Автор: Пилипенко С.В.

Категории: трубное производство

В статье сделан   анализ и  предложено  развитие существующего  метода расчёта величины обжатий по толщине стенки вдоль конуса деформации холодной пильгерной прокатки. Развитый метод может применяться как при стандартной схеме выполнения подачи – поворота,  так и  при ведении процесса ХПТ с подачей  и поворотом как перед прямым, так и перед обратным ходами. Величина обжатия по толщине стенки вдоль конуса деформации  является определяющей при расчёте обжатия по толщине стенки  в мгновенном очаге деформации, от которой, в свою очередь зависит точность расчётов энергосиловых параметров процесса. Предложенное  в статье  позволит учитывать при расчётах величины обжатия в станах ХПТ как величину  недеформируемой  части металла, возникшую вследствие упругой деформации клети, так и ту часть объёма металла, которая не деформируется после рабочего хода клети в следствие наличия выпусков ручья. Это позволит  повысить  точность распределения величины обжатия по толщине стенки между прямым и обратным ходами клети в контрольных сечениях конуса. 

Ключевые слова: холодная пильгерная прокатка, пластическая деформация, конус деформации,  толщина стенки,  величина деформации

УДК 621.774

Метод расчета  величины обжатий по толщине стенки вдоль конуса деформации станов холодной пильгерной прокатки труб

Пилипенко Станислав Владимирович

докторант
Национальная металлургическая академия Украины

Вступление.  В последнее время  в  практике  холодной прокатки  труб (процесс ХПТ) широко применяются интенсивные режимы обжатий, позволяющие сократить цикличность производства. Производимые реконструкции  прокатных станов и установка нового оборудования дают возможность вести процесс ХПТ с подачей и поворотом в обоих положениях клети, вести процесс на высоких числах двойных ходов и пр.  Новые процессы требуют уточнения метода  расчета силовых параметров процесса ХПТ. Точность расчетов силовых параметров зависит от точности определения  деформационных, поэтому в теории пильгерного процесса этой теме уделяется значительное значение [1].

Целью статьи является анализ и развитие существующего  метода расчёта величины обжатий по толщине стенки вдоль конуса деформации, так как эта величина является определяющей при расчёте обжатия в мгновенном очаге деформации, от которой в свою очередь зависит точность расчётов энергосиловых параметров процесса.

Анализ исследований. Согласно правилу П.Т. Емельяненко «величина обжатия в периодической части пилигримовой головки равняется разности между высотой рассматриваемого сечения и высотой сечения, отстоящего от него на таком расстоянии, при котором объем, заключённый между этими сечениями, равен объёму подачи металла» [1, 2]. Одним из важнейших вопросов является проблема определения расстояния между этими сечениями (Δх, см. рис. 1)

Рисунок 1 - Схема к определению обжатия по толщине стенки трубы вдоль конуса деформации  за цикл пильгерной  прокатки [3]

В настоящее время для определения величины Δх наиболее часто используют формулу Я.Е. Осады [3]:

                         (1)

где Sx– толщина стенки трубы в сечении; tgγ и tgα - конусности развертки калибра и оправки на участке. 

Для расчёта величины обжатия по толщине стенки трубы вдоль конуса деформации за цикл пильгерной прокатки могут использоваться две формулы:
-формула Я.Е. Осады [3-4]:
;                              (2)
- формула Б.М. Рогова [3-4]:
,                                           (3)
где μΣx = Fз/Fx.

Выделение нерешённого. В существующем на данный момент методе расчета величины обжатий по толщине стенки вдоль конуса деформации распределение обжатий между прямым и обратным ходами осуществляется с помощью эмпирического коэффициента, что уменьшает точность расчётов. Развитие метода расчёта параметров процесса холодной пильгерной прокатки  в этом направлении является актуальным.

Основной материал. После обратного хода форму поперечного сечения трубы можно с небольшими допущениями считать кольцевидной (в случае ведения процесса с  выполнением подачи и поворота классическим способом). Тогда площадь поперечного  сечения  контрольных сечений конуса деформации равна:

.                                           (4)

Однако после прямого хода в выпусках толщина стенки трубы полностью не раскатывается (см. рис. 2) и остаётся утолщённой.

Рисунок 2  - Форма поперечного сечения трубы в сечениях конуса деформации стана холодной пильгерной валковой прокатки (при использовании калибра с выпусками «по радиусу»)

В станах ХПТ зазор между оправкой и внутренней поверхностью  трубы в зоне выпусков практически отсутствует, зазор между калибрами очень мал, тогда   площадь сечения трубы после прямого хода в любом сечении конуса, деформации состоит из суммы площадей  трубы в донной части калибра и суммы площадей  трубы в  выпусках:

 .                                        (5)

Площадь поперечного сечения трубы в донной части калибра равна:

 .                                (6)

На рисунке 3 показана детальная схема части поперечного сечения трубы находящейся в выпусках калибра.   Из треугольника О/ОF:

                                                              (7)

Рисунок 3 - К расчету площади выпусков трубы в сечениях конуса деформации стана холодной пильгерной валковой прокатки (при использовании калибра с выпусками «по радиусу»)
Из (7):

                                                 (8)

Тогда, с небольшими допущениями площадь CDEFG:

.               (9)

Окончательно, площадь трубы после прямого хода:

,   (10)

где Sв – толщина стенки в выпусках; α – угол выпуска в радианах.

Вытяжка трубы за прямой ход:

                                                  (11)

Исходя из (3, 4, 10, 11), обжатие по толщине стенки вдоль конуса деформации после прямого хода клети можно рассчитать по формуле:      (12)

где Δпр – величина упругих деформаций при прямом ходе.

Зная из формулы 3 общую вытяжку за цикл прокатки   величина обжатия при обратном ходе клети:

 .                                       (13)

На рисунке 4 показаны результаты расчетов величины обжатия по толщине стенки в контрольных сечениях зоны обжатия согласно предложенному методу. Как видно из графика, доля величины обжатия по толщине стенки, которая остаётся для раскатки при обратном ходе клети колеблется от 9,4 до 20,3 %. Как видно из графика (рис. 4), с увеличением величины подачи m величина не деформируемой части металла при прямом ходе клети растет. Это случается вследствие увеличения упругих деформаций клети и необходимого для ведения процесса увеличения значений   развалки калибров.  В существующем методе расчета распределение обжатий между прямым и обратным ходами осуществлялось бы коэффициентом, оставляя соотношение между обжатиями при прямом и обратном ходами неизменным. Таким образом, величина металла в выпусках калибра и величина упругих деформаций при расчете не учитывались, что    снижало бы на точность расчетов.

Рисунок 4 - Результаты расчетов изменения распределения величины обжатия по толщине стенки вдоль конуса деформации при различных значениях величины подачи (стан ХПТ-32, маршрут -38х3,2-25х1,65)

Предложенный метод можно использовать для расчёта величины обжатий по толщине стенки вдоль конуса деформации в случае ведения процесса ХПТ с подачей и поворотом как перед прямым, так и перед обратным ходами. Однако, следует учитывать, что данный процесс усложнён следующими факторами: обжатия происходят как при прямом, так и при обратном ходах; наблюдается принципиальная разница в процессах деформации прямого и обратного ходов.
Первый фактор не позволяет игнорировать упругие деформации обратного хода. Также следует учесть величину вытяжки, вызванную величиной недеформированного металла выпусков от предшествующего хода.
Также следует учесть особенности процессов деформации при обратном ходе клети. Основное отличие в том, что величина обжатия в периодической части пилигримовой головки при обратном ходе клети равняется разности между высотой рассматриваемого сечения и высотой сечения, отстоящего от первого на расстоянии, равном произведению величины подачи трубы перед обратным ходом на величину вытяжки в мгновенном очаге деформации (см. рис 5).  Другими словами, объем металла между этими сечениями может отличаться от объёма подачи.

Рисунок 5 Схема к определению обжатия по толщине стенки трубы при обратном ходе клети

При обратном из-за полученных в ходе деформации величины вытяжки конус деформации сдвигается не перед движущейся клетью (как при прямом ходе), а позади движения клети. Тут наблюдается процесс периодической прокатки с нарастающим обжатием, а не процесс пильгерования в своём общем представлении. Данный постулат нигде не сформулирован в таком виде, однако он реализован в следующей формуле [5]:

,                  (14)
где μх_МгОбр – вытяжка в сечении, в мгновенном очаге деформации при обратном ходе.

ВЫВОДЫ

В ходе анализа существующего метода расчёта величины обжатия трубы по толщине стенки вдоль конуса деформации станов холодной пильгерной прокатки труб сделан вывод о том, что существующий на данный момент метод расчёта этой величины требует развития.  Распределение величины обжатия между прямым и обратным ходами осуществляется с помощью коэффициента, который не в полной мере учитывает влияния множества факторов процесса. Предложенное развитие метода   позволяет учитывать при расчётах величины обжатия в станах ХПТ как величину недеформируемой части металла, возникшую вследствие упругой деформации клети, так и ту часть объёма металла, которая не деформируется после рабочего хода клети вследствие наличия выпусков ручья.   Данное предложение позволит повысить точность расчётов деформационных параметров пильгерной прокатки труб. 

Литература