1.3.1.3. Режими деформації та калібрування інструменту
Розподіл деформацій між станами трубовиробничого агрегату і калібрування деформуючого інструменту в сукупності визначають продуктивність ТПА і якість труб.
Як правило, на ТПА з автоматичними станами коефіцієнт витяж-ки при прошивці заготовки в гільзу на косовалковом стані становить 1,25-4,5. При наявності другого прошивного стану (елонгатора) сумарний коефіцієнт витяжки не перевищує 5,3 (на першому прошивному стані коефіцієнт витяжки зазвичай складає 1,25-2,0, а на другому 1,25-2,7). Коефіцієнт витяжки за один прохід на автоматстані не перевищує 1,5-1,6, однак на практиці отримують менші коефіцієнти витяжки. Оскільки на автомат-стані прокочують широкий сортамент труб, задаються зазвичай не відносній величиною обтиснення стінки труб, яка в залежності від товщини стінки гільзи може змінюватися в межах 15-55%, а абсолютним обтиску стінки Δδ, яке на практиці становить 3-6,5 мм (більшу величину обтиснення приймають для товстостінних труб). Для визначення цієї величини користуються формулою:
.
(1.3)
Максимальне обтиснення стінки на автоматстані обмежується:
Продуктивністю агрегату (особливо при прокатці тонкостінних труб), так як при значній деформації автоматстан, в якому трубу прокочують за кілька проходів, стає «вузьким містом»;
Умовами захоплення труби валками, ускладнюються наявністю нерухомо оправки.
Особливістю прокатки труб в автоматичному стані є те, що, як правило, обидва проходу роблять в одному калібрі (в рідкісних випадках висоту калібру у другому проході роблять дещо менше) і на оправках близького діаметра (діаметр оправки в другому проході на 0-2 мм більше, ніж у першому). Традиційною формою калібру кліті автоматстана є круглий калібр з випусками по радіусу, кутом випуску радий. (30 º) і ко-коефіцієнтом овальності 1,04-1,08 (при прокатці тонкостінних труб коефіцієнт овальності приймають 1,04-1,05, а при прокатці товстостінних 1,06-1,08).
У першому проході в валки задається кругла гільза з рівномірною по периметру товщиною стінки, при цьому захоплення здійснюється спочатку випусками калібру валків і лише потім вершиною. На початку вогнища деформації гільза редукується, а потім обжимається валками на конусно-циліндричної оправці з кутом конусності 10-12 ˚ і довжиною циліндричного паска (при прокатці труб діаметром до 150 мм) 17-26 мм. Після першого проходу труба має овальний поперечний переріз і нерівномірну товщину стінки по периметру: ділянки труби у випусках калібру, не піддавав інтенсивному обтиску на оправці, мають велику товщину стінки. Після кантування задають роликами на кут рад. (90 º) трубу деформують у другому проході. При цьому захоплення відбувається спочатку в вершині калібру, а потім після сплющуванняконтуру труби на ділянках випусків калібру. Внаслідок нерівномірного товщини стінки по периметру труби у другому проході спостерігається більш значна нерівномірність деформації: інтенсивно обтискуються у вершині калібру ділянки труби викликають значні поздовжні розтягуючі напруги в ділянках труби, які перебувають у випусках калібру. Ширину калібру валків необхідно вибирати не менше діаметра гільзи або ширини поперечного перерізу задається в калібр труби.
На ТПА 140 з двома станами подовжньої прокатки «тандем» величи-ни обтиснення стінки визначаються тими ж умовами, що і в на автоматстані. Оскільки в кожній кліті станів поздовжньої прокатки виконується один прохід замість двох на автоматстані, оптимальний розподіл деформацій між станами, що забезпечує максимальну продуктивність і близькі по величині такти прокатки в прошивному стані, СПП-1 і СПП-2, характеризується меншими коефіцієнтами витяжки в прошивному стані і вищими в станах поздовжньої прокатки. Однак підвищення ступеня деформації труб в станах поздовжньої прокатки обмежується умовами захоплення труби валками СПП-1 і СПП-2, які, як показала практика експлуатації ТПА 140, гірше, ніж на автоматстані. Тому обтиснення стінки труби в СПП істотно менше, ніж в на автоматстані, і максі-формальні обтиснення складають 1,0-2,5 мм. Як правило, на ТПА 140 не катають труби з товщиною стінки менше 5-6 мм. Незадовільні умов захоплення труби валками з'ясовані не до кінця.
Однією з причин поганого захоплення труби валками є суттєво упруга деформація оправочного стержня СПП, в результаті якої циліндричний ділянку короткої оправки може зміщуватися в напрямку прокатки за межі вогнища деформації. Це змушує при налаштуванні стану висувати оправку назустріч задається трубі, що скорочує довжину зони редукування вогнища деформації і погіршує вторинний захоплення труби. В таких умовах особливого значення набуває раціональна калібрування інструментів станів поздовжньої прокатки, правильний вибір форми і розмірів калібру валків і оправки. Для усунення вищевказаної проблеми поганого захоплення проводилися численні дослідження та експерименти. Зокрема ВНІТІ, ДМетІ, ВНИИМЕТМАШ і ДТЗ був розроблений і випробуваний ряд досвідчених калібрувань валків СПП.
Один з таких варіантів - система «ящиковий калібр на СПП-1 - овальний калібр на СПП-2». При цьому ящиковий калібр повинен забезпечити поліпшення умов захоплення труби в СПП-1, а овальний калібр, висота якого на 2 мм більше висоти першого калібру, - зменшення величини вусів на задньому кінці труби при прокатці в СПП-2. Випробування калібрування прово-дили при прокатці труб розміром 108х6 мм із заготовки діаметром 140 мм. Захоплення труби валками (без наплавки) СПП-1 був більш стійким, що по- дозволило збільшити максимальне обтиснення стінки труби з 1,5 мм (прийняте на проектній калібрування) до 2,0-2,5 мм. На СПП-2 була істотно зменшена величина вусів. Однак через те, що при випробуваннях дослідної калібрування не була скоректована калібрування задають роликів, була відсутня стабільна контовка труби перед СПП-2.
В основу іншого варіанту калібрування валків СПП була покладена традиційна форма калібру валків - коло з випусками по радіусу, кутом випуску 0,56 рад. (32 º) і зазором між валками 6 мм, але висоту калібру СПП-2, як і в попередньому варіанті, виконали на 2 мм більше, ніж в СПП-1. Даний варіант калібрування зберіг технологічні гідності попереднього і довгий час знаходився в експлуатації.
Спроба замінити калібр СПП-2 аналогічним, але з меншою на 2 мм в порівнянні з СПП-1 висотою калібру (128 мм) і овальністю 1,05 привела до різкого збільшення вусів на задніх кінцях труб після СПП-2, які в цьому випадку утворювалися не тільки при прокатці труб з тонкою стінкою (6-8 мм), але і стінкою більше 8-9 мм.
Тривале випробування на ТПА-140 пройшла калібрування валків з поглибленнями по дну струмка. Вона забезпечувала деяке зменшення величини вусів. Однак наводиться в калібрах такої форми поперечна симетрична різностінність не усуваються повністю при деформації труби в об-катно стані, що знижувало точність труб. При випробуванні системи овальних калібрів станів поздовжньої прокатки поряд з поліпшенням захоплення труби в СПП-1 спостерігалися часті заходи заднього кінця труби на оправці, що свідчить про несприятливий перебіг металу при звільненні вогнища деформації. Цей варіант калібровки також не усунув утворення «вусів» на задніх кінцях труб в СПП-2. Аналіз тактів прокатки і розподілу деформації по станам дозволили встановити, що «вузьким» місцем ТПА-140 є прошивний стан, де коефіцієнт витяжки досягає 5,1-5,2, в той час, як сумарний ко-коефіцієнт витяжки в СПП-1 і СПП-2 не перевищує 1,3-1,5, що суттєво знижує продуктивність агрегату.
Отже, для підвищення продуктивності ТПА-140 коефіцієнт ви-тяжкі в прошивному стані не повинен перевищувати 3,5-4,0 при відповідно більш високому коефіцієнті витяжки в станах поздовжньої прокатки; для зменшення «вусів» на задньому кінці труб після СПП-2 коефіцієнт витяжки в ньому повинен бути знижений до 1,05-1,15 при одночасному збільшенні в СПП-1 до 1,4-1,7.
Висловлюється думка, що збільшена ступінь деформації в СПП-1 може бути досягнута створенням калібру, що має значний резерв за втягуючим силам тертя. Аналіз конфігурації і площі контактної поверхні труби з валками, що мають різну форму калібрів, поки-зал, що найбільшу контактну поверхню, а, отже, і резерв сил тертя мають валки з шестигранним калібром. Крім того, збільшення площі зони редукування в осередку деформації СПП-1 і підвищення в ньому ступеня деформації можуть бути досягнуті збільшенням овальності калібра. На практиці згадані калібри застосування не знайшли.
Калібр СПП-2 повинен забезпечувати прокатку труб без «вусів» і з овальністю, що гарантує нормальний захоплення труби в обкатних станах при одночасному стійкому захопленні в ньому труби. Для цієї мети рекомендується наступне:
Вибирати діаметр оправки в СПП-2 на 2-6 мм більше, ніж в СПП-1 (при відповідному збільшенні висоти калібру в СПП-2);
Вибирати коефіцієнт овальності калібру валків СПП-2 в пре-справах до величини 1,10 (для забезпечення стабільного захоплення труби валками обкатом стану).
З урахуванням наведених вище вимог була розроблена нова калібровка валків станів поздовжньої прокатки. В процесі випробування даного варіанту калібрування валків за рахунок поліпшення умов захоплення вдалося по-висіть ступінь деформації в СПП-1, де коефіцієнт витяжки склав 1,35. Шляхом зміни висоти калібру СПП-1 та відповідного змінення розмірів оправки і гільзи в процесі дослідної прокатки вдалося встановити, що поліпшення умов захоплення може бути досягнуто застосуванням калібру валків з овальністю 1,09-1,15. При цьому збільшення ширини калібра СПП-1 має супроводжуватися відповідним збільшенням висоти калібру СПП-2. Повного усунення «вусів» на задньому кінці труб після СПП-2 добитися не вдалося, і вищенаведені рекомендації промислового використання не отримали. Одним із заходів запобігання затікання металу в випуску калібру є створення закритого калібру валків при прокатці. З проводились удосконалення кліті стана поздовжньої прокатки: між подушками валків встановили пристрої, що містять неприводні диски (товщина диска 10-16 мм), що розміщуються між буртами валків і досить повно закриваючі вогнище деформації при прокатці. Конструкція пристроїв позволяє регулювати положення дисків в кліті СПП. При дослідної прокатці в кліті СПП-2 було повністю усунуто утворення «вусів» на трубах, при цьому якість поверхні труб не погіршувався від контакту з дисками. Внаслідок складності практичного застосування даний пристрій також не знайшло промислового застосування.
Зміна традиційного методу прокатки труб на стані Штіфеля, де деформація по стінці йде тільки до лінії центрів валків, вперше було запропоновано В.Я.Остренко, В.М.Друяном, В.В.Перчаніком та іншими авторами в 1976 році. Ідея полягала в тому, що було запропоновано здійснювати деформацію як до, так і за лінією центрів валків за рахунок наявності на оправці додаткового конічного ділянки. Як окремий випадок цього процесу можна розглядати схему прокатки, при якій деформація по стінці здійснюється починаючи з лінії центрів і тільки за лінією центрів валків. Таким чином, головні недоліки традиційної технологічної схеми прокатки в на автоматстані або станах «тандем»:
Утруднені умови заповнення осередку деформації при спільній протидії осьового опору конусної оправки і осьових складових сил на поверхні контакту металу з калібром;
Висока нерівномірність деформації по периметру через відсутність замкнутого кільцевого профілю, утвореного поверхнею калібра робочих валків і оправки;
Обтиснення по стінці з одночасним зменшенням діаметру, що в сукупності з утрудненим умовами захоплення обмежує деформаційну здатність процесу подовжньої прокатки труб в калібрах на нерухомій оправці,
– по сей день характерні для поздовжньої прокатки труб в калібрах на короткій оправці. Ефективних способів зниження негативного впливу цих факторів до теперішнього часу не вишукано.