Технологический инструмент прошивного стана (варианты)
PIERCING MILL PROCESS TOOL (VERSIONS)

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при прошивке заготовок, применяемых для изготовления бесшовных труб.
Известны станы для прошивки заготовок, имеющие неподвижный удерживающий инструмент (линейки) (Осадчий, В.Я. Технология и оборудование трубного производства /В.Я. Осадчий, А.С. Вавилин, В.Г. Зимовец, А.П. Коликов. - М.: «Интермет инжиниринг», 2007. - с. 57). Поскольку неподвижный удерживающий инструмент можно изготовить практически любой конфигурации, его профиль в направлении оси прошивки легко согласовать с профилем валков и оправки прошивного прокатного стана, при этом поверхность рабочих валков и линеек имеет прямолинейные образующие.
Кроме того, в практике трубопрокатного производства находят применение прошивные станы с приводным вращающимся удерживающим инструментом в виде дисков (патент США №1280683, В21В 19/02, опубл. 08.10.1918). В этом случае удерживающий инструмент имеет криволинейную рабочую поверхность в форме дуги окружности.
Валки прокатного стана для прошивки заготовок нерационально изготавливать с криволинейной образующей поверхности, так как в этом случае необходимо повторить выполненный профиль оправки на участке, примыкающем к прошивному отрезку оправки, что усложняет технологию изготовления как валков, так и оправок прошивного стана. Поэтому для согласования формы инструмента, ограничивающего очаг деформации в направлении оси прошивки, целесообразно выполнять двухконусной по меньшей мере концевую зону валков прокатного стана, расположенную со стороны выхода прошитой заготовки.
Известно устройство для изготовления бесшовных гильз и труб (патент US №2025148, В21В 19/04, опубл. 24.12.1935), принятое за прототип, которое содержит удерживающий инструмент в виде приводных дисков, рабочие валки и внутренний инструмент в виде оправки, расположенный коаксиально заготовке. Валки выполнены с коническим участком прошивки, сочлененным с коническим участком раскатки. На коническом участке прошивки происходит уменьшение диаметра заготовки для обеспечения последующего внедрения оправки в осевую зону заготовки. На коническом участке раскатки в совокупности с оправкой и приводными дисками происходит образование первичного отверстия в заготовке, его расширение и получение гильзы требуемых размеров.
Недостаток прототипа состоит в том, что выполнение валков с заданным углом конусности участка раскатки не обеспечивает стабильное получение требуемых параметров по толщине стенки и диаметру гильзы, что снижает точность геометрических размеров прошитой заготовки.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении точности геометрических размеров прошитой заготовки.
Поставленная задача по первому варианту решается за счет того, что в технологическом инструменте прошивного стана для изготовления гильз, содержащем удерживающий инструмент в виде приводных дисков, рабочие валки, состоящие из сочлененных конических участков прошивки и раскатки, и внутренний инструмент в виде оправки, расположенный коаксиально гильзе, состоящий из сочлененных прошивного участка и раскатного конического участка, согласно изобретению, конический участок раскатки валка выполнен из двух сопряженных зон с разными углами конусности, при этом зона конического участка раскатки валка, примыкающая к коническому участку прошивки, выполнена с углом конусности меньшим угла конусности второй зоны участка раскатки валка, раскатной конический участок оправки выполнен из двух сочлененных частей, причем угол конусности конической части, сочлененной с прошивным участком, меньше угла конусности другой конической части. Кроме того, зона конического участка раскатки валка, примыкающая к коническому участку прошивки, выполнена с углом конусности, равным углу, образованному хордой на приводном диске и осью гильзы, причем хорда соединяет точки проекций длины этой зоны валка с контуром приводного диска на участке контакта с заготовкой, а зона конического участка раскатки валка, сопряженная с предыдущей зоной, выполнена с углом конусности, равным углу, образованному хордой на приводном диске и осью гильзы, причем хорда соединяет точки проекций места сочленения зон конического участка раскатки валка и конца второй конической части раскатного участка оправки с контуром приводного диска на участке контакта с заготовкой.
По второму варианту поставленная задача решается за счет того, что в технологическом инструменте прошивного стана для изготовления гильз, содержащем удерживающий инструмент в виде приводных дисков, рабочие валки, состоящие из сочлененных конических участков прошивки и раскатки, и внутренний инструмент в виде оправки, расположенный коаксиально гильзе, состоящий из сочленненых прошивного участка и раскатного конического участка, согласно изобретению, рабочие валки выполнены с цилиндрическим участком, расположенным между коническими участками прошивки и раскатки, конический участок раскатки валка выполнен из двух сопряженных зон с разными углами конусности, при этом зона конического участка раскатки валка, примыкающая к цилиндрическому участку, выполнена с углом конусности меньшим угла конусности второй зоны этого участка валка, раскатной конический участок оправки выполнен из двух сочлененных частей, причем угол конусности конической части, сочлененной с прошивным участком, меньше угла конусности другой конической части. Кроме того, зона конического участка раскатки валка, примыкающая к цилиндрическому участку, выполнена с углом конусности, равным углу, образованному хордой на приводном диске с осью гильзы, причем хорда соединяет точки проекций длины образующей этой зоны валка с контуром приводного диска на участке контакта с заготовкой, а зона конического участка раскатки валка, сопряженная с зоной, примыкающей к цилиндрическому участку, выполнена с углом конусности, равным углу, образованному хордой на приводном диске и осью гильзы, причем хорда соединяет точки проекций места сочленения зон конического участка раскатки валка и конца второй конической части раскатного участка оправки с контуром приводного диска на участке контакта с заготовкой.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1а схематично изображена схема очага деформации прокатного стана с валками, приводным удерживающим инструментом и внутренним инструментом по первому варианту, на фиг. 1б схематично показано расположение хорд на контуре приводного диска, фиг. 2а показан вид А на фиг. 1б, фиг. 2б показан вид Б на фиг. 1б, на фиг. 3а схематично изображена схема очага деформации прокатного стана с валками, приводным удерживающим инструментом и внутренним инструментом по второму варианту, на фиг. 3б схематично показано расположение хорд на контуре приводного диска, на фиг. 4а показан вид В на фиг. 3б, фиг. 4б показан вид Г на фиг. 3б.
Технологический инструмент прошивного стана для прошивки заготовки 1 содержит валки 2, удерживающий инструмент в виде приводных дисков 3, внутренний инструмент (оправку) 4. Валок 2 по первому варианту выполнен с коническим участком прошивки 5, сочлененным с коническим участком раскатки, состоящим из двух сопряженных зон 6 и 7 с разными углами конусности для раскатки заготовки и получения гильзы 8 диаметром D с толщиной стенки S. Оправка 4 расположена коаксиально гильзе и состоит из сочлененных последовательно прошивного участка 9 и раскатного участка, состоящего из двух конических частей 10 и 11, имеющих разные углы конусности, причем коническая часть 10, сочлененная с прошивным участком 9, выполнена с углом конусности меньшим угла конусности другой конической части 11.
Валок 2 по второму варианту выполнен с цилиндрическим участком 12, расположенным между коническим участком прошивки 5 и зоной 6 конического участка раскатки.
Технологический инструмент прошивного стана используют для прошивки заготовок 1 следующим образом. Заготовку 1 подают в прокатный стан и после захвата приводными валками 2 раскатывают на оправке 4 в готовое изделие - гильзу 8. Валок 2 выполнен с коническим участком прошивки 5, при этом происходит первичный захват заготовки 1, дальнейшее ее продвижение по направлению к оправке 4 за счет сил трения, а также разрыхление центральной зоны заготовки за счет напряженно-деформированного состояния, а затем заготовка поступает в зону 6 конического участка раскатки валка, предназначенную для раскатки заготовки в готовое изделие - гильзу 8. На участке раскатки в зоне 7, сопряженной с предыдущей зоной 6, происходит дополнительная раскатка и выравнивание по толщине стенки гильзы, что повышает точность геометрии гильзы и обеспечивает повышение качества готового изделия. Выполнение зоны 6 конического участка раскатки валка с углом конусности меньшим угла конусности второй зоны 7 участка раскатки валка в сочетании с использованием приводного диска 3 обеспечивает более равномерную деформацию раскатываемой заготовки в гильзу, что также повышает качество готового изделия.
Выполнение конического участка раскатки валка из двух сопряженных зон 6 и 7 с разными углами конусности определенных значений и оправки с раскатным участком, состоящим из двух конических частей 10 и 11 с разными углами конусности, позволяет изменить направление течения метала заготовки 2 при ее раскатке в гильзу 8, тем самым добиться более плотного прилегания металла заготовки к профилю приводного диска 3, что обеспечивает сход полученной гильзы с диска в месте окончания формирования толщины стенки S гильзы и повышает точность геометрических параметров получаемой гильзы.
При выполнении валка 2 с цилиндрическим участком 12, расположенным между коническими участками прошивки и раскатки, при продвижении заготовки дальнейшая ее деформация происходит на цилиндрическом участке, что обеспечивает стабильное удержание заготовки в процессе прошивки, а также позволяет увеличить длину прошивного участка оправки 9, тем самым дополнительно повышает точность получаемых гильз.
Длину зоны 6 конического участка раскатки валка выбирают, исходя из месторасположения оправки 4 в очаге деформации, ее длины и начала конической части 11 на оправке. Длина конической части 11 оправки составляет, в частности от 1,5 до 2 длин шага подачи гильзы на выходе ее из очага деформации. При этом проекция пересечения конических частей 10 и 11 оправки 4 на конический участок раскатки валка соответствует месту сочленения зон 6 и 7 этого участка.
1
2
Угол конусности зоны 6 конического участка раскатки валка по первому и второму вариантам равен углу α, образованному хордой на приводном диске и осью гильзы, причем хорда соединяет точки проекций длины зоны 6 валка с контуром приводного диска на участке контакта с заготовкой. Угол конусности зоны 7 конического участка раскатки валка (также по обоим вариантам), сопряженной с предыдущей зоной 6, равен углу α, образованному хордой на приводном диске и осью гильзы, причем хорда соединяет точки проекций места сочленения зон 6 и 7 конического участка раскатки валка и конца конической части 11 раскатного участка оправки с контуром приводного диска на участке контакта с заготовкой.
Предлагаемый технологический инструмент прошивного стана был опробован на лабораторном стане при осуществлении прокатки заготовки диаметром 60 мм и длиной 300 мм из стали марки 20 в гильзы размером 70×3 мм при температуре нагрева заготовки 1230÷1250°С.
Угол подачи валков составлял 11°, число оборотов валков - 80 об/мин, обжатие заготовки по пережиму валков составляло 10%, коэффициент овализации составлял 1,06. Обжатие заготовки перед прошивным участком внутреннего инструмента составляло 6%.
Было получено 50 гильз, изготовленных с использованием инструмента по обоим вариантам, при этом оценивали качество внутренней и наружной поверхности гильз, а также разнотолщинность гильз. По результатам измерений разнотолщинности гильз составила 2%, что в 4 раза точнее, чем у гильз, полученных на действующих прокатных станах.
Использование предлагаемого технологического инструмента прошивного стана позволяет провести дополнительную раскатку и утонение стенки гильзы, добиться более плотного прилегания металла заготовки к профилю приводного диска, что обеспечивает наиболее равномерную деформацию раскатываемой заготовки в гильзу, повышает точность геометрических параметров прошитой заготовки и качество готового изделия.