RU2403107C1

RU2403107C1 - Method of pipe multistrand rolling

Info

Publication number: RU2403107C1
Application number: RU2009145993/02A
Authority: RU
Inventors: Валентин Игоревич Чурбанов (RU); Валентин Игоревич Чурбанов; Борис Владимирович Баричко (RU); Борис Владимирович Баричко; Александр Владимирович Выдрин (RU); Александр Владимирович Выдрин
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2010-11-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming, particularly to pipe rolling, and can be used in producing cold- and hot-rolled pipes made, primarily, from difficult-to-form and low-ductility metals and alloys. Proposed method comprises multiple cyclic rolling on mandrels. Every rolling cycle comprises feeding round billets into rolling stand with rolls that comprise variable-section gages, deforming billets during stand straight path and billet turnover after stand reverse path. Rolling is performed in even number of strands. Billets are transferred along rolling axes in opposite directions during straight and reverse paths of the stand. Billets are deformed in every cycle after deformation of billets rolled in opposite direction.

EFFECT: even distribution of loads, reduced maximum rolling force.

3 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к трубопрокатному производству, и может быть использовано при производстве холодно- и теплодеформированных труб, преимущественно из труднодеформируемых и малопластичных металлов и сплавов.The invention relates to the processing of metals by pressure, namely to pipe production, and can be used in the production of cold and heat-deformed pipes, mainly from hardly deformable and low-plastic metals and alloys.

В практике трубопрокатного производства широко распространен способ изготовления труб на станах холодной прокатки труб (ХПТ), согласно которому предварительно подготовленную исходную полую заготовку подают по оси прокатки на определенную величину (величину подачи) в очаг деформации и обжимают вращающимися валками с переменным радиусом ручья при одновременном перемещении прокатной клети (прямом ходе клети) в направлении подачи заготовки (Осадчий В.Я. Технология и оборудование трубного производства: учебное пособие для вузов. / В.Я.Осадчий, А.С.Вавилин, В.Г.Зимовец, А.П.Коликов. - М.: Интерметинжиниринг, 2007. - С.448-452). В конечном (крайнем) положении клети ручьи валков образуют калибр, размер которого обеспечивает свободное прохождение через него заготовки (холостой участок продольной развертки профиля ручья). В этот момент заготовку с оправкой поворачивают вокруг своей оси на заданный угол (кантуют), после чего прокатная клеть совершает перемещение в обратном направлении в исходное положение (обратный ход клети) с одновременной деформацией предварительно обжатого при прямом ходе клети участка заготовки. Далее заготовку снова кантуют и повторяют описанный выше цикл обработки заготовки на оправке многократно до получения готовой трубы.In the practice of pipe-rolling production, a method of manufacturing pipes on cold pipe rolling mills (CPT) is widespread, according to which a pre-prepared initial hollow billet is fed along a rolling axis by a certain amount (feed value) into the deformation zone and crimped by rotating rolls with a variable radius of the stream while moving it rolling mill (straight course of the mill) in the direction of supply of the workpiece (Osadchy V.Ya. Technology and equipment for pipe production: a training manual for universities. / V.Ya. Osad s, A.S.Vavilin, V.G.Zimovets, A.P.Kolikov -. M .: Intermetinzhiniring, 2007. - S.448-452). In the final (extreme) position of the cage, the creeks of the rolls form a gauge, the size of which ensures the free passage of the workpiece through it (the blank section of the longitudinal sweep of the creek profile). At this moment, the workpiece with the mandrel is rotated around its axis by a predetermined angle (turn over), after which the rolling stand moves in the opposite direction to its original position (backward movement of the stand) with the simultaneous deformation of the workpiece section that was previously compressed during the forward course of the stand. Next, the workpiece is again turned over and the above cycle of processing the workpiece on the mandrel is repeated many times until a finished pipe is obtained.

В описанном способе прокатки труб величина деформации металла при прямом и обратном ходе клети распределяется примерно в пропорции 70% и 30% от величины суммарной деформации за цикл обработки, при этом величина усилия прокатки и энергетические затраты на реализацию процесса деформации при прямом и обратном ходе клети сопоставимы по величине. Схема напряженно-деформированного состояния при обратном ходе клети приближается в неравномерному всестороннему сжатию или холодному прессованию, что предопределяет повышенную энергозатратность процесса деформации при обратном ходе клети и способствует трещинообразованию в обрабатываемом металле.In the described method of rolling pipes, the amount of metal deformation during the forward and reverse course of the stand is distributed approximately in the proportion of 70% and 30% of the total strain during the treatment cycle, while the amount of rolling force and energy costs for implementing the deformation process during the forward and reverse course of the stand are comparable in size. The diagram of the stress-strain state during the reverse course of the stand approaches uneven all-round compression or cold pressing, which determines the increased energy consumption of the deformation process during the reverse course of the stand and contributes to crack formation in the metal being processed.

Таким образом, к недостаткам способа относятся сложность обработки труднодеформируемых и малопластичных металлов и сплавов, а также большие энергетические затраты на реализацию процесса.Thus, the disadvantages of the method include the complexity of processing difficult to deform and low plastic metals and alloys, as well as the high energy costs of the process.

Известен способ изготовления труб, в том числе и из малопластичных сталей и сплавов, характеризующийся отсутствием деформации заготовки при обратном ходе клети - прокатка на станах ХПТ с «холостым» обратным ходом (Биск М.Б. Холодная деформация стальных труб. / М.Б.Биск, И.А.Грехов, В.Б.Славин. Ч.2 - Прокатка, гидропрессование, термическая обработка, отделка, маршруты изготовления. Свердловск, Средне-Уральское кн. изд-во, 1977. - С.47-49). При осуществлении данного способа заготовку подают по оси прокатки на величину подачи в очаг деформации, обжимают валками с переменным радиусом ручья при одновременном их перемещении вместе с прокатной клетью в направлении подачи заготовки, в конечном положении клети заготовку с оправкой перемещают в направлении, противоположном направлению подачи, на величину отвода, а клеть возвращают в исходное положение. Деформации заготовки при обратном ходе клети не происходит, поэтому ход называют «холостым». Далее заготовку кантуют, подают по оси прокатки на величину отвода и цикл повторяется. Вся деформация заготовки происходит при прямом ходе клети.A known method of manufacturing pipes, including those from low-ductility steels and alloys, characterized by the absence of billet deformation during the reverse course of the mill — rolling on HPT mills with "idle" reverse stroke (Bisk MB Cold deformation of steel pipes. / MB Bisk, I.A. Grekhov, V. B. Slavin, Part 2 - Rolling, hydropressing, heat treatment, finishing, manufacturing routes, Sverdlovsk, Sredne-Uralskoye publishing house, 1977. - P. 47-49) . When implementing this method, the workpiece is fed along the rolling axis by the feed rate to the deformation zone, crimped with rolls with a variable radius of the stream while moving them together with the rolling stand in the direction of supply of the workpiece, in the final position of the stand, the workpiece with the mandrel is moved in the opposite direction to the feed direction, the value of the tap, and the cage is returned to its original position. Deformation of the workpiece during the reverse stroke of the stand does not occur, therefore, the stroke is called "idle". Next, the workpiece is turned over, fed along the axis of rolling by the amount of retraction, and the cycle is repeated. All deformation of the workpiece occurs during the forward course of the stand.

При этом наличие «холостого» хода клети снижает эффективность энергопотребления стана и его часовую производительность, что является существенным недостатком данного способа.Moreover, the presence of "idle" stand stands reduces the energy efficiency of the mill and its hourly productivity, which is a significant drawback of this method.

Традиционным приемом повышения производительности в процессах обработки металлов давлением является увеличение числа одновременно обрабатываемых заготовок, т.е. многониточная прокатка. В этом случае на рабочих валках располагают два и более ручьев, а прокатку заготовок ведут одновременно в одном направлении (Осадчий В.Я. Технология и оборудование трубного производства: учебное пособие для вузов. / В.Я.Осадчий, А.С.Вавилин, В.Г.Зимовец, А.П.Коликов. - М.: Интерметинжиниринг, 2007. - С.485).A traditional technique for increasing productivity in metal forming processes is to increase the number of simultaneously processed workpieces, i.e. multi-thread rolling. In this case, two or more streams are located on the work rolls, and the billets are rolled in the same direction simultaneously (Osadchiy V.Ya. Technology and equipment for pipe production: a textbook for universities / V.Ya. Osadchiy, A.S. Vavilin, V.G. Zimovets, A.P. Kolikov. - M.: Intermetengineering, 2007. - P. 485).

При осуществлении многониточной периодической холодной прокатки труб указанным способом, выбранным в качестве прототипа, основной проблемой является резкое увеличение усилия прокатки, особенно при обработке труднодеформируемых материалов с высоким сопротивлением пластической деформации. Увеличение усилия прокатки отрицательно сказывается на качестве получаемых труб, поскольку при этом растет величина упругой деформации элементов прокатной клети, что, в свою очередь, ведет к увеличению размеров калибра и соответственно увеличению наружного диаметра готовой трубы и возможному несоблюдению поля допуска на размеры трубы. Усилие прокатки может быть снижено за счет уменьшения величины деформации в проходе, но при этом резко уменьшается эффективность всего технологического процесса изготовления холоднодеформированных труб (увеличивается число проходов на маршруте и количество промежуточных операций, повышается расходный коэффициент металла и т.д.).When carrying out multi-threaded periodic cold rolling of pipes in the indicated manner, chosen as a prototype, the main problem is a sharp increase in the rolling force, especially when processing difficultly deformed materials with high plastic deformation resistance. An increase in the rolling force negatively affects the quality of the pipes obtained, since this increases the elastic deformation of the elements of the rolling stand, which, in turn, leads to an increase in the size of the gauge and, accordingly, an increase in the outer diameter of the finished pipe and possible non-compliance with the tolerance field on the pipe dimensions. The rolling force can be reduced by reducing the amount of deformation in the aisle, but at the same time, the efficiency of the entire technological process for manufacturing cold-deformed pipes sharply decreases (the number of passes on the route and the number of intermediate operations increase, the expenditure coefficient of the metal increases, etc.).

Хотя способ многониточной периодической холодной прокатки и увеличивает количество одновременно обрабатываемых труб, но наличие больших нагрузок при одновременной деформации нескольких заготовок в многоцикличных периодических процессах является главной причиной преждевременного износа элементов стана, появления в них вибраций и зазоров, что требует частых остановок стана для проведения профилактических ремонтов и снижает его производительность. Кроме того, происходит снижение точности размеров готовых труб и неэффективное расходование энергии при «холостом» ходе клети.Although the method of multi-batch periodic cold rolling increases the number of simultaneously processed pipes, the presence of large loads while deforming several workpieces in multi-cyclic batch processes is the main cause of premature wear of the mill elements, the appearance of vibrations and gaps in them, which requires frequent stops of the mill for preventive repairs and reduces its performance. In addition, there is a decrease in the dimensional accuracy of the finished pipes and inefficient energy consumption during the “idle” course of the stand.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении величины максимального усилия, действующего на элементы конструкции стана.The technical problem solved by the invention is to reduce the magnitude of the maximum force acting on the structural elements of the mill.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе многониточной периодической прокатки труб, заключающемся в многократной циклической обработке заготовок на оправках, каждый цикл которой включает подачу заготовок по оси прокатки в прокатную клеть с валками, образующими калибры переменного сечения, последующую деформацию заготовок при прямом ходе клети и кантовку заготовок после обратного хода клети, согласно изобретению прокатку осуществляют в четное число ниток, заготовки перемещают по осям прокатки во встречных направлениях при прямом и обратном ходе клети, при этом в каждом цикле деформацию заготовок, прокатываемых в одном направлении, начинают по завершению деформации заготовок, прокатываемых во встречном направлении.The problem is solved due to the fact that in the method of multi-thread periodic rolling of pipes, which consists in multiple cyclic processing of billets on mandrels, each cycle of which includes feeding the billets along the axis of rolling into a rolling mill with rolls forming gauges of variable cross-section, subsequent deformation of the billets in forward motion cages and tilting of blanks after the reverse course of the crate, according to the invention, the rolling is carried out in an even number of threads, the blanks are moved along the rolling axes in opposite directions the direct and reverse roll stand, wherein in each cycle of deformation blanks rolled in one direction, starting to the completion of the deformation billets being rolled in the opposite direction.

В предлагаемом способе многониточной периодической прокатки проведение прокатки в четное число ниток не нарушает симметрию процесса, обеспечивает равномерное распределение нагрузок при прямом и обратном ходах прокатной клети и снижает максимальную величину усилия прокатки. Процесс деформации заготовок, обрабатываемых в одном направлении, сопровождается «холостым» ходом клети для заготовок, обрабатываемых в противоположном направлении и наоборот.In the proposed method of multi-thread periodic rolling, rolling into an even number of threads does not violate the symmetry of the process, provides a uniform distribution of loads during forward and reverse strokes of the rolling mill and reduces the maximum value of the rolling force. The process of deformation of workpieces machined in one direction is accompanied by the “idle” course of the stand for workpieces machined in the opposite direction and vice versa.

Цикл деформации заготовок, обрабатываемых во встречном направлении, смещен на величину времени выполнения одного хода клети, что обеспечивает возможность использования времени «холостого» хода клети для деформации заготовки (или группы заготовок), обрабатываемой в противоположном направлении. Осуществить такой процесс можно только во встречном направлении. Кроме того, способ позволяет получать готовые трубы сточными размерами поперечного сечения.The deformation cycle of the workpieces processed in the opposite direction is shifted by the value of the execution time of one stand movement, which makes it possible to use the “idle” time of the stand to deform the workpiece (or group of workpieces) processed in the opposite direction. Such a process can only be carried out in the opposite direction. In addition, the method allows to obtain finished pipes with sewage cross-sectional dimensions.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема подачи заготовок в прокатную клеть в крайних ее положениях при двухниточной прокатке, на фиг.2 показаны виды А-А и Б-Б на фиг.1 в положении I прокатной клети, а на фиг.3 - виды А-А и Б-Б на фиг.1 в положении II прокатной клети.The proposed method is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a diagram of the supply of blanks to a rolling stand in its extreme positions during double-thread rolling, Fig. 2 shows views A-A and B-B in Fig. 1 in position I of the rolling stand, and figure 3 - types aa and bb in figure 1 in position II of the rolling stand.

Способ осуществляют следующим образом. Заготовку 1 в виде трубы с предварительно подготовленной поверхностью задают на оправке 2 в пространство между ручьями рабочих валков 3 по линии прокатки O₁-O₁ на величину осевой подачи m (исходное положении I прокатной клети 4). В данном положении прокатной клети ручьи рабочих валков 3 образуют калибр переменного сечения, размеры которого обеспечивают свободное прохождение через него заготовки 1. При вращении валков 3 с одновременным перемещением прокатной клети 4 из положения I в положение II производят деформацию исходной заготовки 1 по линии прокатки O₁-О₁ с коэффициентом вытяжки µ. Перемещение клети 4 из положения I в положение II обеспечивает ход клети на величину L (фиг.1) и соответствует половине цикла обработки при изготовлении из заготовки трубы с сечением заданного размера.The method is as follows. The blank 1 in the form of a pipe with a pre-prepared surface is set on the mandrel 2 into the space between the streams of the work rolls 3 along the rolling line O ₁ -O ₁ by the value of the axial feed m (initial position I of the rolling stand 4). In this position of the rolling stand, the streams of work rolls 3 form a gauge of variable cross-section, the dimensions of which ensure free passage of workpiece 1 through it. When the rolls 3 are rotated while the rolling stand 4 is moved from position I to position II, the original workpiece 1 is deformed along the rolling line O ₁ -O ₁ with an extraction coefficient µ. The movement of the stand 4 from position I to position II ensures the course of the stand by the amount L (figure 1) and corresponds to half the processing cycle in the manufacture of pipes from the workpiece with a cross section of a given size.

В положении II прокатной клети 4 калибры образуют «зев» («холостой» участок продольной развертки ручья), что позволяет освободить заготовку 1 от контакта с поверхностью валков 3. Одновременно с этим заготовку 1 с оправкой 2 перемещают по оси прокатки в обратном направлении на величину отвода, а в валки 3 прокатной клети 4 по оси прокатки O₂-O₂ задают заготовку 5 на оправке 6 на величину подачи m.In position II of the rolling stand 4 gauges form a “pharynx” (“blank” section of the longitudinal sweep of the stream), which allows the workpiece 1 to be released from contact with the surface of the rolls 3. At the same time, the workpiece 1 with the mandrel 2 is moved along the rolling axis in the opposite direction by an amount retraction, and in the rolls 3 of the rolling stand 4 along the axis of rolling O ₂ -O ₂ set the workpiece 5 on the mandrel 6 by the feed rate m.

Далее прокатную клеть 4 перемещают из положения II в исходное положение I, при этом для заготовки 1 (линия прокатки О₁-O₁) осуществляют «холостой» ход клети, а для заготовки 5 производят деформацию по линии прокатки О₂-O₂ с коэффициентом вытяжки µ.Next, the rolling stand 4 is moved from position II to the initial position I, while for blank 1 (rolling line O ₁ -O ₁ ), the stand is "idle", and for blank 5, deformation is carried out along the rolling line O ₂ -O ₂ with a coefficient hoods µ.

В положении I, соответствующем окончанию полного цикла прокатки, заготовку 1 кантуют на заданный угол и снова подают в валки 3, а заготовку 5, освобожденную от контакта с валками 3, вместе с оправкой 6 отводят в направлении, обратном направлению ее прокатки по линии О₂-О₂. Далее описанный выше цикл операций повторяют многократно до получения на выходе по каждой линии прокатки трубы заданного размера сечения.In position I, corresponding to the end of the full rolling cycle, the workpiece 1 is turned over at a predetermined angle and again fed into the rolls 3, and the workpiece 5, freed from contact with the rolls 3, together with the mandrel 6 is withdrawn in the direction opposite to its rolling along the O ₂ line -O ₂ . Further, the above-described cycle of operations is repeated many times until a predetermined cross-sectional size is obtained at the outlet of each pipe rolling line.

Таким образом, обработку заготовок по нескольким ниткам (линиям прокатки) ведут во встречных направлениях, при этом рабочий ход прокатной клети, сопровождающийся деформацией одной заготовки (либо группы заготовок), является одновременно «холостым» ходом для другой заготовки (группы заготовок), причем циклы обработки заготовок во встречных направлениях смещены на величину времени выполнения хода L прокатной клети. Так, для заготовки 1 цикл начинается и заканчивается в положении I прокатной клети, а для заготовки 5 - в положении II прокатной клети. С учетом этого выполняют профилировку ручьев валков 3 по линиям прокатки O₁-O₁ и О₂-O₂.Thus, the processing of workpieces along several threads (rolling lines) is carried out in opposite directions, while the working course of the rolling stand, accompanied by the deformation of one workpiece (or group of workpieces), is at the same time “idle” for another workpiece (group of workpieces), and the cycles workpieces processing in opposite directions are shifted by the value of the turn time L of the rolling stand. So, for blank 1, the cycle begins and ends in position I of the rolling stand, and for blank 5 - in position II of the rolling stand. With this in mind, the grooves of the rolls 3 are profiled along the rolling lines O ₁ -O ₁ and O ₂ -O ₂ .

Осуществление предлагаемого способа снижает максимальную величину усилия прокатки, повышает ресурс работы и точность размеров готовых труб.The implementation of the proposed method reduces the maximum value of the rolling force, increases the service life and dimensional accuracy of the finished pipes.

Способ был опробован на лабораторном стане шаговой прокатки. Исходную заготовку в виде трубы из латуни Л63 диаметром 20 мм и толщиной стенки 2 мм деформировали за один проход с коэффициентом вытяжки µ₂ - 1,92 в трубу диаметром 14 мм и толщиной стенки 1,5 мм. Прокатку проводили на конической оправке по двум технологическим схемам: согласно способу по прототипу и предлагаемому, для чего использовали два комплекта валков номинальным диаметром 200 мм, каждый из которых имел два ручья, симметрично расположенных относительно центра бочки валка. Один комплект валков имел одинаковые ручьи для реализации двухниточной прокатки труб в одном направлении, другой - разнонаправленные ручьи, продольная развертка которых имела смещение на длину, соответствующую повороту валка при одном ходе клети. Величина осевой подачи m по обеим схемам прокатки составляла 10 мм, число двойных ходов в минуту N=15. При прокатке одновременно двух труб по способу-прототипу максимальная величина усилия составила 61,5 кН, отклонения размеров готовой трубы составили: по диаметру ±0,25 мм; по стенке ±0,15 мм. А при прокатке по предлагаемому способу двух труб с подачей их во встречном направлении максимальная величина усилия составила 36,8 кН, отклонения размеров готовой трубы составили: по диаметру ±0,20 мм; по стенке ±0,12 мм. Время прокатки труб длиной 2000 мм в сравниваемых вариантах технологического процесса было одинаковым.The method was tested on a laboratory rolling mill. The initial billet in the form of a pipe made of brass L63 with a diameter of 20 mm and a wall thickness of 2 mm was deformed in one pass with a drawing coefficient µ ₂ - 1.92 into a pipe with a diameter of 14 mm and a wall thickness of 1.5 mm. The rolling was carried out on a conical mandrel according to two technological schemes: according to the prototype method and the proposed one, for which two sets of rolls with a nominal diameter of 200 mm were used, each of which had two streams symmetrically located relative to the center of the roll barrel. One set of rolls had the same streams for implementing two-thread rolling of pipes in one direction, the other had multidirectional streams, the longitudinal sweep of which had an offset by a length corresponding to the rotation of the roll during one stroke of the stand. The value of the axial feed m for both schemes of rolling was 10 mm, the number of double strokes per minute N = 15. When rolling two pipes simultaneously, according to the prototype method, the maximum value of the force was 61.5 kN, the deviations of the dimensions of the finished pipe were: in diameter ± 0.25 mm; along the wall ± 0.15 mm. And when rolling in the proposed method two pipes with their supply in the opposite direction, the maximum force was 36.8 kN, deviations in the size of the finished pipe were: in diameter ± 0.20 mm; along the wall ± 0.12 mm. The time of rolling pipes with a length of 2000 mm in the compared process variants was the same.

Приведенный пример показывает, что предлагаемый способ прокатки обеспечивает без потери производительности существенное снижение максимальной величины усилия прокатки, что уменьшает упругие деформации элементов конструкции клети стана ХПТ и соответственно раскрытие клети, а это обеспечивает получение более точного размера сечения готовой трубы.The above example shows that the proposed rolling method provides, without loss of productivity, a significant reduction in the maximum value of the rolling force, which reduces the elastic deformation of the structural elements of the stand of the CPT mill and, accordingly, the opening of the stand, and this ensures a more accurate cross-sectional dimension of the finished pipe.

Использование предлагаемого способа позволяет уменьшить относительное потребление мощности на движение клети и элементов привода стана, снизить величину максимального усилия, действующего на элементы конструкции стана, а также повысить точность размеров готовых труб.Using the proposed method allows to reduce the relative power consumption for the movement of the stand and the drive elements of the mill, to reduce the maximum force acting on the structural elements of the mill, and also to increase the dimensional accuracy of the finished pipes.

Claims

A method of multi-thread periodic rolling of pipes, including multiple cyclic processing of workpieces on mandrels, each cycle of which includes feeding the workpieces along the axis of rolling into a rolling stand with rolls forming variable gauges, subsequent deformation of the workpieces during the forward course of the stand and turning of the workpieces after the reverse course of the stand, different the fact that multi-strand rolling is carried out using an even number of lines, and the workpieces are moved along the rolling axes in opposite directions with direct and reverse m during the stand, while in each cycle, the deformation of the workpieces rolled in one direction begins at the end of the deformation of the workpieces rolled in the opposite direction.