Способ изготовления труб холодным пильгерованием и устройство для его осуществления - RU2205075C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления труб предпочтительно из высокопрочных сталей или специальных сплавов способом холодного пильгерования с помощью двух прокатных клетей, по меньшей мере, периодически встречно перемещающихся возвратно-поступательно в направлении прокатки посредством кривошипно-шатунных механизмов, с сужающимися калиброванными валками, которые обкатываются по прокатываемому изделию с изменяющимся направлением посредством зубчатых шестерен, приводимых от зубчатых реек.

Значительная часть расходов при изготовлении и при эксплуатации пильгерных станов холодной прокатки приходится на требующиеся механизмы вращения и подачи, а также на загрузочные механизмы, которые являются обязательными для пильгерной прокатки. Заметного улучшения соотношения между производительностью и расходами можно достичь, если при сохранении этих механизмов и без уменьшения количества ходов в клети достигается значительное повышение производительности. Это обеспечивается повышением пластической деформационной обработки на каждый ход клети в линии клетей, с помощью которых обеспечивается значительное повышение производительности при незначительном увеличении инвестиционных затрат. Это относится в общем в пильгерным стенам холодной прокатки и в особенности к холодной пильгерной прокатке сравнительно небольших труб из высокопрочных сталей или специальных сплавов.

Известные пильгерные станы холодной прокатки, в которых прокатка происходит обычно в одну нитку, страдают сравнительно высокими инвестиционными расходами при относительно низкой производительности по сравнению с современными способами волочения. Для повышения производительности предлагается эксплуатировать пильгерные станы холодной прокатки с несколькими, например от двух до четырех, параллельными линиями клетей. Однако это приводит к более высокому весу клети при уменьшенном количестве ходов, значительно большим затратам на загрузку и механизмы вращения и подачи, а допуски на прокатанные трубы оставляют желать лучшего.

Уже делались также попытки применения так называемых тандемных пильгерных станов холодной прокатки, в которых две валковые пары объединяются друг с другом в одной клети. И здесь обращает на себя внимание более высокий вес клети при незначительном количестве ходов и неблагоприятном соотношении между ценой и производительностью, оба комплекта валков раскатывают одновременно предварительно подаваемый объем труб, причем ко второму комплекту валков во время подачи подводится труба на длину, раскатанную в первом комплекте валков, вследствие чего в трубе могут возникать проблемы обжатия, взаимосвязанные с потерей производительности и качества.

Наконец, из фиг. 5 и 6 немецкого патентного описания 604909 известен пильгерный стан холодной прокатки, имеющий две прокатные клети, периодически встречно перемещающиеся возвратно-поступательно в направлении прокатки с помощью кривошипно-шатунных механизмов, валки которых приводятся с изменяющимся направлением вращения с помощью зубчатых реек. В известном устройстве предусмотрено изменение по диаметру трубной заготовки исключительно в первой прокатной клети и без оправки, для того чтобы затем с помощью оправки уменьшить во второй прокатной клети толщину стенки трубы. Расположение кривошипно-шатунных механизмов выбирается таким образом, чтобы процессы перемещения обеих прокатных клетей обеспечивали определенным образом подачу трубы вместе с перемещением штока оправки и захватом валков.

Хотя пояснение работы известного прокатного стана не позволяет точно понять, как проводится процесс при прокатке труб, однако можно установить, что этот прокатный стан работает, по-видимому, с невысокой производительностью, что, хотя и было достаточным на тот момент времени, но уже не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к современным пильгерным станам холодной прокатки. Полый валок первой клети приводит к недопустимому в настоящее время ухудшению внутренней поверхности и позволяет повысить производительность лишь незначительно, если вообще позволяет сделать это, так как основное уменьшение толщины стенки осуществляется исключительно во второй клети.

Задачей изобретения является создание способа пильгерной холодной прокатки и устройства для изготовления труб, в частности, из высокопрочных сталей или специальных сплавов способом пильгерной холодной прокатки, в котором обеспечивается существенное повышение производительности прокатки по сравнению с обычными станами при возможно меньших механических затратах и без ухудшения качества.

Решение этой задачи осуществляется в способе изготовления труб предпочтительно из высокопрочных сталей или специальных сплавов способом пильгерной прокатки в двух прокатных клетях, по меньшей мере, периодически встречно перемещающимися возвратно-поступательно в направлении прокатки с помощью кривошипно-шатунных механизмов, с сужающимися калибровочными валками, имеющими привод чрез шестерни от зубчатых реек и обкатывающимися с изменяющимся направлением вращения по прокатываемому изделию, за счет того, что в первой прокатной клети осуществляют большую часть, а во второй прокатной клети незначительную часть пластической деформационной обработки, что в обеих прокатных клетях осуществляют прокатку с редуцированием с помощью оправки, подогнанной к валковому калибру, а угловое смещение кривошипно-шатунных механизмов выбирают таким образом, что зона деформации первой прокатной клети периодически не совпадает с зоной деформации второй клети.

Кроме того, решение вышеназванной задачи осуществляется также в устройстве для изготовления труб, содержащем две прокатные клети, по меньшей мере, периодически встречно перемещающиеся возвратно-поступательно в направлении прокатки с помощью кривошипно-шатунных механизмов с сужающимися калибровочными валками, имеющими привод через шестерни от зубчатых реек, и обкатывающиеся с изменяющимся направлением вращения по прокатываемому изделию, за счет того, что первая прокатная клеть выполнена в виде обжимной клети с валками, имеющими исключительно рабочие калибры, валки второй клети имеют рабочие и выглаживающие калибры, а валки обеих прокатных клетей выполнены с возможностью взаимодействия с соответственно калиброванными валковыми оправками, и кривошипно-шарнирные механизмы, имеющие угловое смещение друг относительно друга для привода прокатных клетей, выполнены с вертикальными осями вращения с помощью отдельных шатунов, относящихся к каждой прокатной клети.

Способ согласно изобретению обеспечивает вышеупомянутую высокую производительность, во-первых, за счет того, что в первой прокатной клети осуществляется исключительно пластическая деформационная обработка и отсутствует работа по выглаживанию, благодаря чему используется значительное удлинение редукционного калибра и нет необходимости учитывать требования к допускам, снижающим производительность, в то время как во второй прокатной клети наряду с работой по выглаживанию выполняется и достойная упоминания дополнительная деформационная пластическая обработка.

Выбор фазовых углов между обеими прокатными клетями и выполнением прокатных инструментов подлежит значительно меньшим ограничениям, если валки второй прокатной клети освобождают трубу в точно определенное время, периодически образуя кольцевой зазор между трубой и валком. С этой целью в одном из вариантов выполнения изобретения предусмотрено, что вторая прокатная клеть смещена приблизительно на угол 180^o кривошипа относительно первой клети, и во время обратного хода без уменьшения обжатия между прокатываемой заготовкой и валковым калибром освобождается кольцевой зазор, соответствующий имеющемуся материалу после первой клети. Этот способ предпочтительно реализуется за счет того, что, по меньшей мере, валки второй прокатной клети циклически получают угловое смещение во время прокатки. Перестановка валков может осуществляться согласно изобретению горизонтальным перемещением зубчатых реек, вследствие чего изменяется воздействие валкового калибра на прокатываемое изделие.

Альтернативно предлагается изменять расстояние между осями валков друг относительно друга во время прокатки для того, чтобы создать в валковом калибре полость для размещения материала, образующегося после прокатки в первой прокатной клети.

Для того чтобы сократить расходы на конструктивное оформление для циклического создания кольцевого зазора между разверткой калибра и прокатываемым изделием, согласно изобретению предлагается альтернатива, заключающаяся в том, что вторая прокатная клеть расположена со смещением кривошипа на угол приблизительно 90-150^o относительно первой прокатной клети, и что ее валки приводятся во вращение неподвижными зубчатыми рейками, и что осевое расстояние валков остается постоянным во время прокатки.

Устройство для осуществления способа отличается тем, что первая прокатная клеть выполнена в виде Break-Down-клети с валками, имеющими исключительно рабочие калибры, что валки второй прокатной клети имеют рабочий и выглаживающий калибры, что валки обеих прокатных клетей взаимодействуют с соответствующими калиброванными прокатными оправками, и что кривошипно-шатунные механизмы, имеющие угловое смещение друг относительно друга для привода прокатных клетей, выполнены с отдельными для каждой клети шатунами с вертикально расположенными осями вращения, причем оба кривошипа имеют встречное направление вращения.

Выполненный таким образом пильгерный стан холодной прокатки позволяет значительно повысить производительность прокатки по сравнению с обычными прокатными станами. Путем выполнения первой прокатной клети с валками, имеющими исключительно рабочие калибры, может значительно повыситься пластическая деформационная обработка в этой клети, поскольку в этой клети не происходит работы по выглаживанию, и для деформационной обработки может использоваться вся развертка калибра. Работа по выглаживанию осуществляется только во второй прокатной клети, в имеющемся в ней выглаживающем калибре, перед которым, однако, расположен рабочий калибр, которым еще раз может выполняться достойная упоминания деформация трубы. При этом сохраняются те же конструктивные затраты на привод вращения и подачи, а также на загрузку новыми трубчатыми заготовками и не повышаются по сравнению с обычным простым пильгерным станом холодной прокатки. Расположение кривошипно-шатунных механизмов под углом друг относительно друга в соответствии с изобретением обеспечивает вращение и предварительное перемещение трубных заготовок в нужные моменты времени и вместе с другими признаками изобретения предотвращает застаивание материала между прокатными клетями во время основной пластической деформационной обработки в первой прокатной клети. Встречное направление вращения обоих кривошипов обеспечивает благоприятное выравнивание сил инерции первой гармонической составляющей и, таким образом, позволяет использовать большое количество ходов, при которых, по сравнению с обычным одновалковым пильгерным станом холодной прокатки, не должно осуществляться редуцирование, так как силы инерции не повышаются за счет выбранной конструкции.

Конструкционные затраты на кривошипно-шатунный механизм такого рода лишь незначительно выше, чем на привод отдельной клети. Расположение кривошипно-шатунных механизмов с вертикальными осями вращения позволяет отказаться от глубоких фундаментов для уравновешивания масс. Расстояние между обеими прокатными клетями может быть сведено, например, до минимума, если в соответствии с еще одним дополнительным признаком изобретения шатуны каждой прокатной клети перемещаются в расположенных друг над другом плоскостях или обе прокатные клети располагаются вне кривошипно-шатунного механизма таким образом, что точки шарнирного закрепления шатунов находятся в обоих, наиболее удаленных друг от друга местах прокатной клети.

Предпочтительно, для обеих прокатных клетей имеется общий кривошипно-шатунный механизм со вращающимися уравновешивающими грузами на обоих, встречно перемещающихся колонах (коленчатого) вала, которые уравновешивают силы инерции первого порядка, в то время как, по меньшей мере, частичное уравновешивание силы инерции второго порядка может осуществляться за счет взаимодействия масс клетей. В аспекте уравновешивания сил инерции оптимальным является фазовый угол, равный 90^o, так как при таком условии взаимно устраняются силы инерции второго порядка. При таком расположении не могут исключаться технические трудности при прокатке. В одном из конструктивных вариантов кривошипы приводятся с одинаковым направлением вращения и уравновешивают противовесами на каждом кривошипе часть силы инерции первого порядка. Оставшаяся часть этих компонентов силы инерции совсем не уравновешивается или уравновешивается противовесами на промежуточном валу, соединяющем оба кривошипа посредством зубчатых шестерен, которые вращаются с числом оборотов кривошипа, но в противоположном направлении.

Но можно также снабдить каждую прокатную клеть собственным кривошипно-шатунным механизмом с уравновешиванием масс, причем тогда привод второй прокатной клети может быть выполнен более слабым, чем у первой прокатной клети. Благодаря этому привод второй клети меньше, легче и дешевле, чем у первой клети. Изменение фазового угла между обеими клетями легко реализовать двумя отдельными кривошипно-шатунными механизмами.

Кроме того, является также возможным осуществлять привод кривошипов, приводящих обе прокатные клети, хотя и расположенных в одном корпусе, но от отдельных двигателей, благодаря чему упрощается изменение фазового угла обоих кривошипов. Тогда для уравновешивания масс первого порядка требуется два вращающихся груза на каждом из кривошипов таким образом, что больший груз жестко связан с кривошипом, а меньший может переставляться по своему положению относительно кривошипа, например, в виде эксцентрика, поворачиваемого вокруг центра кривошипа.

В еще одном варианте выполнения пильгерного стана холодной прокатки согласно изобретению обе прокатные клети имеют разный вес и, возможно, даже перемещаются с различным числом ходов, причем и здесь соответствующие противовесы на встречно вращающихся валах или кривошипах обеспечивают полное уравновешивание силы инерции первого порядка.

Для изменения кольцевого зазора между разверткой калибра и прокатываемым изделием согласно еще одному признаку изобретения предусмотрено, что имеются, по меньшей мере, зубчатые рейки второй прокатной клети с перемещающим механизмом для перестановки зубчатых реек в направлении их продольной протяженности.

Альтернативно для обеспечения осевого расстояния предлагается предусмотреть, по меньшей мере, между валками второй прокатной клети периодически применяемый клиновой механизм.

С точки зрения технологии прокатки, является особенно предпочтительным таким образом приводить кривошипно-шатунные механизмы с фазовым углом, равным 180^o, что в обеих "мертвых" точках может обеспечиваться вращение и перемещение. Двукратное вращение и перемещение здесь так же, как и в известных обычных прокатных станках, могло бы еще повысить как количество изготавливаемой продукции, так и качество. Тогда силы инерции второго порядка складываются и оказывается необходимым периодическое создание кольцевого зазора между прокатываемым изделием и разверткой калибра во время обратного хода второй клети.

Холодное пильгерование тонкостенных труб малого диаметра может осуществляться с любыми, например, не шагообразными перемещениями вращения и подачи. При применении прокатного стана согласно изобретению эта тонкостенная труба окончательно изготавливается после второй прокатной клети. Так как труба в этом случае может подводиться ко второй прокатной клети любым образом, движение вращения и подачи может устанавливаться независимо от фазового положения обеих прокатных клетей исключительно в зависимости от требований первой прокатной клети, например, также в качестве вращения и перемещения в обеих "мертвых" точках. В таких тонкостенных изделиях способ пильгерной холодной прокатки обеспечивает, кроме того, вращение и перемещение трубы, хотя валки не касаются трубы на выглаживающем калибре. Отсюда получается, что калибр валков второй прокатной клети может удлиняться также вплоть до выходной "мертвой" точки этой прокатной клети.

Изобретение объединяет ряд преимуществ, достигаемых по сравнению с уровнем техники. Так как конструктивные затраты на привод вращения и подачи, а также для загрузки новыми трубными заготовками не повышены по сравнению с обычным одновалковым пильгерным станом холодной прокатки, можно изготавливать прокатный стан с хорошим соотношением цена-производительность. Прокатный стан может работать с большим количеством ходов, которые не должны уменьшаться по сравнению с обычным одновалковым прокатным станом, так как силы инерции не повышаются по причине расположения клети и кривошипа. Конструктивные расходы на кривошипно-шатунный механизм лишь незначительно выше, чем на привод только одной прокатной клети. Особенно предпочтительным является тот факт, что длина калибра первой прокатной клети может полностью использоваться для деформационной обработки, так как выглаживающий калибр не нужен и требования к допускам могут остаться неучтенными. Из этого следует достойное упоминания повышение производительности, которая дополнительно повышается еще и за счет того, что во второй клети происходит дополнительная пластическая деформационная обработка. Одновременно создается возможность получения более длинного, по сравнению с прежними прокатными инструментами, выглаживающего калибра во второй прокатной клети и еще большего сужения допусков на изготовление, несмотря на более высокую производительность.

Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью чертежей.

На фиг.1 схематически показан прокатный стан согласно изобретению в виде сбоку.

Фиг.2 - прокатный стан по фиг.1 в виде сверху.

Обе прокатные клети 1 и 2 приводятся в действие от совместного кривошипно-шатунного механизма 3 таким образом, что силы инерции первого порядка обеих прокатных клетей полностью уравновешиваются. Встречно вращающиеся уравновешивающие грузы 4 и 5 (фиг.2) уравновешиваются в этом примере выполнения только лишь вращающимися дисбалансами кривошипов и шатунов.

Каждая прокатная клеть 1 и 2 имеет привод через шатуны 11 и 12, причем они перемещаются в расположенных друг над другом плоскостях. Это вызвано тем, что точка шарнирного крепления к первой прокатной клети 1 расположена под ней, а ко второй прокатной клети 2 - перед ней. Во входной "мертвой" точке ЕТ оба комплекта 7 и 8 валков освобождают прокатываемое изделие для вращения и подачи, в выходной "мертвой" точке AT прокатываемое изделие также кратковременно освобождается для дополнительного вращения.

Если во время предварительного хода прокатной клети 1 от ЕТ до AT прокатывается и соответствующим образом удлиняется объем подачи, валки 8 прокатной клети 2, находящейся на обратном ходе, поворачиваются посредством установочного приспособления 9 для зубчатых реек 10 таким образом, что валки 8 прокатной клети 2 при своем перемещении от AT к ЕТ действуют без редуцирования или лишь с незначительным редуцированием. Во входной зоне установочное приспособление 9 осуществляет обратную перестановку. На пути от ЕТ к AT, если прокатная клеть 1 находится на обратном ходе практически без пластической деформационной обработки, в прокатной клети 2 раскатывается уже вытянутый перед этим во время предварительного хода прокатной клети 1 объем подачи с длиной подачи и удлинением после первой прокатной клетью 1.

Показанный на чертежах прокатный стан согласно изобретению, который имеет производительность примерно вдвое выше, чем у обычных прокатных станов, отличается тем, что все механизмы вращения, подачи или загрузки остаются неизменными, что колеблющиеся, уравновешивающие массы обычного прокатного стана заменены второй прокатной клетью и что только дополнительные оси валков должны совпадать с приводами их зубчатых реек.

Для пояснения изобретения ниже описываются два примера выполнения, представленные в табл. 1 и 2.

В примере 1 (табл. 1) описывается классическая прокатка трубы из высококачественной стали для теплообменников, в примере 2 (табл. 2) поясняется использование аустенитной стали с большой пластичностью для более высокого редуцирования по поперечному сечению.

ПРИМЕР 1 (табл. 1)
В табл. 1 в качестве примера 1 приведена классическая прокатка трубы 16•1 из высококачественной стали для теплообменника, которую согласно опыту можно прокатывать из трубы примерно 18 мм, раскатываемой по длине за каждый ход клети, что при 320 ходах в минуту приводит к производительности прокатки, теоретически равной 346 м/час. Здесь из общей длины калибра 370 мм предусмотрено 100 мм на выглаживающий калибр, то есть около 27%, которые практически не способствуют пластической деформационной обработке.

В противном стане согласно изобретению в первой клети не требуется выглаживающий калибр, благодаря чему зона пластической деформации соответствующим образом удлиняется до 370 мм. Это, а также то обстоятельство, что в первой клети предусмотрена только редукционная обработка от 33•3,5 до 20•1,5, обеспечивается повышение пропускаемого веса с 128 до 272 кг/час, то есть достигается производительность, равная 113%.

Подача, равная 5,6 мм, осуществляется в первой клети, если первая клеть находится во входной, а вторая клеть - в выходной "мертвой" точке, это означает, что пластическая деформация в первой клети осуществляется преимущественно во время его предварительного хода, когда вторая клеть выполняет обратный ход. К последней - в зоне ее выходной "мертвой" точки подводится объем подачи 20•1,5 с длиной 5,6 мм, который во время ее обратного хода удлиняется до 20,7 мм. Тем самым вторая клеть с самого начала своего предварительного хода подводит на подачу 20,7 мм, которые раскатываются с 1,85-кратным удлинением во второй клети до 38 мм.

Проблема, подлежащая решению, представляет, соответственно, то, что прокатываемое изделие во время обратного хода второй клети может перемещаться также беспрепятственно. Дополнительно к этому в предложенном примере выполнения посредством циклической перестановки зубчатых реек, приводящих во вращение валки, последние вращаются таким образом, что они во время обратного хода освобождают трубу. Эта перестановка затем в зоне включения входной "мертвой" точки возвращается обратно. Таким образом, перед началом прокатки осуществляется подача на предварительный ход 20,6 мм, и валки снова находятся в правильном положении прокатки. Теперь во время предварительного хода раскатывается 20,6 мм подачи с 1,85-ти кратным удлинением до 38 мм длины трубы за один ход. Производительность прокатного стана согласно изобретению повышается, таким образом, до 2,13-ти кратного от производительности обычного прокатного стана.

ПРИМЕР 2 (табл. 2)
Если в первом примере описывается увеличение производительности при неизменном поперечном сечении трубы, то в примере 2 должна использоваться большая пластичность аустенитных сталей для повышения вытяжки посредством прокатного стана согласно изобретению.

Пример 2 демонстрирует прокатку от 33•3,5 до 16•1 для обычного прокатного стана из примера 1 для прокатного стана согласно изобретению, но от 33•3,5 до 12•1. При этом даже удваивается выработка в м/час, а пропускная способность в кг/час, несмотря на уменьшенный погонный вес, повышается почти на 50%.

Для изменения осевого расстояния между валками 7, 8 второй прокатной клети 2 имеется циклически регулируемый клиновой механизм.

Реферат

Использование: изобретение относится к способу изготовления труб, например, из высокопрочных сталей или специальных сплавов способом холодного пильгерования с помощью двух прокатных клетей, периодически встречно возвратно-поступательно перемещающихся посредством кривошипно-шатунных механизмов в направлении прокатки, с сужающимися калиброванными валками, которые обкатываются по прокатываемому изделию с изменяющимся направлением через зубчатые шестерни, приводимые от зубчатых реек. Сущность изобретения: при проведении холодного пильгерования в первой прокатной клети осуществляют превалирующую часть, а во второй прокатной клети незначительную часть пластической деформационной обработки, в обеих прокатных клетях осуществляется прокатка с редуцированием с помощью оправки, подогнанной к валковому калибру, и возвратно-поступательное перемещение обеих клетей согласовано друг с другом таким образом, что зона деформации первой прокатной клети периодически не совпадает с зоной деформации второй клети. В устройстве для осуществления способа первая прокатная клеть выполнена в виде обжимной клети, валки которой имеют только рабочие калибры, валки второй клети имеют рабочие и выглаживающие калибры, при этом валки обеих клетей выполнены с возможностью взаимодействия с соответственно калиброванными валковыми оправками, и кривошипно-шарнирные механизмы, имеющие угловое смещение друг относительно друга для привода прокатных клетей, выполнены с отдельными для каждой клети шатунами с вертикально расположенными осями вращения. Изобретение обеспечивает повышение производительности стана. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Формула