Выбор рациональной калибровки валков пилигримовых станов

Оценка влияния показателей формы очага деформации на уширение.

КинзинД.И., Калугина О.Б.

лов К.А. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2009. №4. С. 54-56.

3. Березкин В. Г. Формоизменение при обработке металлов давлением. М.: Машиностроение, 1973. 152 с.

4. Грудев А. П., Машкин Л. Ф., Ханин М. И. Технология прокатного производства. М.: Арт-Бизнес-Центр, Металлургия, 1994. 656 с.

5. Коновалов Ю. В., Налча Г. И., Савранский К. Н. Справочник прокатчика. М.: Металлургия, 1977. 312 с.

6. Грудев А. П. Теория прокатки. М.: Металлургия, 1988. 240 с.

Bibliography

1. Kinzin D. I. Improvement and Projecting of Simple Rolling Shapes' Pass Design Basing on Form-change and Power-energy Parameters' Analysis.

Dis. ... tech. sc. cand. Magnitogorsk, 2003, 107 p.

2. Kinzin D. I., Levandovsky S. A., Nalivayko A. V., Zavyalov K. A. Enhancing of Methodology of Metal Form-change Indicators' Determination for Shape Quality Control in Roll Pass Design. Bulletin of MSTU named after G. I. Nosov. #4, 2009, p. 54-56.

3. Berezkin V. G. Form-changing in Metal Forming. Moscow. Mashinostroyenie, 1973, 152 p.

4. Grudev A. P., Mashkin L. F., Khanin M. I. Technology of Roll Industry. Moscow. Art-Biznes-Tsentr, Matallurgia, 1994, 656 p.

5. Konovalov Y. V., Nalcha G. I., Savransky K. N. Roller's Manual. Moscow. Metallurgia, 1977, 312 p.

6. Grudev A. P. Theory of Rolling. - Moscow. Metallurgia, 1988. 240 p.

УДК 621.771.06-589.4 Раскатов Е.Ю., Лехов О.С.

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ КАЛИБРОВКИ ВАЛКОВ ПИЛИГРИМОВЫХ СТАНОВ

Одним из путей совершенствования процесса пи-лигримовой прокатки бесшовных труб, особенно из непрерывнолитых заготовок круглого сечения, является обоснованный выбор рациональной калибровки валков пилигримовых станов. Известно, что калиб-ровка пилигримовых валков определяет производительность стана, нагруженность рабочей клети и линии привода, расход электроэнергии и качество про -катываемых труб.

Проведен анализ трех вариантов калибровок валков, выбранных с учетом эксплуатации пилигримо-вых станов. На рис. 1 показан валок пилигримового

стана, где © , © , © и © - соответственно Я' £ X

центральные углы бойкового участка (гребня), полирующего участка, выпуска и холостого участка валка. Рассматриваемые калибровки пилигримовых валков приведены в табл. 1.

угол участка выдачи

Рис. 1. Вид пилигримового валка

При этом важно оценить силовые параметры процесса пилигримовой прокатки ддя трех калибровок вал -ков, поскольку увеличение давления металла на валки приводит к перегрузке рабочей клети и линии привода, повышенному износу валков, особенно при прокатке тонкостенных труб, и ухудшению их качества.

Таблица 1

Центральные углы участков поперечного сечения валка, град

Бойковый Полирующий Выпуск Холостой

105 70 45 140

110 65 45 140

120 55 45 140

Моделирование пилигримовой прокатки труб вы -полнялось с использованием программного продукта ЛК8У8 у10.0 [1]. Расчет выполнялся методом конечных элементов в объемной постановке. Упор сделан на определении напряженно-деформированного состояния на первом участке, где бойковой частью осуществляется обжатие гильзы, и полирующем участке, на котором деформируется объем металла, смещенного на первом участке. Это связано с тем, что от соотношения центральных углов бойковой и полирующей частей бойка в значительной мере зависит эффектив-ность калибровки пилигримовых валков и качество бесшовных труб. Для материала трубы принята упру-гопластическая модель Прандтля-Рейса. Сопротивление деформации зависит от степени и скорости дефор -мации, а также от температуры прокатываемого металла. Рассматривался процесс пилигримовой прокатки трубы из стали 14ХГС диаметром 325 мм из гильзы диаметром 500 мм, причем диаметр дорна составлял 300 мм. Скорость вращения валков - 45 об/мин. Вели -чина подачи для каждой калибровки валков - 10, 20 и 30 мм. Температура прокатываемого металла гильзы принята постоянной и равной 1050°С.

На рис. 2 и 3 приведены расчетные графики изменения усилий и моментов пилигримовой прокатки в зависимости от угла поворота валков соответственно для подач 10 и 20 мм. Наибольшие величины усилий и моментов прокатки возникают при калибровке валков 120-55-45-140. Например, при подаче 20 мм усилие прокатки равно 16800 кН, при других калибровках валков усилие прокатки значительно меньше и не превышает 13000 кН.

Рис. 2. Изменениеусилий и моментов на валок. Подача 10 мм

угол поворота валка, град

Усилие на валок

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

16000

т 14000

* 12000 О

q

Я 10000

я

X 8000 5

С 6000

5

О

> 4000 2000

I I

л \

\ \

\ \\ \

VkV

20-105 -20-110 -20-120 -105 - 110 120 ----175

угол поворота валка, град

Момент на валок

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

700 600

I I I I I

/ \ I I I

\ л

/ \ ч\ \

у Vv!

лось, что для всех вариантов расчета максимальные растягивающие тангенциальные 8У и продольные 82 напряжения возникают в конце участка завершения прокатки. Эпюры этих напряжений для поперечного сечения очага деформации для трех калибровок валков приведены на рис. 4-6. Величина подачи равна 10 мм. Для всех калибровок валков характерно неравномерное распределение тангенциальных и продольных напряжений по периметру очага деформации, которые из сжимающих на большей части периметра трубы переходят в растягивающие в зоне контакта гильзы с дном калибра. Для калибровок 105-70-45-140 и 110-65-45-140 уровень напряжений, как сжимающих, так и растягивающих, отличается незначительно. Для этих калибровок вели -чина максимальных тангенциальных сжимающих и растягивающих напряжений соответственно равны 447-551 и 51-83 МПа. Величина максимальных продольных сжимающих напряжений равна 416-467 МПа, то есть незначительно отличаются от максимальных тангенциальных сжимающих напряжений. Однако по сравнению с максимальными тангенциальными растя -гивающими напряжениями (см. рис. 4 и 5) уровень максимальных продольных растягивающих напряжений возрастает и достигает 210-228 МПа в зоне контакта гильзы с дном калибра. Однако в сравнении с рассмотренными калибровками пилигримовых валков при ка-либровке валков 120-55-45-140 уровень максимальных тангенциальных и продольных напряжений существенно выше (рис. 6). Так, величина тангенциальных и сжимающих напряжений возрастает до 679 МПа, а растягивающих напряжений - до 68 МПа. Особенно резко возрастает уровень продольных растягивающих напряжений, достигающий величины 254 МПа в зоне контакта заготовки с дном калибра пилигримового валка.

Рис. 3. Изменениеусилий и моментов на валок.

Подача 20 мм

Для оценки калибровок пилигримовых валков очень важно оценить закономерности распределения максимальных растягивающих напряжений как вдоль очага деформации, так и по периметру трубы, которые являются основной причиной образования дефектов (рванин). В результате анализа результатов выясни-

Рис. 4. Эпюры в поперечном сечении, в котором возникают максимальные растягивающие напряжения SY и SZ. Подача 10 мм. Калибровка 105-70-45-140. Угол поворота валка - 118 град

Выбор рациональной калибровки валков пилигримовых станов

Раскатов Е.Ю, Лехов О. С.

8У

Рис. 5. Эпюры в поперечном сечении, в котором возникают максимальные растягивающие напряжения БУ и Б7. Подача 10 мм. Калибровка 110-65-45-140. Угол поворота валка - 123 град

Рис. 6. Эпюры в поперечном сечении, в котором возникают максимальные растягивающие напряжения БУ и Б7. Подача 10 мм. Калибровка 120-55-45-140. Угол поворота валка - 143 град

Также выполнены расчеты напряженно -деформированного состояния металла в очаге деформации пилигримовой прокатки для анализируемых калибровок валков при величине подачи гильзы в валки 20 мм. В сравнении с результатами расчетов при подаче 10 мм следует отметить, что на большей части периметра очага деформации металла характер распределения максимальных тангенциальных и продольных, как сжимающих, так и растягивающих, напряжений практически не изменился. Однако наблюдается существенное увеличение тангенциальных и продольных сжимающих напряжений в зонах выпуска калибра валков. Так, например, тангенциальные и продольные сжимающие напряжения для калибровки 105-70-45-140 соответственно возрастают с 338 до 510 МПа и с 139 до 307 МПа, для калибровки 110-65-45-140 - с 360 до 627 МПа и с 153 до 429 МПа, для калибровки 120-55-45-140 соответственно возрастают с 603 до 1001 МПа и с 401 до 790 МПа.

В табл. 2 представлены максимальные значения усилий и моментов пилигримовой прокатки и тангенциальных БУ, и продольных Б2 напряжений в зоне контакта гильзы с валком в зависимости от величины подачи гильзы в валки для трех калибровок валков.

Таблица 2

Параметр Калибровка пилигримовых валков

105-70-45-140 110-65-45-140 120-55-45-140

Р, кН 9600 10700 14400

М, кН-м 415 475 670

о ш т ш Бураст, МПа 58 83 68

БуСж, МПа -477 -551 -679

^ о Бграст, МПа 210 228 254

Бгсж, МПа -416 -467 -607

Р, кН 11500 13000 15000

М, кН-м 500 580 820

о о^ ш т ш Бураст, МПа 68 84 98

БуСж, МПа -510 -627 -1001

о 1= Бграст, МПа 212 230 259

БгСж, МПа -367 -429 -790

Р, кН 13600 15100 19100

М, кН-м 610 700 980

о со ш т ш Бураст, МПа 70 84 99

БуСж, МПа -774 -854 -1278

о 1= Бграст, МПа 215 233 263

БгСж, МПа -565 -649 -1067

Прове денный анализ трех калибровок валков с по -зиции нагруженности механического оборудования и привода пилигримового стана, уровня и характера распределения напряжений в очаге деформации при полу -чении бесшовных труб позволил сделать вывод о том, что наибольшие значения усилий и моментов прокатки имеют место при калибровке валков 120-55-45-140. Это приводит к перегрузке привода стана, чрезмерному износу калибров валков, особенно при прокатке тонкостенных труб, и ухудшению их качества [2]. Кроме того, при этой калибровке пилигримовых вал-

ков существенно возрастает неравномерность распределения тангенциальных и продольных напряжений как вдоль очага деформации металла, так и по периметру трубы. Особенно резко возрастает уровень растягивающих напряжений в зонах контакта гильзы с дном калибра и выпусков калибров. Все это в совокупности может привести к образованию рванин на поверхности трубы. В отличие от калибровки 120-55-45140, при использовании калибровок 105-70-45-140 и 110-65-45-140 наблюдается более благоприятная схема напряженного состояния металла в очаге деформации, что позволит улучшить качество бесшовных труб и условия эксплуатации пилигримового стана.

Заключение

На основании теоретического исследования силовых параметров и напряжений в очаге деформации гильзы при пилигримовой прокатке для трех калибровок валков определена рациональная калибровка валков пилигримовых станов.

Список литературы

1. ANSYS. Structural Analysis Guide. URL: http://www.cadfem.ru

2. Технология трубного производства / В.Н. Данченко, А.П. Коликов, Б.А. Романцев, C.B. Самусев. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. 640 с.

Bibliography

1. ANSYS. Structural Analysis Guide. URL: http://www.cadfem.ru

2. The technology of pipe production / Danchenko V., Kolikov A., Romancev B., Samusev S. M.: Intermet Engineering, 2002.