ОПРАВОЧНЫЙ УЗЕЛ СТАНА ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ
SCREW ROLLING MILL MANDREL ASSEMBLY

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубопрокатному производству, и может быть использовано при прошивке заготовок на станах винтовой прокатки с охлаждаемыми оправками.
Известна водоохлаждаемая оправка прошивного стана (патент РФ №2388557, B21B 25/00, опубл. 27.12.2009), имеющая переменный профиль с радиальными или наклонными отверстиями, равномерно расположенными по окружности задней части оправки. Количество отверстий и их диаметр выбраны из условия, что суммарная площадь их сечений не превышает площадь внутреннего сечения трубы, подводящей охлаждающую жидкость внутрь оправки. Недостатком такой конструкции является то, что при прошивке заготовок из труднодеформируемых и коррозионностойких сталей охлаждающая жидкость попадает на внутреннюю поверхность гильзы, что ведет к интенсивному окислению горячего металла, образованию в дальнейшем плен на внутренней поверхности гильзы и получению бракованной продукции.
Известна водоохлаждаемая оправка без отверстий для отвода воды и пара в носовой части (патент РФ №2423194, B21B 25/04, опубл. 10.07.2011). Водоохлаждаемая оправка установлена на полом стержне, включающем подводящую трубку, размещенную с кольцевым зазором. Для улучшения циркуляционного охлаждения оправки внутри подводящей трубки с зазором установлена коническая пробка с эксцентриситетом. Недостатком известной конструкции является недостаточное охлаждение оправки и неполное устранение «паровой рубашки». Кроме того, охлаждение оправки происходит преимущественно в зоне с максимальной скоростью охлаждающей жидкости, что приводит к неравномерному износу оправки (в области с максимальной скоростью охлаждения износ меньше, чем на остальных участках оправки).
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является полая оправка, охлаждаемая изнутри водой, подаваемой через стержень с подводящей трубкой и свободно вставляемым в нее телескопическим патрубком (Кауфман. М.М. Прошивка заготовок с применением водоохлаждаемых оправок / М.М. Кауфман. // Сталь - 1958 г. - №2, с.144-151). Под действием высокого давления воды патрубок выдвигается из подводящей трубки и своим вырезанным торцом прижимается к носовой части оправки, при этом сохраняется постоянный зазор для выхода воды в полость оправки. В такой конструкции охлаждающая жидкость после контакта с поверхностью полости оправки отводится через кольцевой зазор между подводящей трубкой и стержнем.
Недостатком известной конструкции является отсутствие возможности перемещения телескопического патрубка при замене оправки, из-за чего при смене оправки возможно повреждение целостности конструкции (поломка телескопического патрубка и водоподводящей трубы). Кроме того, данная конструкция может быть использована только при давлении воды в справочном узле более 20 атм, что исключает возможность ее применения на прошивных станах лабораторного типа или на опытно-промышленном прошивном стане.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении стойкости оправок, предотвращении повреждения внутренней конструкции справочного узла при смене оправки и повышении качества внутренней поверхности прокатываемых гильз.
Поставленная задача решается за счет того, что в справочном узле стана винтовой прокатки, содержащем охлаждаемую оправку с несквозной внутренней поверхностью, установленную на полом наконечнике, который зафиксирован на полом стержне, снабженном размещенной внутри него подводящей трубкой и свободно вставляемым в нее телескопическим патрубком, согласно изобретению, на торце подводящей трубки, обращенном к оправке, жестко закреплен фланец, на концах телескопического патрубка жестко зафиксированы ограничивающие элементы, а в зазоре между подводящей трубкой и телескопическим патрубком размещена пружина сжатия. Кроме того, ограничивающий элемент, зафиксированный на конце телескопического патрубка, обращенном к оправке, выполнен в виде стопорного кольца, а зафиксированный на другом конце патрубка - в виде упорной шайбы.
В предлагаемом справочном узле охлаждающая среда, поступающая по подводящей трубке, за счет оказываемого давления на ограничивающий элемент, например упорную шайбу, зафиксированную на телескопическом патрубке, ограниченно перемещает телескопический патрубок. Телескопический патрубок выдвигается на требуемую глубину так, чтобы его торец не доходил до края внутренней поверхности оправки. В таком положении подаваемая жидкость устраняет образовавшуюся «паровую рубашку» и эффективно охлаждает оправку по всему внутреннему профилю, тем самым снижает температуру наружной поверхности оправки и повышает ее износостойкость.
Для предотвращения поломки подводящей трубки и телескопического патрубка при смене оправок на справочном узле (при условии отсутствия давления в подводящей трубке) торец телескопического патрубка должен находиться строго в теле наконечника.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен справочный узел при отсутствии в нем охлаждающей среды, на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - справочный узел при наличии в нем охлаждающей среды.
Справочный узел стана винтовой прокатки содержит полую оправку 1 с несквозной внутренней поверхностью 2, полый наконечник 3, соединенный с оправкой, например, через конические поверхности, и расположенную в полости наконечника подводящую трубку 4 для подвода охлаждающей среды, телескопический патрубок 5, расположенный коаксиально в подводящей трубке. На торце подводящей трубки, обращенном к оправке, жестко закреплен фланец 6. На конце телескопического патрубка, обращенном к оправке, жестко зафиксировано, например, стопорное кольцо 7, а на другом конце - упорная шайба 8. В зазоре между телескопическим патрубком и подводящей трубкой размещена пружина сжатия 9.
Предлагаемый справочный узел стана винтовой прокатки работает следующим образом. В процессе прокатки через расположенную в полом наконечнике 3 подводящую трубку 4 подают охлаждающую среду, например воду, которая действует на упорную шайбу 8. Под действием возникающего давления на упорную шайбу 8, жестко зафиксированную на конце телескопического патрубка 5, патрубок перемещается в направлении движения воды. Максимальное перемещение ограничено полным сжатием пружины 9. Вода транспортируется через телескопический патрубок 5 и охлаждает внутреннюю поверхность оправки 1. Затем вода проходит через кольцевой зазор, образованный наконечником 3 и подводящей трубкой 4. Наличие телескопического патрубка 5 способствует непосредственному контакту поступающих объемов воды с внутренней поверхностью оправки 1, тем самым не допускает образования «паровой рубашки». В результате снижается разогрев оправки, повышается ее стойкость. При прекращении подачи охлаждающей среды в подводящую трубку 4, пружина 9 возвращает телескопический патрубок 5 с упорной шайбой 8 в исходное положение, регулируемое стопорным кольцом 7, которое упирается во фланец 6. Поскольку при отсутствии давления воды основные элементы справочного узла, такие как: телескопический патрубок 5, подводящая трубка 4, упорная шайба 8, пружина 9, фланец 6 и стопорное кольцо 7, не выходят за границу наконечника 3 со стороны оправки 1, то при смене оправки внутренняя поверхность последней не повредит элементы конструкции, тем самым обеспечивая целостность конструкции.
Предлагаемая конструкция справочного узла была опробована при прошивке гильз на стане винтовой прокатки ТПА «140». Прокатывали заготовки диаметром 156 мм и длиной 2000 мм из стали 09Г2С в гильзы размерами 167×11,8 мм при температуре нагрева заготовки 1230-1240°С.
Угол подачи составлял 10°, число оборотов валков - 100 об/мин, расстояние между валками в пережиме составляло 140 мм, между линейками - 155 мм, давление воды в системе охлаждения составляло 4 атмосферы. Затем полученные гильзы прокатывали в трубы размерами 168×11,5 мм.
Было прокатано 135 труб, при этом расход оправок в опытной партии оказался в 1,3 раза меньше, чем при действующей технологии с использованием справочного узла известной конструкции.
При осмотре труб плен и подрезов на внутренней поверхности не обнаружено.
Реализация справочного узла предлагаемой конструкции позволяет повысить стойкость оправок стана винтовой прокатки, увеличить его производительность, улучшить качество внутренней поверхности гильз по сравнению с достигнутым при использовании штатного инструмента. Кроме того, использование справочного узла не требует изменения технологии прошивки гильз и оборудования прошивного стана, предотвращает повреждение внутренней конструкции справочного узла при смене оправки, позволяет снизить температуру оправок и внутренней поверхности гильз до оптимального диапазона. А также обеспечивает снижение себестоимости продукции за счет уменьшения количества оправок одного типоразмера.