описана технология прокатки труб на них и даны рекомендации по расчету технологического инструмента; охарактеризованы наиболее интересные конструкции рабочих клетей этих станов.

Для студентов старших курсов, изучающих дисциплину «Технологическиеосновыпроектированияпрокатныхитрубныхстанов».

Ил. 17. Табл. 5. Библиогр. 5 назв.

УДК 621.771.28 ББК 34.748

Учебное издание

Ольга Вадимовна Соколова Андрей Александрович Восканьянц Татьяна Юрьевна Комкова

Технология и оборудование производства труб на станах ХПТ

Редактор Н.М. Маслова

Корректор Г.С. Беляева Компьютерная верстка А.Ю. Ураловой

Подписано в печать 18.12.2006. Формат 60×84/16. Бумага офсетная.

Печ. л. 2,5. Усл. печ. л. 2,33. Уч.-изд. л. 2,15.

Тираж 100 экз. Изд. № 7. Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ......................................................................................................

Условные обозначения ...............................................................................

1. Прокатка труб на валковом стане ХПТ .................................................

2. Основные технологические параметры процесса прокатки

на валковом стане ХПТ ..............................................................................

3. Оборудование валковых станов ХПТ ....................................................

4. Особенности технологии прокатки труб на станах ХПТ .....................

5. Рабочие валки станов ХПТ ....................................................................

Список литературы .....................................................................................

ВВЕДЕНИЕ

Высокие прочностные свойства, повышенная точность и хорошее качество поверхности труб, получаемых на станах холодной прокатки, обусловили их широкое распространение и стимулировали интенсивное развитие технологических процессов холодной прокатки труб (ХПТ), а также разработку соответствующего технологического оборудования. Способом холодной прокатки в нашей стране в настоящее время производят до 50 %, а за рубежом – до 25 % холоднодеформированных труб, включая трубы из труднодеформируемых материалов.

На станах холодной прокатки изготавливают трубы диаметром от 6 до 450 мм, толщина стенок которых составляет от нескольких десятых долей миллиметра до 30 мм и более. Основная масса стальных холоднодеформированных труб общего назначения производится по ГОСТ 8733-74 (технические требования) и ГОСТ 8734-75 (сортамент) из углеродистых и легированных сталей.

Наибольшее распространение в промышленности получили станы холодной продольной периодической прокатки труб: валковые станы (станы ХПТ) и станы холодной прокатки труб роликами

(станы ХПТР или роликовые станы). Основные преимущества этих станов заключаются в том, что они дают возможность получать максимальное (до 85 %) обжатие сечения заготовки за один проход, а также высоко экономичны и технологически маневренны. В последнее время стали получать распространение комбинированные валково-роликовые станы c последовательно установленными валковыми и роликовыми клетями. Такие станы сочетают достоинства обоих способов прокатки. Существуют также станы поперечной прокатки труб (ППТ), которые используются в специальных целях для изготовления небольших партий прецизионных труб и тонкостенных труб большого диаметра.

В пособии рассмотренны особенности технологического процесса холодной продольной периодической прокатки труб, пред-

3

ставлены методики расчета основных технологических параметров и характеристики оборудования станов ХПТ.

При написании пособия авторами использован опыт научноисследовательских работ, выполненных кафедрой «Оборудование и технологии прокатки» МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с АХК ВНИИМЕТМАШ им. А.И. Целикова.

4

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1. Геометрические параметры процесса прокатки труб на стане ХПТ

Dз – наружный диаметр заготовки трубы перед прокаткой. Dт – наружный диаметр готовой трубы после прокатки. Sз – толщина стенки трубной заготовки.

Sт – толщина стенки готовой трубы.

Fз – площадь поперечного сечения трубной заготовки. Fт – площадь поперечного сечения готовой трубы. Lз – длина трубной заготовки.

Lт – длина готовой трубы.

θр – угол зоны редуцирования. θо – угол зоны обжатия.

θз – угол захвата. m – подача.

Vm – смещенный (поданный) объем металла за один ход клети. ∆Sx – абсолютное обжатие по толщине стенки в сечении x.

λd – коэффициент вытяжки от деформации по диаметру.

λs – коэффициент вытяжки от деформации по толщине стенки. λΣ – суммарный коэффициент вытяжки.

γx – угол наклона образующей конуса деформации в сечении x. Fконт – горизонтальная проекция площади контакта металла с

валком.

2. Энергосиловые параметры процесса прокатки труб на стане ХПТ

P – сила прокатки.

pср – среднее давление металла на валок.

σв – временноесопротивлениедеформацииматериалазаготовки. µ – коэффициент трения в контакте металла с инструментом.

Приведены условные обозначения технологических и конструктивных параметров, использованные в формулах и иллюстрациях.

5

3. Геометрические параметры инструмента стана ХПТ

Lзп – длина зева подачи калибра рабочего валка. Lзв – длина зева поворота калибра.

lр – длина редуцирующего участка калибра.

lо – длина участка обжатия стенки (обжимного участка). lп – длина предотделочного участка калибра.

lк – длина участка калибровки трубы по диаметру. Rx – радиус калибра в сечении x.

rx – радиус валка по вершине калибра в сечении x. ρx – радиус выпуска калибра в сечении x.

ϕв – угол выпуска калибра.

β – коэффициент ширины калибра. kф – коэффициент формы калибра. Bx – ширина калибра в сечении x. 2tg α – конусность оправки.

dц – диаметр цилиндрической части оправки.

6

1. ПРОКАТКА ТРУБ НА ВАЛКОВОМ СТАНЕ ХПТ

Холодная прокатка труб на валковом стане осуществляется на конической (иногда цилиндрической) оправке двумя или тремя рабочими валками, совершающими возвратно-поступательное и возвратно-вращательное движение (рис. 1.1). Рабочие валки перемещаются вдоль оси прокатки на определенную величину, называемую ходом валков. Двигаясь поступательно, рабочие валки поворачиваются вокруг своей оси на угол, называемый углом разворота валков. После перемещения из одного крайнего положения в другое валки реверсируются и возвращаются в исходное положение. Цикл повторяется с частотой от 20 до 200 двойных ходов в минуту в зависимости от типоразмера стана (чем меньше диаметр прокатываемых труб, тем выше частота).

Рис. 1.1. Схема холодной прокатки труб на стане валкового типа (ХПТ):

1 – калибр; 2 – валок; а – положение калибра перед рабочим ходом клети (подача заготовки); б – положение калибра перед обратным ходом клети (поворот трубы и оправки); I – зев подачи; II – конус деформации; III – калибровочный участок; IV – зев поворота

7

В большинстве конструкций станов ХПТ валки совершают возвратно-поступательное движение вместе с рабочей клетью [1]. Поворот валков происходит при помощи шестерен, закрепленных на них консольно и находящихся в зацеплении с неподвижными рейками (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Рабочая клеть стана ХПТ 6-15 конструкции ВНИИМЕТМАШ:

а – вид со стороны механизма подачи заготовки; б – вид сбоку; 1 – станина; 2 – синхронизирующие шестерни; 3 – рабочие валки с калибрами; 4 – клиновой механизм установки валков; 5 – шестерня привода валков; 6 – зубчатая рейка; 7 – шатун привода перемещения клети

На калибрах, вставляемых в рабочие валки, либо непосредственно на валках нарезан ручей переменного сечения. При движении клети вдоль оси прокатки валки обкатывают и обжимают заготовку в результате того, что диаметр ручья уменьшается по мере поворота валков. Когда валки достигают крайнего переднего положения и поворачиваются на угол разворота валков, диаметр рабочей части ручья уменьшается до размеров готовой трубы.

Деформируемую часть заготовки в первом приближении можно представить в виде усеченного конуса, диаметры оснований которого равны диаметрам заготовки и готовой трубы, а высота – ходу валков. Этот конус, называемый конусом деформации, по сути, является разверткой переменного ручья калибра.

8

За каждый двойной ход валков, соответствующий их перемещению из одного крайнего положения в другое и обратно, в зону деформации подается новая порция металла. В этих целях перед началом движения валков в направлении прокатки (прямой ход) выполняется осевое перемещение заготовки вперед на некоторую величину, называемую подачей. Подача определяет объем металла, деформируемого за один двойной ход валков. Для того чтобы заготовку можно было беспрепятственно подавать вперед, калибры на валках выполнены таким образом, что в исходном (заднем) положении валков рабочая часть ручья образует так называемый зев подачи – окружность, по диаметру несколько большую, чем диаметр прокатываемой заготовки (см. рис. 1.1).

Аналогичный зев, диаметр которого несколько больше диаметра готовой трубы, образуется калибрами и в крайнем переднем положении валков. В поле этого зева, называемого «зевом поворота» (см. рис. 1.1), при каждом двойном ходе валков перед началом обратного хода заготовка поворачивается вокруг оси на некоторый угол (обычно 60…90°), что необходимо для обеспечения высокого качества проката. Заготовка может поворачиваться и в исходном положении одновременно с осевой подачей.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ НА ВАЛКОВОМ СТАНЕ ХПТ

При прокатке труб на станах ХПТ очаг деформации постоянно меняется. Поэтому анализ основных технологических параметров деформирования традиционно проводят применительно к мгновенному очагу деформации, т. е. рассматривают некоторое сечение по длине конуса деформации, в котором в данный момент времени происходит прокатка.

Обычно при определении формы очага деформации в качестве исходных данных принимают теоретические параметры конуса деформации в соответствии с калибровкой, учитывая смещение его сечений на величины подачи и вытяжки. В реальных условиях параметры конуса деформации не соответствуют теоретическим значениям. Это объясняется изменением расстояния между осями рабочих валков и осью прокатки вследствие упругой деформации рабочей клети, погрешностями настройки стана, а также относительным смещением сечений конуса деформации вследствие наличия зазоров в зубчатых зацеплениях механизма привода валков и осевых перемещений оправки и заготовки в процессе прокатки.

9