white line white line
Заявки на оборудование просьба присылать в технический отдел на e-mail info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86
white line white line

Изготовление оборудования для производства труб
осуществляется на заводах в Швейцарии, Германии, Турции и Кореи

Обработка заготовки
Оборудование, обрабатывающее заготовки для труб (трубных заготовок)

Швейцарская производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999 году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в Турции и Республике Корея, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию оборудование для обработки заготовок для труб.

Общее описание

Назначение группы операций по подготовке заготовок к процедуре прошивки состоит в обеспечении удовлетворительного состояния наружной поверхности, требуемой мерной или кратной длины заготовки и качественной зацентровки ее переднего торца.

Качественная подготовка заготовки к процедуре прошивки основательно влияет на поверхность гильзы (наружную и внутреннюю), их разностенность и кривизну.

К данному оборудованию относятся различные виды реза ножницами (резка сдвигом, холодная ломка, резка дисковой пилой и пр.), оборудование для зацентровки заготовок, нагревательные печи (кольцевые, с подом вращающимся; проходные секционные, с шагающим подом); сюда можно отнести и оборудование для процедуры прошивки заготовки в гильзу.

Основные способы осмотра и ремонта исходной заготовки, и применяемое оборудование

На поверхности исходных заготовок трубопрокатного производства могут быть дефекты от предыдущей обработки.

Дефекты поверхности заготовки могут быть:

  • со сталеплавильного производства: трещинки, рванины, плены, включения неметаллические;
  • дефекты нагрева: перегрев и пережог;
  • прокатные: закаты, «лампасы».

Доля дефектов с прокатного производства - 20...30%. Как правило, они расположены под окалиной. Для их выявления имеют место такие способы, как: 1 - визуальный метод осмотра; 2 - магнитный, люминесцентный, красочный, электроиндукционный методы. Наиболее распространенный и простой среди них - визуальный осмотр, но здесь требуется предварительное освобождение от окалины и сам метод весьма трудоемок.

От окалины поверхность освобождают: травлением в растворах (смеси) кислот; песко- и дробеструйным методом; металлическими щетками (иглофрезерная обработка). Для визуального контроля на поверхности заготовки наждачным камнем выполняют неглубокую зачистку по винтовой линии - «змейку», позволяющую обнаружить продольные, поперечные трещины и волосовины.

Больше проблем возникает в момент подготовки к прокатке слитков, поверхность которых больше поражена дефектами в сравнении с поверхностью других исходных заготовок. При этом дефекты с поверхности слитков удаляют до прошивки, либо с поверхности труб без предварительной обработки.

По первому способу полностью охлажденные после разливки слитки зачищают перед подачей их в нагревательные устройства. Этот способ целесообразен при применении к качеству поверхности проката повышенных требований (например, при прокатке труб из легированных сталей).

Второй способ находит применение при горячем посаде, когда в нагревательные устройства сажают еще горячие слитки.

Преимущества первого способа следующие:

  • возможность удаления дефектов со значительно меньшей поверхности, чем при втором способе зачистки, поскольку поверхность заготовки значительно превышает поверхность исходного слитка; с увеличением веса слитка и уменьшением сечения заготовки преимущество способа возрастает;
  • при полном устранении дефекта с поверхности слитка мы получаем готовый продукт с более чистой поверхностью, так как заготовка, прокатанная из неохлажденных слитков, не только приобретает дефекты прокатного происхождения, но и сохраняет дефекты сталеплавильного производства.

На практике используется двухэтапный способ устранения дефектов с поверхности металла:

  • сначала осуществляется зачистка слитка, а затем заготовки;
  • грубые дефекты устраняют с поверхности слитка, остальные - с поверхности заготовки.

Таким методом получают максимальную чистоту поверхности готового продукта.

Допустимую предельную глубину залегания дефектов, подлежащих устранению посредством ремонта, см. табл. 1.

Таблица 1 Глубина залегания дефектов на слитках.

Диаметр слитков, мм Глубина залегания дефектов, мм
345/330 30
385/370 30-35
450/435 35-45
547/531 90-40
615/600 90-45

Зачистка поверхностных дефектов бывает общая и выборочная. При общей зачистке снаружи снимается слой металла. Применяется, когда на поверхности слитка, блюма, заготовки много дефектов. Выборочную зачистку (местную) применяют при устранении дефектов, фрагментарно расположенных на поверхности металла. Расход металла при такой зачистке меньше, чем при общей зачистке.

Общую зачистку дефектов выполняют огневым, абразивным способом и резанием на устройствах огневой зачистки, слиткообдирочных, бесцентрово-токарных и фрезерных станках.

Местную зачистку дефектов поверхности выполняют огневым методом, с помощью ручного ацетиленового резака, на абразивном маятниково-шлифовальном станке, вырубкой ручным пневматическим зубилом.

Иногда применяют комбинированный метод удаления дефектов. При выборе способа улучшения поверхности слитка, заготовки и готовых труб исходят из степени поражения поверхности дефектами (площадь их распространения и глубина проникновения), характера дефекта, характеристики слитков, подлежащих зачистке, а также из следующих основных характеристик обрабатываемого металла: размеров сечения, физических свойств обрабатываемого материала, назначения готового продукта и характера последующего передела.

При выборе методов удаления поверхностных дефектов учитываются следующие факторы:

  • дефекты с поверхности слитков следует удалять до прокатки;
  • максимальный эффект при удалении дефектов достигается использованием комбинированного способа, т.е. зачистки перед прокаткой и после нее;
  • общую зачистку целесообразно проводить при высокой степени поражения поверхности металла; местную (выборочную) - при наличии дефектов, фрагментарно расположенных на поверхности металла;
  • огневую зачистку целесообразно применять при подготовке к прокатке слитков, непрерывнолитых заготовок из мягких углеродистых, низколегированных и легированных, а также высоколегированных сталей крупных поперечных сечений;
  • абразивной зачистке следует подвергать: трубную заготовку (сплошная зачистка) из коррозионностойких сталей, слитки которых были сильно поражены поверхностными дефектами, без предварительной зачистки их на станках; слитки и заготовки из высоколегированных сталей, которые трудно обработать механически при наличии большого числа относительно мелких дефектов;
  • пневматическую вырубку следует применять для устранения местных дефектов глубиной 3...4 мм на слитках, непрерывнолитых заготовках, и для устранения дефектов на готовой трубе крупного сечения, если такая зачистка не вызовет уменьшение размеров профиля готовой трубы свыше поля допуска;
  • выборочную зачистку на фрезерных станках предпринимают для удаления фрагментарных глубоко залегающих дефектов на слитках и заготовках из легированных сортов сталей, а также заменять фрезерованием малопроизводительный и тяжелый труд - пневматическую вырубку;
  • заготовки и готовый прокат круглого сечения, слитки высоколегированных сталей, слябы в случае высокой степени пораженности их поверхности следует подвергать сплошной обдирке или фрезерованию.

Основные способы общей зачистки поверхности исходной заготовки

Огневая зачистка относится к наиболее распространенным методикам устранения поверхностных дефектов. Этот метод применяют для устранения местных дефектов и дефектов всего поверхностного слоя проката. Огневая зачистка материала основывается на способности железа воспламеняться в кислородной струе при температуре, не достигающей температуры плавления.

Место, подлежащее зачистке, предварительно нагревают пламенем газокислородной смеси до 1050 °С, затем струю чистого кислорода подают на поверхность металла вдоль изделия. Поверхностный слой стали сгорает под воздействием подаваемой кислородной струи, и удаляется дефектный слой металла. При горении стали выделяется много тепла, которое вместе с теплом пламени для подогрева позволяет ускорить процесс сгорания металла и вести его непрерывно. Процесс сжигания поверхностного слоя металла происходит так скоро, что нагрев основной его массы не вызывает изменений структурной картины стали, ее механических свойств. Возможность заварки мелких дефектов и опасность обезуглероживания поверхности исключается.

Огневую зачистку используют для слитков и заготовок (непрерывнолитых). Производительность при огневой зачистке выше, чем у других методов. Огневой зачистке могут подвергаться спокойные стали, низколегированные и среднелегированные стали.

Зачистка абразивными кругами широко используется в устранении дефектов с поверхности заготовки (в особенности из легированной и высоколегированной стали).

Зачистка проката и слитков абразивными кругами - метод дорогостоящий, однако широко распространён в металлургии.

Абразивная зачистка - один из видов резания металла. Режущее приспособление (абразивный круг) состоит из зёрен твердого абразивного вещества, сцементированных связующим веществом. Процесс резания абразивами аналогичен фрезерованию. Зерна абразива работают аналогично зубьям фрезы, отличаясь тем, что зерен на абразивном круге гораздо больше, чем зубьев на фрезе. К тому же, грани зерен абразива "смотрят" в разных направлениях, не имеют более выгодного угла резания, поэтому только меньшая часть зерен осуществляет резание металла, а большая часть трется о металл или скоблит его. Отмеченная особенность процесса резания обусловливает выделение при абразивной зачистке большого количества тепла.

На производительность абразивной зачистки влияют следующие факторы: свойства абразивного круга, скорость при резании, т.е. окружная скорость круга (абразивного), твердость, вязкость, число и характер дефектов обрабатываемого металла. Для общей абразивной зачистки используются стационарные абразивно-обдирочные станки.

Зачистка на металлорежущих станках. Эту процедуру производят посредством обдирки (точения) и фрезерования. Этим способом зачищают обычно слитки, непрерывнолитые заготовки, готовые трубы из высоколегированных сталей и трубную заготовку из другой стали (ответственного назначения), например, если их поверхность сильно поражена дефектами или имеются фрагментарные, глубоко залегающие пороки (в слитках, заготовке).

Наиболее надежным способом устранения дефектов со слитка и непрерывнолитой заготовки является сплошная обдирка их поверхности, при которой проводят сплошное снятие поверхностного слоя.

Метод сплошной обдирки применим для устранения большого количества дефектов со слитка и с заготовок из всех видов сталей, сталей с высоким количеством Cr, Ni, Ti и Al. При снятии слоя со слитка, зависимо от его массы и марки стали, при обдирке теряется 5... 18 % металла, а при обдирке круглой заготовки 12...25 %. Обдирке могут подвергаться слитки с массой 0,2 - 5 т как круглой, так и квадратной формы.

Обдирку квадратных слитков выполняют на специальных станках (одним или сразу двумя резцами), а круглых - на обычных или специальных, более мощных токарных станках. Обдирку четырехгранных слитков с небольшим радиусом закругления на углах лучше выполнять на станках, оснащенных подвижным суппортом, что удлиняет срок работы резца, обеспечивая максимальную производительность при обточке. Конструкция подобных станков позволяет осуществлять обдирку слитков с постоянными углами резания благодаря тому, что державки резцов в процессе работы совершают качательное движение. Это возможно благодаря механизму качания резцов и копира на суппорте станка. При обдирке слитков глубина резания составляет 2 - 20 мм и >, соответственно тому, насколько глубоко залегает дефект.

Обдирка трубной заготовки и сортового круглого проката выполняется на специальных обдирочных станках, на станках токарно - винторезных. Прокатанные и кованые заготовки, предназначенные для обдирки, должны соответствовать следующим предписаниям:

  • кривизна: не более 3 мм на 1 м длины круглой заготовки диаметром до 130 мм и не более 5 мм для заготовки диаметром свыше 135 мм;
  • косина реза при горячей резке на пилах: до 3°.

Заготовки после обдирки должны удовлетворять следующим допустимым отклонениям по диаметрам:

  • для диаметра до 120 мм: + 0,6 и -1,3 мм;
  • для диаметра более 120 мм: + 0,9 и -2 мм.

Фрезерование служит для местного удаления отдельных глубоко залегающих дефектов заготовки; иногда на фрезерном станке проводят общую обдирку поверхности заготовки. Для фрезерования заготовок служат специальные фрезерные станки.

На фрезерных станках устраняются отдельные, глубоко залегающие дефекты заготовок из легированных сталей, кроме некоторых особо твердых сталей, инструментальных. Например, так, не рекомендуется обрабатывать на данном станке ряд сталей, имеющих твердость по Бринелю более 241 единиц, что соответствует Ø отпечатка 3,9 мм.

Глубина удаления слоя металла при обработке на фрезерных станках: 10 - 15 мм, в этом преимущества перед пневматической вырубкой. Иногда при необходимости, на фрезерных станках проводят сплошное удаление слоя металла с поверхности заготовки, однако наиболее выгодно применять фрезерные станки для исправления брака.

Термофрезерование Этот способ представляет собой ремонт слитков на фрезерных станках (в горячем состоянии).

При зачистке горячих слитков имеется ряд преимуществ:

  • исключается операция охлаждения слитка после «раздевания»(извлечения из изложницы)
  • устраняется опасность образования трещин
  • нет необходимости в отжиге
  • уменьшается возможный брак
  • упрощается рабочий цикл отделки слитка, уменьшается его общая продолжительность
  • в 10-20 раз выше производительность процесса зачистки
  • уменьшаются (в 10-40 раз) расходы по обдирке наряду с другими способами
  • наличие условий для организации поточного процесса, для его комплексной механизации, автоматизации.
Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис 1. Форсунка термофрезерного станка

Слитки поступают в отделение нагрева, где их нагревают до 1200 °С, и передают краном на рольганг термофрезерного агрегата. За время зачистки слитка температура его на 40-90 °С падает, и после обработки слиток может быть направлен на подогрев в колодец или непосредственно к прокатному стану. На агрегате одновременно зачищают и грани, и кромки слитка; фреза снабжена двумя рядами зубьев (резцов). Зубья для обработки граней смонтированы в наклонных пазах фрезы, зубья для обработки кромок, профилированные в соответствии с кромкой слитка, - в прямых пазах (рис. 1). Износ зубьев, изготавливаемых из углеродистой термически обработанной стали, составляет около 1 мм на каждые 50 слитков и при допускаемом износе 10 мм (после чего требуется восстановление резцов) стойкость фрезы составляет 500 резов. Средняя толщина снимаемого слоя металла составляет 7.. .8 мм.

Основные способы местной (выборочной) зачистки поверхности исходной заготовки

Местные поверхностные дефекты устраняют пологой вырубкой с помощью пневматических зубил, вышлифовкой наждачным камнем, выжиганием ацетиленовым пламенем. Глубина выемки не должна превышать 5 % от Ø заготовки; пологость ее определяется макс. отношением ширины к глубине (ширина как минимум в шесть раз должна быть больше глубины).

Пневматическую вырубку местных дефектов выполняют пневматическим молотком, где рабочим инструментом служит зубило. В отличие от обычной резки металла на токарных, строгальных и фрезерных станках, где резец плавно внедряется в металл, при вырубке резец-зубило проникает в металл периодически, с каждым ударом бойка в торец зубила, причем частота ударов пневматических молотков различных типоразмеров находится в пределах 800-1900 ударов в мин.

На производительность пневматической вырубки влияют следующие факторы: типоразмер (мощность) и вид пневматического молотка, состояние сменного режущего инструмента (зубила), давление сжатого воздуха, механические свойства и состояние поверхности зачищаемого металла. Пневматическая вырубка - процесс трудоемкий и малопроизводительный. Сегодня ее заменяют фрезерованием отдельных местных дефектов слитков и заготовок на станках.

Абразивное удаление местных дефектов осуществляется обычно с помощью маятниково-шлифовального станка, см. рис. 2.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис 2. Схема маятниково-шлифовального станка

Рама станка установлена на подвеске в стойке. На раме смонтирован электрический двигатель (3). Клино-ременная передача (4) передаёт вращение от двигателя шпинделю (2). На шпинделе (2) смонтирован абразивный круг (1). Рамка свободно поворачивается и качается (угол поворота любой). Заготовка (5) с дефектами, предназначенная для их устранения, перемещается по рольгангу (6) (вдоль оси) .

Для тяжелых штанг применяются подъемные ролики (7). Они позволяют поворачивать заготовку вокруг оси. Ролики (7) поднимаются пневмоцилиндром (8). Так можно ремонтировать любой отрезок наружной поверхности заготовки.

Ручная огневая зачистка производится с помощью резаков. Производительность ручной огневой зачистки зависит от скорости нагрева стали до температуры начала воспламенения. Обычно время нагрева колеблется от 10 до 20 с (зависит от марки стали, мощности пламени и условий зачистки). Для ускорения зажигания в пламя подается пруток из низкоуглеродистой стали 4-4,5 мм, который, быстро расплавляясь, сокращает процесс зажигания на 3...4 с.

Подача прутка и начало зачистки происходят следующим образом. Отрегулировав пламя зажигательной смеси, резак направляют под углом 15-25° к поверхности зачищаемого металла и приоткрывают клапан; конец прутка подают в пламя, где он быстро расплавляется. Когда на поверхности прутка образуются капли расплавленного металла, открывают полностью клапан или вентиль, чтобы подать кислород, и начинают зачистку.

Продолжительность нагрева до момента воспламенения можно сократить, если применить предварительную подрубку дефекта пневматическим молотком, и струю отрегулированного пламени подвести к месту подрубленной стружки под углом 60...75° к поверхности металла. Как только требуемая температура достигнута, подают кислород, направляют резак под углом 15...25° и сообщают резаку поступательное движение. При подаче сильной струи кислорода каплю расплавленного металла надо сдуть с поверхности прутка, этим предотвращается сильный разогрев металла. Задержка включения подачи кислорода ведет к остыванию поверхности прутка, соприкасающейся с пламенем, этим также предотвращается сильный разогрев металла.

Использование при зачистке металла для ускорения плавления металлического прутка подрубленной пневматическим молотком стружки увеличивает производительность огневой зачистки примерно на 10-15 %. Быстрота ручной огневой зачистки зависит от быстроты движения резака. Это связано с качеством последнего, чистотой и давлением кислорода, с глубиной и шириной выплавляемой бороздки.

При зачистке одиночных пороков или при сплошной зачистке необходимо бороздки делать в один прием прямолинейными шириной 28...35 мм без острых переходов. Глубина зачистки определяется размерами дефекта заготовки и профиля, прокатываемого из неё. Чем глубже находится дефект, тем под большим углом наклоняют резак к поверхности обработки и тем меньше будет скорость продвижения резака. Во время процесса зачистки одной бороздки угол направления резака должен быть одним и тем же к поверхности. При огневой зачистке отношение ширины бороздки к глубине зависит от угла наклона головки резака. Зависимость обратная: чем меньше угол, тем больше это отношение. При глубоком залегании дефекта его приходится удалять за несколько проходов резака, причем дорожка выполняется с отношением ширины к глубине канавки, равным мин. 9:1.

Оборудование для разрезки трубной заготовки на мерные длины

Разрезка исходной заготовки (непрерывнолитой, трубной) на мерные или кратные отрезки длины является ответственной процедурой, определяющей расход материала, трудоемкость процесса резки и качество торца заготовки.

К основным характеристикам, определяющим качество торца мерной заготовки, относят: а) овальность; б) неперпендикулярность оси заготовки; в) шероховатость поверхности; г) отсутствие заусенца.

Разрезка может производиться в любом состоянии: холодном, теплом и горячем. Классификация способов деления исходного металла на мерные куски см. рис. 3.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис 3. Классификация способов разделения исходного металла на заготовки

Распространенными способами деления являются:

  • резка сдвигом
  • ломка
  • газопламенная и плазменная резка
  • резка механическими пилами
  • резка образивными кругами и анодно-механическая резка.

В трубном производстве чаще других используется резка сдвигом в холодном, теплом, горячем состоянии, ломка холодных заготовок, резка пилами заготовок холодных и горячих, резка ацетиленовой и плазменной горелкой.

Углеродистую круглую заготовку Ø макс. 140 мм разрезают в холодном состоянии кривошипными ножницами. Подогрев свыше 650 °С разрешает использование этого способа для резки заготовок Ø макс. 180 мм.

Заготовки (круглые) холодные из углеродистой или легированной стали Ø 150...200 мм ломают на гидравлическом прессе, предварительно надрезав на глубину макс. 20 мм вдоль хорды длиной 60...90 мм. Надрез делается ацетиленовой или плазменной горелкой.

Заготовки (квадратные, круглые) из высоколегированной стали Ø макс. 250 мм разрезают холодными или горячими с помощью пил. Раскрой исходной заготовки перед загрузкой её в печь осуществляют либо на мерные, либо на кратные отрезки. Во втором варианте окончательное деление заготовки осуществляют в горячем виде до зацентровки и прошивки. Длина мерной заготовки определяется размером готовой трубы.

Резка сдвигом

Сущность процесса резки сдвигом проиллюстрирована рис. 4. Пруток (1) движется по оси вплоть до упора (2), положение которого определяется длиной отрезаемой заготовки. После опускания прижима (3) пруток прижимается с усилием Q к нижнему ножу (4). Затем нож (5) с усилием Р смещает заготовку длиной L в направлении перпендикулярно оси прутка. Момент силы Р стремится развернуть пруток и заготовку. Процедура резки проходит в нескольких приёмов. Вначале внедрение ножей приводит к упругой деформации материала, которая в дальнейшем переходит в пластическую. При определенной глубине внедрения ножей вблизи кромок образуются трещины (сколы), после соединения которых заготовка отделяется. Благодаря моменту М, силе Т в зоне сдвига материал дополнительно подвержен растяжению, изгибу.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис 4. Схема процесса резки сдвигом:
1 - пруток; 2 - упор; 3 - прижим; 4 - нижний нож; 5 верхний нож

Важно выбрать правильный зазор z между ножами. Если зазор меньше нормы, трещины не сходятся, и разделение происходит по двум примерно параллельным поверхностям. Отсюда на торце заготовки образуется трещина, и усилие резания сильно возрастает. При чрезмерно большом зазоре образуются утяжина и большой заусенец. Оптимальная величина зазора равна 2-4 % от Ø прутка.

Разрезку в штампах ножницами можно выполнить следующим образом:

1) открытой разрезкой (рис. 5), при которой не ограничивается подвижность прутка и его отрезаемого отрезка относительно ножей. Этот способ не даёт получить заготовки точной формы;

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис 5. Схема открытой разрезки

2) не полностью открытой разрезкой (рис. 6). Она отличается от первой операции тем, что с помощью прижима ограничивается подвижность прутка относительно неподвижного ножа. Подвижность отрезаемой части сохраняется без ограничения. Этот способ не даёт получить заготовки точной формы;

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис 6. Схема не полностью открытой разрезки (L/d ≥ 1,5):
а - с поперечным пассивным зажимом; б- с поперечным активным зажимом

3) не полностью закрытой разрезкой (рис. 7), при которой и исходный пруток, и отрезаемая часть не могут поворачиваться относительно ножей из-за наличия поперечного зажима; искажения формы заготовки значительно меньше, чем при использовании первых двух способов; поперечный прижим заготовки может быть пассивным при использовании ножей в виде втулок или активным при использовании подвижных прижимов, перемещающихся от привода;

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 7. Схема не полностью закрытой разрезки (L/d > 0,8):
а - с поперечным пассивным зажимом; б - с поперечным активным зажимом

4) закрытой разрезкой (рис. 8), при которой отрезаемая часть прутка замыкается в полости режущего инструмента и подвергается дополнительному осевому сжатию силой N, создающему благоприятное напряженно-деформированное состояние.

При давлении в осевом направлении, деление происходит посредством пластического сдвига без скалывания, что обеспечивает гладкую, ровную торцевую поверхность, которая перпендикулярна оси заготовки. Этот способ используется для отрезания коротких заготовок длиной мин. 0,2 Ø прутка.

При высоких давлениях осевого сжатия может происходить схватывание заготовок и ножей с образованием задиров, поэтому данный способ используется при разрезке прутков из алюминия и меди, где схватывания почти нет.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 8. Схема закрытой отрезки с осевым сжатием (L/d > 0,2)

Так как между ножами ножниц или штампа имеется зазор z, а трещины появляются в районе режущих кромок ножей, то поверхность среза может быть не перпендикулярна оси заготовки. С целью ликвидации этого дефекта выше описанными методами (не полностью открытой и не полностью закрытой отрезкой), пруток наклоняется под углом α к резу (рис. 9). Твердость материала определяет параметр угла α. Для сталей рекомендуется средний угол α = 4°.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 9. Схема разрезки с обеспечением
перпендикулярности поверхности среза (ПС) оси заготовки
Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 10. Типовые формы ножей отрезных штампов:
а - простой втулочный нож, б - втулочный неподвижный нож с конусной заходной частью для редуцирования прутка перед отрезкой; в нож-полувтулка к штампу для неполной открытой отрезки; г - нож-пластина

Ножи, используемые в ножницах и отрезных штампах, имеют конструкцию, см.рис. 10. По форме рабочей полости ножи делят на открытые (полувтулочные) и закрытые (втулочные, очковые). Различают ножи цилиндрические и призматические. Втулочные ножи используют в штампах при методах не полностью открытой, не полностью закрытой отрезки, с пассивным зажимом (поперечным).

По традиционной классификации способов резки сдвигом разделение прутка кривошипными ножницами относится к не полностью открытой резке. При этом неизбежно происходит смятие торца и, как следствие, его неперпендикулярность (1...3°). Резка прутка в штампах по не полностью закрытой и закрытой схемам позволяет улучшить качество торца, однако связана с эксплуатацией штампов весьма сложной конструкции.

Чтобы получить приличное качество торца отрезаемой заготовки, был разработан способ и устройство для внедрения этого способа. Суть этого способа: исходная заготовка размещается в паре втулочных ножей. Один нож неподвижен, второй подвижен, делает при этом планетарное движение вокруг данной заготовки по спирали к центру. Режущая кромка подвижного ножа обеспечивает упругую и пластическую фазы процесса резки, образование микротрещин, их слияние в макротрещины и разделение. Характер движения подвижного ножа обеспечивается сочетанием определенного числа оборотов и смещением его к оси заготовки (подачей). Таким путем обеспечивают плавное деление прутка. Использование контрпривода для подвижного ножа во время деления позволяет полностью устранить смятие торца, а также его неперпендикулярность.

Ножи для холодной отрезки мягкой стали изготавливаются из сталей марок У8А, У10А, 6ХС, 9ХС, 7X3, 7ХГ2ВМ, ножи для отрезки сталей повышенной прочности - из сталей Х6ВФ, Х12М, ножи для отрезки прочных сталей - из сталей марок Р6М5, 6Х6ВЗМФС.

Ножи для разрезки с нагревом изготавливаются из сталей марок 6ХВ2C, 6ХС, 4Х5МФС, 5ХЗВМФС, 5ХГМ.

При отрезке заготовок высокого качества для каждого типоразмера прутка используют свой комплект ножей, по форме и размерам рабочей полости максимально приближенных к профилю разрезаемого проката. При использовании ножей одного размера для разрезки штанг разных сечений качество отрезанных заготовок ухудшается.

Холодная ломка

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 11. Схемы холодной ломки:
а - одноопорная; б - двухопорная; в - консольная

Холодная ломка является безотходным способом деления проката на заготовки. Это делается посредством его разрушения:

предварительно наносятся концентраторы напряжений, делаются надрезы при поперечном нагружении. Данный способ приемлем преобладающим образом для разделения проката из металла высокой твердости (сталей марок 45, 40Х, ШХ15). Заготовки из мягких материалов легко искривляются, и поэтому ломка для них малопригодна. Ломка применима для разделения прутков диаметром более 50 мм при длине заготовки мин. 0,8 от диаметра сечения.

Ломка характерна для разделения проката крупного сечений. Различают ломки: одноопорную, двухопорную и консольную (рис. 11). Консольная ломка обеспечивает наименьшую точность заготовок.

Концентраторы напряжений (надрезы) наносят газовой и плазменной горелкой, дисковой пилой, вдавливанием. При вдавливании пуансон на заготовке делает канавку треугольного профиля. Ломку осуществляют на прессовых агрегатах (кривошипных и гидравлических).

Преимущества холодной ломки заключаются в малых энергозатратах, простоте и хорошем сроке службы инструмента, возможном использовании универсального оборудования, возможном контроле за качеством металла при осмотре его излома.

Недостатками можно считать те факты, что метод невозможно использовать при делении профилей и труб из пластичных металлов; что необходимо предварительно наносить концентраторы; невысокое качество торцевой поверхности; невыдерживание размеров и объема получаемых заготовок; возможное образование торцевых трещин при ломке проката из высоколегированных сталей некоторых видов; а также повышенные предписания техники безопасности из-за возможности поражения отлетающими с высокой скоростью кусками металла и сильного звукового эффекта при мгновенном уменьшении усилия при отделении заготовки.

Заготовки Ø более 140 ломают в холодном состоянии.

Схему ломки заготовки см. рис. 11, б. Ломку ее производят на прессах гидравлических горизонтального типа (рис. 12). На заготовке делается заранее перпендикулярно ее оси надрез глубиной ок. 20 мм, надрез делается ацетиленовой пламенной горелкой.

Надрез делается ровным и точно фиксирует место излома. Надрез должен быть на стороне, противоположной движущемуся ножу.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 12. Горизонтальный гидравлический пресс для ломки заготовки:
1 — станина; 2 — траверса рабочего хода; 3 — траверса обратного хода;
4 — гидроцилиндр; 5 — подъемный стол

Иногда заготовку перед нанесением концентратора заранее нагревают до 250-300 °С, затем закаливают для улучшения качества поверхности.

Наиболее эффективной реализацией этого способа следует признать сочетание двух горизонтальных гидравлических прессов с подающим рольгангом и подвижным упором, устройством плазменной резки и охлаждения подреза в виде поточных агрегатов.

Резка дисковыми пилами

Данный метод применим при делении заготовок (в холодных и горячих состояниях). В качестве инструмента берутся пилы с цельными, вставленными зубьями и сменными сегментами. Ø пил 300-2000 мм, толщина 2-15 мм. Преимущества:

  • удовлетворяющее качество поверхности реза;
  • можно отрезать весьма короткие заготовки;
  • нет зоны температурного воздействия;
  • универсальность (возможность резки различных полуфабрикатов).

К недостаткам резки относятся наличие отходов, высокая стоимость инструмента, необходимость закупки заточных станков, загрязненность рабочего места стружкой, сложность отрезки заготовок из высокопрочных материалов, шум при работе.

Резка пламенем и ее разновидности

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 13 Схема кислородной резки:
1 - канал лля подачи кислорода; 2 - канал для подачи ацетилена; 3 - наружный мундштук; 4 - внутренний мундштук; 5 - подогревающее газовое пламя; 6 - струя кислорода; 7 - разрезаемый металл; 8 - шлак

При газопламенной резке металл сжигается в кислороде; благодаря ей продукты сгорания уходят из зоны разделения. Металл греется до температуры воспламенения, которая характерна при сгорании горючих газов, как ацетилен, пары бензина, керосина, пропан, метан). Используют 2 (два) типа газопламенной резки:

1) кислородную и
2) кислородно-флюсовую.

Кислородная резка применима для разделения легированных заготовок (из низко-, среднелегированных сталей, титановых сплавов) макс. 150 мм толщиной. Вблизи зоны разделения при кислородной резке образуется зона повышенного нагрева. Это зона термического воздействия, в которой повышается твердость металла благодаря закалке и образуется газонасыщенный слой.

Инструменты для кислородной резки - ручные резаки со сменными мундштуками, обеспечивающими пламя различной мощности (рис. 13). Для резки машинной используются переносные и стационарные машины, обеспечивающие разделение по контурам (прямым, криволинейным).

Для кислородной резки надо делать прорезь шириной 2,5-10 мм. 1-2% металла при этом теряется. На резку идет большой расход кислорода, необходимо тщательное проветривание (вентиляция) помещения.

Для кислородно-флюсовой резки характерно введение в зону разделения флюса вместе с кислородом. Сгорая, флюс увеличивает температуру в зоне резки. Способ такой обработки используется при резке легированных заготовок (из хромистых, хромоникелевых сталей, высоколегированных вольфрамосодержащих сталей, медных, алюминиевых сплавов).

Воздушно-дуговая резка - метод для разделения металла при расплавлении его дугой. Дуга образуется между заготовкой и электродом (электрод угольный или графитовый, не плавится). Сжатый воздух выдувает под давлением расплавленный металл из зоны реза. Этот метод подходит для резки С- сталей (низкоуглеродистых), низколегированной стали, для устранения дефектов (заделки трещин).

Дефекты резки - наличие зоны термического воздействия и заусенец по кромке после реза.

Плазменно-дуговая резка. Это процедура резки проката cтруей плазмы. При этом по электрической дуге (по каналу плазмотрона см. рис. 14) поступает газ (азот, аргон, водород или газовая смесь). Газ идет по дуге, обтекает её и выходит в виде плазмы, имея 10000...30000 °С.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 14. Схема плазменно-дуговой резки:
1 - катод; 2 - канал подачи газа; 3 - изолятор;
4 - система охлаждения; 5 - сопло; 6 - дуга и струя плазмы

Этим способом возможна разрезка металла при толщине макс. 300 мм. Способ используют для порезки заготовок из:

  • высоколегированных сталей
  • медных сплавов
  • алюминиевых сплавов

Плазменная резка более рентабельна в сравнении с резкой пилами.

Анодно-механическая резка

Этот способ является разновидностью электроэрозионной резки. Основан он на разрушении металла (термическом и электрохимическом), когда электрический ток проходит между заготовкой и инструментом (анодом и катодом). Происходит расплавление и удаление движущимся инструментом разрезаемого металла. Это происходит в поле постоянного тока 45...80 А, при напряжении 20...30 В. В зону реза поступает электролит. Инструментом служит вращающийся диск или бесконечная лента, проволока.

Производительность анодно-механической резки превышает в 2-4 раза производительность резки пилами.

Анодно-механической резкой режут любые токопроводящие материалы. При этом способе используется недорогой инструмент. Благодаря тому, что усилие резания невелико, можно разрезать заготовки с малой жесткостью.

Недостатки:

  • высокая цена оборудования
  • применение специального электролита
  • низкое качество поверхности реза

Современные способы и оборудование для зацентровки исходной заготовки

Нанесение углубления (зацентровочного) на передний торец исходной заготовки (зацентровка) обеспечивает улучшение условий захвата, а также снижает разностенность переднего конца в результате точной установки прошивной оправки во время касания заготовки.

Основными параметрами качества зацентровки являются разностенность, форма и глубина зацентровочного углубления.

Форма торца исходной заготовки, его овальность, перпендикулярность значительно воздействуют на параметры качества зацентровки. Даже наиболее качественная из исходных заготовок - трубная, имеет определённую овальность.

Зацентровка может выполняться в холодном состоянии засверливанием или выжиганием ацетиленовым пламенем, либо выдавливанием бойком отверстия макс. 35 мм глубиной, Ø макс. 30 мм (преимущественно, в горячем состоянии).

Зацентровка в пневматических устройствах

Зацентровка в пневматических устройствах осуществляется многократным, либо однократным воздействием на торец заготовки бойка, размещенного на штоке пневматического цилиндра. Схема зацентровщика, тип первый, см. рис. 15.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 15. Схема центровщика заготовок

Заготовка (1), подойдя к зацентровщику, засвечивает фотореле (2), с помощью которого через промежуточное реле (3) подается напряжение на электропневматический дистрибутор (4). Дистрибутор включает пневматический цилиндр (5) прижимного устройства 6, которое фиксирует заготовку на холостом ролике (7). От реле времени (8) напряжение подаётся на электро-пневмодистрибутор (9), который снимает воздушный подпор с клапана (10). Сжатый воздух в ресивере (11), преодолевая сопротивление пружины (12), отводит клапан (10) вправо. Воздух доходит до полости ствола (13) зацентровщика. Боек (14) смещается влево (под давлением воздуха), забирая кинетическую энергию для проделывания углубления в торце заготовки (1) и вывода ее из зоны действия фотореле (2). Далее отключаются дистрибуторы (4) и (9), а клапан (10) перекрывает доступ воздуха. Боёк в прежнее положение возвращает эжектор (5), создающий разрежение в стволе (13).

Более современным является пневматический зацентровщик с трехрычажным зажимом, позволяющий точно устанавливать заготовки различного Ø относительно бойка. Общие виды устройства см. рис. 16.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 16. Общие виды пневматического зацентровщика с трехрычажным зажимом

Зацентровщик заготовок состоит из подводящего рольганга (1), устройства выбрасывателя (2) с рычагами (3) и пневмопушки (4). Между пневмопушкой и рольгангом размещен трехрычажный центрователь, оснащенный роликами (5). На оси (6) рычажного центрователя находится кулачок (7). Он закреплен под ближним рычагом (8) устройства выбрасывателя.

На стволе (9) пушки (4) расположен толкатель (10), играющий роль пневмоцилиндра (11), шток которого оснащен упором (12). Упор стоит в пазу шайбы (13) ствола (9) пневматической пушки.

Устройство рычажного центрователя напоминает устройство центрователей на выходе станов винтовой прокатки. Особенность центрователя в том, что центрирующие ролики (5) закреплены на консоли снаружи корпуса (14). Заготовка зажимается у торца, этим достигается высокая степень в точности центрирования. При таком монтаже роликов следует снизить скорость передачи заготовки по рольгангу, так как заготовки могут проскакивать в проёмы между роликами.

Принцип работы зацентровщика следующий: заготовку подают по рольгангу (1) к пневмопушке (4) до упора шайбы (13). Пневмоцилиндр (15) стартует, рычаги (16) устройства центрователя идут на сведение, фиксируя заготовку. Вместе со сведением рычагов (16) устройства центрователя происходит разворот кулачка (7). Он воздействует на рычаг (3) выбрасывателя (2), поднимает рычаги с заготовкой над рольгангом (1), пока не совместятся ось заготовки и ось бойка (17). Энергия, развиваемая бойком (17), выбивает отверстие. На пневмоцилиндр (11) подаётся воздух. После зацентровки разводятся рычаги (16) устройства центрователя, и толкатель (10) выдает заготовку на рольганг (1).

Последним этапом является поступление зацентрованной заготовки на прошивку, а на зацентровщик приходит следующая заготовка. Цикл повторяется.

Современные способы высокоточной зацентровки

Пневматический зацентровщик с трехрычажным зажимом обеспечивает более качественную зацентровку. Однако точная установка исходной овальной заготовки точно по оси бойка принципиально невозможна. Было разработано приспособление, работающее по принципу трехвалкового стана и служащее для калибрования и зацентровки заготовок. Продольный разрез данной линии зацентровки см. рис. 17.

Приспособление для калибрования и зацентровки коротких заготовок содержит приемный стол (1) с заталкивателем (2), трехвалковую рабочую клеть (3) с индивидуальным или групповым главным приводом, выходную сторону (4). В очаге деформации, образованном рабочими валками (5), размещен водоохлаждаемый боек (6), который закреплен в упорной головке (7) на подшипниках. Упорная головка (7) удерживается рычагами (8) с шарниром (9) от осевого смещения. К шарниру прикреплен пневмоцилиндр. Шарнир (9) опирается на регулируемый упор (11), благодаря которому имеют место малые углы (1-2°). Средний шарнир (9) соединён с осями крайних шарниров (12) и (13). Оси шарниров (12) и (13) соединяются меж собой. Корпус упорной головки (7) имеет коническую поверхность и устанавливается в крайнем положении в конической втулке (14), на которой закреплен съемник (15). Для настройки зазоров в системе ломающихся рычагов шарнир (13) снабжен эксцентриковым валом (16) с пневмоприводом. Цифрами (17) обозначена заготовка, (18) - наклонный желоб.

Принцип работы устройства: перед прокаткой упорная головка (7) с бойком (6) устанавливается в переднее положение пневмоцилиндром (10). Шарнир (9) опирается в упор (11), эксцентриковый вал (16) повернут таким образом, чтобы были настроены зазоры в системе рычагов, и упорная головка плотно прижата к центрирующей втулке (14) с усилием, которое превышает осевое усилие металла, сосредоточенное на боёк при зацентровке.

Заготовку (17) толкатель (2) задаёт в валки (5), развернутые на небольшой угол подачи (6-8°). Заготовка захватывается ими, калибруется и, встречаясь с бойком (6), зацентровывается. По команде фотодатчика, фиксирующего положение переднего торца заготовки, эксцентриковый вал (15) поворачивается пневмоприводом в нейтральное положение, одновременно шарнир (9) пневмоцилиндром (10) направляется вверх, рычаги (8) также поднимаются, и упорная головка (7) с бойком (6) перемещаются в крайнее заднее положение. Заготовка, зацентрованная на заданную глубину, обкатывается валками, происходит ее калибровка по Ø.

С заготовки удаляется при этом печная окалина. Выдаются короткие заготовки из клети на отводящий рольганг по наклонному желобу (18). Разработана также конструкция выходной стороны зацентровщика с упорной головкой, которая отводится после зацентровки вверх для выдачи из клети длинных заготовок.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 17. Схема устройства для калибровки и зацентровки коротких заготовок

Для обеспечения рациональной подготовки переднего конца длинномерных (L/d>10) заготовок к прошивке был разработан метод, заключающийся в предварительной деформации переднего конца заготовки конической матрицей с целью формирования конического продольного профиля и правильного кругового сечения торца с последующим нанесением центрирующего углубления.

Приспособление для калибрования и зацентровки, схема - см. рис. 18. Данное приспособление состоит из сварной станины (1). На станине смонтированы механизмы, осуществляющие калибровку (2) и зацентровку (3) переднего конца, механизм удержания заготовки в оси рабочего инструмента (4), механизм подачи и выдачи заготовок (5), а также исполнительные механизмы (гидравлические и пневматические). Питание гидравлической системы осуществляется от гидростанции, работающей от рабочего давления 10 МПа.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 18. Схема устройства для калибровки и зацентровки заготовок

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 19. Схема деформирующего блока устройства для калибровки и зацентровки заготовок

На рис 19 изображена схема деформирующего блока зацентровщика, состоящего из корпуса (1), выполняющего одновременно роль гидроцилиндра. Поршень (2) цилиндра соединен с полым штоком (3), проходящим сквозь корпус. Перемещение поршня и штока ограничивают массивные крышки (4), соединенные на болтах. В конце штока со стороны заготовки по скользящей посадке крепится матрица (5), фиксируемая планкой (6). Внутри штока располагается штанга (7). На одном конце штанги установлен пуансон (8), на другом - регулировочная гайка (9). Штанга и шток соединяются меж собой посредством бронзовых втулок (10). К штанге через соединительную муфту крепится шток гидроцилиндра, осуществляющего движение пуансона. Рабочая жидкость поступает к поршню штока через специальные отверстия в крышках (4).

Передний конец заготовки и ее зацентровка калибруются следующим образом. Производят нагрев заготовки до температуры деформации, заготовка подаётся на наклонный стол зацентровщика, с которого она скатывается в призматические направляющие и устанавливается между ними с зазором 5-10 мм. Ход штанги (7), имеющей кроме гидропривода также привод от пневмоцилиндра, производит установку заготовки в осевом направлении, подвигая ее до касания задним концом регулируемого упора. Призматическими направляющими плотно зажимают заготовку, устанавливая ее соосно деформирующему инструменту. Затем матрицей, перемещаемой штоком (3), калибруют передний конец заготовки, свободный от контакта с направляющими, и пуансоном (8), наносят зацентровочное углубление заданной величины. Размер углубления регулируют упорной гайкой (9). Пуансон возвращается в прежнюю позицию, матрица отодвигается назад. Призматические направляющие передвигаются посредством гидро- и пневмоцилиндров. Они смещают заготовку с оси зацентровки, передают на транспортер, затем в приемный желоб на прошивной стан.

Технологии и современное оборудование для нагрева трубной заготовки

Процесс нагрева должен выполнить основное требование - это равномерность температуры заготовки перед прошивкой (по её сечению и длине). Известно, что неравномерность температуры заготовки по её сечению неизбежно приводит к разностенности гильзы, неравномерность температуры же по длине заготовки ведет к разнотолщинности стенки по длине гильзы - трубы, затрудняет прошивку. Режим нагрева влияет на качество и готовой трубы, на состояние поверхностей труб, механические показатели и технологические свойства.

Разогревают заготовки перед прокаткой в печных агрегатах:

  • кольцевых (с вращающимся подом)
  • иногда - в секционных печах
  • с шагающими балками
  • с шагающим подом

Кольцевые печи: нагрев металла происходит во время поворота пода. Под поворачивается на 320-340°. Под вращается прерывисто. Шаг по укладке заготовки равен одному углу поворота пода. После остановки пода клещевые захваты (загрузочной и выгрузочной машин) загружают в печь или выгружают из печи заготовки. Длина заготовок определяет тип загрузки пода:

  • однорядная загрузка
  • двухрядная загрузка
  • или шахматная загрузка

Секционные печи: здесь нагрев очень интенсивный. Печь может иметь до 50 проходных секций, камеру выдержки. Между секциями расположены ролики, транспортирующие длинные заготовки через печь, одновременно их вращая. Нагрев идет очень быстро, благодаря высокой температуре 1400-1500°С) и постоянной подаче тепла от всех сторон. Недостатки секционных печей:

  • повышенный расход топлива
  • угар металла

Печи с шагающими балками. Здесь ширина пода печи ограничивает длину нагреваемых труб. Печи проходные (секционные, индукционные) не ограничивают трубы по длине. Индукционные печи выигрывают по габаритам, с точки зрения окалинообразования и экологических условий. Недостаток индукционных печей:

  • большие капитальные вложения в установку

Прошивка заготовок в гильзу

Основные способы прошивки

Горячая прошивка заготовки широко используется в технологии реализации и изготовления бесшовных труб, производства баллонов, емкостей. Эта операция выполняется на винтовых прокатных станах (с бочковидными, чашевидными, грибовидными, дисковыми валками), на разных прессах: гидравлических и механических, на станах продольной прокатки (к заготовке прикладывается осевое усилие). Пресс-валковая прошивка см. рис. 20.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 20. Схемы прошивки в стане винтовой прокатки (а), на прессе (б), на стане продольной прокатки с приложением осевого усилия (пресс-валковая прошивка) (в):
1 - валок; 2 - оправка (пуансон); 3 - заготовка;

В развитии технологии по применению операций прошивки важное значение имеет выбор рационального способа прошивки, методов по его реализации. Интересен анализ наиболее распространенных методов прошивки по множеству характеристик:

  • техническим и технологическим предпосылкам;
  • качественным показателям гильз и труб;
  • износостойкости по оборудованию и техническим средствам;
  • затратам по оборудованию;
  • производительности;
  • энергоемкости и пр. (см. таблицу).
Критерии сопоставления Прошивной пресс Стан пресс-валковой прокатки Обычный стан винтовой прокатки Сегментный стан винтовой прокатки Трехвалковый стан винтовой прокатки
Форма поперечного сечения заготовки Оборудование для обработки трубных заготовок Оборудование для обработки трубных заготовок Оборудование для обработки трубных заготовок Оборудование для обработки трубных заготовок Оборудование для обработки трубных заготовок Оборудование для обработки трубных заготовок
Необходимость в дополнительном раскатном стане Есть Есть Нет Нет Есть
Максимальный коэффициент вытяжки (включая раскатной стан) 2 2,5 3 4.5-5 2.5
Максимальная производительность, м/мин 10 20 24 50 20
Отношение длины гильзы к диаметру ее внутреннего отверстия Lr / d0 5-8 <=25 <=100 <=100 <=8
Отношение наружного диаметра гильзы к толщине ее стенки D / S 4 5 4-5 3-17 3-17 6-8

Одной из основных характеристик по технологическим возможностям способа прошивки является максимально возможная длина прошитой заготовки (гильзы) или глубина прошиваемого отверстия L, которая определяется из характерного для каждого способа соотношения L/d, причем d - Ø отверстия. Он зависит от устойчивости оправочного стержня или прошивного пуансона. Прошивка на станах прокатки (винтовых) протекает при значительно меньшем (в 8- 12 раз) давлении и усилии на инструмент в условиях самоцентрирования оправки (в очаге деформации). Этим достигается наиболее высокое значение L / d = 100 и >. При прессовой прошивке отношение L/d составляет 5-8; при прессвалковой прошивке L/d ≤ 25. На станах прокатки (винтовой) можно получить гильзы с любым отношением Ø к толщине стенки между 3-17, при прессовой прошивке это отношение равно 4-5. Однако, это требует определенных предпосылок для выполнения последующих технологических процедур.

Преимуществом прессовой прошивки наряду с другими методами является получение гильз самой разнообразной конфигурации, которые нельзя или весьма сложно получить обычными методами прокатки.

Прессовая прошивка идет в состоянии всестороннего сжатия и напряжения. Считается, что этим гарантируется высокие качественные характеристики гильз по состоянию поверхности, плотности и сплошности металла (также и для гильз из стали и сплавов, которые труднодеформируемы). В производстве состояние поверхности гильз и труб зависит и от рабочего инструмента, его износостойкости. В процессе прессования под пуансоном образуется «конус скольжения» и ход металла относительно пуансона происходит со срывом и срезом волокон. Как результат, внутри гильзы появляются разрывы и плены, снижаются физико-механические свойства продуктов. Поэтому, чтобы получить продукт ответственного назначения, заготовки иногда предварительно сверлят, а затем подвергают экспандированию.

Проверочный анализ напряженно-деформированного состояния материала после пресс-валковой прошивки, а также условий работы пуансона показывает, что заметно лучше качество поверхности внутри самой гильзы наряду с прессовой прошивкой.

К состоянию поверхности заготовок перед прессованием предъявляют более ужесточенные требования, чем перед прокаткой. Перед прессованием поверхность заготовок подвергают механической обточке для устранения с поверхности дефектов, трещин и других концентраторов напряжений. Перед винтовой прошивкой заготовки обтачивают только в случае производства труб ответственного применения и из высоколегированных сталей и сплавов.

При процедуре горячей обработки металлов давлением значительные затраты приходятся на нагрев заготовок и величина этой доли во многом определяется требованиями к нагреву: равномерности (симметричности) нагрева по сечению и длине заготовки, отсутствию окалины и др.

Несимметричность нагрева по сечению в 40-60°С, что характерно для прошивки заготовок с квадратным профилем 120 х 120 мм в гильзу с размерами 165 х 32 мм приводит к разностенности в 5-7 мм, а это 16-22%. При винтовой прошивке разностенность гильз, полученных из таких несимметрично нагретых заготовок, обычно не >10-12 %. Для большинства прессовых установок принято ограничение по несимметричности нагрева заготовок Δt менее 30 °С. Такая величина Δt достигается только благодаря специальным приемам: удлинению времени выдержки при нагреве заготовок в печи, применению специальных сред (например, нагрев в расплаве солей) и сопровождается значительными затратами на нагрев.

Также при прессовой прошивке наличие печной окалины ведет к сильному износу инструмента и необходимости устройства для ее удаления; при винтовой прокатке окалина легко удаляется в процессе деформации, не нанося существенного вреда технологическому инструменту.

Износостойкость инструмента определяется длительностью его контакта с горячим металлом, условиями охлаждения и смазки, величиной давления металла. Прессовый инструмент (пуансон, матрица, контейнер) работает в сверх тяжелых условиях: даже при прошивке углеродистых сталей давление составляет 800-1200 МПа при длительности контакта с горячим металлом 2-5 с и более. Поэтому прессовый инструмент подвергается интенсивному износу, и, естественно, рельеф изношенной поверхности переносится на поверхность гильзы или трубы. Поэтому при прошивке и прессовании труб, например, из сталей и сплавов (труднодеформируемых), требуется большой объем ремонта поверхности или применяется полная обдирка абразивным или механическим инструментом.

Чтобы повысить износостойкость прессового инструмента, его изготавливают из дорогостоящих сталей высокого легирования и сплавов с применением сложной термообработки или химической обработки при высокой температуре, из металлокерамических материалов, а для снижения теплопередачи от металла и уменьшения коэффициента трения используют различные смазки на базе графита, стеклосмазки, оболочки из низкоуглеродистых сталей. Иногда имеется проблема удаления смазки или остатков оболочки с готового изделия.

На прокатных станах (винтовой прокатки) рабочий инструмент - это валки, оправки и направляющие линейки или диски. При прошивке заготовок удельные усилия на инструмент составляют:

  • из углеродистых сталей - 80-100 МПа;
  • легированных - 150-200 МПа.

Длительность локального контакта горячего металла с валком составляет 0,01 с и менее, с направляющим диском - менее 0,1 с. Валки и диски обладают большой массой и хорошими условиями охлаждения, поэтому температура разогрева рабочей поверхности валков при наружном охлаждении обычно не более 70-80 °С. На поверхности контакта металла с инструментом для винтовой прокатки превалирующим является трение качения. При использовании прессового инструмента превалирует однако трение скольжения. В качестве материала валков прошивных станов допустимо использование сталей марок 35 и 45, которые обеспечивают довольно большой коэффициент трения с деформируемым металлом, необходимый для стабильности процесса. Относительно небольшие расходы на инструмент обеспечиваются также в результате допустимых переточек, например валки обычно перетачивают до 7-8 раз с уменьшением диаметра на 70 мм и более, направляющие диски - до 4-5 раз с уменьшением диаметра на 50 мм.

Заметные сдвиги достигнуты в области повышения износостойкости оправок, в частности, в результате применения наплавки их носика и примыкающей к нему сферической части. Наплавки изготовлены из жаростойких сплавов на базе никеля. Удается увеличить стойкость в 3-4 раза, выдерживая при этом до 1000-2000 прошивок. Высокая износостойкость инструмента увеличивает коэффициент загрузки оборудования. Это достигается посредством снижения продолжительности простоев, которые связаны с заменой оборудования.

Как правило, гильзы и трубы после винтовой прокатки, имеют более качественные физико-механические характеристики наряду с прессовой прошивкой. Благодаря сильной радиально-сдвиговой деформации и скручиванию волокон металла пластические свойства прокатанных гильз выше аналогичных свойств прессованных гильз на 10-25 %. Прошивка на стане винтовой прокатки при использовании новых технологических режимов (относительно больших углов подачи и малой овализации очага деформации) обеспечивает уплотнение металла и «залечивание» некоторых дефектов.

Неоспоримым преимуществом прошивки в двухвалковом прокатном стане является высокая точность гильз: их разностенность в 2-3 раза меньше наряду с прессованием. Это достигается напряженно-деформированным состоянием металла (очаг деформации), способствующим самоцентрированию оправки, а также гораздо меньшими осевыми нагрузками. Разностенность гильз или сохраняется практически постоянной по всей длине, или несколько уменьшается к концу (заднему). А у гильз, полученных с пресса, она, напротив, возрастает по ходу прошивки. Характерная для гильз, полученных винтовой прошивкой, волнистость 0,4-1,0 мм обычно не препятствует осуществлению последующих технологических операций обработки давлением. Однако имеется возможность снижения волнистости до 0,2-0,3 мм и менее вследствие совершенствования калибровок инструмента:

  • РВ (рабочих валков)
  • оправок
  • линеек направляющих

Важными характеристиками способа прошивки и машин, его реализующих, являются производительность и энергоемкость. Наиболее производительными в силу непрерывного характера и высокого уровня автоматизации являются процессы прокатки. Так, скорость прокатки современных прошивных станов доходит до 1,0-1,4 м/с, а прессовая прошивка идет с быстротой в 0,1-0,4 м/с. Прокатный цикл равен 8-12 с при прошивании гильз 5-7 м длиной, а цикл прессования равен 20-40 с при прошивании гильз при длине 0,5-0,8 м.

Известно, что на процессы обработки давлением идет энергия, расходуемая на формоизменение металла. Она складывается из энергии: энергии сопротивления металла деформации плюс энергии трения, создаваемого при контакте материала с инструментом. Сопротивление металла деформации зависит от его напряженного состояния, но значительные затраты энергии характерны для напряженного состояния всестороннего сжатия. А это процессы прессования, штамповки в закрытых объемах. В этих процессах трение при контакте металла с инструментом является «вредным», так как препятствует течению металла. Так что, с точки зрения энергетических затрат прокатка предпочтительнее прессования. При винтовой прошивке «вредными» силы трения являются лишь на поверхности контакта материала. Во время его контакта с оправкой и режущим инструментом. Условия процесса винтовой прошивки:

  • высокий коэффициент трения металла с валками
  • низкий - на поверхности контакта с оправкой и режущим инструментом, например, используя вместо неподвижных линеек вращающиеся диски

Таким образом, сравнительный анализ указывает на предпочтительность процесса винтовой прошивки наряду с прессовой прошивкой, особенно в условиях широких объёмов производства. Малопластичные высокопрочные сплавы целесообразно деформировать прессованием.

Особенности процесса прошивки в станах винтовой прокатки

Качественные характеристики гильзы определяют выбор типа прошивного метода. Это основные ее параметры:

  • отношение Ø к толщине стенки D/S
  • отношение длины гильзы к Ø отверстия L/d.

Первые попытки определения выбора прошивного оборудования по целесообразности применения прокатных станов (двух- и трехвалковогов) в качестве прошивного принадлежит Г. Пфайферу.

Воздействие раскатного стана на разностенность гильз. Если он имеет нейтральный характер (пилигримовый, реечные станы), рекомендуется применять двухвалковый прошивной стан, так как на нем возможно получить заготовки с меньшей разностенностью. Если раскатный стан позволяет существенно снижать разностенность гильз (стан Асселя), то можно применять трехвалковый прошивной стан.

Качество заготовок. При хорошем качестве используют двухвалковый стан, при низком - трехвалковый.

Гильзы, прокатанные на 2-х- или 3-х-, отличаются по уровню разностенности. Критерием определения этого параметра является разность в напряженно-деформированном состоянии гильзы при прошивке.

Оборудование прошивных станов винтовой прокатки

У нас и за рубежом более распространены 2-х-валковые прошивные станы. Оборудование прошивного стана - это рабочая линия клети. Основные компоненты стана: рабочая, шестеренная клеть, редуктор, главный двигатель, соединительные элементы универсальных или трефовых шпинделей, коренной и главной муфт (рис. 21).

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 21. Схема рабочей линии клети прошивного стана с групповым приводом валков:
1 - станина; 2 - барабан; 3 - подушка; 4 - рабочий валок; 5 - универсальный шпиндель; б - шестеренная клеть

При винтовой прокатке заготовка делает вращения вокруг оси и движется одновременно вдоль оси линии прокатки. Каждая точка перемещается при этом по спирали. Одинаковое направление при вращении валков, наклон оси каждого валка к оси линии прокатки - основные критерии возможности данного процесса. Наклон осей относится к принципиальным отличиям прокатных станов винтовой прокатки. В этой связи им дали определение как "косовалковые". Радиус, осевая скорость, угловая, тангенциальная скорости и шаг подачи - это переменные в очаге деформации.

Разворот оси валка вокруг оси, которая перпендикулярна оси прокатки, образует угол подачи. Для возможности поворота валки монтируются в барабане, который медленно поворачивается внутри станины и останавливается при необходимом угле. Угол подачи, как правило, равен 2°- 40°.

До 60-х г.г. XX века станы винтовой прокатки проектировали в расчете на небольшую производительность (угол подачи не превышал 10°). Станы были с групповым приводом. В групповой привод входили:

  • электродвигатель малой мощности (переменного или постоянного тока)
  • главный шпиндель
  • шестеренная клеть
  • универсальный шпиндельный узел.

В 70-е г.г. 20 века И.Н. Потапов и др. освоили ряд новых научно- исследовательских, конструкторских теорий, убедительно доказав тем самым возможность интенсификации процесса прошивки.

Технология прошивки была усовершенствована на базе увеличения угла подачи до 18° и применения индивидуальных приводов, не увеличивая частоту вращения валков. Разработка данных технологий и оборудований, а также их внедрение на трубных заводах позволили увеличить скорость выхода гильзы из стана до 0,9 м/с (6 гильз в минуту) и значительно повысить качество заготовок и готовой трубной продукции.

Современные конструкции прошивных станов, при сохранении основных элементов базовой модели, которая имеет два валка в горизонтальной плоскости и две направляющие линейки в вертикальной плоскости, предусматривают режим работы с большим параметром угла подачи 20° и более, имеют осевую выдачу гильзы (трехроликовые центрователи гильзы и стержня оправки), специальные приспособления у для быстрой перевалки инструмента, гидравлические или электромеханические приспособления для поворота и стопорения барабанов, зажима линеек и линейкодержателей, универсальные шпиндельные блоки на подшипниках качения и т.д. На входе стана расположены механизмы для зацентровки заготовок.

Как пример, рассмотрим оборудование модернизированного грибовидного прошивного стана (на индивидуальном приводе) валков, который работает в составе трубопрокатной линии 140 с полунепрерывным, автоматическим станом. В составе (рис. 22): передний стол (1), заталкиватель (2), клеть рабочая (3), главный привод (4), выходная часть (5), качающаяся решетка (6) и рольганг (7). Клеть имеет узел станины с поворотной крышкой (с гидроцилиндром). В цилиндрических расточках станины расположены 2 барабана с грибовидными валками диаметром в пережиме 800-900 мм. Угол подачи плавно регулируется между 0-15° (электроприводом). Положение верхней линейки изменяется с помощью электропривода, а нижняя линейка (с вводной и выводной проводками) крепится на переднем столе. На выходе стана расположен механизм перехвата стержня с пневмоприводом.

Рабочие валки работают на индивидуальном приводе, без редуктора. Двигатели 2000 кВт на постоянном токе со скоростью вращения рабочих валков 25-210 об/мин, скорость выдачи гильзы составляет 3,5-7 м/с, длина гильзы 6,2 м.

Барабан с РВ делает разворот на требуемый угол подачи с помощью специального электромеханического приспособления. Прошивной стан оборудован выходной частью с осевой выдачей гильз.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 22. Схема расположения оборудования прошивного стана с индивидуальным приводом валков

В таблице ниже см. характеристику рабочих клетей станов прошивки для трубопрокатных линий с автоматическим станом.

Диаметр прокатываемой заготовки, мм 70-150 75-250 130-350
Масса заготовки (максимальная), кг 500 1700 2500
Диаметр прокатываемой гильзы, мм 76-145 80-225 120-410
Диаметр бочки рабочего валка минимальный и максимальный, мм 700-850 900-1000 1100-1300
Длина бочки рабочего валка, мм 500 650 760
Частота вращения валков, мин 1 100-180 92 55-110
Угол наклона рабочих валков, град 5-15 5-15 5-12
Максимальный крутящий момент, кН м 107 245 705
Скорость раствора рабочих валков, мм/с 1,8 2 2
Скорость поворота барабана, мин 0,0438 0,0523 0,0261
Скорость механизма торможения барабана, мм/с 1,0 1,0 3,0
Скорость подъема верхней линейки, мм/с 3,4 4,2 4,0
Масса рабочей клети, т 174 265 420

Одну из конструкций такой клети см. рис. 23. Клеть прошивного стана включает 2 устройства барабанов с валками, станину, механизм для откидывания крышки, 2 механизма установки валков, 2 поворотных механизма барабанов, устройство установки верхней линейки и механизм перехвата стержня оправки.

Барабаны (4) одновременно являются кассетами. В их расточках расположены на жестком креплении узлы валков (8). С целью откидывания крышки (3) станины (11) при перевалке валков (8) в станине установлены 2 гидроцилиндра (1). Их штоки соединяются с крышкой шарнирами.

Для предохранения блока станины от истирания, для облегчения разворота и смещения барабанов в крышке и станине смонтированы направляющие планки (к оси барабанов под углом 45°). Барабаны имеют механизм осевого перемещения, чтобы изменять угол: угол раствора между валками и поворотным устройством валка на угол подачи. Устройство осевого перемещения оснащено нажимным винтом (9) с гайкой (10) и приводом:

  • с редуктором на червячной передаче (2) и
  • электродвигателем (на торце станины).

Поворотное устройство барабана оснащено зубчатым колесом (12); оно взаимодействует с зубьями сбоку барабана. Механический привод стоит отдельно от клети.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 23. Схема двухвалковой рабочей клети прошивного стана

Верхняя линейка, механизм установки. Он содержит две цилиндрические направляющие колонны (6) во втулках, они смонтированы в расточках крышки станины. Траверса (5) соединяет в верхней части между собой колонны (крепление жесткое), а в нижней они соединены линейкодержателем (7). Линейкодержатель с колоннами и траверсой передвигается посредством 2 нажимных винтов, оснащенных гайками. Нажимные винты вращаются колесами редукторов; редукторы с червячной передачей имеют шлицевое соединение с винтами. В качестве привода у червячных редукторов служит электрический двигатель.

Разработана новая концепция стана. Основные его отличия:

  • грибовидные валки;
  • крепление валков (двухопорное);
  • привод валков индивидуальный.

В прошивных станах современных конструкций применяется осевая выдача гильзы (рис. 24). Применение осевой выдачи гильз с применением специальных устройств наряду с оптимальным выбором скоростных параметров и полной автоматизацией стана позволяет достичь высокой производительности прошивных станов, превышающей производительность существующих прошивных установок в 1,5-2 раза, а обеспечение равномерного вращения валков с помощью индивидуального привода обусловливает снижение динамических нагрузок и позволяет получать более качественные гильзы.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 24. Схема современного прошивного стана с осевой выдачей гильз:
1 - толкатель; 2 - заготовка; 3 - упор; 4 - валки рабочей клети; 5 - стержень с оправкой; 6 - перехват стержня; 7 - гильза; 8 - центрователь; 9 ролики выдающие; 10- упорно-регулировочный механизм

Новое изобретение конструкции клети стана для прошивки гильз отличается наличием направляющих дисков, работающих на подшипниках качения; они смонтированы в специальных вставках вместо линейкодержателей. Ø дисков 1300 мм, для прутка Ø макс. 160 мм. Создаваемые между диском и гильзой силы трения приводят диски во время прокатки во вращение. Диск - это тот же бандаж на ступице; он производится из высокопрочного чугуна

Использование направляющих дисков вместо линеек позволяет уменьшить овализацию очага деформации почти 1,0. Этим достигается:

  • повышение точности гильз при прокатке
  • значительно повышается стойкость направляющего инструмента
  • улучшается качество поверхности (наружной) труб.

На станах винтовой прокатки за рубежом используют приводные направляющие диски достаточно широко.

Применение приводных дисков на станах прошивки вместо линеек имеет свои преимущества:

  • высокая скорость (при прошивке заготовки в гильзу);
  • условия деформируемости металла в осевом направлении лучше;
  • увеличение длины получаемых гильз до 10 м при вытяжке до 5 из катаной, из круглой заготовки непрерывнолитой (нет необходимости в предварительном обжатии);
  • получение гильз заданного параметра непосредственно на стане;
  • нет необходимости в дальнейшем элонгировании;
  • макс. отклонение по толщине стенки для гильзы Ø 175 мм (коэффициент вытяжки 3,75) составляют +0,2 мм (1,6 %) и -0,35 мм (2,8 %).

На таком прошивном стане стоит привод от электродвигателя 5500 KBт постоянного тока. Валки стана в вертикальной плоскости; Ø валков 1000 мм, максимальная осевая скорость 0,85 м/с, угол подачи настраивается в диапазоне 0-130. Прошивной стан оснащается:

  • либо приводными вращающимися дисками
  • либо неподвижными линейками.

Назначение трёхвалковых станов винтовой прокатки:

  • прошивание
  • раскатка
  • калибрование

У валков этих станов одинаковый Ø, валковые оси располагаются по окружности через 120°. Касательно вытяжки можно сделать следующее заключение: на этих станах она незначительно больше, чем на пресс-валковых методах прошивки; однако меньше, чем на двухвалковых прошивных станах.

Но на трехвалковом стане при прошивке имеют место благоприятные условия деформации для обеспечения качества поверхности гильз (как внутренней, так и наружной).

Клеть трехвалкового стана (рис. 25) включает узел станины, 3 барабана (1) с РВ (2), приспособления для сведения и разведения валков, поворотный и стопорный механизмы для барабанов. Оси при развороте барабанов перпендикулярны оси при прокатке. Барабаны перемещаются в расточках крышки (3) и станины (4). Этим достигается изменение зазора между валками.

На барабане (1) размещается зубчатый венец (5), который зацеплён с зубчатой рейкой (6). С цилиндрической поверхностью барабана взаимодействуют стопорные башмаки (7). Узлы барабанов, устройств для сведения и разведения валков аналогичны таким же узлам двухвалковых клетей. Узел станины представляет собой сборно-литую конструкцию с фигурным разъемом. Крышка (3) с верхним барабаном (1) и валком (2) закреплена на станине (4) шарнирами (8), посредством клиньев (9).

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 25. Схема рабочей клети трехвалкового стана винтовой прокатки

У нас в 1974 г. трехвалковый прошивной стан впервые был запущен на заводе по изготовлению титановых труб и труб из сплавов титана.

Трубопрокатные линии с трехвалковым станом прошивки в составе трубопрокатного производства с трехвалковым раскатным станом (непрерывным, автоматическим) работают на заводах Англии (два агрегата), Германии и Японии.

Прошивка заготовок на пресс-валковых станах

Гильзу прошивают из сплошной заготовки, в основном, оборудованием станов винтовой прокатки. Вследствие большой стоимости катаной заготовки прошивка на нём менее эффективна. Вместо катаной невозможно было использовать непрерывнолитую круглую заготовку, потому что в 70-80-е годы 20 века было трудно получить исходную круглую заготовку с поверхностью должного качества. Это было связано со спецификой кристаллизации металла в фазе охлаждения. В течение 10-15 лет за границей начали применять для выпуска стальных труб (бесшовных) непрерывнолитую заготовку квадратного профиля. Она недорога по стоимости, обладает хорошим качеством благодаря специфичности разливки, процессу кристаллизации стали. Использование непрерывнолитой заготовки квадратного профиля стало возможным после развития и последующего внедрения метода пресс-валковой прошивки.

Италия стала в 70-х годах XX века родиной создания пресс-валковой прошивки, применяемой для выпуска гильз из заготовки квадратного профиля (непрерывнолитой). Этот процесс содержит этап прессования, прокатку в круглом калибре.

Разработчики данного метода относят к преимуществам:

  • использование при выпуске бесшовных труб дешевой непрерывнолитой заготовки квадратного профиля;
  • применение длинной литой заготовки с большой массой;
  • заполняющая прошивка, позволяющая всесторонне сжать заготовки и получить должное качество внутренней поверхности;
  • низкие энергозатраты на прошивку наряду с прочими технологиями;
  • возможность прошивки заготовок, разлитой из труднодеформируемых высоколегированных хромосодержащих сталей (содержание хрома 5 и 13 %).

Отрицательным в данном методе являются:

  • чрезмерная разностенность стаканов; разностенность ликвидируется в стане-элонгаторе;
  • сложность регулирования процесса прошивки;
  • незначительная деформация при факторе вытяжки μ менее 1,2.

Во время прошивки квадратной заготовки пресс-валковым способом в металле появляются сжимающие напряжения. При маленькой выдержке (макс. 1,2) это положительно влияет на прохождение процесса и качественных характеристиках гильзы.

Экспериментальные труды по исследованиям за рубежом показали, что пластическое течение металла во время пресс-валковой прошивки направлено не только вдоль заготовки, но и в поперечном ее направлении.

Металл движется в очаге деформации, углы квадрата обжимаются калибром валков, и в заготовке, вследствие вхождения в нее оправки, образуется отверстие. Идет активное перемещение наружных слоёв металла к выпускам в калибре, а следом - к центру заготовки. Рядом с внутренней поверхностью заготовки пластическое прохождение металла идет в противоположном направлении. Вследствие образования зазора между оправкой и гильзой равного или более 1 мм, внутренний диаметр гильзы после прошивки заготовки становится чуть больше диаметра оправки оправки.

Как шла речь выше, деформация металла в момент прошивки квадратных заготовок в круглом калибре активно происходит около внутренних слоев металла. При этом активно идёт проработка структуры литой заготовки, преимущественно в осевой её зоне. Существенно уменьшается наличие дефектов (трещин, плен) внутри заготовки.

После проведенных научных исследований характера прохождения металла и распределения фактора вытяжки по очагу деформации в линии пресс-валковой прошивки, используя при этом для прошивки квадратную непрерывнолитую заготовку (сторона заготовки 245 мм), был создан график в виде изменения площади поперечного сечения S у заготовки. В ходе испытаний полученная гильза была с наружным Ø 298 мм и внутренним 146 мм.

В начальной фазе процесса перед носком оправки происходит высадка металла и увеличение площади поперечного сечения заготовки на 5,7 %. Затем это сечение уменьшается на 20,6 %.

Фактическая деформация у полученной гильзы стала на 12,7 % >, чем у исходной заготовки.

Результаты металлографии выпущенных с пресс-валкового стана гильз показывают, что более значительная деформация металла идет на поверхностях заготовки, где имеет место мелкая зернистость фактуры, а в центре заготовки структура крупнозернистая. Гильзы с этого стана получат с овальностью менее 15%.

Пресс-валковая линия прошивки считается высокопроизводительным оборудованием. Производство от прошивки заготовки до выпуска готового трубного продукта можно осуществлять при одном нагреве заготовки (перед прошивкой), повысив при этом скорость последующей прокатки и уменьшив время транспортировки материала с одной операции на другую.

На линиях пресс-валковой прошивки выпускают стаканы с толстой стенкой при отношении D/S = 4-5. Затем раскатывается стенка и дошивается донышко на стане-элонгаторе.

Прошивка на прессах

Пресс-прошивка применяется при выпуске труб методом прессования и при обработке слитков или непрерывнолитой заготовки на линиях, оснащенных пилигримовыми и реечными станами. Как правило, за прессовой прошивкой обычно следует раскатка на стане-элонгаторе.

При изготовлении трубного продукта используют следующие виды прессовой прошивки:

  • прошивку с матрицей в контейнере;
  • прошивку иглой (метод Эрхарда);
  • прошивание на «глухой» матрице (закрытая прошивка, рис. 26).
Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 26. Схема прошивки:
а, б, в - сквозная прошивка в контейнере;
г - прошивка по методу Эрхарда (заполняющая); д - закрытая прошивка

Прошивка заготовок иглой пуансона есть выдавливание. Выдавливание может быть: закрытым и открытым. При закрытой процедуре прошивки различают два варианта образования полости. Это два вида прошивок: заполняющая и нарастающая. При заполняющей прошивке заготовок прохождение металла идёт в радиальном направлении, протекание не ограничено. Металл выталкивается пуансоном и заполняет полость между боковыми плоскостями контейнера и заготовки. При процедуре закрытой или нарастающей прошивки деформация предварительно распрессованных заготовок осуществляется в закрытом контейнере. Процесс проходит с прохождением металла вдоль оси прошивки, навстречу игле пуансона. Высота гильзы увеличивается пропорционально объему выталкиваемого пуансоном металла. При выпуске труб применяется только прошивка в контейнере.

При заполняющей процедуре прошивки квадратную заготовку или слиток с гранями прошивают в контейнере. Он имеет круглую форму. При процедуре прошивки квадратной заготовки имеет место открытое выдавливание: металл заполняет полость между гранями заготовок и стенками контейнера. В случае, когда количество выталкиваемого пуансоном металла меньше объема свободной полости, то прошивка происходит без заполнения. Когда выталкиваемое количество металла больше объема свободной полости, контейнер переполняется. После контакта деформируемого металла со стенками контейнера по всему периметру начинается закрытое выдавливание.

Если идет процедура заполняющей прошивки, то площадь сечения пуансона состоит из суммы площадей зазоров между заготовкой и стенками контейнера. Движение металла при этом в радиальных направлениях, а высота заготовки фактически не меняется.

Преимущества прессовой прошивки объясняются всесторонним сжатием, которое усиливает пластичность металла. При сравнении условий, имеющих место при проникновении в металл носка оправки прошивной линии и иглы прошивного пуансона пресса, мы видим, как различие напряженного состояния вызывает различие контактных напряжений, создаваемых на торце проникаемого инструмента. Большая нагрузка на иглу ведет к её изгибу, провоцируя разностенность гильзы. Поэтому гильзы прошиваются прессом с ограниченной длиной. Отсюда следует вывод: прессовая прошивка рациональна при процессах, где необходимо:

  • производство гильз коротких, с толстыми стенками из металлов с низкой пластичностью, что необходимо перед операциями с высоким фактором вытяжки, например, прессованием, пилигримовой прокаткой;
  • производство гильз с донышком или стаканов; это необходимо перед операциями, где донышко несёт технологический смысл, например, для упора оправки при проталкивании гильз через роликовую обойму на реечных станах.

Профиль заготовки (круглая, квадратная, многогранная) и ее качество, деформирован ли металл предварительно, рыхлый слиток или нет, есть ли усадочная раковина, определяют процедуру прошивки в контейнере. Она имеется двух видов:

  • Нарастающая прошивка круглой заготовки (рис. 27, б) или закрытая прошивка. Это процесс увеличения длины гильзы относительно длины заготовки. Процесс происходит вследствие прохождения смещенного из-под иглы металла в зазор между контейнером и иглой. Закрытой прошивке предшествует распрессовка заготовки в контейнере, так называемая осадка, пока не будут полностью заполнены изначальные зазоры. Это необходимо для погружения заготовок в контейнер. Распрессовка гарантирует соосность контейнера, заготовки и иглы. Благодаря этому повышается точность гильз. Процесс используется при выпуске труб прессованием.
  • Заполняющая прошивка (рис. 27, в) - это прохождение вытесняемого металла в зазоры между боковыми полостями изначальной заготовки некруглого профиля и контейнером или прохождение в зону усадочной раковины и рыхлости. При этом сохраняется длина при деформации. Когда вытесняемое количество больше свободного, наблюдается комбинированный процесс. Прошивка переходит от заполняющего вида прошивки в нарастающий. Нет трения металла о стенки контейнера, и заполняющая прошивка требует усилия на иглу, но усилия меньшего, чем нарастающая прошивка.
Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 27. Схемы процессов прессовой прошивки
a - открытой прошивки; б - нарастающей (закрытой); в - заполняющей;
1 - прошивкой пуансон (игла); 2 — контейнер; 3 — опорный пуансон
(штриховой линией показана исходная заготовка)

На трубопрокатных агрегатах применяется процесс заполняющей прошивки многогранных слитков, квадратных непрерывнолитых и катаных заготовок. Деформация осуществляется в глухом (с закрытым дном) контейнере, поэтому полной прошивки не получаем, а получаем стакан.

Прессовое оборудование

Новые прессовые линии оснащены вертикальными или горизонтальными гидравлическими прессам для получения гильз прошивкой со сквозным отверстием или стаканов с донышком (способ Эрхарда) для последующей протяжки трубы на реечном стане.

Вертикальный пресс. Кинематическую схему см. рис. 28. Пресс состоит из установленной на опоре (18) нижней рамы (17), связанной стойками (4) с неподвижной верхней траверсой (3), в ней закреплен рабочий цилиндр (1). В приводимой в движение рабочим цилиндром (1) траверсе (5) снизу вмонтирован держатель, на котором сидит пуансон (6). К рабочей траверсе (5) на подвесках (7) подвешена другая, центрирующая траверса (16), на которой зафиксированы клещи (8). Клещами осуществляется движение коробки матрицы (10) (подъем и опускание) при её замене. Матрица удерживается в стакане при извлечении пуансона (6). Центрирующее устройство траверсы - это втулка, в которой перемещается пуансон (6). На нижней раме (17) пресса укреплена массивная стальная коробка (10), жестко удерживающая матрицу со стаканом на вертикальной оси пресса. Размеры заготовки определяют размеры матрицы. Внизу матрицы находится донышко, оно перекрывает нижний торец. С целью предотвращения вытекания металла при прошивке в зазоры между донышком и матрицей и появления заусенцев величина зазоров не должна быть более 0,75 мм на сторону.

Оборудование для обработки трубных заготовок
Рис. 28. Кинематическая схема вертикального гидравлического пресса

Донышко движется по матрице вниз и вверх. Поднимается донышко выталкивателем (13), опирающимся снизу на коромысло (14). Коромысло подвешено на тягах (11) к центрирующей траверсе (16).

Гидравлический вертикальный прошивной пресс функционирует следующим образом:

1. Заготовка (15) после нагрева в методической печи до 1200-1250 °С попадает в матрицу (10). Снизу заготовка поддерживается донышком (12), которое находится в верхней позиции.
2. Вода течёт в рабочий цилиндр (1) под давлением 1,96 МПа. Плунжер (2) с подвижной траверсой (5), центрирующей траверсой (16) и пуансоном (6) идёт вниз.
3. Пока идет первая половина хода плунжера (2) рабочего цилиндра (1), пуансон (6) вводит заготовку в матрицу (10). При этом выталкиватель (13) и донышко (12) перемещаются вниз, а центрирующая траверса (16) соединяется с матрицей (10).
4. Центрирующая втулка плотно входит своим выступающим нижним концом в конусную часть (верхнюю часть) матрицы. Таким образом, втулка, центрируясь в матрице (10), направляет пуансон (6) по ее центру.
5. Подвесные клещи (8) траверсы (16) заходят за коробку матрицы (10) пресса, удерживая траверсу.
6. Пока плунжер (2) делает вторую половину хода, пуансон (6) прошивает заготовку. После прошивки начинают работать цилиндры обратного хода (9), поднимающие рабочую траверсу (5). При этом пуансон (6) выходит из прошитого стакана (15), удерживающегося в матрице (10) траверсой (16).
7. Когда рабочая траверса (5) достигает определенной позиции, клещи (8) размыкаются, центрирующая траверса (16) с помощью подвесок (7) увлекается вслед за pабочей траверсой. При продолжении рабочей траверсой (5) движения вверх штанга выталкивателя (13) вместе с донышком (12) выталкивает стакан из матрицы.

В прошивных прессах новых конструкций рабочая траверса движется не по колоннам, а в направляющих пазах станины пресса, снабженных пластинами износа. Тем самым устраняются перекосы рабочей траверсы, которые возникают при износе сменных втулок траверсы, скользящих по колоннам при ее движении.


Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемому оборудованию для обработки заготовок.

Ваши запросы на оборудование для обработки заготовок просим присылать в технический департамент нашей компании на e-mail: info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86

Центральный сайт компании ENCE GmbH
Наша сервисная компания Интех ГмбХ

Головные Представительства в странах СНГ:
России
Казахстане
Украине
Туркменистане
Узбекистане
Латвии
Литве

Сообщить об ошибке на сайте ENCE GmbH, Switzerland / ENCE gmbH, Schweiz / ЭНЦЕ ГмбХ, Швейцария © ENCE GmbH