КАЛИБРОВКА РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА СТАНА ХПТ

 

Деформирующим инструментом на станах ХПТ служат валки, в которых крепятся калибры (полудиски), и оправки. Рабочие валки (рис.1) изготовляют из стали З0ХГСА и подвергают объемной закалке до твердости НВ 250-320. В табл. 1 приведены размеры калибров станов ХПТ.

Таблица 1. Размеры калибров и их масса

Оправки станов ХПТ (см. рис. 1, 6) состоят из цилиндрической (диаметр ) и конической частей с хвостовиком для их крепления. Твердость инструмента НRС 55-60 обеспечивается использованием сталей ШХ15 и 50ХФА для из изготовления и термической обработкой; чистоту поверхности и точность размеров получают шлифовкой и полировкой рабочей поверхности.

В табл. 2. приведены данные по стойкости калибров и оправок станов ХПТ при холодной прокатке труб.

При расчете калибровки прокатного инструмента определяют (с использованием опытных данных) его оптимальные размеры, обеспечивающие стабильность процесса, высокое качество прокатываемых труб и достаточную стойкость самого инструмента.

Рис.1. Рабочий инструмент станов ХПТ: а - калибр; б – оправка.

Как уже отмечалось, обжатые заготовки на стане ХПТ производится калибрами, выполненными в форме полудисков или сегментов, а на станах ХПТР - роликами. Часть поверхности калибра или ролика, соприкасающаяся с металлом в процессе прокатки, называется ручьем. Ручей калибра стана ХПТ состоит (рис. 2, а) из трех основных участков: 1 - холостого с центральным углом , при нахождении которого в горизонтальной плоскости происходит подача заготовки (зев подачи); 2- рабочего с центральным углом , участок при прокатке по заготовке деформирует ее на оправке до заданных размеров; 3- холостого с центральным углом при прохождении которого через горизонтальную плоскость происходит поворот труб (зев поворота). Образующая для рабочего участка ручья называется гребнем. Радиус гребня в начале участка имеет наибольшую величину и уменьшается к концу участка (по ходу прокатки). На участке с центральным углом радиус не изменяется. Этот участок называется кaлибрующим, на нем происходит калибровка трубы по диаметру без обжатия по стенке.

В поперечном сечении (рис. 2, б) форма ручья представляет окружность, радиус которой в начале рабочего (обжимного) участка равен радиусу прокатываемой заготовки, а в конце участка - радиусу готовой трубы. Ширина ручья больше его диаметра на величину развалки: = - . Углы ограничивают развалку по периметру ручья. Развалку ручья выполняют по прямой или по радиусу в зависимости от типа и назначения калибровки.

Таблица.2. Стойкость (тысячи метров труб) калибров и оправок станов ХПТ.

Рис.2. Сечение ручья калибров: а – по гребню; б – поперечное сечение.

Длина рабочей части ручья (см. рис. 2, а), развернутой по радиусу делительнои окружности ведущих шестерен, разбивается на функциональные участки, длина которых определяется конструкцией стана, размерами заготовки и готовой трубы, а также параметрами принятой методики калибровки. На рис. 3 и 4 выделены следующие характерные участки: и — соответственно длина участков зевов подачи и поворота; —длина участка деформации, состоящего из участка редуцирования , участка обжатия стенки и участка калибровки стенки называемого предотделочным; — участок калибровки трубы по диаметру.

Рис.3. Развертка ручья калибра по гребню

 

С целью унификации технологического инструмента длины основных участков (, , и ) для каждого типа стана принимаются постоянными на весь сортамент прокатываемых труб:

Рис. 4. Номограмма для расчета профиля гребня ручья по методике Ю. Ф. Шевакина (1-7-контрольные сечения)

Сумма длин основных участков равна полуокружности ведущей шестерни по начальному диаметру :

. (1)

Длину предотделочного участка рекомендуется определять с учетом коэффициента полировки = 1,0 ÷ 1,4: . (2)

где - величина подачи, - коэффициент вытяжки за один проход.

Длину зоны редуцирования рассчитывают по формуле:

 

где - зазор между заготовкой и цилиндрической частью оправки; , - диаметр и толщина стенки заготовки; = 0,1 - конусность ручья на участке редуцирования; -конусность оправки в зоне редуцирования (для конических оправок она равна 0,015÷0,045, для вогнутых - 0,08÷0.15). С достаточной для практических расчетов точностью

 

где - площадь поперечного сечения заготовки.

 

Величину для конических оправок определяют по формуле

 

Минимально допустимую величину зазора между цилиндрической частью оправки и внутренней поверхностью заготовки определяют с учетом возможных колебаний толщины стенки заготовки, и для каждого типоразмера стана в зависимости от толщины значение составляет: 1,5 2,5 - для ХПТ 32; 2 3 - для ХПТ 55; 2,5 3,5 мм для ХПТ 75.

Площадь поперечного сечения заготовки в начале обжимного участка можно определить по формуле

Где ‚

.

При прокатке труб с применением оправок с криволинейной образующей принимают .

Коэффициент вытяжки на участке редуцирования , а на предотделочном участке . (7)

Отсюда и коэффициент вытяжки на обжимном участке

.

Распределение деформации на обжимном участке должно быть выполнено с учетом характера изменения пластических свойств металла, требуемого закона распределения усилий прокатки и допустимых значении осевых нагрузок, а также в зависимости от величины заданного соотношения обжатий по стенке и диаметру.

Различные авторы рекомендуют зависимости вида µ = F(х), удовлетворяющие тем или иным условиям деформации.

Я. Е. Осада предложил профиль обжимной зоны ручья выполнять по плавной кривой, удовлетворяющей заданному закону изменения деформации. Оптимальным является профиль части ручья, выполняемый по плавной кривой и обеспечивающий падение абсолютных и относительных деформаций по длине обжимной части ручья.

Профиль обжимной части ручья П. К. Тетерин определял так же, как и для горячей пилигримовой прокатки из условия постоянства давления металла на валки.

 

Ю. Ф. Шевакин в основу формулы, нашедшей широкое распространение для определения профиля обжимной части ручья, поместил изменение относительного обжатия по закону показательной функции:

где - коэффициент крутизны профиля обжимной зоны ( = 0,64); -текушая координата; ; - величина подачи.

Полученное на этой основе уравнение для определения толщины стенки в любом сечении обжимной зоны имеет следующий вид:

где - толщина стенки заготовки с учетом утолщения при редуцировании:

- суммарная вытяжка по стенке трубы: .

Анализ экспериментальных и производственных данных показывает, что формулу Ю. Ф. Шевакина можно считать рациональной, так как в ней удачно сочетается оптимальная крутизна профиля обжимной зоны с прокаткой на оправке, имеющей малую конусность. Для расчета коэффициента вытяжки Ю. Ф. Шевакин рекомендует следующее выражение:

где - расстояние от начaла обжимного участка до рассматриваемого сечения очага деформации (см. рис. 3) Для инженерных расчетов Ю. Ф. Шевакин предлагает расчет профиля гребня ручья по формуле (9) определять по номограмм е (см. рис, 4) в следующей последовательности: 1) суммарный коэффициент вытяжки по стенки трубы исходя из параметров процесса; 2) коэффициенты вытяжки по стенке - в соответствующих контрольных сечениях (7 равных по длине контрольных участков); 3) толщину стенки в контрольных сечениях - на основании значений ; 4) глубину ручья калибров с учетом значений в контрольных сечениях, конусности оправки, диаметра прокатываемой трубы и величины зазора между калибрами.

На станах ХПТ применяют круглые калибры с выпуском по дуге, угол выпуска калибра следует принимать переменным: от 32-35 в начале обжимного участка и до 18-20 к середине калибровочного участка.

Технологический зазор между калибрами зависит от тилоразмера стана и толщины стенки трубы, обычно он составляет 0,2-1,0 мм.

Пример. Расчет калибровки инструмента стана ХПТ 55 по методике Ю.Ф.Шивакина.

Маршрут прокатки: 66 4,5 45 1,8 мм, материал прокатываемых труб сталь 12Х18H10Т

Исходные данные: диаметр заготовки = 66,0 мм,

Толщина стенки заготовки = 4,5 мм

Диаметр готовый трубы = 45,0 мм

Толщина стенки трубы = 1,8 мм

Длина участка деформации = 410 мм,

Длины участка редуцирования = 74 мм,

Обжимного участка = 336 мм.

Зазор между калибрами = 0,4 мм.

Величина подачи валков m = 6 мм,

Характеристика калибровки инструмента. Суммарный коэффициент вытяжки

Относительное уменьшение площади поперечного сечения

Рис. 5.Схема очага деформации стана ХПТ55

 

 

Относительное обжатие стенки заготовки

Уменьшение наружного диаметра заготовки

.

Конусность оправки 2tg выбирается исходя из уменьшения наружного диаметра заготовки. Рекомендуемые значения конусности оправок приведены в табл.3.

В данном примере , следовотельно 2tg можно принять 0,025. Диаметр оправки в конце конической части ручья

Диаметр цилиндрической части оправки

Расчет профиля гребня ручья:

Величина зазора для ввода оправки в заготовку

Утолщение стенки на участке редуцирования

Толщина стенки заготовки после редуцирования

Для определения размеров профиля гребня ручья на обжимном участке необходимо знать коэффициент вытяжки в контрольных сечениях. Таких сечений семь, соответственно расстояние между сечениями x= /7 = 336/7 = 48 мм. При расчете калибровки для вычисления следует применять формулу (10), или воспользоваться номограммой, которая по известной величине коэффициента вытяжки по стенке = / позволяет найти для всех семи сечений (цифры на рис. 4).

Коэффициент вытяжки по стенке

По номограмме находим вытяжку для сечений ; и определяем толщину стенки трубы в контрольных сечениях :

Номер сечения i…..0 1 2 3 4 5 6 7

………………………….1 1.3 1.6 1.45 2.05 2.3 2.5 2.6

………………………..4.7 3.66 2.93 2.54 2.29 2.04 1.88 1.8

 

Диаметр оправки в контрольных сечениях где i – номер сечения

Диаметр оправки в сечениях 0 – 7

Таблица 3. Значения конусности оправок станов ХПТ.

Диаметр ручья калибра в контрольных сечениях

 

Определения ширины ручья. Расчет ширины ручья проводится в контрольных сечениях по формуле

Где коэффициент, учитывающий вынужденное уширение и износ инструмента (большие значения для начальных сечений, меньше для конечных); коэффициент, учитывающий горизонтальное сплющивание валков.

Конусность участков обжимной зоны ручья по сечениям следующая:

Номер сечения i……….1 2 3 4 5 6 7

………………….0.068 0.055 0.039 0.0375 0.035 0.031 0.028

Ширина ручья в контрольных сечениях

В конечном итоге получим по сечениям:

Номер сечения i……..1 2 3 4 5 6 7

мм…………………….50,16 47,33 44,44 43 41,28 39,64 38,24

К рассчитанной величине следует прибавить величину зазора ровную 0,4 тогда ширина ручья по сечениям составит:

Номер сечения i….1 2 3 4 5 6 7

мм……………….50,56 47,73 45,20 43,40 41,68 40,04 38,60

Если задан только исходный размер трубы, то производят выбор и проверку размеров заготовки станов станов ХПТ, на которых должны обрабатываться трубы, расчетным путем определяют геометрические размеры получаемых труб.