СПОСОБ МНОГОНИТОЧНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
METHOD OF PIPE MULTISTRAND ROLLING

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к трубопрокатному производству, и может быть использовано при производстве холодно- и теплодеформированных труб, преимущественно из труднодеформируемых и малопластичных металлов и сплавов.
В практике трубопрокатного производства широко распространен способ изготовления труб на станах холодной прокатки труб (ХПТ), согласно которому предварительно подготовленную исходную полую заготовку подают по оси прокатки на определенную величину (величину подачи) в очаг деформации и обжимают вращающимися валками с переменным радиусом ручья при одновременном перемещении прокатной клети (прямом ходе клети) в направлении подачи заготовки (Осадчий В.Я. Технология и оборудование трубного производства: учебное пособие для вузов. / В.Я.Осадчий, А.С.Вавилин, В.Г.Зимовец, А.П.Коликов. - М.: Интерметинжиниринг, 2007. - С.448-452). В конечном (крайнем) положении клети ручьи валков образуют калибр, размер которого обеспечивает свободное прохождение через него заготовки (холостой участок продольной развертки профиля ручья). В этот момент заготовку с оправкой поворачивают вокруг своей оси на заданный угол (кантуют), после чего прокатная клеть совершает перемещение в обратном направлении в исходное положение (обратный ход клети) с одновременной деформацией предварительно обжатого при прямом ходе клети участка заготовки. Далее заготовку снова кантуют и повторяют описанный выше цикл обработки заготовки на оправке многократно до получения готовой трубы.
В описанном способе прокатки труб величина деформации металла при прямом и обратном ходе клети распределяется примерно в пропорции 70% и 30% от величины суммарной деформации за цикл обработки, при этом величина усилия прокатки и энергетические затраты на реализацию процесса деформации при прямом и обратном ходе клети сопоставимы по величине. Схема напряженно-деформированного состояния при обратном ходе клети приближается в неравномерному всестороннему сжатию или холодному прессованию, что предопределяет повышенную энергозатратность процесса деформации при обратном ходе клети и способствует трещинообразованию в обрабатываемом металле.
Таким образом, к недостаткам способа относятся сложность обработки труднодеформируемых и малопластичных металлов и сплавов, а также большие энергетические затраты на реализацию процесса.
Известен способ изготовления труб, в том числе и из малопластичных сталей и сплавов, характеризующийся отсутствием деформации заготовки при обратном ходе клети - прокатка на станах ХПТ с «холостым» обратным ходом (Биск М.Б. Холодная деформация стальных труб. / М.Б.Биск, И.А.Грехов, В.Б.Славин. Ч.2 - Прокатка, гидропрессование, термическая обработка, отделка, маршруты изготовления. Свердловск, Средне-Уральское кн. изд-во, 1977. - С.47-49). При осуществлении данного способа заготовку подают по оси прокатки на величину подачи в очаг деформации, обжимают валками с переменным радиусом ручья при одновременном их перемещении вместе с прокатной клетью в направлении подачи заготовки, в конечном положении клети заготовку с оправкой перемещают в направлении, противоположном направлению подачи, на величину отвода, а клеть возвращают в исходное положение. Деформации заготовки при обратном ходе клети не происходит, поэтому ход называют «холостым». Далее заготовку кантуют, подают по оси прокатки на величину отвода и цикл повторяется. Вся деформация заготовки происходит при прямом ходе клети.
При этом наличие «холостого» хода клети снижает эффективность энергопотребления стана и его часовую производительность, что является существенным недостатком данного способа.
Традиционным приемом повышения производительности в процессах обработки металлов давлением является увеличение числа одновременно обрабатываемых заготовок, т.е. многониточная прокатка. В этом случае на рабочих валках располагают два и более ручьев, а прокатку заготовок ведут одновременно в одном направлении (Осадчий В.Я. Технология и оборудование трубного производства: учебное пособие для вузов. / В.Я.Осадчий, А.С.Вавилин, В.Г.Зимовец, А.П.Коликов. - М.: Интерметинжиниринг, 2007. - С.485).
При осуществлении многониточной периодической холодной прокатки труб указанным способом, выбранным в качестве прототипа, основной проблемой является резкое увеличение усилия прокатки, особенно при обработке труднодеформируемых материалов с высоким сопротивлением пластической деформации. Увеличение усилия прокатки отрицательно сказывается на качестве получаемых труб, поскольку при этом растет величина упругой деформации элементов прокатной клети, что, в свою очередь, ведет к увеличению размеров калибра и соответственно увеличению наружного диаметра готовой трубы и возможному несоблюдению поля допуска на размеры трубы. Усилие прокатки может быть снижено за счет уменьшения величины деформации в проходе, но при этом резко уменьшается эффективность всего технологического процесса изготовления холоднодеформированных труб (увеличивается число проходов на маршруте и количество промежуточных операций, повышается расходный коэффициент металла и т.д.).
Хотя способ многониточной периодической холодной прокатки и увеличивает количество одновременно обрабатываемых труб, но наличие больших нагрузок при одновременной деформации нескольких заготовок в многоцикличных периодических процессах является главной причиной преждевременного износа элементов стана, появления в них вибраций и зазоров, что требует частых остановок стана для проведения профилактических ремонтов и снижает его производительность. Кроме того, происходит снижение точности размеров готовых труб и неэффективное расходование энергии при «холостом» ходе клети.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении величины максимального усилия, действующего на элементы конструкции стана.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе многониточной периодической прокатки труб, заключающемся в многократной циклической обработке заготовок на оправках, каждый цикл которой включает подачу заготовок по оси прокатки в прокатную клеть с валками, образующими калибры переменного сечения, последующую деформацию заготовок при прямом ходе клети и кантовку заготовок после обратного хода клети, согласно изобретению прокатку осуществляют в четное число ниток, заготовки перемещают по осям прокатки во встречных направлениях при прямом и обратном ходе клети, при этом в каждом цикле деформацию заготовок, прокатываемых в одном направлении, начинают по завершению деформации заготовок, прокатываемых во встречном направлении.
В предлагаемом способе многониточной периодической прокатки проведение прокатки в четное число ниток не нарушает симметрию процесса, обеспечивает равномерное распределение нагрузок при прямом и обратном ходах прокатной клети и снижает максимальную величину усилия прокатки. Процесс деформации заготовок, обрабатываемых в одном направлении, сопровождается «холостым» ходом клети для заготовок, обрабатываемых в противоположном направлении и наоборот.
Цикл деформации заготовок, обрабатываемых во встречном направлении, смещен на величину времени выполнения одного хода клети, что обеспечивает возможность использования времени «холостого» хода клети для деформации заготовки (или группы заготовок), обрабатываемой в противоположном направлении. Осуществить такой процесс можно только во встречном направлении. Кроме того, способ позволяет получать готовые трубы сточными размерами поперечного сечения.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема подачи заготовок в прокатную клеть в крайних ее положениях при двухниточной прокатке, на фиг.2 показаны виды А-А и Б-Б на фиг.1 в положении I прокатной клети, а на фиг.3 - виды А-А и Б-Б на фиг.1 в положении II прокатной клети.
1
1
1
1
Способ осуществляют следующим образом. Заготовку 1 в виде трубы с предварительно подготовленной поверхностью задают на оправке 2 в пространство между ручьями рабочих валков 3 по линии прокатки O-O на величину осевой подачи m (исходное положении I прокатной клети 4). В данном положении прокатной клети ручьи рабочих валков 3 образуют калибр переменного сечения, размеры которого обеспечивают свободное прохождение через него заготовки 1. При вращении валков 3 с одновременным перемещением прокатной клети 4 из положения I в положение II производят деформацию исходной заготовки 1 по линии прокатки O-О с коэффициентом вытяжки µ. Перемещение клети 4 из положения I в положение II обеспечивает ход клети на величину L (фиг.1) и соответствует половине цикла обработки при изготовлении из заготовки трубы с сечением заданного размера.
2
2
В положении II прокатной клети 4 калибры образуют «зев» («холостой» участок продольной развертки ручья), что позволяет освободить заготовку 1 от контакта с поверхностью валков 3. Одновременно с этим заготовку 1 с оправкой 2 перемещают по оси прокатки в обратном направлении на величину отвода, а в валки 3 прокатной клети 4 по оси прокатки O-O задают заготовку 5 на оправке 6 на величину подачи m.
1
1
2
2
Далее прокатную клеть 4 перемещают из положения II в исходное положение I, при этом для заготовки 1 (линия прокатки О-O) осуществляют «холостой» ход клети, а для заготовки 5 производят деформацию по линии прокатки О-O с коэффициентом вытяжки µ.
2
2
В положении I, соответствующем окончанию полного цикла прокатки, заготовку 1 кантуют на заданный угол и снова подают в валки 3, а заготовку 5, освобожденную от контакта с валками 3, вместе с оправкой 6 отводят в направлении, обратном направлению ее прокатки по линии О-О. Далее описанный выше цикл операций повторяют многократно до получения на выходе по каждой линии прокатки трубы заданного размера сечения.
1
1
2
2
Таким образом, обработку заготовок по нескольким ниткам (линиям прокатки) ведут во встречных направлениях, при этом рабочий ход прокатной клети, сопровождающийся деформацией одной заготовки (либо группы заготовок), является одновременно «холостым» ходом для другой заготовки (группы заготовок), причем циклы обработки заготовок во встречных направлениях смещены на величину времени выполнения хода L прокатной клети. Так, для заготовки 1 цикл начинается и заканчивается в положении I прокатной клети, а для заготовки 5 - в положении II прокатной клети. С учетом этого выполняют профилировку ручьев валков 3 по линиям прокатки O-O и О-O.
Осуществление предлагаемого способа снижает максимальную величину усилия прокатки, повышает ресурс работы и точность размеров готовых труб.
2
Способ был опробован на лабораторном стане шаговой прокатки. Исходную заготовку в виде трубы из латуни Л63 диаметром 20 мм и толщиной стенки 2 мм деформировали за один проход с коэффициентом вытяжки µ - 1,92 в трубу диаметром 14 мм и толщиной стенки 1,5 мм. Прокатку проводили на конической оправке по двум технологическим схемам: согласно способу по прототипу и предлагаемому, для чего использовали два комплекта валков номинальным диаметром 200 мм, каждый из которых имел два ручья, симметрично расположенных относительно центра бочки валка. Один комплект валков имел одинаковые ручьи для реализации двухниточной прокатки труб в одном направлении, другой - разнонаправленные ручьи, продольная развертка которых имела смещение на длину, соответствующую повороту валка при одном ходе клети. Величина осевой подачи m по обеим схемам прокатки составляла 10 мм, число двойных ходов в минуту N=15. При прокатке одновременно двух труб по способу-прототипу максимальная величина усилия составила 61,5 кН, отклонения размеров готовой трубы составили: по диаметру ±0,25 мм; по стенке ±0,15 мм. А при прокатке по предлагаемому способу двух труб с подачей их во встречном направлении максимальная величина усилия составила 36,8 кН, отклонения размеров готовой трубы составили: по диаметру ±0,20 мм; по стенке ±0,12 мм. Время прокатки труб длиной 2000 мм в сравниваемых вариантах технологического процесса было одинаковым.
Приведенный пример показывает, что предлагаемый способ прокатки обеспечивает без потери производительности существенное снижение максимальной величины усилия прокатки, что уменьшает упругие деформации элементов конструкции клети стана ХПТ и соответственно раскрытие клети, а это обеспечивает получение более точного размера сечения готовой трубы.
Использование предлагаемого способа позволяет уменьшить относительное потребление мощности на движение клети и элементов привода стана, снизить величину максимального усилия, действующего на элементы конструкции стана, а также повысить точность размеров готовых труб.