Автор: Балакин В.Ф., Гармашев Д.Ю.,Степаненко А.Н.,Угрюмов Ю.Д.,Павловский Б.Г.,

Категории: трубное производство

В соответствии с поставленной задачей исследований в  данной статье (Часть 1), были выполнены исследования процесса прокатки применительно к двухвалковым непрерывным станам с плавающей оправкой. На основании существующего положения была разработана более строгая методика расчета ка­либровки валков и технологических параметров с использованием результатов ранее выполненных работ и собственного опыта.

УДК 621.774.35

Балакин Валерий Федорович
Заведующий кафедрой технологического проектирования
Доктор технических наук, профессор
Национальная металлургическая академия Украины

Гармашев Д.Ю., к.т.н., ведущий инженер ЦЗЛ ПАО «ИНТЕРПАЙП НТЗ».

Степаненко А.Н., ГП «ГИПРОМЕЗ».

Угрюмов Ю.Д., к.т.н., ведущий инженер ГП «ГИПРОМЕЗ».

Павловский Б.Г., к.т.н., научный консультант ПАО «Дне­пропетровский трубопрокатный завод».

Выбор технологических параметров прокатки на непрерывном стане

с плавающей оправкой.

Определение коэффициентов вытяжки металла по клетям непрерывного стана для действующей калибровки валков ТПА 80 ПАО

«Дне­пропетровский трубопрокатный завод».

Изложение основных материалов исследований. В соответствии с поставленной задачей исследований в  данной статье (Часть 1), были выполнены исследования процесса прокатки применительно к двухвалковым непрерывным станам с плавающей оправкой. На основании существующего положения была разработана более строгая методика расчета ка­либровки валков и технологических параметров с использованием результатов ранее выполненных работ и собственного опыта.
Калибровка валков непрерывного стана ТПА 80 ПАО «Дне­пропетровский трубопрокатный завод» работает длительный период. За это время она претер­пела некоторые изменения. В связи с тем, что из-за перегрузки часто ломались валки 3-й клети, выну­ждены были перераспределять деформации между клетями и подбирать практическим путем соот­ветствующие числа оборотов валков, чтобы ее по возможности разгрузить. В конечном итоге была поставлена задача определить коэффициенты вытяжки по клетям для действующей калибровки и разработать усовершенствованную калибровку с заданным режи­мом распределения вытяжек по стану. Форма калибра с первой по пятую клети выполняются овальными. С пятой по седьмую - круглые с прямыми выпусками, в восьмой – профиль калибра круглый без выпусков.
Отличительной особенностью новой калибровки является то, что для первой и четвертой клетей форма калибра выполняется эллипсной.
Поставленную задачу решали аналитически. Методика представленная в данной статье изложена пошагово для каждой клети – от первой до восьмой. Для примера выполнения расчета была принята гильза размером 124×14,5 мм для трубы 95×3,0 мм.
Разработанная методика послужила алгоритмом при создании программы автоматического расчета новой калибровки валков непрерывного стана ТПА 80.

Коэффициент вытяжки μ1 в 1-й клети.

Предполагаем, что в 1-й клети происходит полное заполнение калибра металлом.
  В соответствии с рис. 1 координаты центра О1, радиуса r1, получаются при пересечении радиуса окружности R-r1 и прямой O1G параллельной образующей калибра EF.
,                                              (1)
 ,                                                               (2)
 ,                                                      (3)
 ,                      (5)
 ,                                                        (6)

1. Угол φ равен

                                                                                   (7).
  Площадь треугольника O1OD составляет
                                            (8)

Рис. 1 – Калибр валков первой клети с оправкой.

Площадь фигуры OBCD равна
                               (9)

Площадь сектора О1СЕ равна

                                                                              (10)

Площадь треугольника DO1L составляет

                                                                        (11)

Площадь треугольника L O1Gравна

                                    (12)
Площадь прямоугольника 01EFG составляет   
 ,                                            (13)
Координаты центра О2 окружности радиуса r2 определяются из выражений:
                                   (14)
                                         (15)
Длина отрезка HI равна
                                   (16)
  Длина отрезка FI составляет
                                               (17)
Площадь трапеции GFIH составляет
                                          (18)

Величина радиуса r3 равна

                                                                                     (19)

Угол β определяем из выражения:

                                                                                                   (20)

Длина отрезка О2О3 составляет

                                                                                                          (21)

Длина отрезка О2Н составляет

                                                                                                         (22)
Площадь фигуры НIJО3  находим из выражения:
                     (23)

Площадь сектора O3JN равна

                                                                                            (24)
Площадь калибра 1-й клети равна
                                                (25)
Площадь трубы в калибре составляет
                                                 (26)
где  Fo - площадь сечения оправки,                                                 (27)

Коэффициент вытяжки в 1 -й клети равен

                                               ,                                   (28)
где   DГ  и  СГ - соответственно наружный диаметр и толщина стенки гильзы.

Исходные параметры и результаты расчетов:

Dг=124 мм, Сг=14,5 мм, хО1=14,64 мм, уО1=17,3 мм, φ=9,36 мм, FO1OD= 421,53 мм2, FOBCD= 755,23 мм2, FO1CE= 366,27 мм2,  FDO1L= 24,68 мм2,  FLO1G= 100,94 мм2,  FO1TFG= 626,05 мм2, хО2=68,45 мм, уО2=18 мм, lHI=17,19 мм, lFI=8,64 мм, FGFIH= 203,88 мм2, r3=7,43 мм, β=36,63°, lO2H=32,19 мм, lO2O3=22,43 мм, FHIJO3= 81,71 мм2, FO3JN= 25,70 мм2, FT= 3196,1 мм2, μ=1,56

Коэффициент вытяжки μ2  2-й клети.

Предполагаем, что без заднего натяжения во 2-й клети происходит заполнение калибра метал­лом без затекания последнего в зазоры между валками (рис. 2).

Рис. 2 – Калибр валков второй клети с оправкой.

Площадь фигуры ОВС   равна
                                      (29)
Длина отрезка  О1О равна
                                                 (30)

Величина угла β определяется из выражения:

                                                                      (31)

Длина отрезка О1Е равна

                                                                                       (32)
Площадь фигуры OCDE   составляет
          (33)

Длина отрезка О2Е равна

                                                                                                 (34)

Ширина калибра - b равна

                                                           (35)

Координаты центра О2 окружности радиуса r2 определяются из выражений:

                                                                                     (36)
                                                 (37)

Величина радиуса r3, составляет

                                                                                     (38)

Угол γ равен

                                                                                           (39)

Площадь фигуры EDGO3 равна

                                             (40)

Площадь сектора O3GH составляет

                                                                                          (41)

Площадь калибра 2-й клети равна

                                                          F=4( σ *Fi);                                    (42)

Площадь трубы в калибре составляет

                                                                                                (43) где  Fo - площадь сечения оправки.
                                         (44)
Коэффициент вытяжки во 2-й клети равен
,                                           (45)
Исходные параметры и результаты расчетов:
FOBC= 923,73 мм2, lO1O=121,5 мм, FO1CE= 366,27 мм2, β=33,99°, lO1E=153,69 мм, FOCDE= 993,92 мм2, lO2E=31,31 мм, b=60,78 мм, хО2=67,48 мм, уО2=17,5 мм, r3=7,6 мм, γ=50,73°, FEDGO3= 69,06 мм2,  FO3GH= 25,60 мм2, F= 8049,24 мм2, FT2= 2507,47 мм2, μ=1,2746

Коэффициент вытяжки в 3-й клети

Принимаем, что калибр 3-й клети заполняется металлом. Металл контактирует с оправкой не по всей окружности. В области выпусков калибра стенка трубы не соприкасается с оправкой (рис. 3).

Величина угла у равна

                                                                                         (46)

Координаты точки Т определяем из выражений:

                                                                                         (47)
                                         (48)

Рис. 3 – Калибры валков с третьей по седьмую клетей.

Координаты точки О1, равны

                                                                                      (49)
,                                           (50)

Величина радиуса r1,  составляет

                                              (51)

Площадь части кольца ABCS  равна

                                                                                     (52)
(53)
                                               (54)
Длина отрезка O1S равна
                                    (55)
Длина отрезка QD составляет
                           (56)

Длина отрезка O1Q равна

                                                                                                         (57)

С достаточной точностью фигура SCDQ определяется из выражения:

                                                            (58)

Величина угла η равна

                                                                                                  (59)

Величина выражения А:

                                          (60)

Координаты точки N равны

,                                               (61)
                                       (62)
где СB2 - толщина стенки в вершине калибра 2-й клети.

Координаты точки Р  определяются из выражений:

               (63)
                                         (64)

Длина отрезка DE  составляет

                                   (65)

Длина отрезка PN равна

                                      (66)

Площадь фигуры QDUP с достаточной точностью определяется из выражения:

                     (67)

Площадь фигуры PUEN равна

                                            (68)

Величина угла ψ составляет

                                        (69)

Координаты точки V (на рисунке не показана) равны

                                                                                                  (70)
                                         (71)

Координаты точки О2 определяются из выражений

                              (72)
                                  (73)

Длина радиуса r2 равна

                                                                                   (74)

Угол v определяем из формулы

                                                                                                 (75)

Площадь фигуры NEFM равна

                                                           (76)

Угол ε определяем из выражения

                                                                                                  (77)

Координаты точки W (на рис. не указана) определяем из выражений:

                                                                                                 (78)
                                         (79)

Координаты точки О3  равны

                                                                        (80)
                                      (81)

Координаты центра О4 составляют

                          (82)
                                        (83)

Угол  τ равен

                                                                  ,                                       (84)

Угол χ составляет

                                                                                                       (85)

Площадь фигуры MFIL равна

                                                                                                       (86)

Радиус r5 равен

                                                                                             (87)

Координаты центра окружности радиуса r5 составляют

                                                                                                                    (88)
                                              (89)

Угол λ равен

                                                                                                          (90)

Площадь фигуры LIJK равна
                     (91)

Площадь фигуры LJGH определяем из выражения:
                                             (92)

Площадь трубы в калибре 3-й клети равна

                                                                                                 (93)

Коэффициент вытяжки металла в 3-й клети составляет
 ,                                                            (94)

Исходные параметры и результаты расчетов:

γ=-45,974°, хТ=35,263 мм, уТ=29,713 мм, хО1=-167,754 мм, уО1=-167,754 мм, β=43,412°, r1=283,24 мм, FABCS= 128,33 мм2, хQ=34,652 мм, уQ=23,732 мм, lO1S=279,24 мм, lQD=4,609 мм, lO1Q=278,632 мм, FSCDQ= 33,672 мм2, η=-48,99°, AN=60,694 мм, xN=39,095 мм, yN=15,734 мм, xP=38,804 мм, yP=16,069 мм, lDE=9,144  мм, lPN=0,443  мм, FQDUP= 48,329 мм2, FPUEN= 3,879 мм2, ψ=-53,723°, xV=48,0 мм, yV=14,55 мм, xO2=-1,508 мм, yO2=-19,572 мм, , r2=60,307 мм, ν=28,185°, FNEFM= 83,012 мм2, ε=-66,772°, °, xW=54,0 мм, yW=4,55 мм, xO3=-4,382 мм, yO3=-21,113 мм, r5=9,097мм, xO5=46,903 мм, yO5=0 мм, λ=38,976°, FLIJK= 18,612 мм2, FLJGH= 25,855 мм2,  FT3= 1446,175 мм2, μ=1,734.

Коэффициент вытяжки μ 3 в 4-й клети

В 4-й клети принимаем условно толщину стенки в области выпусков, равной толщине стенки в вершине калибра 3-й клети (рис. 3).
Площадь части кольца ABCS равна
                         (95)
Площадь части кольца SCDQ составляет
                 (96)
Площадь прямоугольника QDEN определяется из выражения
             (97)
Площадь фигуры NEFM составляет
                (98)
Площадь фигуры MFIL равна
                        (99)
Площадь фигуры LIJK равна
                           (100)
Площадь фигуры LJGH определяем из выражения
             (101)
Площадь трубы в калибре 4-й клети составляет
                                                          (102)
Коэффициент вытяжки металла в 4-й клети равен
                                                   (103)
Исходные параметры и результаты расчетов:
FABCS= 138,23 мм2, FSCDQ= 31,178 мм2, FQDEN= 36,575 мм2, FNEFM= 61,985 мм2, FMFIL= 6,881 мм2, FLIJK= 10,372 мм2, FKJGH= 119,312 мм2, FT4= 1218,136 мм2, μ=1,187

Коэффициент вытяжки μ5 в 5-й клети.

Расчеты выполняются по методике для 3-й клети:
γ=-46,188°, хТ=35,09 мм, уТ=29,137 мм, хО1=-111,381 мм, уО1=-111,381 мм, β=42,624°, r1=203,016 мм, FABCS= 120,264 мм2, хQ=34,628 мм, уQ=22,996 мм, lO1S=199,516 мм, lQD=4,583 мм, lO1Q=198,433 мм, FSCDQ= 33,921 мм2, η=-48,99°, AN=63,704 мм, xN=40,981 мм, yN=16,575 мм, xP=34,221 мм, yP=24,35 мм, lDE=9,144  мм, lPN=10,302  мм, FQDEN= 36,575 мм2, ψ=-55,408°, xV=48,0 мм, yV=13,40 мм, AO2=-19,06 мм, xO2=0,642 мм yO2=-18,618 мм, , r2=57,533 мм, ν=27,044°, FNEFM= 54,141 мм2, ε=-69,459°, °, xW=53,5 мм, yW=3,80 мм, xO3=14,056 мм, yO3=-11,77 мм, r3=42,602 мм, xO4=60,461 мм, yO4=13,0 мм, χ=0°, FMFIL= 0 мм2, r5=10,83  мм, xO5=44,14 мм, yO5=0 мм, λ=38,538°, FLJGH= 14,449 мм2, FKJGH = 23,837 мм2,  FT5= 1132,753 мм2, μ=1,075.

Коэффициент вытяжки металла в 6-й клети.

Расчеты выполняются по методике для 4-й клети.
Исходные параметры и результаты расчетов
FABCS= 120,264 мм2, FSCDQ= 29,205 мм2, FQDEN= 32,003 мм2, FNEFM= 53,092 мм2, FMFIL= 0 мм2, FLIJK= 7,497 мм2, FT6= 1218,136 мм2, μ=1,075.

Коэффициент вытяжки металла в 7-й клети

Принимаем, что металл заполняет калибр клети по контуру, не соприкасаясь с оправкой.
В соответствии с рис. 4 определяем угол φ:
                                     (104)

Рис. 4 – Калибры валков седьмой и восьмой клетей.

Координаты точки О1 равны

                                                                                                 (105)
                                            (106)
Координаты точки О2 определяем из выражений:
                                             (107)
                                             (108)

Координаты точки  ОB составляют

                                                                                                                 (109)
                                  (110)

Радиус r2 равен

                                                                                             (111)
Площадь трубы в четверти калибра, ограниченная углом 90 - φ, равна
                (112)
Площадь трубы в четверти калибра в области выпусков, ограниченная углом φ, составляет
                          (113)
Площадь трубы в калибре 7-й клети равна
                                      (114)
Коэффициент вытяжки в 7-й клети составляет
                                         (115)

Исходные параметры и результаты расчетов:

φ=14,227°, хО1=57,19 мм, уО1=12,0 мм, хО2=9,86 мм, уО2=0 мм,  xB=47,497 мм, yB=9,542 мм,  r2=38,82 мм, F90-φ = 218,692 мм2,  Fφ = 32,21 мм2, FT7= 1003,629 мм2, μ=1,05

Коэффициент вытяжки металла в 8-й клети.

Используем методику для 7-й клети.
Исходные параметры и результаты расчетов:
φ=15,714°, хО1=55,832 мм, уО1=12,0 мм, хО2=13,18 мм, уО2=0 мм,  xB=46,20 мм, yB=12,00 мм,  r2=38,27 мм, F90-φ = 209,877 мм2,  Fφ = 35,056 мм2, FT8= 979,73 мм2, μ=0,96.

Выводы

В данной части статьи представлена ужесточенная методика расчета калибровки для двухвалковых непрерывных станов. В основу данной методики заложено сочетание эллипсной и круглой калибровок.
Предложенная методика была успешно апробирована при прокатке труб на ТПА 80 ПАО «Днепропетровский трубный завод» на размере  95×3,0  мм.