RU2807155C1 - Screw rolling mill mandrel for piercing workpieces made of alloyed, high-chromium and stainless grades of steel - Google Patents
Screw rolling mill mandrel for piercing workpieces made of alloyed, high-chromium and stainless grades of steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807155C1 RU2807155C1 RU2022114559A RU2022114559A RU2807155C1 RU 2807155 C1 RU2807155 C1 RU 2807155C1 RU 2022114559 A RU2022114559 A RU 2022114559A RU 2022114559 A RU2022114559 A RU 2022114559A RU 2807155 C1 RU2807155 C1 RU 2807155C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mandrel
- recess
- width
- recesses
- determined
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано на косовалковых станах винтовой прокатки для прошивки заготовок при производстве бесшовных труб из легированных, высокохромистых и нержавеющих марок стали.The invention relates to pipe rolling production and can be used on screw rolling mills for piercing blanks in the production of seamless pipes from alloyed, high-chromium and stainless steel grades.
Известна оправка прошивного стана (патент РФ 2584620, В21В 25/00, опубл. 20.05.2016), корпус которой выполнен из сплава, содержащего мас. %: от 20 до 30 Cr, от 30 до 55 Ni, от 0,005 до 0,5 С, от 0,1 до 1,0 Si, от 0,2 до 1,5 Mn и по меньшей мере один из элементов Мо и W, которые удовлетворяют определенному условию, остальное количество составляют Fe и загрязняющие примеси. На поверхности корпуса оправки сформирован Ni-Cr-слой и затем на его поверхности сформировано напыленное покрытие, содержащее железо и оксид железа. Оправка подвержена термической обработке при температуре от 850 до 1150°С.A piercing mill mandrel is known (RF patent 2584620, B21B 25/00, publ. 05/20/2016), the body of which is made of an alloy containing wt. %: from 20 to 30 Cr, from 30 to 55 Ni, from 0.005 to 0.5 C, from 0.1 to 1.0 Si, from 0.2 to 1.5 Mn and at least one of the elements Mo and W that satisfy a certain condition, the rest is Fe and contaminants. A Ni-Cr layer is formed on the surface of the mandrel body, and then a sputtered coating containing iron and iron oxide is formed on its surface. The mandrel is subject to heat treatment at temperatures from 850 to 1150°C.
Недостатком указанной оправки является необходимость проведения дополнительных операций по нанесению Ni-Cr-слоя, повышенный расход материалов, а также риск отслаивания покрытия при воздействии нагрузок и высоких температур.The disadvantage of this mandrel is the need for additional operations to apply the Ni-Cr layer, increased consumption of materials, as well as the risk of peeling of the coating when exposed to loads and high temperatures.
Известен способ изготовления инструмента для горячей деформации (патент РФ 2508173, В21В 25/00, опубл. 27.02.2014), в частности дорна или оправки для изготовления бесшовных труб, который включает профилирование поверхности оправки на заданной длине в направлении продольной оси с множеством возвышений и углублений, выполненных в радиальном сечении, предпочтительно в форме прямоугольных выступов. Затем путем термохимической обработки создают первичный защитный слой из оксида железа и на него наносят наружный защитный слой, заполняющий оставшиеся между возвышениями выемки, который может быть выполнен с применением газопламенного или плазменного напыления или термохимическим путем.There is a known method for manufacturing a tool for hot deformation (RF patent 2508173, B21B 25/00, published on February 27, 2014), in particular a mandrel or mandrel for the production of seamless pipes, which includes profiling the surface of the mandrel at a given length in the direction of the longitudinal axis with many elevations and recesses made in a radial section, preferably in the form of rectangular protrusions. Then, by thermochemical treatment, a primary protective layer of iron oxide is created and an outer protective layer is applied to it, filling the remaining recesses between the elevations, which can be made using flame or plasma spraying or thermochemically.
Недостаток оправки заключается в том, что защитный слой и первичный защитный слой имеют разную толщину, структуру и коэффициенты температурного расширения, вследствие чего при разогреве поверхности оправки во время прошивки защитный слой частично разрушается и отслаивается. В результате разрушения защитного слоя повышается износ оправки, а также в местах отслаивания защитного слоя происходит налипание (схватывание) частиц металла прокатываемой заготовки на оправку, что приводит к ухудшению качества внутренней поверхности прокатываемых гильз и снижению стойкости оправок.The disadvantage of the mandrel is that the protective layer and the primary protective layer have different thicknesses, structures and thermal expansion coefficients, as a result of which when the surface of the mandrel is heated during piercing, the protective layer is partially destroyed and peels off. As a result of the destruction of the protective layer, the wear of the mandrel increases, and also in places where the protective layer peels off, metal particles of the rolled workpiece stick (seize) onto the mandrel, which leads to a deterioration in the quality of the inner surface of the rolled sleeves and a decrease in the durability of the mandrels.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является охлаждаемая оправка прошивного стана (патент РФ 2717422, В21В 25/00, опубл. 23.03.2020). Оправка содержит раскатной, калибрующий и цилиндрические участки, может быть использована на станах винтовой прокатки при прошивке заготовок из углеродистых, легированных марок стали и из стали типа 13Cr. Оправка выполнена с полостью переменного сечения и профилированной наружной поверхностью от торца оправки на 0,25-1,0 длины раскатного участка в виде чередующихся возвышений и углублений. В радиальном сечении оправки возвышения и углубления могут быть выполнены с шагом не менее 0,01 длины оправки, шириной не менее 0,005 длины оправки и глубиной не более 0,005 наружного диаметра оправки.The closest technical solution adopted for the prototype is a cooled mandrel for the piercing mill (RF patent 2717422, B21B 25/00, publ. 03/23/2020). The mandrel contains rolling, calibrating and cylindrical sections; it can be used in screw rolling mills for piercing workpieces made of carbon, alloy steels and 13Cr steel. The mandrel is made with a cavity of variable cross-section and a profiled outer surface from the end of the mandrel to 0.25-1.0 times the length of the rolling section in the form of alternating elevations and depressions. In the radial section of the mandrel, elevations and recesses can be made with a step of no less than 0.01 of the mandrel length, a width of no less than 0.005 of the mandrel length, and a depth of no more than 0.005 of the outer diameter of the mandrel.
Недостаток прототипа заключается в следующем. Образование и сцепление оксидного слоя с профилированной наружной поверхностью оправки происходит при осуществлении первых прошивок. Поэтому в начале прошивки оправка с несформированным оксидным слоем взаимодействует с ювенильной, совершенно чистой от оксидного покрова поверхностью заготовки, что приводит к налипанию (схватыванию) металла заготовки с оправкой и более интенсивному нагреву ее поверхности.The disadvantage of the prototype is the following. The formation and adhesion of the oxide layer to the profiled outer surface of the mandrel occurs during the first piercing. Therefore, at the beginning of the piercing, the mandrel with an unformed oxide layer interacts with the juvenile surface of the workpiece, completely free of oxide coating, which leads to sticking (seizing) of the metal of the workpiece with the mandrel and more intense heating of its surface.
Происходит преждевременная пластическая деформация поверхности оправки, что снижает адгезионные свойства образуемой при прошивке оксидной пленки, причем с повышением уровня напряжений при прошивке происходит дальнейшее снижение адгезионной прочности оксидной пленки к разрушению (отрыву, отслоению, срезу, сдвигу). Ухудшается качество рабочей поверхности оправки, что приводит к образованию внутренних дефектов на гильзах и трубах.Premature plastic deformation of the mandrel surface occurs, which reduces the adhesive properties of the oxide film formed during piercing, and with an increase in the stress level during piercing, a further decrease in the adhesive strength of the oxide film to destruction (tear-off, peeling, shear, shear) occurs. The quality of the working surface of the mandrel deteriorates, which leads to the formation of internal defects on the sleeves and pipes.
Таким образом, при прошивке заготовок из легированных, высокохромистых и нержавеющих марок стали с использованием указанной оправки уменьшается рабочий ресурс оправки и происходит преждевременный выход ее из строя, что приводит к снижению качества труб и производительности трубопрокатного агрегата (далее - ТПА).Thus, when piercing workpieces made of alloyed, high-chromium and stainless steel grades using the specified mandrel, the working life of the mandrel is reduced and its premature failure occurs, which leads to a decrease in the quality of pipes and the productivity of the pipe rolling unit (hereinafter referred to as the RPM).
Техническая задача состоит в создании оправки для прошивки заготовок из легированных, высокохромистых и нержавеющих марок стали с повышенным рабочим ресурсом и обеспечивающей повышение качества внутренней поверхности труб, а также увеличение производительности ТПА за счет сокращения количества замен оправок.The technical challenge is to create a mandrel for piercing workpieces made of alloyed, high-chromium and stainless steel grades with an increased working life and providing improved quality of the inner surface of pipes, as well as an increase in the productivity of injection molding machines by reducing the number of mandrel replacements.
Технический результат заключается в увеличении стойкости оправок за счет формирования устойчивого оксидного слоя и повышении качества внутренней поверхности труб из легированных, высокохромистых и нержавеющих марок стали.The technical result consists in increasing the durability of mandrels due to the formation of a stable oxide layer and improving the quality of the internal surface of pipes made of alloy, high-chromium and stainless steel grades.
Указанный технический результат достигается за счет того, что оправка стана винтовой прокатки для прошивки заготовок из легированных, высокохромистых и нержавеющих марок стали содержит носовой, раскатной, калибрующий и цилиндрический участки, наружная поверхность которой выполнена профилированной в виде чередующихся в продольном сечении возвышений и углублений на заданной длине. Согласно изобретению, углубления расположены от торца оправки на расстоянии не более 0,5 диаметра носового участка оправки на длине не менее суммы длин носового и раскатного участков оправки, ширина В первого углубления от торца оправки не превышает 0,65 шага нанесения углублений S, который определяют по следующей зависимости:The specified technical result is achieved due to the fact that the mandrel of a screw rolling mill for piercing workpieces made of alloyed, high-chromium and stainless steel grades contains a nose, rolling, calibrating and cylindrical sections, the outer surface of which is made profiled in the form of elevations and recesses alternating in the longitudinal section at a given length According to the invention, the recesses are located from the end of the mandrel at a distance no more than 0.5 of the diameter of the nose section of the mandrel over a length not less than the sum of the lengths of the nose and rolled sections of the mandrel, the width B of the first recess from the end of the mandrel does not exceed 0.65 of the step of applying the recesses S, which is determined by the following relationship:
где - коэффициент шага, зависящий от длины оправки;Where - pitch coefficient depending on the length of the mandrel;
- длина оправки, мм; - length of the mandrel, mm;
- коэффициент корректировки шага; глубину углублений Н определяют по следующей зависимости: - pitch correction coefficient; the depth of the recesses H is determined according to the following relationship:
где - коэффициент глубины, зависящий от диаметра оправки;Where - depth coefficient depending on the diameter of the mandrel;
- диаметр оправки, мм; - diameter of the mandrel, mm;
- коэффициент корректировки глубины; - depth correction factor;
при этом угол между боковой стороной углубления и осью оправки не превышает 130°.in this case, the angle between the side of the recess and the axis of the mandrel does not exceed 130°.
В частном случае профилирование наружной поверхности оправки выполнено в виде П-образного профиля с шириной углубления В, определяемой по зависимости:In a particular case, the profiling of the outer surface of the mandrel is made in the form of a U-shaped profile with the width of the recess B, determined by the dependence:
где - коэффициент ширины, зависящий от длины оправки;Where - width coefficient depending on the length of the mandrel;
- коэффициент корректировки ширины. - width adjustment factor.
В частном случае профилирование наружной поверхности оправки выполнено в виде V-образного профиля с углом между сторонами углубления и шириной углубления B, определяемой по зависимости:In a particular case, the profiling of the outer surface of the mandrel is made in the form of a V-shaped profile with an angle between the sides of the recess and the width of the recess B, determined by the dependence:
В частном случае профилирование наружной поверхности оправки выполнено в виде W-образного профиля с углом между сторонами углубления и шириной углубления В, определяемой по зависимости:In a particular case, the profiling of the outer surface of the mandrel is made in the form of a W-shaped profile with an angle between the sides of the recess and the width of the recess B, determined by the dependence:
где - ширина по основанию углубления, составляющая, мм:Where - width at the base of the recess, component, mm:
В частном случае профилирование наружной поверхности оправки выполнено в виде трапециевидного профиля с углом между сторонами углубления и шириной углубления В, определяемой по зависимости:In a particular case, the profiling of the outer surface of the mandrel is made in the form of a trapezoidal profile with an angle between the sides of the recess and the width of the recess B, determined by the dependence:
где - ширина малого основания трапециевидного профиля, составляющая, мм:Where - width of the small base of the trapezoidal profile, component, mm:
В частном случае профилирование наружной поверхности оправки выполнено в виде многоугольного профиля с углом раскрытия между сторонами углубления, прилегающими к малому основанию, и шириной углубления В, определяемой по зависимости:In a particular case, the profiling of the outer surface of the mandrel is made in the form of a polygonal profile with an opening angle between the sides of the recess adjacent to the small base, and the width of the recess B, determined by the dependence:
при этом ширина малого основания многоугольного профиля составляет 0,3-0,5 ширины углубления.in this case, the width of the small base of the polygonal profile is 0.3-0.5 of the width of the recess.
В частном случае профилирование наружной поверхности оправки выполнено в виде U-образного профиля с радиусом основания R, равным половине ширины углубления В, определяемой по зависимости:In a particular case, the profiling of the outer surface of the mandrel is made in the form of a U-shaped profile with a base radius R equal to half the width of the recess B, determined by the dependence:
В частном случае выполнения средняя линия каждого углубления расположена нормально к касательной контура наружной поверхности продольного сечения оправки.In a particular case, the middle line of each recess is located normal to the tangent contour of the outer surface of the longitudinal section of the mandrel.
В частном случае углубления выполнены с уменьшающейся глубиной Нот торца оправки по ее длине, определяемой по зависимости:In a particular case, the recesses are made with a decreasing depth of the end of the mandrel along its length, determined by the dependence:
где - порядковый номер углубления от носка оправки;Where - serial number of the recess from the toe of the mandrel;
- общее количество углублений на оправке. - the total number of recesses on the mandrel.
В частном случае углубления выполнены с уменьшающимися шириной В и шагом S от торца оправки по ее длине, определяемыми по зависимостям:In a particular case, the recesses are made with decreasing width B and pitch S from the end of the mandrel along its length, determined by the dependencies:
В частном случае углубления выполнены в виде витков резьбы. В частном случае углубления выполнены в виде витков многозаходной резьбы.In a particular case, the recesses are made in the form of thread turns. In a particular case, the recesses are made in the form of turns of multi-start thread.
Предлагаемая оправка стана винтовой прокатки иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 схематично показана оправка в разрезе с выполнением профилирования наружной поверхности на заданной длине, на фиг.2 показан вид А на фиг.1 - углубления на наружной поверхности оправки выполнены в виде П-образного профиля, на фиг.3 показан вид А на фиг.1 - углубления выполнены в виде V-образного профиля, на фиг.4 показан вид А на фиг.1 - углубления выполнены в виде W-образного профиля, на фиг.5 показан вид А на фиг.1 - углубления выполнены в виде трапециевидного профиля, на фиг.6 показан вид А на фиг.1 - углубления выполнены в виде многоугольного профиля, на фиг.7 показан вид А на фиг.1 - углубления выполнены в виде U-образного профиля, на фиг.8 показано расположение средней линии углублений нормально к касательной контура наружной поверхности продольного сечения оправки.The proposed mandrel for a screw rolling mill is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the mandrel in cross-section with profiling of the outer surface at a given length, figure 2 shows view A in figure 1 - the recesses on the outer surface of the mandrel are made in the form of a U-shaped profile, Fig.3 shows a view of A in Fig.1 - the recesses are made in the form of a V-shaped profile, Fig.4 shows a view of A in Fig.1 - the recesses are made in the form of a W-shaped profile, Fig.5 shows a view And in Fig.1 - the recesses are made in the form of a trapezoidal profile, in Fig.6 shows view A in Fig.1 - the recesses are made in the form of a polygonal profile, in Fig.7 shows view A in Fig.1 - the recesses are made in the form of a U- shaped profile, Fig. 8 shows the location of the center line of the recesses normal to the tangent contour of the outer surface of the longitudinal section of the mandrel.
Выполнение углублений от торца оправки на расстоянии не более 0,5 диаметра носового участка оправки на длине не менее суммы длин носового и раскатного участков оправки обеспечивает увеличение ресурса ее работы на наиболее нагруженном участке за счет надежного удержания образовавшегося оксидного слоя, что предотвращает налипание металла заготовки на оправку и тем самым повышает стойкость оправок и качество внутренней поверхности труб. При этом ширина В первого углубления от торца оправки не должна превышать 0,65 шага нанесения углублений S, который определяют по зависимости [1], а глубину углублений Н определяют по зависимости [2], что обеспечивает формирование и удержание устойчивого оксидного слоя.Making recesses from the end of the mandrel at a distance no more than 0.5 of the diameter of the nose section of the mandrel over a length not less than the sum of the lengths of the nose and rolling sections of the mandrel ensures an increase in its service life in the most loaded area due to the reliable retention of the formed oxide layer, which prevents the workpiece metal from sticking to the mandrel and thereby increases the durability of the mandrels and the quality of the inner surface of the pipes. In this case, the width B of the first recess from the end of the mandrel should not exceed 0.65 of the step of applying the recesses S, which is determined by dependence [1], and the depth of the recesses H is determined by dependence [2], which ensures the formation and retention of a stable oxide layer.
Для изменения количества образуемой в углублениях окалины угол между боковой стороной углубления и осью оправки не должен превышать 130°. С уменьшением угла количество образуемой в углублениях окалины увеличивается, а с увеличением угла - уменьшается. Угол выбирают, исходя из особенностей калибровки оправки и марки стали прошиваемой заготовки.To change the amount of scale formed in the recesses, the angle between the side of the recess and the axis of the mandrel should not exceed 130°. As the angle decreases, the amount of scale formed in the recesses increases, and as the angle increases, it decreases. The angle is selected based on the calibration features of the mandrel and the steel grade of the workpiece being pierced.
Профилирование наружной поверхности оправки может быть выполнено в виде П-образного, V-образного, W-образного, трапециевидного, многоугольного или U-образного профиля.Profiling of the outer surface of the mandrel can be made in the form of a U-shaped, V-shaped, W-shaped, trapezoidal, polygonal or U-shaped profile.
Профилирование в виде П-образного профиля (фиг.2) выполнено с шагом S, глубиной Н и шириной В, которые вычисляются по зависимостям [1], [2] и [3], соответственно.Profiling in the form of a U-shaped profile (Fig. 2) is performed with a step S, depth H and width B, which are calculated from dependencies [1], [2] and [3], respectively.
Профилирование в виде V-образного профиля (фиг.3) выполнено с углом раскрытия α=30°÷60°, шагом S, глубиной Н и шириной В, зависящей от угла раскрытия, по зависимостям [1], [2] и [4], соответственно.Profiling in the form of a V-shaped profile (Fig. 3) is made with an opening angle α=30°÷60°, pitch S, depth H and width B, depending on the opening angle, according to dependencies [1], [2] and [4 ], respectively.
Профилирование в виде W-образного профиля (фиг.4) выполнено с углом раскрытия α=30°÷60°, шагом S и глубиной Н по зависимостям [1] и [2], соответственно и шириной В, которая вычисляется по зависимостям [5] и [6].Profiling in the form of a W-shaped profile (Fig. 4) is made with an opening angle α=30°÷60°, pitch S and depth H according to dependencies [1] and [2], respectively, and width B, which is calculated according to dependencies [5 ] and [6].
Профилирование в виде трапециевидного профиля (фиг.5) выполнено с углом раскрытия α=30°÷60°, шагом S и глубиной Н по зависимостям [1] и [2], соответственно и шириной В, которая вычисляется по зависимостям [7] и [8].Profiling in the form of a trapezoidal profile (Fig. 5) is made with an opening angle α=30°÷60°, pitch S and depth H according to dependencies [1] and [2], respectively, and width B, which is calculated according to dependencies [7] and [8].
Профилирование в виде многоугольного профиля (фиг.6) выполнено с шириной малого основания b=0,3÷0,5 В, углом раскрытия между сторонами углубления, прилегающими к малому основанию, α=30°÷60°, шагом S, глубиной Ни шириной В, которые вычисляется по зависимостям [1], [2] и [9], соответственно.Profiling in the form of a polygonal profile (Fig. 6) is made with the width of the small base b=0.3÷0.5 V, the opening angle between the sides of the recess adjacent to the small base, α=30°÷60°, pitch S, depth Ni width B, which is calculated according to dependencies [1], [2] and [9], respectively.
Профилирование в виде U-образного профиля (фиг.7) выполнено с радиусом основания R, равным половине ширины углубления, шагом S, глубиной Н и шириной В, которые вычисляется по зависимостям [1], [2] и [10], соответственно.Profiling in the form of a U-shaped profile (Fig. 7) is made with a base radius R equal to half the width of the recess, pitch S, depth H and width B, which are calculated according to dependencies [1], [2] and [10], respectively.
Указанные параметры профилей наружной поверхности оправки позволяют сформировать и удержать на поверхности устойчивый оксидный слой, который образуется при прошивке, обладает малым коэффициентом трения и высокой прочностью, предотвращает чрезмерный разогрев поверхности оправки, что способствует увеличению стойкости оправки при прошивке заготовок из легированных, высокохромистых и нержавеющих марок стали и повышению качества внутренней поверхности труб.The specified parameters of the profiles of the outer surface of the mandrel make it possible to form and maintain on the surface a stable oxide layer, which is formed during piercing, has a low coefficient of friction and high strength, prevents excessive heating of the mandrel surface, which helps to increase the durability of the mandrel when piercing workpieces made of alloyed, high-chromium and stainless steel grades steel and improving the quality of the inner surface of pipes.
Превышение глубины профилирования может привести к деформации возвышений и искажению профиля оправки, а изменение ширины и шага углублений могут нивелировать эффект от выполнения профилирования поверхности либо создавать неудовлетворительные условия для формирования оксидного слоя на рабочей поверхности оправки.Exceeding the profiling depth can lead to deformation of the elevations and distortion of the mandrel profile, and changes in the width and pitch of the recesses can neutralize the effect of surface profiling or create unsatisfactory conditions for the formation of an oxide layer on the working surface of the mandrel.
Во время прошивки возможно налипание металла заготовки на рабочую поверхность оправок либо появление отпечатков от рифления на внутренней поверхности гильз. Во избежание появления данных дефектов выполнение углублений возможно осуществлять с переменным шагом параметров профиля. Углубления выполняют с уменьшающейся глубиной от торца оправки по ее длине, определяемой по зависимости [11]. Первое углубление выполняют глубиной по зависимости [2], а каждое следующее углубление - с меньшей глубиной. Кроме того, возможно выполнять уменьшение ширины и шага нанесения углублений от торца оправки по ее длине, по зависимостям [12] и [13].During piercing, it is possible for the workpiece metal to stick to the working surface of the mandrels or for impressions from the corrugation to appear on the inner surface of the sleeves. To avoid the appearance of these defects, it is possible to make recesses with a variable pitch of profile parameters. The recesses are made with decreasing depth from the end of the mandrel along its length, determined by dependence [11]. The first recess is made with a depth according to [2], and each subsequent recess is made with a smaller depth. In addition, it is possible to reduce the width and step of applying recesses from the end of the mandrel along its length, according to dependencies [12] and [13].
Возможно осуществлять позиционирование средней линии каждого углубления нормально к касательной контура наружной поверхности продольного сечения оправки (фиг.8).It is possible to position the center line of each recess normal to the tangent of the contour of the outer surface of the longitudinal section of the mandrel (Fig. 8).
Профилирование поверхности оправок выполняют механическим способом путем удаления части металла оправки с последующим образованием углублений. После выполнения профилирования проводят термическую обработку оправки.Profiling the surface of the mandrels is performed mechanically by removing part of the metal of the mandrel with the subsequent formation of recesses. After profiling, heat treatment of the mandrel is carried out.
Углубления могут быть выполнены замкнутыми по окружности оправки или в виде витков резьбы. Выполнение углублений замкнутыми по окружности оправки позволит повысить точность и упростить процесс механической обработки в случае изготовления оправок со сложной калибровкой или конфигурацией. А выполнение углублений в виде витков резьбы позволит сократить затраты на механическую обработку, кроме того, для увеличения угла подъема резьбы углубления могут быть выполнены в виде витков многозаходной резьбы.The recesses can be made closed around the circumference of the mandrel or in the form of thread turns. Making the recesses closed around the circumference of the mandrel will improve accuracy and simplify the machining process in the case of manufacturing mandrels with complex calibration or configuration. And making the recesses in the form of thread turns will reduce the cost of machining; in addition, to increase the helix angle of the thread, the recesses can be made in the form of multi-start thread turns.
Таким образом, выполнение оправки для прошивки заготовок из легированных, высокохромистых и нержавеющих марок стали предлагаемой конструкции обеспечивает увеличение стойкости оправок за счет формирования устойчивого оксидного слоя и повышение качества внутренней поверхности труб.Thus, the implementation of a mandrel for piercing workpieces made of alloyed, high-chromium and stainless steel grades of the proposed design ensures an increase in the durability of the mandrels due to the formation of a stable oxide layer and improves the quality of the inner surface of the pipes.
Предлагаемая оправка прошивного стана была опробована в условиях опытно-промышленных испытаний на прошивном стане ТПА 159-425 АО «Волжский трубный завод».The proposed piercing mill mandrel was tested under pilot test conditions on the TPA 159-425 piercing mill of Volzhsky Pipe Plant JSC.
Оправка была изготовлена из инструментальной легированной стали, обладающая высокой твердостью, прочностью и стойкостью к трещинообразованию.The mandrel was made of tool alloy steel, which has high hardness, strength and resistance to cracking.
Профилирование поверхности оправки было выполнено, в частности в виде П-образного профиля механическим способом путем удаления части металла с поверхности оправки с последующим образованием углублений, например замкнутых по периметру оправки. После выполнения профилирования была проведена термическая обработка оправки.Profiling of the surface of the mandrel was performed, in particular in the form of a U-shaped profile, mechanically by removing part of the metal from the surface of the mandrel with the subsequent formation of recesses, for example, closed around the perimeter of the mandrel. After profiling, the mandrel was heat treated.
Углубления П-образного профиля расположены от торца оправки на расстоянии 12 мм, на длине 305 мм. Параметры углублений рассчитаны по приведенным ранее зависимостям: глубина составляет 1 мм, ширина - 0,5 мм и шаг нанесения - 1,6 мм. Параметры углублений постоянны по всей длине, при этом угол между боковой стороной углублений и осью оправки составлял 90°.The recesses of the U-shaped profile are located from the end of the mandrel at a distance of 12 mm, at a length of 305 mm. The parameters of the recesses are calculated according to the previously given dependencies: depth is 1 mm, width is 0.5 mm and application pitch is 1.6 mm. The parameters of the recesses are constant along the entire length, and the angle between the side of the recesses and the axis of the mandrel is 90°.
При эксплуатации предлагаемой оправки за счет термоциклических воздействий при прошивке оправка подвергается упрочнению и на профилированной поверхности происходит формирование оксидного слоя с высокой адгезионной стойкостью.During operation of the proposed mandrel, due to thermal cyclic effects during piercing, the mandrel is subjected to hardening and an oxide layer with high adhesive resistance is formed on the profiled surface.
Оксидный слой обладает малым коэффициентом трения и высокой прочностью, предотвращает чрезмерный разогрев поверхностных слоев оправки, что способствует увеличению стойкости оправки при прошивке заготовок из легированных, высокохромистых и нержавеющих марок стали.The oxide layer has a low coefficient of friction and high strength, prevents excessive heating of the surface layers of the mandrel, which helps to increase the durability of the mandrel when piercing workpieces made of alloyed, high-chromium and stainless steel grades.
При первых прошивках с использованием предлагаемой оправки достигнуто снижение уровня напряжений, воздействующих на поверхность оправки с углублениями благодаря наличию сформированной на поверхности окалины, которая разогревается от прошиваемой заготовки, размягчается и выступает в роли смазки. Улучшаются условия прошивки, повышается адгезионная прочность, что увеличивает стойкость оправок, предотвращает налипание металла заготовки на оправку и повышает качество внутренней поверхности труб.During the first piercings using the proposed mandrel, a reduction in the level of stresses affecting the surface of the mandrel with recesses was achieved due to the presence of scale formed on the surface, which is heated by the workpiece being pierced, softens and acts as a lubricant. The piercing conditions are improved, the adhesive strength increases, which increases the durability of the mandrels, prevents the workpiece metal from sticking to the mandrel and improves the quality of the inner surface of the pipes.
Результаты испытаний оправок предлагаемой конструкции при производстве труб из сталей марок 15Х13Н2 и 08Х18Н10Т приведены в таблице 1.The results of tests of mandrels of the proposed design in the production of pipes from steel grades 15Х13Н2 and 08Х18Н10Т are given in Table 1.
Использование предлагаемой оправки прошивного стана позволило увеличить стойкость оправок с 4 до 12 прошивок при производстве труб из стали марки 15Х13Н2 и с 2 до 10 прошивок при производстве труб из стали марки 08Х18Н10Т. Было предотвращено налипание металла заготовок на оправку, что исключило образование дефектов на внутренней поверхности и тем самым обеспечило повышение качества внутренней поверхности труб за счет формирования устойчивого оксидного слоя и исключения прошивки на оправках с изношенной рабочей поверхностью. Все трубы, прокатанные на предлагаемых оправках, признаны годными с первого предъявления.The use of the proposed piercing mill mandrel made it possible to increase the durability of the mandrels from 4 to 12 piercings in the production of pipes from steel grade 15Х13Н2 and from 2 to 10 piercings in the production of pipes from steel grade 08Х18Н10Т. The metal of the workpieces was prevented from sticking to the mandrel, which eliminated the formation of defects on the inner surface and thereby improved the quality of the inner surface of the pipes due to the formation of a stable oxide layer and the elimination of piercing on mandrels with a worn working surface. All pipes rolled on the proposed mandrels were found suitable from the first presentation.
Предлагаемая оправка прошивного стана была опробована в условиях опытно-промышленных испытаний на прошивном стане ТПА-140 АО «Синарский трубный завод».The proposed piercing mill mandrel was tested under pilot test conditions on the TPA-140 piercing mill of Sinarsky Pipe Plant JSC.
Оправка была изготовлена из инструментальной легированной стали. Профилирование поверхности оправки было выполнено, например в виде П-образного профиля механическим способом путем удаления части металла с поверхности оправки с последующим образованием углублений, например замкнутых по периметру оправки. После выполнения профилирования была проведена термическая обработка оправки.The mandrel was made of tool alloy steel. Profiling of the surface of the mandrel was performed, for example, in the form of a U-shaped profile mechanically by removing part of the metal from the surface of the mandrel with the subsequent formation of recesses, for example, closed around the perimeter of the mandrel. After profiling, the mandrel was heat treated.
Углубления П-образного профиля расположены от торца оправки на расстоянии 4 мм, на длине 170 мм. Параметры углублений рассчитаны по приведенным ранее зависимостям: глубина составляет 0,5 мм, ширина -0,5 мм и шаг нанесения - 1,6 мм. Параметры углублений постоянны по всей длине, при этом угол между боковой стороной углублений и осью оправки составлял 90°.The recesses of the U-shaped profile are located from the end of the mandrel at a distance of 4 mm, at a length of 170 mm. The parameters of the recesses are calculated according to the previously given dependencies: the depth is 0.5 mm, the width is 0.5 mm and the application step is 1.6 mm. The parameters of the recesses are constant along the entire length, and the angle between the side of the recesses and the axis of the mandrel is 90°.
Результаты испытаний оправок предлагаемой конструкции при производстве труб из сталей марок 08Х14МФ, 08Х18Н10Т, 15Х13Н2Б и 15Х5М приведены в таблице 2.The test results of mandrels of the proposed design in the production of pipes made of steel grades 08Х14МФ, 08Х18Н10Т, 15Х13Н2Б and 15Х5М are given in Table 2.
Использование предлагаемой оправки прошивного стана позволило увеличить стойкость оправок с 5 до 15 прошивок при производстве труб из стали марки 08Х14МФ, с 1 до 3 прошивок при производстве труб из стали марок 08Х18Н10Т и 5Х13Н2Б и с 3 до 20 прошивок при производстве труб из стали марки 15Х5М. При этом не наблюдалось налипания металла заготовок на оправку, что исключило образование дефектов на внутренней поверхности и тем самым обеспечило повышение качества внутренней поверхности труб за счет формирования устойчивого оксидного слоя. Все трубы, прокатанные на предлагаемых оправках, признаны годными с первого предъявления.The use of the proposed piercing mill mandrel made it possible to increase the durability of the mandrels from 5 to 15 piercings when producing pipes from steel grade 08Х14МФ, from 1 to 3 piercings when producing pipes from steel grades 08Х18Н10Т and 5Х13Н2Б, and from 3 to 20 piercings when producing pipes from steel grade 15Х5М. In this case, no sticking of the workpiece metal to the mandrel was observed, which eliminated the formation of defects on the inner surface and thereby ensured an increase in the quality of the inner surface of the pipes due to the formation of a stable oxide layer. All pipes rolled on the proposed mandrels were found suitable from the first presentation.
Предлагаемая оправка прошивного стана обеспечивает увеличение стойкости оправок прошивного стана, повышение качества внутренней поверхности труб из легированных, высокохромистых и нержавеющих марок стали, а также увеличение производительности трубопрокатного агрегата за счет снижения простоев, связанных с заменой инструмента.The proposed piercing mill mandrel ensures an increase in the durability of the piercing mill mandrels, an increase in the quality of the internal surface of pipes made of alloy, high-chromium and stainless steel grades, as well as an increase in the productivity of a pipe rolling unit by reducing downtime associated with tool replacement.
Claims (88)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807155C1 true RU2807155C1 (en) | 2023-11-09 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1675004A1 (en) * | 1988-11-14 | 1991-09-07 | Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности | Arbor for screw rolling |
| RU2378063C1 (en) * | 2009-03-24 | 2010-01-10 | Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") | Mandrel of rotary piercer |
| WO2016071423A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Hua Guo | Hot forming tool |
| RU2717422C1 (en) * | 2019-04-08 | 2020-03-23 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Cooled piercing mandrel |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1675004A1 (en) * | 1988-11-14 | 1991-09-07 | Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности | Arbor for screw rolling |
| RU2378063C1 (en) * | 2009-03-24 | 2010-01-10 | Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") | Mandrel of rotary piercer |
| WO2016071423A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Hua Guo | Hot forming tool |
| RU2717422C1 (en) * | 2019-04-08 | 2020-03-23 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Cooled piercing mandrel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4871293B2 (en) | Hollow poppet valve with refrigerant and method for manufacturing the same | |
| KR100835056B1 (en) | Cold-finished seamless steel pipe | |
| KR101426786B1 (en) | A poppet valve with a formed face, and method of making | |
| US20200130035A1 (en) | Method for producing a high-pressure pipe | |
| MX2008012241A (en) | Cold finish seamless steel pipe for drive shaft and method for producing the same. | |
| KR101360720B1 (en) | Tap covered with hard coating, and process for manufacturing the same | |
| RU2807155C1 (en) | Screw rolling mill mandrel for piercing workpieces made of alloyed, high-chromium and stainless grades of steel | |
| US5359773A (en) | Manufacturing method of the roll main body of a caliber roll | |
| US5916517A (en) | Nitrogen-bearing iron-based alloy for machine parts subject to sliding friction | |
| JP4900385B2 (en) | High alloy rolling mandrel bar, surface treatment method and manufacturing method thereof, and method of operating seamless steel pipe manufacturing apparatus | |
| JP5291440B2 (en) | Manufacturing method of steel two-piece combined oil ring main body and steel two-piece combined oil ring using the same | |
| JP4196990B2 (en) | Cr-plated mandrel bar for hot seamless pipes and method for producing the same | |
| JP4314884B2 (en) | Mandrel bar for hot seamless pipe rolling | |
| JP2822892B2 (en) | Mandrel bar for hot seamless tube rolling | |
| JPS6174745A (en) | Manufacture of piston ring made of steel | |
| US4515000A (en) | Method for manufacturing consumable welding spacer | |
| SU768501A1 (en) | Mandrel for tube die rolling | |
| EP2060334B1 (en) | METHOD OF USING Cr-PLATED MANDREL BAR FOR HOT ROLLING | |
| CN116227051B (en) | Rolling mill hole pattern design method and pipe quality inspection method | |
| JP6788917B1 (en) | Bolt manufacturing method | |
| JP2002059220A (en) | Electric resistance welded steel tube excellent in hydroforming workability | |
| Yoshida et al. | Shaping of helical gear by two-step cold extrusion | |
| CN117113556A (en) | Method for accurately evaluating grinding quantity of tooth surface of disc-shaped gear after heat treatment | |
| JP2815732B2 (en) | Mandrel rolling mandrel with small elongation deformation during use | |
| CN117206838A (en) | Machining method for crankshaft chain wheel of engine |