Технология и оборудование производства труб на станах ХПТ (96

удаления окалины с поверхности горячекатаной заготовки, но с меньшей продолжительностью операций.

После травления заготовки тщательно промывают и наносят на них специальные покрытия для уменьшения коэффициента трения и силы прокатки, а также для получения качественной поверхности труб без задиров, рисок и других дефектов. Например, погружение заготовок в горячий водный 5…10 % раствор СаО (известкование), применяемое для нейтрализации остатков кислоты после травления, приводит к образованию на поверхности заготовки тонкого слоя извести. Этот слой служит хорошим подсмазочным покрытием и обладает высокой способностью удерживать на поверхности металла технологическую смазку в условиях высоких контактных давлений.

Заготовки из углеродистых и низколегированных сталей подвергают фосфатированию в водном растворе фосфорной кислоты (0,8 %), окиси цинка (1,5 %) и азотной кислоты (1,8 %) при 65…80 °С в течение 5…10 мин., после чего трубы обрабатывают в 5…10 %-ном водном растворе хозяйственного мыла при температуре 35…50 °С в течение 8…10 мин. При взаимодействии мыла с пленкой фосфата цинка образуется цинковое мыло, обладающее высокими антифрикционными свойствами.

Заготовки из нержавеющих и жаропрочных сталей для лучшего удержания технологической смазки перед холодной прокаткой омедняют – наносят тонкий слой меди химическим или гальваническим методом. В отдельных случаях трубы прокатывают на одной смазке без покрытия.

Смазкой для углеродистых и легированных труб при холодной прокатке служит смесь минеральных масел с противозадирными присадками, а для труб нержавеющих и жаропрочных сталей – смесь касторового масла (40…45 %), талька (35…40 %) и хлористого аммония (15…20 %). Применяют также смазки на основе серебристого графита, который смешивают с машинным маслом и другими добавками.

В качестве охлаждающих жидкостей при холодной прокатке труб применяют водомасляные эмульсии, состав которых зависит от материала прокатываемых труб. Такие эмульсии, как правило, не только обеспечивают отвод тепла от инструмента, но и выполняют функции смазки.

Прокатку труб на станах ХПТ осуществляют по режимам, обусловленным материалом и геометрическими размерами трубы и заготовки, а также наличием оборудования и его техническим со-

30

стоянием и выбранной схемой технологического процесса производства труб. Некоторые маршруты и режимы прокатки труб на ХПТ приведены в табл. 4.2.

Для достижения необходимой кристаллической структуры и получения требуемых механических свойств трубы после холодной прокатки подвергают термической обработке. Как правило, это отпуск для снятия внутренних напряжений, либо отжиг, нормализация и отпуск. Перед термической обработкой с целью удаления остатков технологической смазки трубы обезжиривают в растворе, содержащем каустическую соду, жидкое стекло, тринатрийфосфат и кальцинированную соду. После обезжиривания трубы промывают водой.

5. РАБОЧИЕ ВАЛКИ СТАНОВ ХПТ

Рабочие валки станов ХПТ, как правило, снабжены съемными калибрами, которые закреплены на валках тем или иным способом. Именно калибры контактируют с прокатываемой трубой и являются, по сути, сменным инструментом. В некоторых случаях

31

профильный ручей выполняется непосредственно на бочке валка. Такое исполнение имеют, например, плавающие валки рабочих клетей ХПТ конструкции Днепропетровского трубного института (Украина).

Применение съемных калибров резко сокращает вес технологического инструмента и время, затрачиваемое на его смену. Базой для установки калибра 1 (рис. 5.1) служит бочка валка 2 на шейки которого 3 с напряженной посадкой установлены подшипники. При посадке подшипников, собранных вместе с подушкой, их обычно нагревают в масле до температуры 60…80 °С. Ведущую шестерню валка устанавливают по прессовой посадке на хвостовик 4.

Рис. 5.1. Рабочий валок стана ХПТ:

1 – калибр; 2 – бочка валка; 3 – шейка; 4 – хвостовик

Рабочие валки изготавливают из стали 30ХГСА и подвергают объемной закалке до твердости HRC 40…45; калибры – из сталей ШХ15 и 60ХФА с закалкой до твердости HRC 56…60; шестерни – из стали45ХсповерхностнойзакалкойдотвердостинеменееHRC 45.

В настоящее время распространены три типа калибров (рис. 5.2):

полудисковые (рис. 5.2, а), кольцевые (рис. 5.2, б) и подковообраз-

ные (рис. 5.2, в). Использование кольцевых калибров в длинноходовых станах позволило значительно повысить производительность в результате увеличения длины ручья (а, следовательно, и хода клети) по сравнению с полудисковыми на 50 % и более. Кольцевые калибры просты в изготовлении, но для их замены требуется демонтаж рабочих валков.

Значительно проще заменить подковообразные калибры, их устанавливают, как и полудисковые калибры, в пазах рабочих валков. Применение подковообразных валков по сравнению с полудисковыми позволило увеличить длину ручья на 20 % и повысить производительность станов на 14…17 %.

32

Рис. 5.2. Рабочие валки станов ХПТ с полудисковыми (а), кольцевыми (б), и подковообразными (в) съемными калибрами:

1 – болт; 2 – клин; 3 – съемный калибр; 4 – тело валка; 5 – коническая втулка; 6 – гайка; 7 – контргайка

33

Геометрия ручья калибра определяется калибровкой рабочего инструмента стана ХПТ. Полный расчет калибровки включает расчет профиля и размеров оправки и параметров ручья. При этом необходимо учитывать:

•характер изменения пластических свойств материала трубы в процессе холодной деформации.

•требования к качеству поверхности и точности труб по геометрии.

•требования к стойкости инструмента.

•необходимость рационального распределения нагрузки по длине конуса деформации.

•возможностьпрокаткисмаксимальнойпроизводительностью.

•возможность получения труб с минимальными отходами металла.

Профиль ручья по гребню калибра, развернутый по радиусу делительной окружности ведущих шестерен, (рис. 5.3) состоит из зева подачи, рабочего участка и зева поворота с длинами Lзп, Lp и Lзв соответственно. Длина рабочей части ручья Lp может быть разбита по функциональному признаку на участок редуцирования lр, участок обжатия стенки lо, участок калибровки стенки lп, называемый предотделочным, и участок калибровки трубы по диаметру lк. Длины этих участков определяются конструкцией стана, размерами заготовки и готовойтрубы, атакжепараметрамипринятойметодикикалибровки.

Рис. 5.3. Развертка калибра и положение оправки в очаге деформации:

1–2 – участок редуцирования; 2–3 – обжимной участок; 3–4 – предотделочный участок; 4–5 – калибровочный участок; Fз – площадь поперечного сечения заготовки; Fо…Fк – площади поперечного сечения прокатываемой трубы в начале соответствующих участков; Fт – площадь поперечного сечения готовой трубы

34

Совокупность участков редуцирования, обжатия стенки и предотделочного называют участком деформации, длина которого lд, по сути, является длиной конуса деформации (см. рис. 1.1 и 5.3). В целях унификации технологического инструмента длины основных участков (Lзп, Lзв, lд и lк) для каждого типоразмера стана принимаются постоянными на весь сортамент прокатываемых труб

(табл. 5.1).

Таблица 5.1

Длины участков ручья калибра, принятые на некоторых станах ХПТ

Длина участка редуцирования

где ∆р – зазор между заготовкой и цилиндрической частью оправки. 2tg γp – конусность прокатываемой заготовки на участке редуцирования. 2tg αp – конусность оправки на участке редуцирования.

С достаточной для практических расчетов точностью можно считать

где Fз – площадь поперечного сечения заготовки; dц – диаметр цилиндрической части оправки (см. рис. 5.3).

Для конической оправки

Минимально допустимая величина зазора между цилиндрической частью оправки и внутренней поверхностью заготовки определяется возможными колебаниями толщины стенки заготовки. В зависимости от толщины стенки значение ∆р составляет 1,5…2,5 мм для стана ХПТ-32, 2…3 мм для стана ХПТ-55 и 2,5…3,5 мм для стана ХПТ-75.

Коэффициент вытяжки на участке редуцирования

где Fо =0,25π(Dо2 −dо2 ) – площадь поперечного сечения заготовки в начале обжимного участка (см. рис. 5.3); Do =Dз −lр 2tgγр – наруж-

ный диаметр заготовки в начале обжимного участка. do – диаметр

оправкивначалеобжимногоучастка, do =(Dт −2Sт)+(lд −lр) 2tgαр.

Длину предотделочного участка определяют с учетом коэффициента полировки Kп = 1,0…1,4 по формуле

где 2tg αп – конусность оправки на этом участке. Очевидно, что длина обжимного участка (см. рис. 5.3)

lo =lд −lр −lп,

а коэффициент вытяжки на обжимном участке определяется по формуле

36

Деформация λо на обжимном участке должна быть распределена с учетом характера изменения пластических свойств металла, закона распределения силы прокатки и допустимых значений осевых нагрузок, а также в зависимости от величины заданного соотношения обжатий по стенке и диаметру, определяющих технологическую деформируемость труб.

На практике широкое распространение получила методика калибровки Ю.Ф. Шевакина, согласно которой нарастающий по длине обжимного участка коэффициент вытяжки λx определяется по формуле

где х – расстояние от начала обжимного участка до рассматриваемого сечения (см. рис. 5.3). n – показатель интенсивности изменения деформации по длине обжимного участка (в зависимости от конкретных условий деформации принимают n = 0,32…0,55).

На рис. 5.4 показано поперечное сечение калибра рабочего валка стана ХПТ. Он представляет собой круглый калибр с выпуском по дуге. Угол выпуска калибра ϕв делают переменным: от 32…35° в начале обжимного участка до 18…20° к середине калибровочного участка.

Рис. 5.4. Поперечное сечение калибра рабочего валка стана ХПТ

37

Рис. 5.5. Номограммы для определения коэффициента выпуска калибра c (а) и коэффициента формы калибра kф (б):

β – коэффициент ширины калибра; ϕв – угол выпуска

Радиус выпуска калибра

Технологический зазор между калибрами ∆ (см. рис. 5.4) зависит от типоразмера стана и толщины стенки трубы, обычно он составляет 0,2…1,0 мм. При большом зазоре между калибрами и недостаточной величине угла выпуска ручья металл затекает в зазор, и образуются так называемые усы и закаты. Дефекты можно устранить увеличив угол выпуска калибра φв, однако это отрицательно сказывается на деформируемости материала заготовки, особенно в случае прокатки малопластичных сталей и сплавов. Аналогичных результатов можно добиться, если увеличить радиус скругления кромок ручья r.

39