ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КАЛИБРУЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
PROCESS GAUGE TOOL

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к станам продольной прокатки профилей, и может быть использовано на непрерывных редукционных безоправочных станах.
Известен технологический инструмент редукционного стана (RU № 1414486 от 20.01.87, МКИ B21B 17/14), содержащий последовательно расположенные двухвалковые калибры уменьшающегося поперечного сечения, в которых профиль каждого ручья образован центральной дугой, радиус которой больше радиуса дуги выпусков, сопряженных с центральной дугой.
Недостатками известного технологического инструмента являются обеспечение редуцирования труб с большего на меньший диаметр и невозможность производства профиля сложной формы.
Известен трехвалковый инструмент по патенту RU №2117540 от 02.02.96, МКИ B21B 17/14, «Калибровка валков для редукционного трубопрокатного стана», в котором профиль валка имеет выпуклости с обеих боковых сторон каждого валка, размер которых увеличивается на постоянные или одинаковые в процентном отношении величины в направлении прокатки.
Недостатком известного технологического инструмента является невозможность производства профиля сложной формы.
Наиболее близким по технической сути к заявленному объекту является технологический калибрующий инструмент редукционного прокатного стана (RU № 2270066, опубл. 20.02.2006, бюл. № 5, МКИ B21B 17/14), содержащий несколько последовательно расположенных двухвалковых обжимных формообразующих калибров и многовалковые калибры для окончательной калибровки и правки готового изделия, установленные в строго определенном порядке, и профиль поперечного сечения которых образован впадинами, выступами с криволинейными и/или прямолинейными поверхностями с возможностью пропорционального геометрического приближения к форме готового изделия.
Недостатками известного технологического инструмента являются расчет технологического инструмента без учета относительного положения центров жесткости сечений по переходам, вызывающий возникновение дополнительных напряжений и требующий усложнения конструкции и увеличения количества клетей для получения качественного профиля, формирование элементов профиля активным воздействием на заготовку, базируясь на отдельный участок профиля, что вызывает односторонний сдвиг и соответствующие напряжения и затраты энергии, осевые нагрузки на рабочие валки клетей, приводящие к принудительному поперечному смещению профиля в стане, образование серповидности и винтообразности (скручивания) профиля, возможность прохлопывания при формировании прямолинейных участков профиля и невозможность исправления таких дефектов при дальнейшей калибровке.
Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков, а именно: оптимизация напряженно-деформированного состояния заготовки и энергосиловых параметров стана, повышение качества изделий за счет исключения осевых нагрузок на рабочие валки клетей и прохлопывания при формировании прямолинейных участков профиля, упрощение конструкции и снижение материалоемкости стана и снижение энергозатрат.
Задача достигается тем, что в технологическом калибрующем инструменте редукционного прокатного стана, содержащем несколько последовательно расположенных обжимных формообразующих калибров и калибры для окончательной калибровки и правки готового изделия, формообразующие калибры установлены с возможностью воздействия на заготовку при условии расположения центров жесткости последовательно получаемых профилей при перемещении заготовки от клети к клети на одной прямой, совпадающей с осью проката, профиль поперечного сечения формообразующих валков калибров для формирования каждого из прямолинейных участков профиля выполнен радиусным, при этом радиус дуги впадин профиля поперечного сечения формообразующих валков каждого последующего калибра увеличивается пропорционально углу подгиба, равному 15-20°, с возможностью геометрического приближения к прямолинейной форме участка профиля без прохлопывания прямолинейных участков профиля готового изделия.
x
y
Сущность изобретения состоит в том, что осуществление деформирования полой заготовки относительно центров жесткости последовательно получаемых профилей при перемещении заготовки от клети к клети, расположенных на одной прямой, совпадающей с осью проката, позволяет оптимизировать напряженно-деформированное состояние заготовки вследствие того, в нашем случае возникающие деформации сдвига будут симметричными по сечению профиля с минимальными моментами инерции J и J, а по толщине только с одним видом деформации - сжатием, при котором на наружной поверхности действуют нулевые напряжения, возрастающие до определенных отрицательных значений внутрь заготовки по ее толщине, что практически исключает односторонние сдвиги и осевые нагрузки на рабочие валки клетей, приводящие к принудительному поперечному смещению и искривлению профиля в стане, образованию серповидности и винтообразности (скручивания) профиля и требующие больших усилий проката, и установить участки профиля для получения плоских прямолинейных поверхностей, что позволит избежать в процессе проката неопределенности размеров и снизить энергозатраты. Выполнение профиля поперечного сечения формообразующих валков калибров для формирования каждого из прямолинейных участков профиля радиусным, когда радиус дуги впадин профиля поперечного сечения формообразующих валков каждого последующего калибра увеличивается пропорционально углу подгиба, равному 15-20°, позволяет осуществлять пошаговое увеличение радиуса кривизны заготовки между образованными граничными переходными радиусными зонами для каждого прямолинейного участка профиля, имеющих возможность перемещаться только на величину, не приводящую к изменению длины дуги между переходными радиусными зонами, что дает возможность получить прямые участки профиля без прохлопывания внутрь профиля и исключить неисправляемые дефекты.
Мероприятия по предлагаемому изобретению также делают возможным подобрать оптимальное количество клетей, упростив тем самым конструкцию стана и снизив его материалоемкость и энергосиловые параметры.
Заявителю не известен технологический калибрующий инструмент редукционного прокатного стана с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявленного изобретения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Изобретение поясняется чертежом, где Фиг.1 - исходная заготовка (труба диаметром D×d), Фиг.2 - совмещенные профили по переходам, Фиг.3 - сечение валков для формирования прямолинейных участков профиля.
Исходная трубчатая сварная заготовка 1 диаметром D×d преобразуется обжимными формообразующими калибрами (условно не показаны) с последовательным получением профилей 2, 3 и 4 в соответствующих клетях в искомый профиль 5 относительно центров жесткости 6 последовательно получаемых профилей при перемещении заготовки от клети к клети, которые расположены на одной прямой, совпадающей с осью проката 6. Формообразующий валок 7 калибров для формирования каждого из прямолинейных участков профиля выполнен радиусным с радиусом 8 и преобразуется в последующих клетях в валок 9 с радиусом 10, при этом радиус 10 больше радиуса 8 на величину, пропорциональную углу подгиба - разности углов 11 и 12, что определяет и количество необходимых клетей. Это позволяет осуществлять пошаговое увеличение радиуса кривизны заготовки до формирования искомого прямолинейного участка профиля 13 без прохлопывания внутрь профиля и исключить неисправляемые дефекты.
Прокатка профиля осуществляется следующим образом. Заготовка - сварная труба - захватывается валками первого калибра и из исходной круглой трубы 1 диаметрами D×d формообразуют профиль 5 заданного вида. В начальных клетях осуществляется первоначальная организация граничных переходных радиусных зон, которая осуществляется относительно центра жесткости 6, совпадающего с осью проката. Последующее формирование прямолинейных участков 13 опалубочного профиля ведется таким образом, чтобы при переходах от одной клети к другой углы подгиба (разность углов 11 и 12) были равными 15-20 градусам.
Окончательная калибровка профиля ведется с целью исправления возможных отклонений при формообразовании опалубочного профиля, при этом элементы технологического инструмента располагаются по клетям таким образом, чтобы центры жесткости 6 последовательно получаемых профилей при перемещении заготовки от клети к клети были расположены на одной прямой, совпадающей с осью проката.
В качестве заготовок предполагается использовать круглые трубы одного наружного диаметра 108×2 мм, в результате проката которых получаются качественные профили одинаковых наружных геометрических параметров с определяющими размерами ширины профиля, равной 46 мм, и типовой высоты 120 мм, используемых в производстве облегченных щитов опалубки.
Использование предлагаемого технологического калибрующего инструмента редукционного прокатного стана обеспечивает возможность воздействия на схему напряженно-деформированного состояния металла в очаге деформации для получения опалубочного профиля заданной формы из промышленно-освоенной и широко используемой сварной трубы размером Ф108×2 мм в оптимальном технологическом режиме с точки зрения состояния металла, интенсивности деформаций и благоприятных условий работы инструмента, упрощение конструкции и технологии изготовления валков, повышение качества изделия и снижение затрат электроэнергии.