автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование формоизменения для совершенствования режимов деформации и расширения сортаментных возможностей станов винтовой прокатки без направляющего инструмента

На правах рукописи

Новиков Михаил Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕЖИМОВ ДЕФОРМАЦИИ И РАСШИРЕНИЯ СОРТАМЕНТНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТАНОВ ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ БЕЗ НАПРАВЛЯЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05 16 05 - «Обработка металлов давлением»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

оозиьь

Москва 2007

003066140

Работа выполнена на кафедре «Технология металлов» Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Голубчик Р М

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Коликов А П

кандидат технических наук, доцент Леняшин В Б

Ведущее предприятие ОАО АХК ВНИИМЕТМАШ

им академика А И Целикова

Зашита состоится «31 » октября 2007 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002 060 02 в Институте металлургии и материаловедения им А А Байкова РАН по адресу 119991, Москва, Ленинский проспект, 49

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института металлургии и материаловедения им А А Байкова РАН

Автореферат разослан « ^ » сентября 2007 года

Справки по телефону 135-96-29

Ученый секретарь ///¿¿¿^^^Ъ/

диссертационного совета, -"—" "

доктор технический наук, профессор Шелест А Е

Общая характеристика работы

Актуальность темы В технологических процессах производства горячекатаных труб важное место занимают станы винтовой прокатки, которые используются для получения исходных заготовок, их прошивки и раскатки гильз Работа этих станов в значительной мере определяет сортамент, качество поверхности и точность геометрических размеров труб, стабильность работы и производительность агрегатов в целом Роль винтовой прокатки существенно возрастает при изготовлении труб с повышенной тонкостенностью, когда настройка и калибровка инструмента, режим деформации определяют принципиальную возможность получения требуемой продукции

В связи с этим при создании прогрессивных технологий производства труб одна из первоочередных задач заключается в разработке методов оценки предельных параметров редуцирования и раскатки различных калибровок и пространственного положения валков

Создание и освоение новых технологий и конструкций станов, совершенствование процессов требуют дальнейшего развития отдельных вопросов теории винтовой прокатки и создания на этой основе новых методов расчета рациональных режимов деформации

Данная работа выполнена по плану фундаментальных исследований Минобразования РФ в области инженерных наук (грант Минобразования №01200304631)

Цели и задачи работы Целью настоящей работы являлось совершенствование режимов деформации и калибровки инструмента при прокатке сплошных заготовок и раскатке гильз в косовалковых станах без направляющего инструмента с привлечением математического моделирования, экспериментальных данных и всестороннего анализа параметров конечного и циклического формоизменения

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи

- установить границы устойчивости процесса прокатки по условиям вращения и прилегания стенки гильзы-трубы к оправке,

- определить геометрические, кинематические и силовые параметры процесса винтовой прокатки и провести анализ деформации металла заготовки при раскатке по длине очага деформации,

- предложить рекомендации по совершенствованию настроек и калибровок валков существующих станов,

- разработать и обосновать технологическую схему для получения труб повышенной тонкостенности

Научная новизна Разработана и реализована математическая модель процесса раскатки в трех- и четырехвалковом стане винтовой прокатки, позволяющая оценить устойчивость протекания установившегося процесса и определить геометрические, кинематические и силовые параметры при движении гильзы-трубы

К новизне научных результатов следует отнести

- выявление и систематизацию факторов, влияющих на протекание процесса раскатки,

- оценку технологических возможностей процесса раскатки гильз в станах винтовой прокатки без направляющего инструмента

- связь условий вращения гильзы-трубы и прилегания стенки к оправке в зависимости от параметров процесса, размеров прокатываемых труб и их свойств,

- особенности опережения и отставания при винтовой прокатке,

- распределение коэффициентов скорости по контактной поверхности,

- калибровку валков трехвалкового раскатного стана

Практическая значимость Научные разработки диссертации и

технические решения направлены на расширение сортамента заготовок для прошивки и повышение тонкостенности готовых труб при раскатке Они включают усовершенствованные технологические режимы редуцирования заготовок и раскатки гильз

Реализация результатов в промышленности Показана возможность использования предложенных рекомендаций при проектировании электросталеплавильных комплексов, оснащенных установками непрерывной разливки стали Для повышения тонкостенности готовых труб выявлена возможность использования четырехвалкового планетарного стана, что возможно при реконструкции трубопрокатных агрегатов, имеющих в своем составе два раскатных стана

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждаются соответствием отдельных зависимостей общим положениям теории обработки металлов давлением и механики сплошных сред, достаточно точным совпадением ряда рекомендаций с собственными экспериментальными и расчетными данными и данными ранее проведенных исследований

Апробация работы Отдельные разделы работы доложены, обсуждены и одобрены на международной научно-технической конференции "Теория и технология процессов пластической деформации - 2004" (г Москва, 2004 г ), десятой и одиннадцатой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов МЭИ (г Москва, 2004 и 2005 гг ), шестом и седьмом международном конгрессе прокатчиков (г Липецк, 2005 г, г Москва, 2007г), международной научно-технической конференции ''Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов" (г Санкт-Петербург, 2005 г ), восьмой международной научно-технической конференции "Теоретические проблемы процессов прокатки" (г Днепропетровск, 2005 г ), четырнадцатой международной научно-практической конференции "Трубы - 2006" (г Челябинск, 2006 г )

Публикации Основное содержание работы опубликовано в 10 статьях

Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, сводки основных выводов, изложена на 158 страницах машинописного текста,

включающего 68 рисунков, 6 таблиц и библиографический список из 108 наименований отечественных и зарубежных авторов

На защиту выносятся следующие основные положения

- предельные параметры устойчивости прокатки в станах винтовой прокатки без направляющего инструмента,

- математическая модель процесса винтовой прокатки в косовалковых станах без направляющего инструмента, позволяющая определить геометрические, кинематические и силовые параметры,

- анализ деформации металла заготовки при раскатке в станах винтовой прокатки,

- рекомендации по совершенствованию процессов редуцирования сплошных заготовок и раскатки гильз, направленные на расширение сортамента трубных заготовок и повышение тонкостенности готовых труб

Основное содержание работы

Развитие процессов раскатки и редуцирования с использованием станов винтовой прокатки связанно с именами таких известных российских и украинских ученых как ПТ Емельяенко, А И Целиков, ИМ Павлов, В С Смирнов, А П Чекмарев, П И Полухин, П К Тетерин, Ю М Матвеев, А О Пляцковский, И А Фомичев, Ю Ф Шевакин, В Я Осадчий, И Н Потапов, А А Богатов, В И Друян, М И Ханин, А П Коликов, Р М Голубчик, Б А Романцев, С П Галкин, Б Н Матвеев, В И Котенок, Д В Меркулов, В Б Леняшин, а также ученых производственников А 3 Глейберга, Н С Кирвалидзе, Е Д Клемперта, В Н Умеринкова, А А Спирина

Ими решены многие важные вопросы теории и технологии процессов раскатки и редуцирования геометрия очага деформации, ряд кинематических задач, напряженно-деформированное состояние, условия захвата, силовые условия и др

Вместе с тем отсутствовали методики сравнения калибровок и настроек валков в сопоставимых условиях, определения предельных углов подачи и условий прилегания гильзы-трубы к оправке, расчета течения деформируемого металла в поперечном направлении

В предлагаемой работе сделаны попытки в какой-то мере восполнить эти пробелы

Устойчивость протекания процесса прокатки

Технологические параметры, определяющие производительность процесса прокатки и качество получаемого проката, во многом ограничиваются условиями устойчивости

Так в процессе освобождения очага деформации при раскатке гильз нарастает поперечное течение материала, что может привести к образованию треугольного раструба, вследствие чего произойдет торможение гильзы-трубы в стане При редуцировании сплошной заготовки применение больших углов

подачи, обеспечивающих высокую производительность может также лимитироваться условиями вращения

Анализ условий вращения в поперечном сечении заготовки Контактная поверхность при раскатке гильз состоит из зон обжатия стенки и редуцирования, определяемых углами уоб и уред соответственно Полагаем, что равнодействующие нормальных усилий Моб и Мрел в этих зонах приложены в центре дуги контакта, а соответствующие им силы трения описываются законом Ш Кулона с коэффициентом трения/. Условия равновесия для сечения заготовки

2/1 | 2^ред

'1 + 1 хпЯ

Л.

1 + г

Тоб+"

(1)

(2)

где г=Я/ - передаточное отношение, Я и - радиусы гильзы-трубы и валка соответственно

Анализ соотношения сил показывает, что по сравнению с усилием в зоне обжатия стенки усилием в зоне редуцирования можно пренебречь Тогда, получим известное выражение П К Тетерина

у = -я— г 1 + г

где у = Уоб + Уред - угол контакта по валку

Считая контактную поверхность дугой окружности, из формулы К Грубера-А И Целикова для ширины контактной поверхности с учетом (2) получим относительное обжатие на шаге подачи по диаметру заготовки

где г - обжатие на шаге подачи, В = 2Я- диаметр гильзы-трубы Объем подачи гильзы за 11 п оборота валков на выходе

(3)

_2 ^вых

п - „ ~ V , Г)0

О = —/)Т5Т (Д. -.У^а

лГ

(4)

где £)т и БТ - диаметр и толщина стенки трубы, п - число валков, образующих калибр, а-угол подачи валков, т]™х и Т1™х - коэффициенты осевой и тангенциальной скорости на выходе соответственно

Полагая поперечное сечение круглым и пренебрегая искажениями очага деформации, отстоящий от начала калибрующего участка против хода прокатки объем подачи

£2 = ж-

Ш<Р

А

2 31+^-^)

где ф - угол конусности очага деформации на участке гребня валка

С учетом выражений (4) и (5) максимальный угол подачи валков

tga =

1 1 e

- + -£r

2 3 L

DT

D-

'ту

11т

7ltg<p

DT

1-

DT

С

(6)

Условие вращения в виде (3), позволяет вычислить предельный угол подачи валков по выражению (6) Предельный угол подачи для случая редуцирования сплошной заготовки получим, положив толщину стенки равной половине диаметра заготовки

Ширина контактной поверхности при прокатке сплошной заготовки Используя методику Б Е Хайкина и В В Козлова, определяем долю металла, ушедшего в длину кц. Рассматривая перечное сечение заготовки, при ряде допущений, установили связь коэффициента к^ и введенного П К, Тетереным показателя qm, характеризующего часть металла, смещаемого в тангенциальном направлении в виде

?»=(! ~КУ2 (7)

Используя можно определить истинное значение обжатия на г-ом шаге подачи

^ЧГ'+Ж2* +*,т, (8)

где г,7-теоретическое обжатие на г-ом шаге подачи, определенное в предположении, что поперечное течение отсутствует

Определив долю металла, ушедшего в длину, и, используя связь (7), находим скорректированное значение обжатия (8).

Анализ условий прилегания стенки заготовки к оправке Раскатка тонкостенных труб в трехвалковом стане сопровождается значительным увеличением периметра. Под действием усилий со стороны валка профиль раскатываемой трубы, находящейся в межвалковом зазоре, сплющивается, что может привести к потере устойчивости гильзы-трубы и торможению процесса

Прилегание стенки трубы к оправке определяется давлением металла на валки и сопротивлением изгибу стенки трубы в межвалковом зазоре По А И Целикову в случае равенства удельных давлений со стороны валков и оправки разница контактных поверхностей определяется уравнением

N,

ред

(9)

по валку и по оправке

где b, Ъаи - ширина контактной поверхности соответственно, рср - среднее удельное давление

Из условия образования пластического шарнира во внеконтактной зоне определяем усилие в зоне редуцирования

р =_2<yss__(10)

ред ÍD Л «' К ^

--1 sin —

--í sin —

.S J n

где ct.v - сопротивление деформации

Из геометрии контактной поверхности в случае минимального нарушения условия прилегания

Ь --1Á_А (11)

1D ,

--+ 8

2 S

где / 3 - частное относительное обжатие по толщине стенки

Подставляя выражения (10) и (11) в уравнение (9), используя формулу К Грубера-А И Целикова и преобразуя, получим

1 £>

/ \

2

р ^ — Ь? —

а

s

4(1 + 0 12 5

(12)

ВГП_Лг 2* (еГ+1)2

] п

Выражение (12) позволяет определить относительное обжатие по толщине стенки, при котором произойдет частичный отрыв внутренней поверхности гильзы-трубы от оправки и начнется внеконтактная деформация стенки Используя уравнение связи для нахождения относительного обжатия по диаметру = в°л 5 / Д по выражению (6) можно определить предельный угол подачи валков а

Предельные технологические параметры прокатки Для условий раскатки различных гильз рассчитаны придельные углы подачи валков В расчетах принято £>в = 432 мм, ср = 42°, /= 0 37, т\оь1х= 0 8, г|™х= 0 98, с,5 /'/>ср = 08

Данные, приведенные в табл 1, показывают, что с уменьшением передаточного отношения г и повышением отношения От/8т предельный угол подачи по условиям вращения а„,ах возрастает Расчет для разных значений коэффициентов скорости г|о'х и т|°ых, коэффициента трения / показывает качественно верное влияние их на пределы устойчивости процесса раскатки Отличия в значениях предельного атах и рекомендуемого заводской инструкцией атах углов свидетельствуют о наличии резерва процесса раскатки в установившемся процессе

Результаты расчета максимальных обжатий по толщине стенки и угла подачи по условиям прилегания стенки гильзы-трубы (см табл 1) соответствуют экспериментальным закономерностям Однако полученные значения предельных углов подачи занижены, так как не учитывает влияние недеформированных объемов металла

Таблица 1

Предельные углы подачи в зависимости от параметров процесса

Размеры, мм А» £>х вТ,% С^шах С^рек

гильзы раскатан трубы

130 0x20 0 101 0x10 0 4 2В 10 1 38 13°31'/2°47' б°

131 0x25 0 102 0x15 0 4 24 68 73 11°58'/7°56' 10°

131 0x30 0 102 0x20 0 4 24 5 1 148 11° 13' /20°40' п°

159 0x23 0 132 4x13 2 3 32 100 41 12°28' / 3°3' 6°

179 0x25 0 152 4x15 2 2 89 100 42 11°53' / 3°7' 6°

Расчеты по условиям вращения для случая прокатки сплошной заготовки показывают, что для реальных углов подачи процесс протекает устойчиво, а ограничения наступают при очень больших углах подачи а и углах конусности очага деформации ф

Из анализа поперечного течения металла следует, что с увеличением относительного обжатия и ростом угла подачи а доля металла, смещаемого в тангенциальном направлении возрастает При увеличении угла конусности очага деформации ф параметр дт снижается, что объясняется локализацией обжатия вследствие уменьшения длины очага деформации, рост поперечного течения в котором сдерживают прилегающие недеформированные "жесткие концы" Например, при относительном обжатии 40%, углах подачи и конусности очага деформации 15° дт - 0 48

Кинематические параметры процесса прокатки

В процессе прокатки можно выделить две стадии

1) установившуюся - стадия, для которой характерны малые колебания силовых и скоростных параметров, а также наличие переднего и заднего "жесткого концов",

2) неустановившуюся - стадия заполнения и освобождения очага деформации, а так же образования и устранения "жестких концов"

В установившейся стадии прокатки со стороны валков на заготовку действуют силы нормального давления п и трения т, а силы инерции и собственного веса пренебрежимо малы Тогда, выполняются уравнения равновесия статики

Математическая модель процесса прокатки

Введем системы координат, связанную с заготовкой ОХУХ и связанную с валком О'хуг Причем ось ОХ является осью заготовки, а ось О'х является осью валка Система координат валка получена поворотами вокруг оси О2 на угол раскатки |3, затем вокруг оси О У на угол подачи а и смещением на Х0 и /0 вдоль осей ОХ и ОГи соответственно

Валок, являющийся поверхностью вращения с образующей Иъ(и), описывается параметрами положения на оси валка и, поворота от фиксированного сечения V Тогда, в системе координат заготовки уравнение поверхности валка

X = и cos р cos а + RB cos vsm|3 cos a - RB sin v sina + X0,

• F = Msmp-ifBcosvcosP + 70, (13)

Z = -u cos P sma - RB cos v smp sma - RB sm v cosa

Скорость валка V = %ювЛв и нормальное усилие Я = ёА, рп характеризуются единичными направляющими векторами, где сов - угловая скорость валка, рп - удельное нормальное давление Дифференцируя уравнения (13), определяем направления скорости еи и касательной к образующей валка, используя которые находим направление нормального давления eN

Под коэффициентом скорости в направлении е будем понимать коэффициент пропорциональности между проекциями скорости заготовки У и скорости валка U на это направление V ё = r\Jj ё Описание движения будем вести, используя коэффициенты скорости в направлении осей координат, два из которых являются независимыми

Введем коэффициент скольжения х>е = 1 - г\е Аналогично продольной прокатке зоны опережения и отставания на контактной поверхности определяются значением коэффициента скольжения в направлении скорости валка

% =1 - % = еих^х + +

Используя коэффициенты скорости, определяем вектор скорости

, / О О 0 0 0 0

заготовки V = g!/aBRB^T]xeux +r}reuy +t]zevz с направляющим вектором ёу, по которому, используя закон Ш Кулона, находим вектор силы трения % = f рпех с направляющим вектором е..

Точки заготовки совершают сложное движение по поверхности валка, а сама контактная поверхность имеет сложную конфигурацию Однако малое время деформации заготовки валком позволяет считать точки входа и выхода из контакта с валком находящимися в одном поперечном сечении При этом точка начала контакта определяется из пересечения поверхностей, а точка выхода из контакта соответствует кратчайшему расстоянию до поверхности валка

В установившейся стадии выполняется условие постоянства секундных объемов Вводя допущения о ходе процесса, определяем коэффициент скорости в направлении оси ОХ в произвольной точке контактной поверхности

г, -^I^JLt,»™ пал

КЪ еих Р-Е

где г] J1* - коэффициент скорости г\х на выходе, i?™x - диаметр валка в сечении выхода, - направляющий вектор скорости валка на выходе, ц - вытяжка в рассматриваемом сечении, - полная вытяжка за проход

Коэффициент скорости гопределяется из уравнения

2 2

2

( г \ „ „2

V Чу)

, „ емхеыг , 2 2 + -2-+ ео хПх

1 ( вы\2„вых2 . вых2 вых2] Л

где лГ и - коэффициенты скорости г|у и Цг на выходе соответственно, гВых - передаточное отношение в точке выхода

Из условия движения заготовки вдоль поверхности валка по известному выражению определяем коэффициент скорости

т\у=----(16)

еи УеЫ У

Точка выходящая из контакта с валками в произвольном поперечном сечении очага деформации Х-Х0 смещается на длину шага подачи I в осевом направлении Между соседними сечениями выходов точки из контакта с валками заключен объем подачи

Х0+1 2 ^вых вых

П= К,с1Х^ВМВг^т) . (17)

п Vеиг % +еиг Пг

где Рпоп - поперечное сечение очага деформации

В случае прокатки сплошной заготовки в формуле (18) полагаем Бт = От >2

При известных значениях коэффициентов скорости на выходе, вычисляя шаги подачи по выражению (17), находим конфигурацию контактной поверхности

Уравнения равновесия для установившегося процесса при постоянном распределении удельных давлений р„ по контактной поверхности можно записать в виде

/1к'у +/ет2у\^ = О

с

вал |

Система нелинейных уравнений (18) относительно г)^ыч и разрешается известными численными методами Заданными коэффициентами скорости на выходе определяется конфигурация контактной поверхности, используя выражения (14)-(16) - распределение значений коэффициентов скорости на ней, что позволяет вычислить все значения, входящие в (18) и определить невязки уравнений равновесия

Математическая модель позволяет рассчитать распределение коэффициентов осевой и тангенциальной скорости по контактной поверхности, положение нейтральной линии и другие требуемые параметры

Так при раскатке в трехвалковом стане в безгребневых валках диаметром 500 мм с конусностью валка ф=10° гильзы 120x19 мм в трубу 100x10 мм на углах подачи а = 10° и раскатки р = -10° при коэффициенте трения/=0 3 получаем коэффициенты осевой Г1™х= 1 04 и тангенциальной Г1™= 0 92 скорости на выходе Используя найденные коэффициенты скорости на выходе, определяется распределение коэффициентов по контактной поверхности (рис 1)

б

Рис 1 Распределение изолиний r|o = const (а) и г|т = const (б) по контактной поверхности По длине очага деформации значения при r|0 > 1 получены в конце обжимного участка и при переходе на калибрующий участок Для коэффициента тангенциальной скорости значения r|T > 1 находятся во входной части очага деформации. Значения коэффициента скорости в направлении скорости валка, где г)(/=1, показаны пунктирной линией, которая показывает положение нейтрального сечения По длине оча^а деформации имеются зоны опережения (слева от нейтрального сечения) и отставания (справа от нейтрального сечения)

Наиболее интересным выводом, который следует из рис 1 является наличие зоны отставания при величине коэффициентов осевой или тангенциальной скорости больше единицы Опережение и отставание определяются не только величиной одного из коэффициентов скорости, но в большей степени их соотношением

Влияние калибровки валков на кинематические параметры Рассмотрим вклады от бесконечно малой части контактной поверхности на отдельных участках валка в баланс сил и моментов уравнений равновесия (18) С повышением скольжения металла заготовки по валку доли вкладов увеличиваются Причем на контактной поверхности может наблюдайся резкое изменение величины долей вкладов при отсутствии скольжения

Уменьшение передаточного отношения (рост диаметра валка) приводит к некоторому возрастанию доли вкладов, способствующих осевому движению, при этом доля вкладов в баланс моментов изменяется мало Увеличение угла подачи вызывает повышение долей вкладов,

способствующих осевому движению, при этом доля вкладов, способствующих вращению, несколько снижается

Рост конусности очага деформации приводит к увеличению долей вкладов выталкивающих усилий Увеличение угла раскатки несколько повышает доли вкладов, способствующих осевому продвижению, т е грибовидную схему расположения валков (3 > 0) следует признать более предпочтительной При этом изменение конусности и угла раскатки незначительно изменяют доли вкладов в баланс моментов

Для сравнительной оценки кинематических и энергетических параметров использовали коэффициенты осевой г|о'х и тангенциальной т]вгых скорости на выходе, а также коэффициенты производительности Gv =(R™X IRl)e™r\Y и мощности GN = ¡R-ñvL,dF í R*, где

F

i вал

/?? - хапактепный najmvc валка в пасчетах ппинимаемый равным радиусу в

£> X А Д «/ J i 1 Jr JT ^^ J J

начале калибрующего участка

С увеличением конусности очага деформации на участке обжатия коэффициенты скорости уменьшаются Аналогично снижается и коэффициент производительности, изменения которого определяются различием в коэффициентах скорости Коэффициент мощности может возрастать, и иметь максимум Это объясняется уменьшением длины контактной поверхности и одновременным ростом ее ширины, при этом скольжение на контакте валка и заготовки увеличивается

При прокатке с постоянным обжатием по стенке снижение высоты гребня приводит к росту коэффициентов скорости, производительности и мощности Увеличение угла конусности очага деформации на гребне влияет аналогично, но коэффициент тангенциальной скорости уменьшается

Данные расчетов свидетельствуют о целесообразности уменьшения конусности обжимного участка при прокатке в валках без гребня, и уменьшении высоты гребня и угла конусности на участке гребня при прокатке в валках с гребнем

Влияние технологических факторов на кинематические параметры Все характеристики процесса винтовой прокатки непосредственно или опосредованно зависят от углов подачи и раскатки

Возрастание угла подачи как при прокатке в валках без гребня, так и с гребнем приводит к увеличению коэффициента осевой скорости Однако при значительных углах подачи коэффициент осевой скорости достигает максимума и возможно даже некоторое его снижение При этом коэффициент тангенциальной скорости однозначно уменьшается Коэффициенты производительности и мощности с ростом угла подачи увеличиваются

Изменение угла раскатки в области чашевидных схем приводит к изменениям коэффициента осевой скорости при раскатке и редуцировании различного характера (рис 2,а) С увеличением угла (3 при раскатке коэффициент скорости имеет максимум, а при редуцировании также

наблюдается максимум, но менее выраженный, однако в области грибовидных схем прокатки происходит устойчивый рост коэффициента осевой скорости, причем значения его с определенного угла раскатки превышают наблюдаемый максимум Коэффициент тангенциальной скорости для всех случаев с ростом угла раскатки уменьшается

Угол раскатки, град Угол раскатки, град

а а

Рис 2 Зависимость коэффициентов осевой скорости (а) и производительности (б) от угла раскатки при прокатке 1 - раската 100 мм, 2 - трубы 1 ООх 11 мм, 3 - трубы 150х 16 мм

При изменении угла раскатки для коэффициента производительности наблюдается максимум в районе угла раскатки (3 = 0°, те при бочковидной схеме (рис 2,6) Максимум коэффициента мощности наблюдается в области грибовидных схем

Подробное изучение влияния схемы расположения валков для случая редуцирования сплошной заготовки проводилось с использованием расчетных распределений коэффициентов осевой и тангенциальной скорости, а также передаточного отношения по контактной поверхности

Изменения в распределении передаточного отношения невелики для прокатки в стане с чашевидным расположением валков, так как изменения диаметра валка в целом соответствуют характеру изменения диаметра обжимаемой заготовки Изменения же передаточного отношения при прокатке в стане с грибовидными валками более значительны Непостоянство передаточного отношения по длине очага деформации способствует значительному скручивающему действию валков в ходе прокатки и возникновению и/или развитию поверхностных дефектов

Распределение коэффициентов тангенциальной скорости соответствует распределению г, что объясняется преимущественным движением поверхности заготовки в тангенциальном направлении Рост скольжения в тангенциальном направлении на отдельных участках контактной поверхности приводит к сужению границ возможных режимов прокатки и уменьшению осуществимых предельных обжатий

Коэффициент осевой скорости в точке выхода заготовки из валков несколько больше при прокатке по грибовидной схеме расположения валков

Учитывая большие размеры валка на выходе, производительность процесса в стане с таким расположением валков будет выше Распределение г|0 в ц^лом свидетельствует о большем резерве тянущих сил при прокатке по чашевидной схеме, так как максимальный коэффициент скорости на контактной поверхности достигает больших значений Это свидетельствует о более благоприятных условиях при ведении процесса по чашевидной схеме

В качестве наиболее рациональной следует считать чашевидную схему с углами раскатки р = -15°--10°

Влияние числа валков раскатного стана на кинематические параметры Раскатка гильз в промышленных условиях осуществляется в станах винтовой прокатки с тремя валками Представляет интерес провести сравнение в сопоставимых условиях трех- и четырехвалковых станов Расчеты проводили при диаметре валка Ов = 440 мм и коэффициенте трения/=0 3

Для калибра, образованного четырьмя валками, допустимый угол подачи по условиям вращения и прилегания больше, чем для калибра, образованного тремя валками Поэтому расчеты проводили для четырехвалкового стана с углами подачи на 3° и 6° больше, чем рекомендуемые Для валков, образующих четырехвалковый калибр, диаметр принимался равным половине диаметра валков, образующих трехвалковый калибр

Сравнение коэффициентов осевой скорости показывает значительное преимущество трехвалкового стана с гребневой калибровкой валков (табл 2) Коэффициенты осевой скорости при прокатке в калибрах с безгребневыми валками имеют близкие значения, но для четырехвалкового калибра несколько меньшие Коэффициенты тангенциальной скорости во всех случаях имеют сходные значения, свидетельствующие об устойчивом протекании процесса прокатки

Сравнение станов по коэффициенту производительности показывает преимущество трехвалкового стана с гребневыми валками При оценке трех- и четырехвалкового калибра большая производительность в силу большего диаметра валка на стороне трехвалковых калибров

Меньшая контактная поверхность при прокатке в безгребневых валках и сравнимое скольжение дают им значительное преимущество - на прокатку расходуется меньше энергии и требуется менее мощный привод Для случая прокатки в четырехвалковом калибре по сравнению с трехвалковой схемой также наблюдается хотя и небольшое, но преимущество

Увеличение углов подачи при прокатке в четырехвалковом калибре позволяет получить производительность сходную с прокаткой в трехвалковом калибре, образованном валками без гребня

Сделанный анализ свидетельствует о рациональности использования трехвалкового раскатного стана с гребневыми валками, который имев'1" высокую производительность, хотя и требует большей мощности

В станах с вращающейся клетью не применяются валки с гребнем В силу особенностей их конструкции преимущество имеют четырехвалковые

калибры Использование четырехвалковых калибров позволяет, устанавливая большие углы подачи валков, получать производительность сопоставимую с трехвалковыми калибрами Но четырехвалковые калибры имеют меньшие вращающиеся массы, что дает выигрыш в скорости прокатки

Таблица 2

Параметры раскатки в различных калибрах

Гильза, мм Труба, мм Угол подачи Число валков пг лГ Оу в*

3 1 230* 0 821 0 168 1135

11° 0 919 0 874 0170 1147

135x37 108x28 0 844 0 878 0 156 79 2

14° 4 0811 0 857 0189 160 4

17° 0 754 0 826 0 212 247 8

3 1 380 0 844 0 189 144 3

6° 0 900 0 908 0 091 53 0

161x23 132x13 0 820 0 910 0 083 36 2

9° 4 0 892 0 902 0134 88 1

12° 0 898 0 894 0 179 138 9

3 1 316 0 876 0 180 144 3

6°30' 0 922 0 932 0 101 62 3

195x27 166x17 0 846 0 934 0 092 43 1

9°30' 4 0 881 0 930 0 140 99 2

12°30' 0 880 0 923 0 182 155 6

* Первая строка - валки с гребнем, остальные - валки без гребня Деформация металла заготовки при раскатке

Формоизменение гильз в стане винтовой прокатки представляет собой сложную последовательность обжатий и определяет силовые и кинематические параметры процесса, возможности оборудования

Прокатка тонкостенных труб сопровождается образованием внеконтактного профиля, при небольшой величине которого устойчивость процесса сохраняется Однако при прокатке заднего конца наблюдается значительное течение металла в поперечном направлении, что является основной причиной переполнения калибра и остановки процесса Течение металла заготовки в поперечном направлении Условие постоянства объема можно записать в виде

£¿ + £¿+80 = 0, (19)

где £/__ = 1п ц - продольная деформация, = 1п(5 / 5Г) - деформация обжатия стенки, е0 =1п(Пср/ПрР) - тангенциальная деформация, ц-текущий коэффициент вытяжки, , Пср - средний периметр гильзы и текущий соответственно

Оценку поперечного течения и его изменения по длине очага деформации проводили по результатам обмеров заторможенных гильз-труб в трехвалковом раскатном стане ТПА 160 ПНТЗ В ходе экспериментов гильза

154x24 5 мм раскатывалась в трубу 126x12 мм Процесс осуществлялся в валках диаметром 432 мм с высотой гребня к = 12 5 мм

По распределению поперечных сечений по длине очага деформации рассчитывали распределение коэффициентов вытяжки, по которым, в свою очередь, определяли коэффициенты продольной £/, деформации Коэффициенты радиальной деформации е.; рассчитывали непосредственно по значениям толщины стенки Используя условие постоянства объема (19), определяли распределение коэффициентов поперечной деформации (рис 3)

Длина очага деформации, мм

Рис 3 Распределение продольной еь радиальной и поперечной е© деформаций по длине

очага деформации

Во входной части обжимного участка очага деформации происходит некоторое снижение среднего периметра гильзы-трубы, при этом толщина стенки практически неизменна В районе гребня валков происходит резкое изменение толщины стенки При этом возрастает вытяжка, но часть металла уходит в тангенциальном направлении и средний периметр гильзы-трубы несколько возрастает На калибрующем участке очага деформации значения среднего периметра уменьшается, а вытяжка увеличивается

Обработка экспериментальных данных других исследователей показывает аналогичное распределение коэффициентов поперечной деформации по длине очага

Максимальная поперечная деформация увеличивается с ростом тонкостенности раскатываемой трубы, причем интенсивность снижения поперечной деформации на калибрующем участке уменьшается Увеличение угла подачи также приводит к росту максимума поперечной деформации

Анализ экспериментальных данных по неустановившейся стадии процесса раскатки показывает, что распределение поперечной деформации при прокатке заднего конца близко к зависимости в установившемся процессе Однако величина максимального значения поперечной деформации при прокатке заднего конца существенно больше и может достигать величин,

при которых длина калибрующего участка недостаточна для формирования профиля трубы

Для установившегося процесса, существует предложенный А А Спириным коэффициент поперечной деформации, превышение которого приводит к образованию раструба на заднем конце

Предельные параметры поперечной деформации

Предельный коэффициент поперечной деформации из условия устойчивого протекания процесса прокатки по А А Спирину составляет

12-^-

д ЛМ V <20>

Ac AcUr

где Дг - величина зазора между внутренней поверхностью гильзы и оправкой, Ак - диаметр калибра

Предельное значение коэффициента поперечной деформации (20) определяется относительным обжатием по толщине стенки AS / 5V, показателем DK / 5Т и отношением Аг / Ас

Коэффициент поперечной деформации не учитывает размеры калибра и соответственно объемы металла, находящиеся в межвалковом зазоре. Предлагаемые в литературе коэффициенты не позволяют проводить сравнение деформаций в калибрах, образованных разным числом валков В качестве меры, характеризующей объемы металла, находящиеся в межвалковом зазоре, можно принять коэффициент овализации - отношение максимального и минимального радиусов поперечного сечения гильзы-трубы

^ -^шах / ^шш

Допущения о конфигурации поперечного сечения позволяют рассчитать предельный коэффициент овализации на калибрующем участке очага деформации по условию устойчивого протекания процесса раскатки

4УСТ=1+ 1 b^i + Z—+ М—-01 + —-4 (21)

п п л Dy DK ST Оу I

— sin—cos— L L к kvui yj к j

n n n

Максимальный коэффициент овализации, рассчитываемый по выражениям (20) и (21), определяется деформационными и геометрическими параметрами, а также числом валков, образующих калибр п Отличия при увеличении числа валков, образующих калибр при равных деформациях невелико Однако при увеличении числа валков, образующих калибр, изменяется и величина предельной поперечной деформации Sq

Анализ факторов, влияющих на поперечное течение металла и его величину, показывает перспективность использования стана с четырьмя валками При прокатке в таком стане уровень величин поперечной деформации будет ниже, что позволит прокатывать более тонкостенные трубы на больших углах подачи валков

Совершенствование процесса прокатки

Подход к разработке мероприятий, направленных на совершенствование процесса прокатки, может быть различен Так выбор рациональных режимов деформации и улучшение известных конструкций стана во многом исчерпан в связи с большим опытом применения существующих установок Применение калибровок валков, направленных на улучшение условий прокатки, бол-зе перспективно Применение станов новых конструкций и создание на их основе новых схем раскатки является наиболее предпочтительным решением, которое может позволить значительно расширить сортамент, хотя требует наибольших затрат

Совершенствование калибровки валков

Используемые для редуцирования и раскатки валки, состоят из трех участков обжимного, калибрующего и раскатного Профиль обжимного участка может быть гладким с постоянной конусностью или комбинированным с деформирующим гребнем Применение гребневых валков накладывает ограничение — фиксированное абсолютное обжатие, однако улучшает условия прокатки вследствие снижения поперечного течения, что имеет решающее значение для процесса раскатки При редуцировании сплошных заготовок, не имеющих значительных ограничений по устойчивости, вследствие широкого изменения абсолютных обжатий использование безгребневых валков более предпочтительно

Величина максимального обжатия и как следствие максимальная поперечная деформация наблюдается в начале калибрующего участка валков Предлагается на половине калибрующего участка валков, прилегающей к участку гребня, выполнять канавки величиной не более половины высоты гребня, а длину калибрующего участка увеличить до максимально возможных значений Получающиеся на поверхности заготовки выступы раскатываются на гладкой части калибрующего участка, при этом снижается величина обжатия и предотвращается чрезмерное течение металла в межвалковый зазор, а образовавшийся внеконтактный профиль раскатывается в кольцо на длинном калибрующем участке

Модернизация технологической схемы производства труб Новым перспективным раскатным станом является четырехвалковый планетарный стан Четыре валка образуют закрытый калибр, вследствие чего возможна прокатка даже особо тонкостенных труб Применение планетарной клети позволяет вести непрерывную прокатку одновременно в раскатном и редукционном станах Работа такой компактной линии позволяет прокатывать трубы большой длины и веса, что снижает концевую обрезь

Особенностью работы стана является раскатка гильз постоянного диаметра в трубы постоянного диаметра Такое ведение процесса упрощает работу агрегата вследствие уменьшения числа перенастроек калибра прошивного стана и смен направляющего инструмента Однако это требует в технологической цепи наличие редукционного или редукционно-растяжного

стана с достаточным числом клетей, позволяющих уменьшить диаметр трубы на значительную величину

Наиболее рациональным является использование такого стана и стоящего за ним редукционно-растяжного блока для модернизации существующих агрегатов с двумя линиями раскатки и редуцирования Такая модернизация позволит значительно расширить размерный сортамент При этом не требуется значительного изменения существующего оборудования

Прокатка в модернизированной линии состоит в следующем Заготовку постоянного диаметра £>3 = 220 мм нагревают, зацентровывают и прошивают в гильзу постоянного диаметра £>г=230 мм Гильза раскатывается в трубу диаметром А- = 195 мм и с близкой к готовой толщиной стенки, после чего ее редуцируют, если требуется с натяжением, и получают готовую трубу Пример режимов деформации по модернизированной схеме для нескольких размеров труб показан в табл 3

х аилида

Пример режимов деформации на модернизированной установке (размеры, мм)

готовая труба заготовка гильза раскатанная труба горячая готовая труба

27 0x3 2 220 0 230 0x20 0 195 0x4 4 27 4x3 2

70 0x16 0 230 0x31 0 195 0x16 2 71 0x16 2

121 0x5 0 230 0x20 0 195 0x5 0 122 7x5 1

146 0x38 0 230 0x54 0 195 0x38 5 148 0x38 5

168 0x6 0 230 0x21 0 195 0x6 I 170 4x6 1

Таким образом, предлагаемая технологическая схема с четырехвалковым раскатным станом позволяет расширить сортамент получаемых труб в сторону повышения отношения £>т/5т до значений 30-40

Основные выводы

1 Для установившегося процесса винтовой прокатки в косовалковом стане без направляющего инструмента предложены аналитические выражения, позволяющие при известных коэффициенте трения, коэффициентах скорости и калибровке валка определить предельные углы подачи по условиям вращения заготовки Выявлено наличие резерча устойчивости процесса раскатки для используемых на практике режимов деформации Например, при раскатке гильзы 130 0x20 0 мм в трубу 101 0x10 0 мм предельный угол подачи составляет 13031', а рекомендуемый 6°

2 Из условий прилегания стенки гильзы-трубы к оправке при раскатке в трехвалковом стане определены предельные относительные обжатия и максимальные углы подачи Установлено, что для используемых режимов прокатки тонкостенных труб невозможно предотвратить отход стенки от оправки, так как, например, для раскатываемой гильзы 130 0x20 0 мм в трубу 101 0x10 0 мм отход происходит уже при относительном обжатии 38% и угле подачи 2°47'

3 Разработанная математическая модель процесса прокатки в косовалковом стане без направляющего инструмента позволяет расчетным путем определить геометрические, кинематические и силовые параметры

4 Получены распределения коэффициентов осевой и тангенциальной скорости по контактной поверхности и положение нейтральной линии Это позволило научно обоснованно сравнивать типы калибровок валков, настройки станов разного конструктивного исполнения Показано, например, преимущество ведения прокатки по чашевидной схеме

5 Установлена перспективность увеличения в планетарном стане числа валков

6 Проведено сравнение величины затекания металла в межвалковый зазор при различном количестве валков, образующих калибр Установлено, что в четырехвалковой клети затекание металла в межвалковый зазор меньше Это позволяет получать более тонкостенные трубы на больших углах подачи

7 Для ря скатки тонкостенных т^уб предложено использовать четырехвалковый планетарный стан с грибо-дисковой схемой настройки, разработанный фирмой "Кокс" (Германия) Стан характеризуется простотой конструкции и меньшей массой вращающихся частей Получение требуемой толщины стенки достигается использованием оправок разных диаметров, а наружный диаметр получают на редукционно-растяжном стане, который работает в режиме непрерывной прокатки с планетарным станом

8. Рассчитана калибровка валка для получения нескольких типоразмеров трубных заготовок из непрерывнолитых заготовок одного диаметра Предложена калибровка валков с гребнем для раскатки тонкостенной части сортамента, отличающаяся наличием удлиненного калибрующего участка (до трех шагов подачи) с размещенными на первой половине винтовыми канавками

9 Предложенная технологическая схема может быть реализована на трубопрокатных агрегатах, имеющих в своем составе два раскатных стана Разработаны режимы деформации по схеме прошивной стан, четырхвалковый планетарный стан, редукционно-растяжной стан Предложены режимы, позволяющие получать из заготовок диаметром 220 мм готовые трубы диаметром 27- 168 мм с минимальной толщиной стенки 3 2 мм

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях.

1 Чикалов С Г, Меркулов Д В , Новиков М В , Чепурин М В Оценка перспективности прошивных станов разных конструкций Сталь, 2004, № 3, с 44 - 46

2 Клемперт Е Д, Меркулов Д В , Голубчик Р М, Новиков М В Оценка возможностей трехвалковых раскатных станов винтовой прокатки по допустимому углу подачи Сучасш проблеми металурги Науков! вют1 Том 8 Пластична деформацш меташв Дншропетровськ "Системш технологи", 2005 г, с 401 -404

3 Меркулов Д В , Новиков М В , Голубчик Р М Пути уменьшения склонности к скручизанию при винтовой прокатке Современные достижения

в теории и технологии пластической обработки металлов Труды междунар науч-тех конф Спб Изд-во Политехи ун-та, 2005, с 374-381

4 Меркулов Д В , Клемперт Е Д, Новиков М В , Голубчик Р М Деформация гильз в трехвалковых станах винтовой прокатки Труды VI международного конгресса прокатчиков, Липецк, 18-21 октября 2005 г, т 1 М АО "Черметинформация", 2005 г, с 437 - 441

5 Чикалов С Г , КлемпертЕД, Голубчик РМ., Меркулов ДВ, Новиков М В Пути расширения сортамента непрерывнолитых заготовок Труды XIV Международной научно-практической конференции "Трубы-2006" Сборник докладов в двух частях Том 2 Челябинск ОАО "РосНИТИ", 2006 г, с 254 - 258

6 Меркулов Д В , Клемперт Е Д, Голубчик Р М, Новиков М В Неустановившиеся стадии процесса раскатки в трехвалковом стане винтовой прокатки Труды XIV Международной научно-практической конференции "Трубы - 2006" Сборник докладов в двух частях Том 2 Челябинск ОАО "РосНИТИ", 2006 г, с 147-152

7 Чикалов С Г, Клемперт Е Д, Голубчик Р М, Меркулов Д В , Новиков М.В Получение требуемого сортамента непрерывнолитых заготовок для прошивки Сталь, 2007, № 3 с 72-74

8 Меркулов Д В , Новиков М В , Голубчик Р М. Опережение и отставание при винтовой прокатке Труды VII международного конгресса прокатчиков, Липецк, 15-18 октября 2007 г, т 1 М МОО "Объединение прокатчиков, корпорация производителей черных металлов", 2007 г, с 509- 514

9 Меркулов Д В , Новиков М В , Голубчик Р М Математическая модель процесса винтовой прокатки в станах без направляющего инструмента Труды VII международного конгресса прокатчиков, Липецк, 15-18 октября 2007 г, т 1 М МОО "Объединение прокатчиков, корпорация производителей черных металлов", 2007 г, с 505 -508

10 Галкин С П, Голубчик Р М, Меркулов Д В , Новиков М В Кинематика на контактных поверхностях при винтовой и радиально-сдвиговой прокатке на станах различных типов Труды VII международного конгресса прокатчиков, Липецк, 15-18 октября 2007 г, т 1 М- МОО "Объединение прокатчиков, корпорация производителей черных металлов", 2007г, с 514-518

Подписано в печать №■ зак. Тир. Ф0 П.л. 4¡5

Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Введение.

Глава 1. Редуцирование заготовок и раскатка гильз в станах винтовой прокатки без направляющего инструмента.

Глава 2. Устойчивость протекания процессов в косовалковых станах без направляющего инструмента.

2.1. Вращение заготовки.

2.2. Особенности расчета контактной поверхности при редуцировании сплошной заготовки.

2.3. Прилегание стенки гильзы к оправке.

Глава 3. Кинематические параметры процесса винтовой прокатки.

3.1. Математическая модель.

3.1.1. Геометрические соотношения.

3.1.2. Кинематика и энергосиловые параметры.

3.1.3. Скольжение и мощность прокатки.

3.1.4. Уравнения равновесия.

3.2. Влияние калибровки и настройки валков на кинематические параметры в установившемся процессе.

3.2.1. Отдельные участки контактной поверхности.

3.2.2. Калибровка валков.

3.3.3. Углы подачи и раскатки.

3.3. Число валков, образующих калибр.

3.4. Скручивающее действие валков.

Глава 4. Деформации металла в стане без направляющего инструмента.

4.1. Деформация гильз.

4.1.1. Распределение деформаций по длине очага деформации.

4.1.2. Предельные параметры поперечной деформации.

4.2. Особенности прокатки сплошной заготовки.

Глава 5. Совершенствование процесса прокатки.

5.1. Совершенствование калибровок валков.

5.1.1. Валки раскатного стана.

5.1.2. Валки редукционного стана.

5.2. Обоснование модернизации технологической схемы производства труб.

В условиях рыночной экономики первостепенной задачей является производство труб, требуемых потребителями для таких важных отраслей народного хозяйства, как нефтяная и газовая промышленность, машиностроение и атомная энергетика. Для промышленности требуются трубы широкого сортамента как по размерам, так и по маркам сталей, имеющие высокое качество: точность геометрических размеров, требуемый уровень служебных свойств.

Современное производство горячекатаных бесшовных труб отличается большим разнообразием способов изготовления продукции, среди которых отметим получение труб на трубопрокатных агрегатах с трехвалковым раскатным станом.

Установки с трехвалковым раскатным станом применяются для производства относительно толстостенных труб малого и среднего диаметров повышенной точности. Однако эти агрегаты характеризуются высоким расходным коэффициентом (концевая обрезь и обточка) и продолжительной неустановившейся стадией процесса раскатки при малой доле вспомогательных операций.

Основные направления развития для установок с трехвалковым раскатным станом заключаются в расширении сортамента и повышение производительности за счет снижения времени протекания неустановившихся стадий раскатки.

В современных экономических условиях от производителей труб требуется снижение себестоимости выпускаемой продукции. Получать качественные трубы меньшей себестоимости позволяет постоянно расширяющееся применение непрерывнолитых заготовок. Однако установки непрерывной разливки в некоторых случаях требуют дополнительного редуцирования заготовок по диаметру. В этом случае можно получить широкий диапазон размеров трубных заготовок. Наиболее экономически выгодным способом редуцирования сплошных непрерывнолитых заготовок считается деформация в станах винтовой прокатки.

Развитие этих направлений связано с совершенствованием технологии прокатки в калибрах, образованных тремя или более валками. Такие станы отличаются отсутствием направляющего инструмента, который затруднительно установить в межвалковые зазоры.

Развитие процессов винтовой прокатки и в том числе раскатки. и редуцирования связанно с именами таких известных ученых как П.Т. Емельяенко, А.И. Целиков, И.М. Павлов, B.C. Смирнов, А.П. Чекмарев, П.И. Полухин, П.К. Тетерин, Ю.М. Матвеев, А.О. Пляцковский, И.А. Фомичев, Ю.Ф. Шевакин, В.Я. Осадчий, И.Н. Потапов, А.А. Богатов, В.И. Друян, М.И. Ханин, А.П. Коликов, P.M. Голубчик, Б.А. Романцев, С.П. Галкин, Б.Н. Матвеев, В.И. Котенок, Е.А. Харитонов, Д.В. Меркулов, В.Б. Леняшин, а также ученых производственников А.З. Глейберга, Н.С. Кирвалидзе, Е.Д. Клемперта, В.Н. Умеринкова, А.А. Спирина.

Ими решены многие важные вопросы теории и технологии процессов раскатки и редуцирования: геометрия очага деформации, ряд кинематических задач, напряженно-деформированное состояние, условия захвата, силовые условия и др.

Создание и освоение новых технологий и конструкций станов, совершенствование процессов требуют дальнейшего развития отдельных вопросов теории винтовой прокатки и создания на этой основе новых методов расчета рациональных режимов деформации при обжатии сплошных заготовок и раскатке гильз.

В предлагаемой работе сделаны попытки в какой-то мере восполнить эти пробелы.

Основные выводы

1. Для установившегося процесса винтовой прокатки в косовалковом стане без направляющего инструмента предложены аналитические выражения, позволяющие при известных коэффициенте трения, коэффициентах скорости и калибровке валка определить предельные углы подачи по условиям вращения заготовки. Выявлено наличие резерва устойчивости процесса раскатки для используемых на практике режимов деформации. Например, при раскатке гильзы 130.0x20.0 мм в трубу 101.0x10.0 мм предельный угол подачи составляет 13°31', а рекомендуемый 6°.

2. Из условий прилегания стенки гильзы-трубы к оправке при раскатке в трехвалковом стане определены предельные относительные обжатия и максимальные углы подачи. Установлено, что для используемых режимов прокатки тонкостенных труб невозможно предотвратить отход стенки от оправки, так как, например, для раскатываемой гильзы 130.0x20.0 мм в трубу 101.0x10.0 мм отход происходит уже при относительном обжатии 38% и угле подачи 2°47\

3. Разработанная математическая модель процесса прокатки в косовалковом стане без направляющего инструмента позволяет расчетным путем определить геометрические, кинематические и силовые параметры.

4. Получены распределения коэффициентов осевой и тангенциальной скорости по контактной поверхности и положение нейтральной линии. Это позволило научно обоснованно сравнивать типы калибровок валков, настройки станов разного конструктивного исполнения. Показано, например, преимущество ведения прокатки по чашевидной схеме.

5. Установлена перспективность увеличения в планетарном стане числа валков.

6. Проведено сравнение величины затекания металла в межвалковый зазор при различном количестве валков, образующих калибр. Установлено, что в четырехвалковой клети затекание металла в межвалковый зазор меньше. Это позволяет получать более тонкостенные трубы на больших углах подачи.

7. Для раскатки тонкостенных труб предложено использовать четырехвалковый планетарный стан с грибо-дисковой схемой настройки, разработанный фирмой "Кокс" (Германия). Стан характеризуется простотой конструкции и меньшей массой вращающихся частей. Получение требуемой толщины стенки достигается использованием оправок разных диаметров, а наружный диаметр получают на редукционно-растяжном стане, который работает в режиме непрерывной прокатки с планетарным станом.

8. Рассчитана калибровка валка для получения нескольких типоразмеров трубных заготовок из непрерывнолитых заготовок одного диаметра. Предложена калибровка валков с гребнем для раскатки тонкостенной части сортамента, отличающаяся наличием удлиненного калибрующего участка (до трех шагов подачи) с размещенными на первой половине винтовыми канавками.

9. Предложенная технологическая схема может быть реализована на трубопрокатных агрегатах, имеющих в своем составе два раскатных стана. Разработаны режимы деформации по схеме прошивной стан, четырхвалковый планетарный стан, редукционно-растяжной стан. Предложены режимы, позволяющие получать из заготовок диаметром 220 мм готовые трубы диаметром 27 ч-168 мм с минимальной толщиной стенки 3.2 мм.

1. Assel WJ. Tube mill. Патент США № 2060768, 1936.

2. Assel W.J. Cross-Roll mill. Патент США № 2101557, 1937.

3. Assel W.J. Process of rolling tubes and rods. Патент США № 2060767,1936.

4. Барабашкин В.П., Тартаковский И.К. Производство труб на агрегатах с трехвалковым раскатным станом. М.: Металлургия, 1981.-148 с.

5. VerdicktJ. Verfahren zum Herstellen diinner, insbesondere aus Stahl bestehender Rohre sowie Schragwalzwerk zur Durchfuhrung dieses Verfahrens. Патент ФРГ № 1527750,1973.

6. Гуляев Г.И., Спиваковский Л.И. Производство труб в США. М.: Черметинформация, 1974. -124 с.

7. Павлов И.М., Мусихин A.M. Исследование процесса косой прокатки на трехвалковом раскатном стане // Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1961, № 3. с. 91 -101.

8. Пляцковский О.А., Ващенко Ю.И., Спирин А.А. и др. Освоение производства труб на установке 200 с трехвалковым станом // Сталь, 1953, № 8. с. 937 940.

9. Остренко В .Я., Рохман Д.Е. Повышение производительности раскатных станов // Сталь, 1953, № 8. с. 716 719.

10. Тетерин П.К., Данилов Ф.А., Манегин Ю.В. Исследование процесса косой прокатки в трехвалковом стане // Сталь, 1957, № 2. с. 147 -151.

11. Тетерин П.К. Теория поперечной и винтовой прокатки. М.: Металлургия, 1983. -270 с.

12. Умеренков В.Н. Исследование и усовершенствование процесса раскатки труб на трехвалковом стане. Кандидатская диссертация. Днепропетровск, 1969. -190 с.

13. Спирин А.А. Разработка технологии и исследование процесса прокатки тонкостенных труб с отношением D / S < 25 на 3-валковом раскатном стане. Кандидатская диссертация. Днепропетровск, 1975. -147 с.

14. Столетний М.Ф., Чикалов Г.В., Клемперт Е.Д. и др. Влияние величины деформации в трехвалковом раскатном стане на производительность агрегата // Сталь, 1976, № 8. с. 737 739.

15. Потапов И.Н., Финагин П.М., Лебедев Ю.Г. К вопросу о стабильности процесса поперечно-винтовой прокатки // Пластическая деформация металлов и сплавов. Сб. трудов МИСиС, № 52. М.: Металлугрия, 1967. с. 116 122.

16. Чикалов С.Г. Производство бесшовных труб из непрерывно литой заготовки. Волгоград: Комитет по печати и информации, 1999. -416 с.

17. Чекмарев А.П., ДруянВ.М. Теория трубного производства. М.: Металлургия, 1976.-301 с.

18. Hayashi С., Yamakawa Т.//ISIJ. Intern., 1998.v.37.№ И.p. 1255.

19. Пляцковский О.А. Некоторые особенности деформации металла при прокатке труб в трехвалковом раскатном стане // Бюллетень научно-технической информации УкрНИТИ, 1959, № 6 7. с. 58 - 68.

20. Гуляев Ю.Г., Милов Г.И., Рынкевич Ю.Ю. Исследование параметров процесса прокатки в трехвалковом стане // Металлургия и коксохимия, вып. 55, 1974. с. 32-36.

21. Гуляев Ю.Г. Комплексное исследование процесса прокатки труб в трехвалковом раскатном стане и выбор оптимального режима деформации. Кандидатская диссертация. Днепропетровск, 1978. -297 с.

22. Пляцковский О.А., Сокуренко В.П., Ровенский В.Н. и др. Прокатка тонкостенных труб на трехвалковых раскатных станах // Черная металлургия, 1976, № 12. с. 37-38.

23. Тетерин П.К. Скручивание при косой прокатке // Сборник трудов ЦНИИЧМ , № 6. М.: Металлургиздат, 1959. с. 195 214.

24. Друян В.М., Коропов В.Б., Новаковский Э.Э. и др. Сборный валков трубопрокатного стана. А.с. СССР № 460087. Бюл. изобр., 1975, № 6. с. 25.

25. Друян В.М., Гуляев Ю.Г., Балакин Б.Ф. Анализ условий процесса прокатки труб в трехвалковом раскатном стане. // Обработка металлов давлением. Научные труды ДМетИ, № 60. М.: Металлургия, 1980. с. 59 64.

26. Гуляев Ю.Г., Володарский М.З., Лев О.И. Повышение точности и качества труб. М.: Металлургия, 1992. 238 с.

27. Яловой А.И. Исследование неустановившихся процессов раскатки и совершенствование технологии производства труб на установках с трехвалковыми раскатными станами. Кандидатская диссертация. Днепропетровск, 1978. -132 с.

28. Друян В.М., Кущинский Г.Н., Яловой А.И. Исследование неустановившихся процессов поперечно-винтовой прокатки. Металлургия и коксохимия, вып. 60. Обработка металлов давлением. К.: Техника, 1979. с. 73 77.

29. Blazynski T.Z., Jubb С. Major defect in rotary tube-making process // J. Inst. Metals, vol. 97,1963. pp. 363 373.

30. Чекмарев А.П., ВаткинЯ.Л., Умеренков B.H. Некоторые вопросы производства труб на трехвалковом стане // Обработка металлов давлением. Научные труды ДМетИ, № 53. М.: Металлургия, 1967. с. 158 168.

31. Ваткин Я.Л., Умеренков В.Н. Влияние основных параметров процесса раскатки труб на трехвалковом стане на максимальный угол подачи // Обработка металлов давлением. Научные труды ДМетИ, № 54. М.: Металлургия, 1970. с. 182 187.

32. Друян В.М., Гуляев Ю.Г. Исследование гранеобразования при трехвалковой раскате труб // Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1982, № 1. с. 74 77.

33. Чекмарев А.П., Ваткин Н.Л., Ханин М.И. и др. Прошивка в косовалковых станах. М.: Металлургия, 1967. -240 с.

34. Балакин В.Г. Способ прокатки труб на трехвалковом стане косой прокатки. А.с. СССР № 113579. Бюл. изобр., 1958, № 6. с. 32.

35. Бибик Г.А., Ваткин Я.Л., Заленов A.JI. и др. Способ прокатки труб на косовалковых станах. А.с. СССР № 212955. Бюл. изобр., 1967, № 28. с. 31.

36. Потапов И.Н., ФинагинП.М., Терентьев Д.В. и др. Раскатка труб в трехвалковой клети жесткой конструкции // Бюллетень ЦНИИЧМ, 1974, № 21. М.: Черметинформация. с. 43 44.

37. ПотаповИ.Н., Терентьев Д.В., ФинагинП.М. и др. Раскатка труб на трехвалковом стане с переменным углом подачи // Бюллетень ЧНИИЧМ, 1975, № 10. М.: Черметинформация. с. 47 48.

38. Бибик Г.А., Романенко Е.А., Шаповалов В.Ф. и др. Прокатка труб на трехвалковом стане с переменным углом подачи // Сталь, 1970, №2. с. 159- 160.

39. Пляцковский О.А., Спирин А.А., Хохлов-Некрасов О.Г. Способ винтовой прокатки труб на трехвалковом стане. А.с. СССР №358041. Бюл. изобр., 1972, № 34. с. 23.

40. Пляцковский О.А., Хохлов-Некрасов О.Г., Григорьев А.Ф. и др. Способ прокатки труб. А. с. СССР № 184790. Бюл. изобр., 1966, № 16, с. 26.

41. Чекмарев А.П., Ваткин Я.Л., Умеренков В.Н. Некоторые вопросы производства труб на трехвалковом стане // Обработка металлов давлением. Научные труды ДМетИ, № 53. М.: Металлургия, 1967. с. 158 168.

42. Ваткин Я.Л., Ханин М.И., Есаулов А.Т., Вольфович В.В. Способ прокатки труб на косовалковом стане. А. с. СССР № 349425. Бюл. изобр., 1972, № 26. с. 27.

43. Ващенко Ю.И., Зимин А.К. Способ винтовой прокатки на трехвалковом стане косой прокатки. А. с. СССР № 144814. Бюл. изобр., 1962, № 14. с. 28.

44. ДруянВ.М., Кущинский Г.Н., УгрюмовЮ.Д., Яловой А.И. Заготовка для поперечно-винтовой прокатки. А. с. СССР №566640. Бюл. изобр., 1977, № 28, с. 35.

45. Pietsch J., Paade I. Verfahren zum Walzen von Hohlblocken auf einem Asselwalzwerk. Патент ФРГ № 4431410,1995.

46. Друян B.M., Кущинский Г.Н., Потапов И.Н. и др. Способ винтовой прокатки. А. с. СССР № 570419. Бюл. изобр., 1977, № 32, с. 29.

47. Потапов И.Н., Полухин П.И. Технология винтовой прокатки. М.: Металлургия, 1990. -344 с.

48. Марченко K.JI. Интенсификация процесса винтовой прошивки непрерывнолитых заготовок с целью повышения качества труб. Кандидатская диссертация. Москва, 2007. -150 с.

49. Потапов И.Н., Полухин П.И., Харитонов Е.А., Галкин С.П. Радиально-сдвиговая прокатка сортового металла // В кн. Теория и технология метало- и энергосберегающих процессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. с.72 78.

50. Жаворонков В,А., Мухин Г.Г., ЛеваеваГ.В. Исследование процесса винтовой прокатки круглых профилей из литых заготовок // Известия вузов. Машиностроение. 1974. № 4. с. 139 -141.

51. Панов Е.И. Некоторые аспекты напряженно-деформированного состояния заготовки при поперечно-винтовой прокатке // Металлург, 2003, № 12. с. 34 -38.

52. Семин В.А., Семин П.В. Математические моделирование винтовой прокатки с применением теории обобщенного плоского течения // Известия ВУЗов. Черная металлургия, 2003, № 11. с. 43 46.

53. Харитонов Е.А., Потапов И.Н., Волыпонок И.З. и др. Выбор основных технологических параметров процесса прокатки на стане РСП-800 // Цветные металлы. 1993. № И. с. 48 51.

54. Галкин С.П., Харитонов Е.А., Михайлов В.К. Реверсивная радиально-сдвиговая прокатка // Труды IV конгресса прокатчиков, т. 2. М.: Черметинформация, 2002. с. 339 342.

55. Потапов И.Н., Зимин В.Я., Харитонов Е.А., Романенко В.П. Способ винтовой прокатки заготовок сплошного круглого профиля. А.с. СССР № 749459. Бюл. изобр., 1980, № 27. с. 22.

56. Потапов И.Н., Харитонов Е.А., Зимин В.Я. Технологический инструмент стана винтовой прокатки. А.с. СССР № 747541. Бюл. изобр., 1980, № 26. с. 25 26.

57. Потапов И.Н., Харитонов Е.А., Зимин В.Я. Технологический инструмент косовалкового стана. А.с. СССР № 778833. Бюл. изобр., 1980, № 42. с. 25.

58. Смирнов B.C., Анисифоров В.П., Васильчиков М.В. и др. Поперечная прокатка в машиностроении. JL: Машгиз, 1957. -376 с.

59. Целиков А.И., Барбарич М.В., Васильчиков М.В. Специальные прокатные станы. М.: Металлургия, 1971. -336 с.

60. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М.: Металлургиздат, 1962. -492 с.

61. Северденко В.П., Федоров Л.И. Прокатка в машиностроении. Минск: Издательство Академии наук БССР, 1959. -172 с.

62. Голубчик P.M., ПолухинП.И., Матвеев Ю.М. и др. Исследование процессов производства труб. М.: Металлургия, 1970. -328 с.

63. Клемперт Е.Д., Голубчик P.M., Меркулов Д.В. и др. Особенности прошивки заготовок с различной вытяжкой // Достижения в теории и практике трубного производства (сб. научных трудов). Екатеринбург: УГТУ УПИ, 2004. с. 218-283.

64. Хайкин Б.Е., Козлов В.В. Единая формула для расчета формоизменения при прокатке простых и фасонных профилей // Теория прокатки (сб. трудов). М.: Металлургия, 1975. с. 195 197.

65. Чикалов С.Г., Клемперт Е.Д., Голубчик P.M. и др. Получение требуемого сортамента непрерывнолитых заготовок для прошивки // Сталь, 2007, №3. с. 72-75.

66. Павлов И.М., Зайцев M.JL Методика сопоставления калибровок валков по эффективности деформации // Прокатное и трубопрокатное производство. Научные труды ЦНИИЧМ, вып. 16. М.: Металлургиздат, 1959. с. 111-121.

67. ФомичевИ.А. Косая прокатка. Харьков: Металлургиздат, 1963. -262 с.

68. Чикалов С.Г., Меркулов Д.В., Новиков М.В., ЧепуринМ.В. Оценка перспективности прошивных станов различных конструкций // Сталь, № 3, 2004. с. 44 46.

69. Чекмарев А.П., Матвеев Ю.М., ВыдринВ.Н., Финкельштейн Я.С. Интенсификация поперечно-винтовой прокатки. М.: Металлургия, 1970. -184 с.

70. Ханин М.И. Теоретические основы и разработка прогрессивной технологии стационарных и нестационарных процессов винтовой прокатки. Автореферат докторской диссертации. Днепропетровск, 1986.

71. Ханин М.И. Развитие и современное состояние теории винтовой прокатки. // Развитие теории процессов производства труб. Днепропетровск: Системные технологии, 2005. с. 28 54.

72. Емельяненко П.Т. Теория косой и пилигримовой прокатки. М.: Металлургиздат, 1949.-491 с.

73. Миронов Ю.М. Геометрические параметры процесса косой прокатки // В сб. "Производство труб" (УкрНИТИ), вып. 6. М.: Металлургиздат, 1962. с. 20-23.

74. Чекмарев А.П., ВаткинЯ.Л., Умеренков В.Н. Определение геометрических параметров очага деформации в станах косой прокатки // Обработка металлов давлением. Научные труды ДМетИ, № 52. М.: Металлургия, 1967. с. 124 -141.

75. Чепурин М.В. Особенности циклического формоизменения при прошивке заготовок в косовалковых станах разных типов с учетом положения направляющего инструмента в очаге деформации. Кандидатская диссертация. Москва, 2004.-121 с.

76. ПолакЭ. Численные методы оптимизации: Единый подход. М.: Мир, 1974.-376 с.

77. Павлов И.М. Теория прокатки. М.: Металлургиздат, 1950.-610 с.

78. Кучеряев Б.В. Механика сплошных сред. Учебник для вузов. М.: МИСИС, 2006. -604 с.

79. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука, 1966.-664 с.

80. Шевакин Ю.Ф., КоликовА.П., Райков Ю.Н. Производство труб. М.: Интермет Инжиринг, 2005. -568 с.

81. Есаулов Г.А., Кондратьев Ю.А., Кущинский Г.Н., Яловой А.И. Калибровка валков станов винтовой прокатки труб. Днепропетровск: ДМетИ, 1983.-43 с.

82. Галкин С.П. Способ винтовой прокатки. Патент РФ № 2293619. Бюл. изобр., 2007, № 5. с. 46.

83. Меркулов Д. В., Голубчик P.M., Чепурин М.В. Особенности прошивки заготовок в косовалковых станов различного конструктивного исполнения // Труды четвертого конгресса прокатчиков, т. 2. М.: Черметинформация, 2002. с. 47 52.

84. Бретшнайдер Э., Мюллер Г., Фрикке Ю. Планетарный стан с коническими валками // Черные металлы, 1973, № 22. с. 29 35.

85. Галкин С.П., Харитонов Е.А., Михайлов В.К. Реверсивная радиально-сдвиговая прокатка // МЕТ. Метал, оборудование, инструмент, 2004, март-апрель. с. 8 13.

86. Шевакин Ю.Ф., Коликов А.П., Райков Ю.Н. Производство труб. М.: Интермет Инжиринг, 2005. -568 с.

87. Белевитин В.А. Исследование объемного течения металла, и оптимизация режимов деформирования поперечно-винтовой прокатки. Кандидатская диссертация. Москва, 1977. -227 с.

88. Новодережкин В.П. Теория винтовой прокатки. М.: Советский спорт, 2005.-115 с.

89. Столетний М.Ф., КлемпертЕ.Д. Точность труб. М.: Металлургия, 1975. -240 с.

90. Друян В.М., Кириченко В.В., Гуляев Ю.Г. и др. Валок для поперечно-винтовой раскатки труб. А.с. СССР № 710692. Бюл. изобр., 1980, № 3. с. 35.

91. КлемпертЕ.Д., Чикалов Г.В., СтолетнийМ.Ф. и др. Валок раскатного стана. А.с. СССР № 523730. Бюл. изобр., 1976, № 26. с. 43.

92. Бедняков В.П., Барабашкин В.П., Тетельбаум П.И. и др. Валок трехвалкового стана косой прокатки. А.с. СССР № 557834. Бюл. изобр., 1977, № 18. с. 21.

93. Друян В.М., Перчаник В.В., МиловГ.И. и др. Технологический инструмент для винтовой раскатки труб. А.с. СССР № 596304. Бюл. изобр., 1978, № 9. с. 29.

94. Друян В.М., Козловский А.И., Кущинский Г.Н. и др. Валок для винтовой прокатки труб на трехвалковом стане. А.с. СССР №749471. Бюл. изобр., 1980, № 27. с. 25.

95. Ramdohr D., KnaufW., Brensing К.-Н., Kuemmerling R. Skew rolling mills. Патент США № 4392369, 1981.

96. Коликов А.П., Романенко В.П., СамусевС.В. и др. Машины и агрегаты трубного производства. М.: МИСИС, 1998. -536 с.

97. ВаткинЯ.Л., БибикГ.А., Друян В.М. и др. Способ производства горячекатаных бесшовных труб на установке с трехвалковым раскатным станом. А.с. СССР № 324085. Бюл. изобр., 1972, № 2. с. 38.

98. Друян В.М., Есаулов А.Т., КрупманЮ.Г. и др. Новая технология производства труб на установке 200 // Обработка металлов давлением. Научные труды ДМетИ, № 59. М.: Металлургия, 1976. с. 315 320.

99. StaatK., Moltner Н. Verfahren und Walzgeriist zum Schragwalzen von Rohren. Патент ФРГ № 4428530, 1996.

100. Bindernagel A., QuambuschA., Schoneberg W. Vorrichtung zum Schragwalzen von rohr-oder stabformigem Walzgut. Патент ФРГ № 19510721, 1999.

101. Bindernagel A., Moltner H. Vorrichtung zum Schragwalzen von rohr-oder stabformigem Walzgut. Патент ФРГ № 19510715, 2002.

102. StaatK., Moltner H. Walzwerksanlage fur Rohr emit einem Planetenschragwalzgerust. Патент ФРГ № 3220921, 1993.

103. Ammerling W.J., PfeifferD. Dei folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen. Патент ФРГ № 19935647, 2001.

104. КулесаГ., ГерхардсД., Голубчик P.M. Экономичное производство высококачественных бесшовных труб с применением четырехвалкового раскатного планетарного стана // Труды V международного конгресса прокатчиков. М.: Черметинформация, 2004. с. 290 292.