|
В процессе косой прокатки оси
валков наклонены одна относительно другой на определенный угол. Заготовка
проходит в плоскости симметрии этого угла и деформируется валками,
вращающимися в одном направлении. В процессе движения заготовка надвигается
на неподвижную оправку (пробку).
Оправка в большинстве случаев вращается вместе с
заготовкой, что уменьшает трение между обжимаемым металлом и инструментом.
Истечение металла в процессе косой прокатки происходит по винтовой линии.
Величина деформации металла определяется размерами и
формой щели между валками, а также характером движения заготовки через эту
щель.
Характерной особенностью процесса косой прокатки сплошных
тел является образование в них осевой полости благодаря давлению на отдельные
участки наружной поверхности заготовки от косорасположенных валков,
вращающихся одновременно с ней в одном направлении. Если участки давления
валков на металл расположены диаметрально противоположно, а заготовка, вращаясь,
соприкасается с валками только в двух участках, то происходит разрушение ее
осевой части и образуется осевая полость. Однако возможно выбрать количество
участков давления и их расположение по окружности заготовки таким образом,
что при соответствующем угле наклона валков разрушение металла произойдет по
кольцевой полости, расположенной на некотором расстоянии от наружной
поверхности. Образующаяся при этом внутренняя цилиндрическая часть заготовки
не пригодна для дальнейшей прокатки или прошивки в гильзу.
В процессе косой прокатки на станах различной конструкции
предусматриваются на валках не менее чем два основных участка: участок
(конус) прошивки и участок поперечной прокатки. Первый участок образуется
рабочими поверхностями валков и представляет собой постепенно суживающуюся
щель между валками, которую металл проходит, перемещаясь по винтовой линии.
Такой характер перемещения зависит от наклона осей валков и скорости их
вращения в одном направлении. Благодаря винтовому перемещению металла через
суживающуюся щель поперечное сечение заготовки принимает приблизительно
эллиптическую форму, и при этом каждая частица, вращаясь между валками,
дважды за один оборот подвергается обжатию. Такое повторное обжатие
поперечного сечения заготовки и является основной причиной образования
внутренней полости в процессе косой прокатки .
Пытались объяснить образование полости особенностями косой
прокатки. А. Нёль [X] показал, что при поперечной прокатке цилиндрического
тела в валках, вращающихся в одном направлении и сближающихся друг с другом,
наблюдается отчетливое образование полости.
Научное объяснение образования полости при поперечной
прокатке дано Е. Зибелем . Исследование процесса косой прокатки с
применением болтов, вставленных в заготовку, проводилось Ф. Коксом.
Практическое использование явления образования полости при
поперечной прокатке для производства бесшовных труб осуществляется на станах
косой прокатки трех типов: валковом (с бочкообразными валками, 1), с
грибовидными валками ( 2) и дисковом ( 3).
В валковых прошивных станах угол а наклона валков к оси
заготовки незначителен (3—12 град.). Небольшая величина этого угла и
определяет бочкообразную форму валков, опирающихся на две шейки. На участке
прошивки диаметр валков увеличивается обратно пропорционально изменению
диаметра заготовки.
В стане с грибовидными валками участок прошивки
принципиально не отличается от такого же участка валкового стана. Так как
угол наклона валков здесь составляет около
30 град., изменение диаметра валка происходит более резко,
чем в валковых станах, вследствие чего увеличивается истирающее действие
инструмента на поверхность заготовки. Значительный наклон валков приводит к
грибовидной форме и необходимости одностороннего (консольного) крепления
валков.
В дисковом стане винтовое движение заготовки возникает не
вследствие косого расположения валков, а потому, что заготовка находится в
плоскости, расположенной ниже оси валков. Заготовка при входе в диски
встречается с двумя валками: с одним, имеющим наибольший диаметр, и с другим,
имеющим наименьший диаметр. По мере продвижения заготовки в дисковых валках
соотношение диаметров меняется на обратное. Отсюда следует, что поверхность
заготовки на этих станах подвергается исключительно большому истирающему
воздействию со стороны валков.
Из сказанного видно, что на поверхности заготовки
возникают значительные напряжения, минимальные в валковых станах и резко
возрастающие в станах других конструкций. Наличие этих напряжений приводит к
тому, что малейшие дефекты на поверхности заготовки или внутри ее
расширяются, приводя к значительным дефектам на полученной гильзе.
Процесс деформации на участке прошивки определяется
четырьмя факторами: длиной и конусностью соответствующих участков валков,
шириной поверхности соприкосновения заготовки с валками и количеством обжатий
металла за время прохождения им участка прошивки. Длина и конусность участка
прошивки связаны с максимальным обжатием заготовки (обжатием в пережиме).
Ширина поверхности соприкосновения валков с металлом зависит от диаметра
валков и их установки. Количество циклов обжатий за время прохождения участка
прошивки зависит от взаимного расположения валков и заготовки.
Задачей процесса прошивки в станах косой прокатки является
получение из сплошной заготовки полой гильзы возможно большей длины и имеющей
совершенно чистые наружную и внутреннюю поверхности. При деформации сплошной
заготовки в гильзу желательно иметь возможно большее истечение металла в
осевом направлении. Исходя из общих законов деформации, длина очага
деформации в направлении наибольшего истечения металла должна быть возможно?
короткой.
Требование иметь возможно короткий очаг деформации
вызывает необходимость иметь возможно широкую поверхность соприкосновения
металла с валками для увеличения осевого усилия. Увеличение ширины поверхности
валков возможно путем увеличения их диаметра или придания им соответствующей
формы (дискообразной). Увеличение ширины поверхности соприкосновения имеет и
то преимущество, что оно способствует образованию полости, и поэтому возможно
сокращение длины очага деформации в осевом направлении.
В противоположность другим процессам прокатки, в косой
прокатке увеличение диаметра валков и придание им дискообразной формы весьма
полезно. 10
Тате же, как диаметр валка и длина очага деформации,
конусность участка прошивки и величина обжатия, испытываемого заготовкой за
каждый полуоборот, тесно связаны друг с другом.
Из практики известно, что различные материалы имеют
различное сопротивление образованию полости. Легкопроши- ваемые материалы
позволяют получить полость при небольшом количестве сравнительно больших
обжатий по поперечному сечению. Для прошивки таких материалов применяют валки
большого диаметра с коротким конусом прошивки, имеющие большие углы
конусности и наклона валков к оси прошивки. При этом благодаря короткому
времени прошивки пробка (оправка) нагревается и изнашивается значительно
меньше.
Труднопрошиваемые материалы вообще не выдерживают
значительных обжатий. Поэтому при прошивке таких материалов требуются
возможно меньшая конусность конуса прошивки, большее количество обжатий, а
также малый угол наклона оси валков к оси заготовки.
Если рассматривать отдельно конус прошивки, то можно
видеть, что его идеальной формой является та, которая обеспечивает возможно
короткую длину и возможно большую ширину очага деформации при возможно малой
конусности конуса прошивки и минимальном числе оборотов заготовки за время
прошивки. Кроме того, желательно иметь отношение между диаметрами заготовки и
валков таким, чтобы истирание поверхности заготовки было наименьшим. Такая
идеальная форма валков зависит от сопротивления металла деформации и диаметра
заготовки. Однако практически идеальная форма валков невозможна вследствие
разнообразия применяемого материала и размеров прошиваемой заготовки.
К участку прошивки непосредственно примыкает участок
поперечной прокатки, где оправка работает в качестве третьего внутреннего
валка. Сечение, соответствующее началу поперечной прокатки, характеризуется
тем, что внутренняя поверхность гильзы отстает на этом месте от поверхности
оправки или, иными словами, площадь поперечного сечения отверстия гильзы
больше площади поперечного сечения оправки.
Исследования процесса поперечной прокатки, проведенные Ф.
Коксом и К. Симонейтом, показали, что при этом истечение металла происходт в
направлении, перпендикулярном оси валков, в каждом из двух участков,
образуемых оправкой и одним из валков. Процесс прокатки в данном случае
напоминает продольную прокатку в профильных валках. Важным результатом этих
исследований является то, что процесс деформации происходит только на
участках соприкосновения металла с валками и оправкой, а по остальному
периметру гильзы деформация отсутствует.
Возникающее на участке прошивки осевое усилие обеспечивает
продвижение заготовки через сужающийся очаг деформации. При этом заготовка
преодолевает сопротивление, оказываемое валками и оправкой. На участке
прошивки около 5% поверхности заготовки соприкасается с валками; оправка,
находясь в контакте с металлом по всему периметру, подвергается весьма
сильному воздействию гильзы в осевом направлении.
При косой прокатке в валковых станах ( 1), предназначенных
для получения толстостенных гильз, осевая деформация (удлинение) происходит
главным образом на участке прошивки. На участке же поперечной прокатки
удлинение весьма незначительно, здесь происходит лишь сглаживание внутренней
поверхности и заварка образовавшихся разрывов.
Несколько отличен процесс деформации в станах валковых,
дисковых и с грибовидными валками, если они предназначены для получения
тонкостенных гильз для последующей прокатки на автоматических или непрерывных
станах. На участке поперечной прокатки в этих станах также происходит
значительное уменьшение поперечного сечения гильзы, а следовательно, и ее
удлинение. Это достигается установкой между валками линеек, которые,
препятствуя уширению металла, вызывают его удлинение. Наличие значительной
осевой деформации безусловно требует большого осевого усилия, которое может
быть достигнуто лишь благодаря большому отношению диаметров валков и
заготовки или за счет дискообразной формы валков. Заготовка прижимается к
линейкам под значительным давлением и оказывает на них большое истирающее
действие. Поэтому для линеек требуется применять специальные дорогостоящие
материалы. Использование линеек4 позволяет получить тонкостенную гильзу,
которую возможно прокатать на короткой оправке (в автоматическом стане) в
готовую трубу за два-три прохода.
Таким образом, если на участке поперечной прокатки
необходимо иметь значительное удлинение, то очаг деформации на этом участке
должен быть замкнутым по периметру, что имеет весьма большое значение для
получения тонкостенных гильз.
Деформация на участке поперечной прокатки в станах косой
прокатки подчиняется тому же закону, что и на участке прошивки: размер
поверхности соприкосновения в направлении деформации должен быть наименьшим с
целью уменьшения сопротивления трения. В случае, если участок поперечной
прокатки используется для получения вытяжки, длина его в осевом направлении
должна быть наименьшей. С другой 12 стороны, длина готового участка гильзы,
получаемого за один проход между валками (за один полуоборот заготовки),
зависит от длины участка поперечной раскатки.
Чтобы гильзы не имели уступов винтовой формы, наружная и
внутренняя обрабатывающие поверхности должны быть по возможности горизонтальными.
Длина готового участка гильзы, получающегося за один ее оборот, тем больше,
чем больше валков установлено по окружности гильзы. Если стремятся достичь
возможно большого удлинения гильзы на участке поперечной прокатки, то
количество металла за один проход между валком и оправкой (за один полуоборот
заготовки) должно быть невелико, что особенно важно для тонкостенных гильз.
Таким образом, металл должен быть подвергнут возможно большому количеству
обжатий при возможно малой длине очага деформации. Большое количество обжатий
может быть достигнуто лишь путем увеличения числа оборотов валков или за счет
минимального шага спирали, по которой движется металл. Уменьшение осей
скорости передвижения металла, которое является следствием уменьшения шага
спирали, может быть допущено только при одновременном увеличении числа
оборотов валков во избежание охлаждения металла в процессе косой прокатки.
Следовательно, для увеличения вытяжки на участке
поперечной прокатки необходимо иметь:
а) возможно более закрытый очаг деформации,
достигаемый путем применения линеек и увеличения количества валков;
б) возможно малую длину очага деформации в осевом
направлении ;
в) возможно большое количество повторных обжатий
(полуоборотов) металла для прокатки тонкостенных гильз.
В станах косой прокатки, работающих с длинным очагом
деформации и применяющихся в основном для меньших вытяжек, следует обращать
особое внимание на уменьшение напряжений вследствие окручивания металла. Это
требование имеет значение тем больше, чем меньше толщина стенки; оно особенно
важно для станов-расширителей, на которых прокатывают готовые тонкостенные
трубы.
Сравнивая основные положения, которые желательно соблюдать
для участков прошивки и поперечной прокатки, легко видеть, что они в
известной степени противоречивы. Как будет показано ниже, при обеспечении
оптимальных условий прокатки участок прошивки может быть образован только
двумя валками. Для этого участка желательны возможно большой диаметр валков и
возможно малое количество повторных обжатий (полуоборотов заготовки). С
другой стороны, для участка поперечной прокатки требуется возможно большее
количество и валков и повторных обжатий.
Для обоих участков желательна как можно меньшая
протяженность участков в осевом направлении. Практически при калибровке
валков прошивных станов сочетают в возможно большой степени указанные выше
требования. В качестве примера можно привести рабочие и направляющие валки
валкового прошивного стана ( 4—6).
Калибровка валков прошивного стана, обеспечивающая
нормальное протекание процесса деформации, имеет большое значение для
технических и экономических показателей процесса прошивки и качества
получаемой продукции. До настоящего времени она базируется на практических
данных.
Теоретически диаметр валков следовало бы определять по
условиям захвата. Однако обычно его определяют из соотношения d = = (1,75
^-2,0) которое обеспечивает захват заготовки как в направлении вращения, так
и в осевом направлении.
Вторым основным размером валка является длина I его бочки,
которую нужно рассчитывать в зависимости от диаметра валка. Обычно I = (1,25
-ь- 1,50)d. Большая длина бочки предпочтительней, так ка*с позволяет иметь
большую длину отдельных участков валка. Стан работает при этом спокойнее и
металл испытывает меньшие напряжения.
В соответствии с процессом прошивки валок состоит из двух
конусов, соединенных между собой большими основаниями. Место их соединения
носит название пережима. Передний конус образует так называемый конус
прошивки, в котором происходит обжатие заготовки и образование в ней
отверстия. Второй конус, называемый конусом поперечной прокатки, служит для
расширения и раскатки гильзы. При производстве толстостенных гильз (без
линеек) наличие только этих двух участков оказывается недостаточным для
обеспечения требуемой точности размеров гильзы и ее прямизны. В этом случае
количество отдельных участков, особенно в зоне поперечной прокатки,
значительно увеличивается. Основным размером валка является его наибольший
диаметр d в пережиме. Величина его выбирается исходя из
ветствующие рекомендуемые соотношения. Необходимо
отметить, что приведенные величины не являются обязательными. Они дают лишь
общее направление для создания оптимальной формы валка. Так, например, при
прошивке крупных слитков валки делают более пологими. Указанные размеры
опробованы в прошивном стане с углом наклона валков 5 град., который является
наиболее распространенным. При друпих углах наклона они должны быть несколько
изменены.
Участок прошивки в виде только одного конуса имеет тот
недостаток, что в этом случае захват заготовки (слитка) несколько большего
диаметра будет затруднен. Поэтому при- 16
мерно на одной трети длины участка прошивки рекомендуется
иметь угол наклона образующей конуса приблизительно в два раза больше, чем на
остальной длине участка. Этот первый участок, называемый конусом захвата,
облегчает захват заготовок большего диаметра. В случае, если участок прошивки
скалиброван в виде одного конуса, то для обеспечения захвата крупных слитков следует
раздвинуть соответствующим образом валки. Однако при этом для слитков,
имеющих диаметр меньше, чем обычно, длина используемого участка прошивки
может оказаться недостаточной для образования полости.
Для образования полости в процессе косой прокатки важное
значение имеет длина поверхности соприкосновения, которую желательно создать
возможно большей. Протяженность поверхности соприкосновения должна достигать
точки пересечения осей валков, соответствующей наиболее узкому месту калибра
(пережиму).
Сокращение длины поверхности соприкосновения путем
смещения пережима в направлении входа заготовки не оправдывает себя по многим
соображениям. Для осуществления процесса косой прокатки необходимо, чтобы
заготовка уменьшалась в диаметре до точки пересечения осей валков и
увеличивалась в диаметре за этой точкой. Кроме того, при сокращении длины
конуса прошивки необходим больший угол наклона его образующей, что
нецелесообразно. Процесс косой прокатки можно представить себе как процесс,
протекающий в бесконечно большом количестве последовательных калибров.
Обжатие в каждом из таких калибров будет возрастать с увеличением угла
наклона образующей конуса прошивки и может оказаться чрезмерно большим. При
плохой подготовке к образованию полости осевое сопротивление увеличится.
Из-за этого процесс косой прокатки нарушится и продвижение заготовки может
полностью прекратиться. Это особенно характерно для слитков большого
диаметра. При достаточно длинной поверхности соприкосновения образуется
широкая и глубокая лунка на торце прошиваемой заготовки, что способствует лучшему
центрированию оправки и уменьшению разностенности прошиваемой гильзы.
Образование лунки будет также тем лучше, чем дольше продолжается вращение
заготовки в процессе обж&айя или чем длиннее поверхность соприкосновения
с валками. Большая длина поверхности соприкосновения желательна также с точки
зрения улучшения качества получаемых гильз. Процесс образования полости
требует определенного времени, которое нельзя уменьшать из-за возможных
вредных последствий. При слишком быстром действии нагрузки возникают разрывы
металла, приводящие к образованию внутренних плен.
Наконец, большая длина поверхности соприкосновения
благоприятно влияет на расход энергии, что подтверждается специально
проведенными наблюдениями. При уменьшении длины поверхности соприкосновения
металла и валков давление в каждом калибре из всего бесконечного числа
отдельных калибров становится больше, а следовательно, становится оолыпе и
общая нагрузка на валки. Приведенные вы- 18 ше соображения указывают на
необходимость создания возможно большей длины поверхности соприкосновения в
конусе прошивки, а отсюда и возможно большей длины конуса прошивки. При
отношениях длины валка к его диаметру в пределах 1,5—2,0 рекомендуется длина
конуса прошивки п = 0,34 /, угол наклона образующей 7= 4^-6 град.
Поворотным пунктом в процессе деформации заготовки косой
прокаткой является пережим — место перехода от обжатия к расширению.
В соответствии с общими правилами калибровки следует
избегать резкого изменения направления деформации. Чтобы удовлетворить такому
требованию, делают на валке небольшой цилиндрический поясок. Вследствие этого
металл с точки зрения его деформации будет находиться некоторое время в
относительно спокойном состоянии. Произойдет только продвижение заготовки
вперед
Из приведенных выше соображений пережим обычно располагают
так, чтобы середина его совпадала с серединой бочки валков. Длина о участка
пережима обычно равна 0,02 /
При построении конуса расширения должны быть учтены два
обстоятельства. Во-первых, в процессе расширения большая часть металла как бы
висит в воздухе. Это делает процесс неустойчивым и он легко может нарушиться.
Поэтому следует, по возможности, применять минимальное расширение. При этом
необходимо также учитывать то, что при большем расширении часть цилиндрического
участка оправки будет находиться в следующем участке деформации гильзы.
Во-вторых, после значительной переменной деформации в конусе прошивки металл
может сравнительно свободно и легко расширяться. Поэтому угол наклона
образующей конуса расширения может быть больше угла наклона образующей конуса
осаживания. При слишком малом угле наклона образующей металл при поперечной
прокатке будет подвергаться слишком большому обжатию. Рекомендуемые размеры
конуса поперечной раскатки (при длине бочки / от 1,5 до 2,0 d): р = 0,12 /; В
6 град.
Участок калибровки (осаживания) предназначен для придания
поперечному сечению гильзы формы круга, поскольку после расширения гильза
имеет более или менее эллиптическое или овальное сечение. Задача значительно
облегчится, если металл при большом расширении можно обрабатывать как
снаружи, так и изнутри. Отсюда и вытекает необходимость того, чтобы часть
цилиндрического участка оправки находилась на участке расширения.
Размеры участка осаживания определяются исходя из
необходимости применять небольшие, но достаточные для получения требуемой
формы обжатия для обработки сравнительно тонкостенной гильзы, весьма
чувствительной к деформации. Поэтому такой участок должен иметь довольно
большую длину, а угол наклона образующей конуса должен быть небольшим. При
нарушении данного правила возникает опасность сплющивания (овализации)
заготовки у выхода ее из валков. Приходится также учитывать необходимость
оставления у бочки валка достаточной длины для последующего участка
деформации (участка полировки). Рекомендуемые размеры конуса осаживания:
q = 0,22 /; в = 1 н-2 град.
Последним участком валка стана косой прокатки является
участок чистовой обработки (полировки), служащий для придания тльзе
цилиндрической формы с гладкой поверхностью. Очевидно, для этой цели более
рационально использовать цилиндрический валок, чем конический. На этом
участке осуществляется также правка гильзы. Цилиндрическая форма
полировочного участка обеспечивает, кроме того, получение гильзы с острыми
краями по торцу, что облегчает ее захват в стане окончательной прокатки.
Длину г участка полировки рекомендуется принимать равной 0,15 I .
Рассмотрим теперь калибровку направляющих валков,
назначением которых является устранение выхода заготовки из калибра,
образованного рабочими валками. Форма валка, соответствующая этому
назначению, может быть цилиндрической и требует лишь небольших изменений.
Размеры и про филь направляющих валков ( 4—6, 9) зависят от размеров и
профиля рабочих валков. Рекомендуется принимать диаметр направляющих валков
df = 0,55-7-0,61 d\ при этом диаметр направляющего валка должен быть
несколько больше диаметра наибольшего прошиваемого слитка. Очевидно, длина If
направляющего валка равна длине I рабочего валка.
Для облегчения захвата и обжатия прошиваемого слитка
рекомендуется применять в начальном участке направляющего валка
двухступенчатый конус ( 9). Углы наклона образующих такого конуса принимают
равными половине угла наклона образующих соответствующих участков рабочих
валков. После пережима направляющие валки имеют цилиндрическую форму. При
такой калибровке возможно расположение направляющих валков в стане без
наклона их относительно оси прокатки
Принцип косой (геликоидальной) прокатки так же, как
указывалось выше, осуществляется в станах с грибовидными и дисковыми валками.
Последние первоначально использовались братьями Маннесман в девяностых годах
прошлого сто-из толстостенных гильз; однако, несмотря на значительные затраты
времени и средств, эти опыты закончились безуспешно. Позже Штифелем эти станы
были применены для получения тонкостенных гильз, подвергаемых раскатке в
автоматических станах; для этой цели они применяются и в настоящее время.
Основным отличием дисковых прошивных станов (рис, 3)
является то, что валки в них расположены в одной плоскости, а оси их
параллельны. Калибр образуется коническими поверхностями дисков. Осевое и
вращательное перемещение заготовки достигается путем расположения оси
заготовки ниже оси валков. Кроме того, отличительным признаком такого стана
является то, что рабочий диаметр дисков в направлении прокатки меняется в
противоположную сторону (один диаметр увеличивается, а другой — уменьшается).
Профилированные диски 1 и 2 ( 3) укреплены на валках 3 и 4, которые через
1 Советские исследователи (П. Т. Емельяненко, Ю. М. Матвеев,
Я. JL Ваткин) рекомендуют принимать углы наклона образующих конусов
направляющих валков равными углам наклона образующих конусов рабочих валков.
Прим. пер.
передачи 5—7 и 6—8 соединены с приводом. Однако основным
отличием прошивных станов Штифеля для получения тонкостенных гильз является
не форма и расположение валков, а применение направляющих линеек,
препятствующих уширению металла и вынуждающих течь металл в осевом
направлении. Получаемые таким образом тонкостенные гильзы возможно прокатать
в два-три прохода в автоматическом стане. Для каждого размера прокатываемых
заготовок требуются специальные линейки, причем между валками и линейками
должен быть минимальный зазор, препятствующий проникновению в него металла.
В дисковых станах обычно получают гильзы для прокатки
готовых труб наружным диаметром не более 135 мм . В качестве примера на 11 показан валок дискового стана для
получения гильз наружным диам. 80—190 лш . Ограничение
применения дисковых станов по наибольшему размеру прошивных гильз вызвано
тем, что с увеличением диаметра гильзы увеличивается диаметр валков, что
приводит к неудовлетворительным условиям деформации. Стан с грибовидными
валкащ* не имеет подобного ограничения и может применяться для производства
труб больших размеров. Валки такого стана ( 2) образуют с осью прошиваемой
заготовки угол около 30 град.; увеличение диаметра обоих валков происходит здесь
от входа к выходу заготовки одновременно. Привод валков 1 и 2 осуществляется
через конические зубчатые передачи 3—4 и 5—6 и цилиндрические зубчатые
передачи 7—8 и 9—10 от главного привода.
Валки с осями 11 и 12 и с соответствующими коническими
шестернями образуют рабочую клеть, которая для получения гильз различного
диаметра может перемещаться в осевом направлении. Для обеспечения ее
перемещения валы 13 и 14 делаются телескопическими. В качестве примера на 12
показан грибовидный валок для прошивки гильз диам. 80— 160 мм .
Описанные выше два типа прошивных станов Штифеля в течение
многих лет успешно применялись для производства тонкостенных гильз,
раскатываемых на автоматических станах. Впоследствии основной принцип работы
этих станов Шти- феля (применение линеек) был распространен и на валковые
станы. В течение ряда десятилетий на них прокатывали главным образом обычные
стали и поэтому не требовалось каких- либо изменений установившихся
калибровок и настройки клети. Однако начавшееся производство труб из
легированных сталей потребовало пересмотра основных параметров процесса
прошивки. Для прокатки труб из легированных сталей потребовались специальные
калибровки и режимы обжатий, так что в настоящее время настройка прошивного
стана производится не только при переходе с одного размера на другой, но и
при изменении марки стали прошиваемой заготовки одного и того же размера.
Чем меньше толщина стенки гильзы, получаемой из сплошной
заготовки, тем больше, естественно, давление на оправку и тем больше
напряжение продольного изгиба в стержне. В свою очередь чем больше длина
гильзы, тем больше длина стержня и тем меньше (при одном и том же диаметре)
его сопротивляемость продольному изгибу. Поэтому при ггрокатке тонкостенных
гильз с изменением размера гильзы требуется замена проводок с тем, чтобы
зазор между проводкой и гильзой был минимальным
В упомянутых выше станах для прошивки" тонкостенных
гильз имеется значительное трение между линейками и металлом гильзы. Дишером
разработана новая конструкция косо- валкового прошивного и прокатного станов
с вращающимися дисковыми проводками, не имеющая этого недостатка. Валки 1 с
дисковыми проводками 2, приводимыми во вращение через муфты 3, образуют
закрытый калибр. Проводки вращаются в направлении движения гильзы со
скоростью несколько большей, чем скорость металла при процессе косой
прокатки. Таким образом, дисковые проводки улучшают возможность истечения
металла в осевом направлении. Их влияние заключается не только в образовании
закрытого калибра, позволяющего увеличить обжатие косорасположенными валками,
но и в создании определенных элементов продольной прокатки. При этом
установка косорасположенных валков (по отношению к оправке) определяет у
трубы получаемую толщину стенки, а установка дисковых проводок — ее наружный
диаметр. Проводки устанавливают так, чтобы между гильзой и оправкой был
некоторый зазор, обеспечивающий лишь незначительный износ и меньший нагрев
оправки в процессе прокатки.
В станах с дисковыми проводками значительно меньше напряжений
по сравнению их со станами, имеющими стальные линейки. Поэтому, как показала
практика, на них можно прокатывать готовые тонкостенные трубы из высоколегированных
сталей. Благодаря изготовлению методом поперечной прокатки таисие трубы
обладают высокой точностью по диаметру и толщине стенки и имеют гладкую
наружную поверхность.
Прошивной стан с вращающимися проводками может иметь валки
как бочкообразной, так и грибовидной формы. В этих станах применяется
короткая оправка. В раскатных станах с длинной оправкой возможно получать
весьма тонкостенные трубы (до 1,6 мм ).
Прошивные станы с вращающимися дисковыми проводками,
перемещающимися вверх и вниз при настройке, до настоящего времени применялись
в сочетании с раскатными станами с длинной оправкой для производства труб
диам. 40— 100 мм и длиной до 9 м , Однако они могут применяться также вместе
с раскатными станами других типов.
Указанные станы отличаются от аналогичных прошивных станов
обычной конструкции тем, что у них вместо линеек установлены вращающиеся
проводки, имеющие соответствующие подшипники в рабочей клети. Проводки,
имеющие возможность перемещаться вверх и вниз при настройке стана, приводятся
во вращение через шпиндели и муфты от отдельной шестеренной клети,
соединенной с мотором постоянного тока, который позволяет устанавливать числа
оборотов в требуемом соотношении. В остальном такие прошивные станы не
отличаются от обычных.
Раскатной стан с вращающимися проводками похож по
конструкции на прошивной стан подобного же типа. Вращающиеся проводки могут
перемещаться здесь не только вверх и вниз, но и перпендикулярно по оси
прошивки в целях установки минимально возможного зазора их по отношению к рабочим
валкам. Приводом проводок, так же как и у прошивного стана, является
двигатель постоянного тока.
Одним из разновидностей станов косой прокатки является
трехвалковый стан Ассела. В этом стане гильза прокатывается в трех валках,
наклоненных под одинаковым углом к оси прокатки и вращающихся в одном
направлении. При этом она перемещается по винтовой линии. Основным отличием
валка стана Ассела является наличие гребня ( 14), служащего для осуществления
наибольшего обжатия металла, с получением высокой точности прокатываемой
трубы как по толщине стенки, так и по диаметру.
Валок состоит из направляющего конуса Л, захватного конуса
В, гребня С и калибрующего участка D. Задачей участка В является втянуть
гильзу в валки, прижать ее к оправке и несколько уменьшить толщину стенки при
одновременном вращении гильзы. На участке С гильза захватывается гребнем и,
вращаясь, сильно обжимается как по диаметру, так и по толщине стенки
(деформация, производимая одним из валков, перекрывается каждым последующим).
После выхода из участка В труба не сохраняет круглой формы. Цилиндрическая
форма ей придается на последующем участке D.
Толщина стенки трубы после раскатки гильзы получается
очень равномерной по поперечному сечению. Образующийся зазор между оправкой и
трубой позволяет в дальнейшем легко извлечь оправку. Уменьшение диаметра
гильзы на участке С равно двойной высоте гребня. Угол наклона гребня к оси
валка составляет 12—15 град. Все три валка стана имеют одинаковое
расстояние от оси трубы. Имеется возможность устанавливать валки на
необходимом расстоянии от оси для прокатки труб различных диаметров. Валки
вращаются в одном направлении и имеют одинаковое число оборотов, которое
регулируется путем изменения числа оборотов двигателя. Угол наклона валков к
оси прокатки также равен 12—15 град. Валки установлены на осях шпонкой или
насажены на гладкой оси гидравлическим давлением.
Комплект валков обычно допускает прокатку 500 -т- 700 т
металла, после чего требуется перешлифовка. Допускаемое количество
перешлифовок 25; при каждой перешлифовке диаметр валков уменьшается на 1,5 мм. В соответствии с уменьшением диаметра бочки при перешлифовке валки сближают друг с другом при
установке их в клети. Общая длина прокатываемых труб при применении таких
валков может быть доведена до 10500 м и более.
Допуски при этом способе прокатки составляют 0,25 'мм по
диаметру и 0,12 мм по толщине стенки. Производительность стана в зависимости
от толщины стенки трубы равна: при 5 мм — 30 м/мин9 при 2,5 мм — 12 м!мин.
Наиболее существенными преимуществами трехвалкового
раскатного* стана являются: возможность получения с одним комплектом валков
труб различных размеров в пределах соотношения диам. 1:2,5; высокая точность
размеров трубы как по толщине стенки, так и по диаметру (это делает такие
трубы пригодными для производства роликовых и шариковых под- шпников);
минимальная потеря времени при переходе с одного диаметра на другой;
возможность некоторой компенсации уменьшения диаметра перешлифованных валков
путем их сближения друг с другом.
|