Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ ЗАГОТОВКИ

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается получения труб из непрерывнолитой и деформированной заготовки или слитка.

В настоящее время известен способ винтовой прошивки заготовки, включающий прошивку сплошной заготовки в стане с направляющими дисками [1]. Реализация данного способа позволяет значительно повысить стойкость направляющего инструмента и, соответственно, качество прошиваемых гильз. Недостатком этого способа является невозможность получения тонкостенных гильз из легированных сталей, т.к. при таких режимах прошивки происходит затекание металла в зазоры между диском и валком и торможение заготовки в стане.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является способ винтовой прокатки заготовки, включающий деформирование заготовки валками с последующей прошивкой ее оправкой, установленной в калибре, образованном валками и направляющими линейками, имеющими входной конус, пережим и выходной конус [2].

Недостатком данного способа является невозможность получения качественной поверхности и точных геометрических размеров гильз из-за интенсивного износа направляющих линеек, а также снижение производительности из-за частой смены линеек. Линейки прошивных станов работают в более тяжелых условиях, чем валки. Рабочая поверхность линеек непрерывно соприкасается с горячим металлом, вследствие чего она нагревается до температуры. 850-1100°С, работая при этом на истирание в контакте с горячим металлом и окалиной. В очаг деформации при прошивке непрерывно подается вода, и при паузе, когда металл выходит из контакта с поверхностями валков и линеек, рабочая поверхность линейки резко охлаждается. Это приводит к возникновению значительных растягивающих напряжений (до 700 МПа) и разрушению наружной поверхности линейки.

Задачей изобретения является повышение качества и точности геометрических размеров гильз при прошивке.

Поставленная задача достигается тем, что в способе винтовой прокатки заготовки, включающем деформирование заготовки валкими и оправкой, установленной в калибре, образованном валками и направляющими линейками, состоящими из входного конуса, пережима и выходного конуса, прошивку ведут при постоянном внутреннем охлаждении линеек потоком охладителя, подаваемого через выполненные в них внутренние полости, общая площадь поперечного сечения которых составляет 0,01...0,85 площади поперечного сечения линейки на участке пережима, при этом наружное охлаждение линеек осуществляют в паузах между проходами заготовок.

Заявляемая совокупность отличительных признаков обеспечивает достижение цели изобретения, а именно повышение качества и точности геометрических размеров гильз при прокатке за счет снижения неравномерности распределения температуры по сечению линейки и тем самым уменьшения величины растягивающих напряжений на поверхности и в объеме линейки, что обеспечивает увеличение износостойкости линеек в 4-6 раз. Выполнение полости в линейке общей площадью поперечного сечения, большей, чем 0,85 площади поперечного сечения линейки на участке пережима, приведет к снижению прочностных характеристик и поломке линейки при прошивке. При полости менее 0.01 площади поперечного сечения линейки на участке пережима резко снижается эффективность охлаждения и температура линейки возрастает до 900°С.

Способ прокатки осуществляется следующим образом. Нагретая заготовка задается в рабочие валки, захватывается ими и обжимается в калибре, образованном за счет взаимного сближения контактных поверхностей валков, оси которых наклонены к оси заготовки, и направляющих линеек. В процессе прокатки валки и линейки обильно поливаются водой для наружного охлаждения, при заполнении металлом очага деформации вода не поступает к контактной поверхности линейки и охлаждению подвергаются только боковые поверхности. Это приводит при отсутствии дополнительного охлаждения линейки к интенсивному разогреву контактной поверхности линейки до температуры 1000-1100°С. В предлагаемом способе к линейке подводится дополнительно внутреннее охлаждение через полости (отверстия, одно или несколько), имеющиеся внутри линейки. Общая площадь поперечного сечения отверстий для эффективного охлаждения составляет 0.01-0.85 от площади поперечного сечения линейки на участке пережима. При заполнении металлом очага деформации для предотвращения термоударов подача воды на наружную поверхность линеек прекращается, возможна подача сжатого воздуха. Охлаждение осуществляется потоком воды под давлением 4-8 ати, это обеспечивает интенсивный отвод тепла от контактной поверхности в процессе прокатки, и интенсивность разогрева поверхности линейки уменьшается, температура поверхности снижается до 500-800°С. После выхода металла из контакта с линейкой начинается подача воды на ее поверхность снаружи, что приводит к интенсивному падению температуры поверхности. Поскольку охлаждение осуществляется как снаружи, так и изнутри, неравномерность распределения температуры по сечению не столь велика, как при прокатке без внутреннего охлаждения, и соответственно существенно меньше (на 20-50%) величина растягивающих напряжений в поверхностных слоях линейки, а следовательно, и отсутствуют условия для возникновения трещин на наружной поверхности линеек.

Пример осуществления способа.

Для прокатки труб размерами 108×10 на ТПА с трехвалковым раскатным станом прошивали непрерывнолитую заготовку диаметром 156 мм. По традиционной технологии для их производства используется круг 120 мм. Нагрев заготовок осуществляли в кольцевой печи до температуры 1240°С. Перед прошивкой устанавливали расстояние между валками В=112 мм, обжатие в пережиме 28%, между линейками Л=120 мм, коэффициент овализации 1,07. Угол входного конуса валка составлял ϕ=6°, угол раскатки γ=8°, диаметр оправки 88 мм, угол подачи β=14°.

Прошивку заготовки в гильзу осуществляли на линейках, имеющих два внутренних канала диаметром 12 мм, что составляло 0,023 от площади сечения линейки в пережиме валков, расположенных вдоль продольной оси линейки. В каналы непрерывно подавали воду под давлением 4 ати. Подача воды на наружную поверхность линеек осуществлялась в паузах между прокатками. Прокатка заготовок без внутреннего охлаждения линеек приводила к интенсивному износу их рабочей поверхности и нарушению процесса прошивки, а затем и к выходу их из строя, т.е. разрушению.

Всего по предлагаемому варианту прокатано 60000 тонн труб нескольких типоразмеров. На поверхности линеек после прокатки были отмечены следы износа, однако поверхность линеек была в рабочем состоянии, трещины и выбоины отсутствовали. Стойкость линеек повысилась в 3-4 раза в зависимости от типоразмера труб. Осмотр внутренней и наружной поверхности труб и гильз показал отсутствие дефектов. Трубы по качеству соответствовали требованиям ГОСТ. Металлографические исследования показали полную проработку литой структуры, отсутствие несплошностей и трещин.

Таким образом, предлагаемый способ прокатки обеспечивает получение труб высокой точности по геометрическим размерам с качественной внутренней и наружной поверхностью.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 1315046 В21в 19/02, 13/18 опубл. БИ № 21.1987 г.

2. Прокатное производство. Справочник Т.2. /Под редакцией Е.С.Рокотяна. М.: Металлургиздат. 1962, стр.391-392, 417.