СПОСОБ ХОЛОДНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПРОКАТКИ ОСОБОТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ
COLD INTERMITTENT ROLLING OF SUPER-THIN PIPES

Изобретение относится к области трубопрокатного производства, а именно к изготовлению особотонкостенных труб способом холодной периодической прокатки.
Известны способы холодной периодической прокатки труб (Кофф З.А. и др. Холодная прокатка труб. Металлургиздат. 1962 г., с.7-9), при которых деформация трубы-заготовки осуществляется рабочими валками или роликами, обкатывающими трубу-заготовку во время своего возвратно-поступательного движения. В крайнем заднем положении рабочей клети валки или ролики выходят из контакта с прокатываемой трубой и в этот момент патрон подачи осуществляет подачу трубы в зону деформации и ее поворот.
При достижении патроном подачи крайнего переднего положения (перед рабочей клетью) он освобождает трубу и отходит в исходное заднее положение, где захватывает конец очередной трубы-заготовки и подает ее к рабочей клети. При этом для прокатки хвостовой недокатанной части предыдущей трубы подача ее в зону деформации осуществляется упором в ее задний торец переднего торца последующей трубы-заготовки. Недостатком известных способов является то, что при прокатке особотонкостенных труб из соответственно тонкостенных заготовок усилие подачи оказывается достаточным для врезания торцев труб друг в друга, что делает невозможным продолжение процесса прокатки и, следовательно, приводит к остановке стана, отрезке и удалению недокатанной части готовой трубы.
Прокатка с недокатом каждой трубы повышает расходный коэффициент металла дорогостоящих особотонкостенных труб и снижает производительность станов из-за затраты дополнительного времени на извлечение недокатанной трубы из стана и установку новой трубы-заготовки.
Из известных способов наиболее близким по технической сущности является способ холодной периодической прокатки тонкостенных труб (В.А. Вердеревский. Роликовые станы холодной прокатки труб, М.: Металлургия, 1992 г., с.192-193), при котором докатка хвостовой части производится путем захвата прокатанной части трубы вытяжным патроном, расположенным на выходной стороне стана. При этом вытяжной патрон обеспечивает свободное удлинение трубы в процессе деформации металла и при докатке хвостовой части подает трубу на заданную величину подачи, а труба, зажатая кулачками патрона, удлиняясь во время прямого хода клети, передвигает вытяжной патрон в направлении прокатки. Вытяжной патрон перемещается на катках по направляющим, при этом рейка, закрепленная на патроне, вращает шестерню и втулку обгонной муфты, наружная обойма которой, соединенная зубчатой передачей с валом механизма подачи, остается неподвижной. В момент подачи от механизма подачи и поворота, через вал и зубчатые передачи, сообщается поворот обойме, которая, вращая втулку, передвигает рейку с вытяжным патроном на заданную величину подачи.
Таким образом, при докатке торцы трубы-заготовки и недокатанной трубы не соприкасаются друг с другом.
Однако перемещение этой трубой тяжелого вытяжного патрона и поворот шестерен и втулки обгонной муфты вызывает динамические усилия, действующие на готовую трубу, что при прокатке особотонкостенных труб приводит к их повреждению. Кроме того, наличие ряда динамически нагруженных элементов привода вытяжного патрона снижает надежность работы стана.
Техническим результатом изобретения является повышение качества прокатываемых труб, увеличение выхода годного и повышение надежности работы стана.
Технический результат достигается тем, что в способе холодной периодической прокатки особотонкостенных труб, включающем зажим трубы-заготовки за хвостовую часть патроном подачи и поворота с последующей подачей трубы-заготовки в зону деформации, прокатку трубы-заготовки и перемещение прокатанной трубы внутри вытяжного патрона до достижения патроном подачи и поворота своего крайнего положения, освобождение хвостовой части трубы-заготовки и зажим прокатанной трубы вытяжным патроном, расположенным с выходной стороны стана, докатку хвостовой части трубы-заготовки, при которой трубу вытягивают на величину подачи вытяжным патроном, перемещая его по направлению прокатки, при этом вытяжной патрон перемещают посредством сервопривода, скорость перемещения вытяжного патрона равна скорости удлинения трубы при докатке, подачу докатываемой трубы осуществляют синхронно с подачей в зону деформации следующей трубы-заготовки, поворот докатываемой трубы также осуществляют синхронно с поворотом следующей трубы-заготовки.
По окончании подачи, во время прокатки трубы при прямом ходе клети, труба удлиняется. При этом перемещение вытяжного патрона, необходимое для докатки хвостовой части готовой трубы, осуществляется от индивидуального серводвигателя вместе с трубой со скоростью, равной скорости удлинения готовой трубы.
Скорость течения металла при удлинении трубы определяется степенью деформации трубы и скоростью перемещения клети. Известна следующая упрощенная формула для определения скорости течения металла:
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>к</mi><mi>л</mi></mrow></msub><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mi>х</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>t</mi><mi>х</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
кл
где V - скорость перемещения клети с валками или сепаратора с роликами;
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mi>х</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>t</mi><mi>х</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
- относительное обжатие стенок трубы в сечении «X» по длине зоны деформации металла.
В основу программы управления серводвигателем положена рассчитанная для каждого маршрута прокатки калибровка рабочего инструмента и заданная скорость движения рабочей клети. Обычно толщина стенки в любом сечении обжимаемой трубы по длине зоны деформации определяется зависимостью:
<mrow><msub><mi>t</mi><mi>х</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mi>з</mi></msub></mrow><mrow><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>t</mi><mi>з</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>t</mi><mi>Т</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mi>е</mi><mrow><mo>−</mo><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msup></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mi>е</mi><mrow><mo>−</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><mfrac><mi>х</mi><mrow><msub><mi>е</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></msup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac></mrow>
з
где t - толщина стенки заготовки;
<mrow><mfrac><mi>х</mi><mrow><msub><mi>е</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
- текущая координата сечения X по длине зоны деформации;
1
2
n и n - коэффициенты крутизны профиля гребня калибра.
Данная формула удовлетворяет падающему режиму относительной деформации по логарифмической зависимости (см. В.А. Вердеревский/ Роликовые станы холодной прокатки труб, М.: Металлургия, 1992 г., с.137). Зная шаг винта S и скорость V, заданные программой, число оборотов серводвигателя, необходимое для перемещения вытяжного патрона со скоростью, равной скорости удлинения трубы, будет равно:
<mrow><msub><mi>n</mi><mi>с</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>V</mi><mi>S</mi></mfrac></mrow>
Пример осуществления предлагаемого способа поясняется чертежом.
Труба-заготовка 1 патроном подачи и поворота 2, приводимым в поступательное движение механизмом подачи и поворота, подается к рабочей клети 3 в зону деформации трубы. Производится прокатка трубы с проходом готовой трубы через вытяжной патрон. При достижении патроном подачи и поворота 2 крайнего переднего положения его кулачки освобождают недокатанную хвостовую часть трубы 4, и патрон 2 отходит назад в исходное положение, где кулачками зажимает задний конец очередной трубы-заготовки и начинает ее подачу к рабочей клети. В этот же момент для докатки хвостовой части готовой трубы вытяжной патрон 5, приводимый индивидуальным серводвигателем 6 через винт 7 и гайку 8, вытягивает недокатанную трубу на величину подачи синхронно с подачей патроном 2, не допуская тем самым стыкования их торцев. Поворот трубы осуществляется от серводвигателя 9 посредством вала поворота 10 и шестерни 11 синхронно с поворотом трубы-заготовки патроном 2.
Указанный режим работы вытяжного патрона при докатке осуществляется следующим образом. Оператор задает в АСУ требуемые параметры работы вытяжного патрона: величины подачи и поворота, а также рассчитываемую по формуле калибровку рабочего инструмента для определенной скорости клети (скорость движения вытяжного патрона как функция от положения клети). Линейное положение клети и ее текущая скорость определяются по датчику абсолютного положения. В ходе прокатки по команде от АСУ вытяжной патрон выполняет подачу и поворот на заданные величины. Для этого используется замкнутая по положению структура управления координатами сервоприводов. По завершению отработки заданных перемещений сервопривод подачи вытяжного патрона принудительно переводится в замкнутый по скорости режим управления координатами. При последующем прямом ходе клети, используя введенную оператором калибровку и текущую скорость клети, АСУ рассчитывает и выдает задание скорости на сервопривод подачи вытяжного патрона. Таким образом, за один двойной ход клети сервопривод подачи вытяжного патрона выполняет заданную подачу трубы в позиционном режиме и ее сопровождение в скоростном. Этим достигается равенство скоростей вытяжного патрона и готовой трубы, удлиняемой при прокатке во время прямого хода клети.
При работе стана с одновременным использованием патрона подачи и поворота и вытяжного патрона АСУ дополнительно обеспечивает синхронную подачу трубы-заготовки патроном подачи и поворота и готовой трубы вытяжным патроном, что исключает врезание торцев труб друг в друга. При этом поворот трубы вытяжным патроном осуществляется синхронно с поворотом трубы-заготовки патроном подачи и поворота.
Такой способ позволяет получать качественные особотонкостенные трубы с минимальным расходом металла и повышает надежность работы стана.