ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ТРУБНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Предельные деформации при продольной прокатке труб

Задача увеличения разовых деформации при продольной' прокатке труб актуальна и ее решение позволит повысить производительность трубопрокатных агрегатов, сократить количество клетей на основных операциях. Увеличение разовых деформаций прямо связано с исключением уширения. Предотвратить боковое течение металла можно путем создания калибра, замкнутого линейками или образованного четырьмя валками.

В УралНИТИ ведется поиск оптимальной конструкции такого калибра. Допуская, что проблема исключения уширения решена, задача сводится к определению максимальных частных обжатий по диаметру при прокатке круглой заготовки в круглом калибре. Известно, что процесс продольной прокатки протекает стабильно до тех пор, пока на контакте имеется резерв сил трения. На практике при прокатке всегда отмечается их резерв. Предельным случаем можно считать тот, когда вся контактная поверхность становится зоной отставания и катающий радиус равен радиусу валка в вершине калибра. Исходя из энергетического баланса и принимая во внимание, что уширение металла ограничено калибром и на контакте реализуются все силы трения (Дк = Дб), предельное обжатие m становится функцией остальных параметров процесса.

Предельное частное обжатие при редуцировании с натяжением

Уравнение энергетического баланса для процесса редуцирования имеет вид:

NB » NT + N0 + N0 + Nj + N.

где NTл — мощность сил трения на линейках, замыкающих калибр.

Ранее определены зависимости для составляющих, входящих в уравнение (1), при *к = Не

мощность сил трения на линейках (при их наличии), замыкающих калибр, определится из выражения: NTJl = тF где КС П коэффициент свободной поверхности.

Окончательно выражение (1) приобретает вид Таким образом, при определенном сочетании разновидности калибров и размеров валков при редуцировании с задним натяжением можно реализовать весьма значительные деформации. Реализация повышенных деформаций по диаметру и утенке в одной кле^и предопределяет перспективу существенного видоизменения агрегатов продольной прокатки труб без оправки. Многоклетевые РРСстаны могут быть заменены весьма экономичными станами с сокращенным числом клетей.

Расчеты показывают, что редуцирование в одной клети с разовым обжатием 92% и задним натяжением z0 = 0,8 на 40—60 % меньше энергозатрат, чем реализация таких же обжатий по диаметру и стенке в 24валковом РРСстане, что подтверждает суждение автора о неэкономичности использования калибровок типа оваловал.

Продольная прокатка в пространственнозакрытых калибрах

Наиболее существенными недостатками процессов продольной прокатки труб можно считать малые разовые деформации и сравнительно низкую точность геометрических размеров. То и другое объясняется использованием круглоовальных калибров с выпусками. При попытке уменьшить овальность калибров или увеличить разовые деформации металл интенсивно течет в зазоры между валками.

Радикально решить этот вопрос можно созданием пространственнозакрытых калибров (ПЗК), в которых зазоры между валками от сечения захвата до сечения выхода металла из очага деформации отсутствуют.

ПЗК обладает рядом существенных достоинств. Так как при прокатке в ПЗК напряженнодеформированное состояние приближается к схеме всестороннего сжатия, пластичность деформируемого материала повышается. Такой калибр позволяет реализовать значительные деформации (А»2) и получать готовый прокат за один проход из литой заготовки.

В ПЗК необходимо четко разграничивать участки закрытия: 1 — зона предочаговой деформации; 2 — зона замыкания калибра. В идеальном случае замыкания отсутствует поперечное течение металла как в зоне захвата, так и в зоне основной деформации. Эти две задачи могут решаться как совместно, так и раздельно. Например, при редуцировании с большими обжатиями по диаметру остро стоит проблема предотвращения внеочагового уширения — необходимы линейки, замыкающие очаг деформации со стороны входа. При прокатке труб на оправке более важно замыкание калибра в плоскостях, близких к выходу металла из очага деформации, так как вся деформация протекает по стенке.

Автором рассмотрены различные варианты пространственного закрытия калибра при продольной прокатке. Одним из перспективных вариантов ПЗК можно считать калибр, зазоры между валками в котором закрываются высокопрочной тонкой лентой. Схема весьма привлекательна, но требует стабилизации положения ленты относительно зазоров подбора материала ленты. Для закрытия очага деформации при редуцировании можно использовать ленту без ее дополнительной опоры, что обязательно при прокатке труб на оправке.

Выполнен теоретический анализ упругого прогиба ленты в зазоре между валками при редуцировании труб1. Величину прогиба и определяли, решая неоднородное . бигармониче ское уравнение

Применяя для численного решения уравнения (6) конечноразностный метод с использованием итерационного процесса, получены данные о прогибе элемента по длине очага деформации. По полученным перемещениям вычисляли интенсивность напряженного состояния <7,*.

Механические и геометрические параметры материала ленты выбираются из условия работы ограничителей в упругом диапазоне: тахо'| <

Проведен комплекс исследований, позволяющий выбрать из большого числа вариантов ПЗК наиболее рациональные конструкции.

Первую серию экспериментов проводили на лабораторной установке с использованием пластилина. Поверхность заготовки покрывали пудрой из мела или алюминия для исключения налипания моделирующего материала на поверхность валков. Результаты прокаток показали, что в ПЗК устойчиво протекают процессы прокатки сортового профиля, прошивки и прокатки труб с А = 3—24. Во всех случаях при прокатке с использованием оправок на их поверхность наносили смазку.

На стане 10—76 были прокатаны свинцовые заготовки с А = 2,45, а на универсальном стане УралНИТИ были прокат&ны стальные гильзы на конусной подвижной оправке. На внутреннюю поверхность гильзы перед нагревом наносили стеклоэмалевое покрытие, обеспечивающее как защиту внутренней поверхности от окисления, так и равномерную смазку по всей контактной поверхности. Изза недостаточной жесткости клети диаметр калибра несколько увеличился, и величина вытяжки вместо 2,5 составила 2,1.

С использованием ПЗК проведен эксперимент по прошивкепрокатке свинцовых труб размером 15x0,5 мм из сплошной заготовки прямоугольного профиля 26x14 мм. Вытяжка при этом составила А = 20. Отмечено, что оправка самоустанавливается по оси прокатки.

Результаты экспериментов1 показали принципиальную возможность получения больших разовых деформаций в ПЗК и возможность создания новых перспективных процессов продольной прокатки труб и сортовых профилей.

Реализация больших вытяжек связана с проблемой захвата металла в начальный момент прокатки. Условия захвата при прокатке в ПЗК существенно отличаются от условий захвата в обычном процесса. Вопервых, ПЗК поверхность первоначального касания во много раз больше— в идеальном случае по всему периметру. Вовторых, нормальные напряжения резко возрастают до максимума, так как из за отсутствия свободного течения быстро достигается всестороннее сжатие металла. Запишем энергетический баланс в момент заполнения очага деформации: N + JV,* > N +

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994