Вся електронна бібліотека >>>

 Калібрування інструментів >>>

 

 

Калібрування інструменту для виробництва безшовних труб


Розділ: Підручники

 

Глава друга. КАЛІБРУВАННЯ ВАЛКІВ СТАНІВ ПИЛЬГЕРНЫХ

  

 

Після того, як перші спроби виготовлення тонкостінних труб на станах косою прокатки закінчилися безуспішно, в 1885 р. був запропонований і розроблений метод пильгерной (пі- лигримовой) прокатки. Як відомо, лильгерная прокатка, на думку деяких дослідників, включає в себе елементи ковки. Вона розглядається як процес безперервної прокатки через велику кількість послідовних калібрів.

При побудові профілю валка раніше виходили з можливості великих обтиснень на початку процесу, коли метал має більш високу температуру і дуже пластичний, і менших обтиску в кінці прокатки (за один оборот валка), коли метал вже охолов і, отже, зменшив свою пластичність. У відповідності з цими положеннями крива профілю калібру на початку ділянки прокатки йшла круто вгору, а Ь кінці ділянки плавно переходила по колу з постійним радіусом до полирующему ділянці. Поширити робочий ділянку валка на всю його окружність виявилося неможливим, так як після кожного оберту валка потрібно повернути прокатываемую гільзу і скантовать її на 90 град. Тому треба передбачити на валку холосту частина, що має довжину, яка залежить від швидкості, з якою відбуваються зазначені вище операції.

Калібр валків у поперечному перерізі представляв собою окружність з тангенціальними випусками в напрямку зазору між валками, щоб уникнути пошкодження металу» З метою уникнути зменшення внутрішнього діаметра гільзи всередину її вводили довгу оправку - дорн.

Валки при такому способі прокатки повинні були складатися з принаймні з двох ділянок: робочого та холостого. У валках цього (раннього) типу не передбачалися перехідні ділянки і не було можливості прокатувати гладкі труби з рівномірною товщиною стінки. Крім того, подача металу у валки здійснювалася вручну, що не завжди дозволяло розгортати гільзу рівномірно. Тому після робочого ділянки валка передбачили концентричный щодо осі валка поліруючий ділянку з постійним радіусом калібру. Наявність поліруючого ділянки дозволило отримати на трубі гладку поверхню без будь-яких опуклостей.

Вільний відставання прокатываемого матеріалу від валків при переході від поліруючого ділянки до холостого було забезпечено за рахунок застосування ще одного додаткового (вихідного) ділянки, поступово і плавно переходить до неодруженому. Такий валок, що має чотири ділянки, відповідав поставленим вимогам і виявився придатним для прокатки гільз в труби. Він запатентований Максом Маннесманом 24 лютого 1891 р. (патент № 58762). Особливо характерно тут те, що обертання валків прийнято проти напрями подачі в них металу.

Подальший розвиток процесу пильгерной прокатки пішло в двох напрямках: перше - механізація важких допоміжних робіт у процесі прокатки; друге-поліпшення калібрування пильгерных (пилигримовых) валків. Перше напрям не є предметом цієї книги і воно тому не розглядається.

Перш за все необхідно звернути увагу на розвиток методу калібрування робочого ділянки. Для отримання задовільних результатів у процесі деформації недостатньо дотримуватися лише зазначені вище основні положення про те, що крива робочого ділянки повинна бути спочатку більш крутий, а потім більш пологою при переході до полирующему ділянці. Для здійснення задовільною деформації повинні бути знайдені й інші закономірності. З цією метою необхідно підібрати доцільну форму кривої гребеня пильгерного валка. Де Граль, що був у свій час завідуючим виробництвом фірми Маннесман-Реренверке, вперше розробив методику побудови такої кривої, що дозволила отримувати більш тонкостінні труби. При цьому автор виходив із закону сталості відносного зменшення поперечного перерізу гільзи. Він встановив, що для збереження суцільності металу гільза повинна зсуватися щодо дорна з постійною швидкістю.

Ще в 1894 р. Макс Маннесман розробив калібрування, дозволила досягти гарного ковзання металу щодо дорна. При цій калібрування поліруючий ділянку валка не мав форму кола з випуском, а овальну. Труба, прокатана у валках такий калібрування, складалася з окремих овальних ділянок, причому вісь овалу кожної наступної ділянки була перпендикулярна осі овалу перед

прийдешнього ділянки. Виходить зазор між трубою і дорном перешкоджав затискання дорна при охолодженні труби.

Метод побудови кривої гребеня пильгерного валка, розроблений Де Гралем, полягає в наступному. Якщо тіло А рухається зі швидкістю З ( 19), то рух його може бути передано штифта В в певному співвідношенні; при цьому штифт буде рухатися зі швидкістю v9 яка залежить від напрямної кривої G - G. Залежність між швидкостями З і v для даної кривої можна встановити у відповідній системі координат. Припустимо, що штифт за нескінченно малий відрізок часу проходить шлях dy. Тоді v = - і ставлення відповідає відношенню -. dt dx

Якщо крива G - G є параболою, вираженої рівнянням х = 2ру9 - - - ; отже, закон зміни відносини швидкостей виражений прямою лінією.

Таким же чином було отримано рішення для пильгерного валка. Якщо припустити, що валок знаходиться на місці тіла А, а прокатываемый матеріал - на місці штифта 5, форма профілю гребеня валка повинна бути параболою, як це і випливає з наведених вище міркувань

При побудові профілю валка спочатку відкладають по

осі абсцис розгортку колу бочки валка ( 20, а). За осі ординат відкладають половину висоти гребеня пили - гримового валка (половину різниці між діаметром гільзи і діаметром труби). Потім будують параболу, задаючись довжиною гребеня 100 град, в кутових величинах. Ця вихідна крива (А) повинна бути перенесена тепер на валок ( 20, б). З цією метою окружність валка розбивають на ту ж кількість ділянок, що і на її розгортці ( 20, а). З центру кола по радіусним лініях відкладають відрізки, рівні відстані від осі валка до перетину з вертикалей параболою. Таким чином отримують криву гребеня валка (В). Однак фактична крива, отримана після прокатки в валках, профіль яких побудований описаним способом (крива С, 20, в), не збігається з вихідної кривої Л і помітно відрізняється від параболи. Тим не менш описаний метод застосовувався в Німеччини довгі роки, і тільки останнім часом здійснені спроби поліпшити калібрування, причому параболічна форма кривої залишена як основна.

З метою отримання тонкостінних труб пилигримо - вої прокаткою JI. Клейн розробив так звану багатозонну калібрування. У цій калібрування відносне зменшення поперечного перерізу в початкових ділянках більше, ніж у наступних. Було виявлено, що метал, що накопичився в випусках калібру після кантовки на 90 град., при наступній прокатці розкочується, перебуваючи на вершині калібру. Внаслідок цього у вершині калібру відбувається найбільша деформація і відповідно виникає 34

найбільший тиск. В той же час ця частина калібру є найслабшим місцем валка.

Ф. Кокс запропонував іншу, овальну калібрування, в якій формою овалу створювалося доцільне розподіл тисків. При цьому кут випуску по дільницях було прийнято: в робочому 22 град., а в полирующем - 10 град.

У 1930 р. була запропонована багатозонна калібрування іншого типу, де на різних ділянках поперечного перерізу калібру робітники і холості ділянки чергувалися по периметру калібру з метою вирівнювання розтягування. Холості ділянки представляли собою як би пази або канавки, нанесені по колу. Максимальне тиск, який при звичайних калибровках виникало у вершині калібру, розподілялося в цьому випадку більше рівномірно в окремих зонах деформації по ширині калібру.

Зазвичай застосовували четырехзонные калібрування, проте були також випадки застосування шести - і восьмизонных калібрувань. Кут кантовки при таких калибровках становив вже не 90 град., а вибирався таким чином, щоб метал, який перебував у холостих ділянках при першій прокатці, потрапляв при другий прокатці точно в середину робочих ділянок.

Дана калібрування виявилася досить успішною, і з цих пір можливість отримання тонкостінних труб залежала вже не від форми калібру, а від властивостей прокатываемого металу при високих температурах. При подальшому розвиток калібрування виникла думка побудувати для кожної ділянки окрему криву гребеня, тобто домогтися того, щоб довжина кривої гребеня перебувала в певному співвідношенні з опором деформації прокатываемого матеріалу.

Якщо припустити, що в кожній зоні багатозонного валка прокочується рівний обсяг металу, то на ділянках, що лежать ближче до випуску, довжина кривої гребеня буде більше і, отже, час деформації також буде більше, ніж на ділянках, що лежать ближче до вершини калібру. У вершині калібру коефіцієнт напруженості буде вище, ніж на всіх інших ділянках. Напруги металу на різних ділянках також будуть різні.

Криву гребеня окремих робочих ділянок будують так, щоб велика деформація здійснювалася на ділянках більшої протяжності. При цьому для різних прокатуваних матеріалів приймають певне граничне значення коефіцієнта напруженості.

З зробленого можна зробити висновок, що найкращою многозонной калібруванням є та, при якій по всьому периметру калібру досягається постійний коефіцієнт напруженості.

Під час прокатки між двома пильгерными валками дорн і прокатываемая гільза здійснюють зворотно-поступа - вування рух, величина якого знаходиться у відомому співвідношенні до повороту валка. Цей процес можна уявити собі як пересування листа під впливом трьох валків А, У PI, що обертаються з різною швидкістю. Лист при цьому буде рухатися вперед зі швидкістю, меншою, ніж максимальна, і більшою, ніж мінімальна окружні швидкості валка.

Якщо припустити, що пересування листа здійснюється тільки валками А і В9 а один з валків (наприклад, В) обертається швидше, ніж інший, то це викличе більш швидкий рух листа і прискорення обертання валка Л, що має меншу швидкість. Внаслідок цього на тихохідному валці А виникне обертаючий момент, який буде прагнути перешкодити швидкому обертанню. Одночасно з цим на швидкохідному валки при цьому також виникне момент, має протилежний знак.

Якщо ж тепер знову розглянути три або більше кількість валків, між якими виникають моменти і проти - вомоменты, то, очевидно, для здійснення рівномірного руху аркуша необхідно, щоб сума всіх моментів, що діють на відповідних валках, була рівна нулю. У цьому випадку лист буде рухатися з деякою середньою швидкістю. Можна сказати, що в даному випадку процес руху другого валка можна розглядати як джерело руху листа, що відповідає середній швидкості рухи.

Таким чином, якщо на тіло, що знаходиться в русі, впливають одночасно декілька різних швидкостей, то воно буде рухатися з середньою швидкістю, що залежить від величини і напряму окремих швидкостей.

Якщо повернутися до розгляду руху дорна та гільзи при пильгерной прокатці, то можна зробити висновок, що воно визначається окремими точками поверхні зіткнення між стінками калібру і прокатываемого металу. Однак внаслідок різної відстані від осі валка ці точки мають різну швидкість. Тому дорн і гільза, як це випливає з сказаного, будуть рухатися з деякою середньою швидкістю.

З^за різниці швидкостей точок поверхні дотику виникають в металі додаткові напруги, які можуть викликати поява поперечних тріщин у тонкій, вже значно охолодженої стінці труби. Щоб уникнути їх утворення та здійснити безперешкодно прокатку, необхідно виділити робочі ділянки, що мають швидкість, однакову зі швидкістю дорна.

З форми калібру можна бачити, що певні ділянки поверхні, які внаслідок їх симетричності мають однакову відстань від середини валків, що відповідають заданим умовам. Розташування таких ділянок на поверхні калібру, пропорційних відповідному радіусу, може бути знайдено як середнє значення суми радіусів.

Оскільки калібр у своєму радіальному перерізі являє собою коло, з рівняння окружності шляхом підстановки відповідних значень х можна отримати значення: у* = р* - х\

Проілюструємо сказане прикладом. Нехай ідеальний діаметр валків D = 1000 мм, а діаметр калібру d = 240 мм

Таким чином, робочі ділянки повинні бути в нашому випадку розташовані в тій точці калібру, яка знаходиться на відстані 409,2 мм від осі валка.

Щоб знайти точне розташування робочих зон по всьому гребеню пилигримового валка, необхідно знайти відповідні значення середнього діаметра для інших точок. У нашому прикладі величина _ майже відповідає відношенню 3 : 4. Воно дещо більше, ніж 0,75. Це вийшло в результаті нехтування наявністю випусків. Якщо ж взяти до уваги випуски, то ставлення - вийде рівним точно 3:4.

Таким чином, використовуючи значення знайденого коефіцієнта, можна знайти положення робочих ділянок в кожному окремому калиоре за величиною - м, що дозволить розташувати робітники і неодружені зони валків так, як це показано на 25. При цьому потрібно кантування гільзи на 45 або 120 град.

Для вибору кривий гребеня пильгерного валка до цього часу в якості первісної форми використовували зазвичай параболу. Однак при перенесенні цієї кривої в процесі прокатки з пильгерного валка на гільзу не виходило повної відповідності її з розрахунковими даними. Відхилення кривої було особливо велике на найбільш криволінійної частини гребеня, хоча на пологому ділянці збіг було досить близьким.

При більш пологою вихідної кривої розбіжність кривий гребеня у найбільш крутій частині калібру було також незначним.

При такому профілі гребеня пильгерного валка не досягається висловлене раніше умова про необхідність більшої деформації матеріалу в більш пластичному стані.

Рівномірне обтиснення металу на рівних центральних кутів призводить до того, що можлива величина деформації не використовується повністю на початку пильгерной прокатки і може в кінці її внаслідок значного охолодження металу. Тому:му таким способом можна отримати доцільною форми кривої гребеня пильгерного валка.

Спроби побудувати криву гребеня пилигримого валка виходячи з постійності кута захвату також виявилися невдалими. Процеси при пильгерной прокатці визначаються не кутом тертя, як це буває при гладких циліндричних валках, а величиною деформації. Виникаючі при цьому зусилля змінюються внаслідок обертання валка, що має змінну розтин. В даному випадку результуюча сил тиску розташована майже перпендикулярно дотичній до напрямку обертання, тому лише на початку процесу можливо розглядати умови захоплення металу валками.

В процесі подальшої прокатки кут захоплення може бути більше, ніж відповідний кут тертя, до практично прослизання металу у валках не виникає.

При подальшому обертанні валка робочий ділянку його вдавлюється в метал внаслідок безперервно збільшується діаметра і здійснює таким чином прокатку.

При калібрування валків пильгерных станів застосовувалася раніше параболічна форма гребеня була прийнята в якості основного типу кривий, але вона піддавалася подальшим дослідженням і поліпшень, щоб забезпечити постійне відносне зменшення поперечного перерізу. Однак здійснення такої умови призводило до відомим суперечностей.

Виходячи з зазначеного умови на прокатаної гшлигримо - вої голівки слід знайти калібр, де в процесі деформації зменшення розглянутого поперечного перерізу залишається постійним, а відносини площ перерізів, віддалених один від одного на відстані As, також мають однакові значення.

Так як обтиснення пропорційно радіусах, відповідно з 26 повинно бути

Якщо прийняти, що рівняння кривої пилигримовой головки у = f(x), то значення х = s буде відповідати певне значення. Можна прийняти, однак, що кривий пильгерной головки є парабола ( 27), має точки дотику: Р - з горизонтальною віссю х на відстані А і Q - з вертикальною віссю у на відстані від початку координат.

Щоб перемістити криву за одержаним виразом на пильгерный валок, дане рівняння має бути перетворено. В цьому випадку кут полірувального ділянки складе 100 град., а кут вихідного ділянки - 30 град. Тоді довжина ідеальної окружності в області гребеня пилигримового валка А = = 785 мм. При таких умовах рівняння параболи і гребеня пильгерного валка отримають наступну форму: параболи

Ці формули дають можливість легко перевірити правильність обраної кривої профілю пильгерного валка. Необхідно тільки побудувати графічно ( 29) параболу, довжина абсциси якої А = 785 мм відповідає куту гребеня 90 град., а висота ординати, відповідна підйому гребеня пильгерного валка, дорівнює 75 мм .

Якщо провести променеві лінії, що проходять через криву калібрування на постійному відстані da, то відрізки між окружністю валка і кривий повинні бытр пропорційні відповідним поперечному перерізу, получающемуся після прокатки, т. е.показывает відстань між окружністю відповідної вершини калібру і кривий гребеня пильгерного валка. Вона буде відповідати необхідної пропорційності поперечного перерізу тільки в тому у разі, якщо до нього буде додано половина відстані від окружності по бочки валка до окружності по вершині калібру.

Виведена формула характерна для гіперболи вищого порядку. Де Граль розглядав зазначену криву як пряму. Дійсно, це відповідає випадку, коли da = Про, що, однак, практично неможливо. При розгляді залежності обтиснення по товщині стінки б (нею є відстань між кривий гребеня і дорном) необхідно

рівняння підставити замість величину б. В цьому випадку

також виходить гіпербола, яка задовольняє наведеним рівнянням.

З структури запропонованої формули легко бачити, що форма гіперболи буде іншою, якщо зміниться товщина стінки. Звідси випливає практичний висновок, що при розрахунку калібрування потрібно враховувати не тільки розміри гільзи, але і можливо точно визначати товщину стінки готової труби. Таким чином, відносне обтиснення по товщині стінки гільзи залежить не тільки від форми кривої, але також і від товщини стінки труби.

Оптимальні умови прокатки можуть бути досягнуті в тому разі, якщо допускаемое тиск прокатки використовується повністю. Відносні обтиснення не пов'язані, однак, безпосередньо з тиском прокатки. Звідси випливає, що форма кривої гребеня пильгерного валка могла б бути побудована виходячи зі сталості тиску прокатки.

Побудова профілю гребеня пильгерного валка за наведеною вище формулою для f(a) важко, оскільки в ній не визначено залежність між da і у. Тому потрібно висловити деякі загальні міркування.

Щоб більш ясно уявити собі вплив товщини стінки на форму кривої гребеня пильгерного валка при всіх інших рівних умовах, для попереднього прикладу зроблені розрахунки при товщинах стінки 2, 3, 7 і 10 мм. Для кожного з цих значень визначені значення констант Ь та інших величин

Щоб знайти критичне значення кривий гребеня пильгерного валка, для того ж самого прикладу проведені розрахунки параметрів кривої виходячи з товщин стінки 0,5; 0,1; 0,01 і 0,001 мм

Отримані додатково чотири кривих нанесені знизу на 31. Характерне зміна кривої гребеня відбувається тільки в першій третині розгортки дуги по вершині калібру.

Останні дві третини кривої асимптотично наближаються до лінії абсциос. Якщо врахувати діаметр дорна, то з відповідних кривих можна визначити зміну товщини стінки труби.

З аналізу отриманих кривих випливає, що, оскільки з зменшенням товщини стінки обтиснення гільзи відбувається головним чином у передній частині гребеня, є можливість зменшити кут останнього, відповідно збільшивши кут поліруючого ділянки валка.

Гарні результати виходять практично при зменшенні гребеня валка з 90 до 65 град, і при відповідному збільшенні довжини поліруючого ділянки.

Прокатка в пильгерных валках такого типу дозволяє забезпечити вузькі допуски за розмірами труби. Подальша практична робота дозволить значно поліпшити калібрування пильгерных валків і ще більше звузити величину допусків.

 

 

ЗМІСТ: Калібрування інструменту для виробництва безшовних труб

 

Дивіться також:

        

Контрольно-вимірювальні інструменти і техніка вимірювань

Для контролю виготовлення деталей, складання і ремонту механізмів і машин використовують різні вимірювальні засоби - інструменти і прилади.

 

Види вимірювального інструменту - штангенглубиномер, штангенциркуль...

Види вимірювального інструменту. Серед найпоширеніших вимірювальних інструментів зазвичай домінують

 

Слюсарні роботи. Вимірювальний інструмент. Ремонт легкових...

Вимірювальний інструмент. Надійність і довговічність роботи агрегатів і вузлів автомобіля забезпечується точної посадкою (зазор або натяг) їх деталей.

 

Вимірювальний інструмент

Вимірювальний і перевірочний інструмент необхідно утримувати в чистоті, особливо його вимірювальні поверхні; зіткнення вимірювальних поверхонь інструмента з...

 

Калібрування. Технологічність калібрувань

Однак у ряді випадків це обмежується можливостями стану, калібрування інструменту якого повинна забезпечувати простоту налаштування стану і стійкість процесу формування...

 

Контрольно-вимірювальні прилади та інструмент

§ 1. Призначення контрольно-вимірювальних приладів та інструменту.
У відповідності з цим розроблено і конструкції вимірювальних інструментів і приладів.

 

Останні додавання:

 

Збірні фундаменти Слюсарні та складальні роботи

Промислові будівлі Попередньо напружений залізобетон

Опалення і вентиляція Токарна справа арматурна сталь ОПАДИ СТІЧНИХ ВОД

Вторинні ресурси Теплоізоляція Припливні електростанції