Технологический инструмент для холодной прокатки труб, листа и профиля

"Институт Цветметобработка" предлагает свои услуги по расчету и изготовлению рабочего инструмента для станов холодно-пильгерной прокатки, в том числе:

 

  • калибры рабочих валков
  • - ролики постоянного поперечного сечения, цилиндрические и профильные

    - кольцевые калибры

    - калибры-полудиски

    - подковообразные калибры

     

  • оправки
  • по типу образующей:

    - конические

    - параболические

    по форме поперечного сечения:

    - цилиндрические

    - профильные

     

  • опорные планки

Расчет калибровок и изготовление рабочего инструмента

 

Изготовление рабочего инструмента.

Для изготовления инструмента для холодно-пильгерной прокатки требуется специальное оборудование. Оправки и опорные планки обычно изготавливают на стандартных круглошлифовальных и плоскошлифовальных станках с ЧПУ после предварительной обточки. Изготавливать калибры переменного сечения можно только на специализированных станках. Самыми распространенными из них являются: "Специальный круглошлифовальный станок с ЧПУ GG-52" (SMS-Meer, Германия) и "Станок для обработки ручья калибров станов холодной прокатки труб модели ЛЗ-250" (ООО "Санкт-Петербургский завод прецизионного станкостроения"). Поскольку станок ЛЗ-250 лишь недавно был модернизирован и оснащен числовым программным управлением, для чистовой обработки ручьев калибров чаще всего используют станок GG-52.

GG-52 CNC

 

Институт выполняет расчеты отдельных калибровок и разрабатывает универсальные программы для автоматического расчета в зависимости от требований заказчика. Программы расчёта профиля рабочего инструмента выполнены на базе электронных таблиц EXCEL и позволяют производить расчёты профиля калибров и оправок станов холодной пилигримовой прокатки, при которой радиус ручья калибров и величина деформации  непрерывно изменяются по длине хода рабочей клети.

В программе представлены все параметры прокатного инструмента, необходимые для анализа заданного маршрута и изготовления калибров и оправок. Обжимной участок профиля ручья калибра от нулевого сечения до пережима разбит на 40 контрольных сечений, а калибрующий участок от пережима до конца ручья разбит на 4 контрольных сечения. Выходные (расчетные) параметры оптимизированы под программное обеспечение специализированного профилешлифовального станка GG-52 CNC.

 

Расчет калибровок и выбор маршрутов прокатки.

Исходными данными для расчета калибровок рабочего инструмента для холодной прокатки являются материал и маршрут прокатки. Основой методики расчета является концепция, предложенная Ю.Ф. Шевакиным. Идея заключается в максимальном обжатии заготовки в начале рабочей зоны и в минимальном обжатии в калибровочной зоне, в которой упрочнение достигает максимума.

Параметры очага деформации. Первые калибровки для холодной пилигримовой прокатки труб были предложены в 1937 году П.Т. Емельяненко. Развёртка ручья калибров по гребню была выполнена по прямолинейному закону и представляла прямую линию, имеющую наклон к оси прокатки, соответствующий разности между радиусами наружной поверхности заготовки и прокатываемой трубы. Оправка также выполнялась с прямолинейной образующей, конусность которой была меньше конусности гребня ручья.

Как показала практика эксплуатации, в этой калибровке распределение обжатий по длине обжимной зоны происходило в нарастающем режиме, достигая максимума в конце обжимного участка, в результате при нормальной ширине калибра происходило его переполнение, а при увеличении ширины калибра снижалась точность прокатываемых труб. Линейно-конусные калибровки, применявшиеся ранее в горячем пильгерном процессе, разрабатывались без учёта упрочнения материала в процессе холодной деформации. В результате в конце обжимного участка происходило растрескивание труб вследствие чрезмерного обжатия наклёпанного материала. Стало очевидным, что повышение эффективности холодной пильгерной прокатки можно достичь за счёт создания такого режима обжатия по длине обжимной зоны, который соответствовал бы изменению свойств металла по мере увеличения степени деформации.

Разработкой методик расчёта занимались многие исследователи, среди которых наиболее заметный вклад внесли Я.Е. Осада, который впервые показал эффективность перехода на калибровку с гребнем ручья, выполненным по плавной кривой с заданным законом изменения деформации,  П.К. Тетерин, который при расчёте гребня исходил не из изменения относительной деформации, а из условия постоянства давления на валки, В. Нейман и Е. Зибель, которые предложили определять гребень ручья, исходя из условия равенства работы деформации на единицу длины хода рабочей клети. Но наибольший вклад в развитие теории и практики расчёта калибровки внёс Ю.Ф. Шевакин в своей монографии «Калибровка и усилия при холодной прокатке труб». Ю.Ф. Шевакин дал развёрнутый анализ известных методик и предложил свою методику, которая до сих пор широко используется на отечественных трубопрокатных производствах.

Рабочий конус имеет несколько характерных участков, выполняющих конкретные задачи в процессе деформации трубы.

Обжимной участок Lобж - основной участок, на котором производится деформация трубы, как по диаметру, так и по толщине стенки.

Длина обжимного участка в свою очередь включает три участка:

  • редуцирующий участок, на котором производится обжатие трубы по наружному диаметру до посадки внутреннего диаметра на оправку;
  • участок обжатия стенки, на котором производится основная деформация стенки на оправке ручьём калибра переменного профиля;
  • предотделочный участок, на котором производится калибровка толщины стенки за счёт равенства конусности оправки и гребня ручья.

Режим обжатия стенки является основой при расчёте калибровки инструмента для холодной пилигримовой прокатки труб. Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных учёных убедительно показано, что производительность процесса и качество прокатываемых труб обеспечиваются при применении калибровок профиля ручья с падаю-щим режимом обжатия стенки. Связано это прежде всего с тем, что металл в процессе хо-лодной деформации упрочняется. Кроме того, процесс холодной прокатки труб сопровожда-ется неравномерной деформацией металла в зоне гребня ручья и в выпусках. Во внеконтактных частях поперечного сечения возникают значительные растягивающие напряжения, которые могут превосходить предел прочности деформируемого металла. Деформация сечений трубы в выпусках ручья осуществляется за счёт линейного растяжения. Если относительная деформация в мгновенном очаге любого сечения рабочего конуса будет больше относительного удлинения материала при данной степени наклёпа, то неизбежно произойдёт его разрушение. На практике это проявляется в виде серповидных трещин или серповидных отпечатков на поверхности трубы.

Наиболее глубокие исследования процесса холодной пилигримовой прокатки труб проведены Ю.Ф. Шевакиным и его учениками в середине прошлого столетия. Он предложил принцип разделения деформации при холодной прокатке труб на две составляющие — уменьшение диаметра заготовки и утонение стенки заготовки производить преимущественно раздельно. При этом в начале рабочей части ручья производится значительное обжатие диаметра заготовки, а на остальной длине ручья производится обжатие стенки с незначительным уменьшением диаметра, т. е. деформация стенки осуществляется на оправке с малой конусностью.

Профиль и размеры оправок. В современных технологических схемах холодной пилигримовой прокатки труб применяются оправки с конической, параболической и цилиндрической образующей. Каждый из этих видов оправок обладают своими преимуществами и недостатками. Традиционно на станах ХПТ применяют конические оправки. Они просты в изготовлении и смещением их положения вдоль оси прокатки, можно легко корректировать толщину стенки прокатываемой трубы.

Оправки криволинейного (параболического) профиля имеют переменный угол конусности, постепенно уменьшающийся до минимального значения к пережиму. Они  обеспечивают более интенсивную деформацию в начале очага деформации, когда материал ещё обладает наилучшими пластическими характеристиками. По мере упрочнения материала при холодной деформации калибровкой профиля ручья калибра добиваются снижения частных деформаций, а профиль оправки к концу очага деформации делают с минимальной конусностью. Это позволяет значительно повысить точность прокатываемых труб, как по диаметру, так и по толщине стенки. Однако параболические оправки не допускается смещать от нормального положения вдоль оси прокатки. Настраивать размеры по наружному диаметру можно, как и в случае применения конических оправок, сведением или разведением калибров. Корректировка толщины стенки смещением оправки вдоль оси прокатки не допустима, так как это нарушит заложенный калибровкой режим обжатий.

В ряде случаев, когда не требуется значительно уменьшать наружный диаметр, а основная деформация трубы производится по стенке, применяют цилиндрические оправки. Кроме простоты изготовления эти оправки требуют минимальной развалки ручья калибра, что обеспечивает высокую точность геометрии прокатываемых труб.