Исследование влияния условий прокатки труб в автоматическом стане на технологические параметры и качество труб
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
ООО «ТЕРМАЛ ЭНД МЕТИРИАЛ ЭНЖИНИРИНГ СЕНТЕР»
Abstract
RUS: Цель – разработка методики исследования влияния условий прокатки труб в круглых калибрах в автоматическом стане на короткой оправке на технологические параметры процесса деформации, силовые параметры и геометрию прокатанных труб. Методика. При выполнении исследований использованы: математическая модель процесса деформации при двухпроходной продольной прокатке труб в круглых калибрах на короткой оправке в автоматическом стане, позволяющая при заданных конструктивных параметрах калибров и оправок и их настройки определять изменение толщины стенки трубы по ее периметру, величину контактной поверхности и осевые усилия при прокатке. Результаты. Исследования процесса прокатки труб в автоматическом стане, которую, как правило, осуществляют в два прохода, используя один и тот же калибр валков с кантовкой трубы на 90° между проходами позволили установить следующее. Если прокатку в обоих проходах осуществлять на оправках одинакового диаметра, то теоретически толщина стенки готовой черновой трубы будет постоянна по её периметру. Если прокатку осуществлять на оправках разного диаметра, то, даже теоретически, толщина стенки готовой черновой трубы будет переменна по её периметру. Обычно таблицы прокатки в автоматическом стане составляют таким образом, что для части сортамента зазор между валками, принятый при проектировании калибра, не совпадает с фактическим зазором между валками. Наличие расхождения приводит к тому, что, даже при прокатке с использованием оправок одного и того же диаметра, толщина стенки готовой черновой трубы будет переменна по её периметру. На основании анализа геометрических параметров прокатки дана оценка влияния величин различных параметров на характер изменения толщины стенки трубы по её периметру. Проанализированы силовые параметры прокатки труб при различных величинах смещения оправки в направлении прокатки. Установлено, что смещение оправки в направлении прокатки до положения, при котором плоскость центров валков совпадёт с плоскостью сопряжения цилиндрического и конического участков оправки, снижает осевое усилие на оправку и, следовательно, улучшает условия захвата заготовки. Дальнейшее смещение оправки в направлении прокатки не улучшает условия захвата, но приводит к искажениям очага деформации, требующим для их компенсации сведения валков на определенную величину. Сведение валков, в свою очередь, увеличивает осевое усилие на оправку, что ухудшает условия захвата заготовки. Научная новизна. С использованием расчетных методов и математического моделирования процесса деформации в автоматическом стане продольной прокатки труб на короткой оправке обосновано, что использование в каждом из двух проходов оправок одинакового диаметра снижает поперечную разностенность труб. Получены аналитические зависимости, обосновывающие оптимальные настройки автоматического стана для различных условий прокатки. Для автоматических станов определены зависимости искажения очага деформации и силовых параметров процесса от положения оправки. Практическая ценность. Предложенные методики для определения настроечных параметров стана продольной прокатки труб на короткой оправке могут применяться в автоматических станах классического типа и станов-тандем для управления процессом деформации стенки. Рекомендуется вести прокатку в двух проходах на одинаковых оправках, устанавливая оправку в положении, при котором плоскость центров валков совпадает с плоскостью сопряжения цилиндрического и конического участков оправки.
UKR: Мета – розробка методики дослідження впливу умов прокатки труб в круглих калібрах в автоматичному стані на короткій оправці на технологічні параметри процесу деформації, силові параметри та геометрію труб, що прокатуються. Методика. При виконанні досліджень використано математичну модель процесу деформації за два проходи при поздовжній прокатці труб в круглих калібрах на короткій оправці в автоматичному стані, яка дозволяє при заданих конструктивних параметрах калібрів та оправок і їх настройках визначати зміну товщини стінки труби по її периметру, величину контактної поверхні та осьові зусилля при прокатці. Результати. Дослідження процесу прокатки труб в автоматичному стані, котру, зазвичай, здійснюють за два проходи, використовуючи той самий калібр валків з кантовкою труби на 90° між проходами дозволили встановити наступне. Якщо прокатку в обох проходах здійснювати на оправках однакового діаметра, то теоретично товщина стінки готової чорнової труби буде незмінною по її периметру. Якщо прокатку здійснювати на оправках різних діаметрів, то, навіть теоретично, товщина стінки готової чорнової труби буде змінна по її периметру. Зазвичай таблиці прокатки в автоматичному стані розробляють таким чином, що для частки сортаменту зазор між валками, вибраний при проектуванні калібру, не співпадає з фактичним зазором між валками. Наявність різниці призводить до того, що, навіть при прокатці з використанням оправок однакового діаметра, товщина стінки готової чорнової труби буде змінюватися по її периметру. На підставі аналізу геометричних параметрів прокатки дана оцінка щодо впливу величин різних параметрів на характер зміни товщини стінки труби по її периметру. Проаналізовано силові параметрі прокатки труб при різних величинах зміщення оправки в напрямку прокатки. Встановлено, що зміщення оправки в напрямку прокатки до положення, в якому площина центрів валків співпадає з площиною з’єднання циліндричної та конічної ділянок оправки, зменшує осьове зусилля на оправку и, відповідно, покращує умови захвата заготовки. Подальше зміщення оправки в напрямку прокатки не покращує умови захвата, натомість призводить до спотворення форми осередку деформації, що потребують для їх компенсації зведення валків на певну величину. Зведення валків, в свою чергу, підвищує осьове зусилля на оправку, що погіршує умови захвата заготовки. Наукова новизна. З використанням розрахункових методів та математичного моделювання процесу деформації в автоматичному стані поздовжньої прокатки труб на короткій оправці обґрунтовано, що використання в кожному з двох проходів оправок однакового діаметра знижує величину поперечної різностінності труб. Отримано аналітичні залежності, що дозволяють визначити оптимальні настройки автоматичного стана для різних умов прокатки. Для автоматичних станів визначені залежності спотворення форми осередку деформації та зміни силових параметрів процесу від положення оправки. Практична цінність. Запропоновані методики для визначення параметрів настройки стана поздовжньої прокатки труб на короткій оправці можуть використовуватися в автоматичних станах класичного типу та станах-тандем для керування процесом деформації стінки. Рекомендовано вести прокатку в обох проходах на однакових оправках, встановлюючи оправку в положенні, коли площина центрів валків співпадає з площиною з’єднання циліндричної та конічної ділянок оправки.
ENG: The purpose is to develop a methodology for studying the influence of the conditions of forming tubes in round calibers in a plug mill on a short mandrel on the technological parameters of the forming process, force parameters, and geometry of produced tubes. Methods. When conducting the research, the following was used: a mathematical model of the deformation process during two-pass longitudinal rolling of tubes in round calibers on a short mandrel in n plug mill, which allows, with given design parameters of calibers and mandrels and their settings, to determine the change in the wall thickness along tube’s perimeter, the size of the contact surface, and axial forces when rolling. Results. Studies of the process of rolling tubes in a plug mill, which, as a rule, is carried out in two passes, using the same caliber of rolls with a tube bevelling at 90 degrees between passes, made it possible to establish the following. Tube rolling in a plug mill, as a rule, is carried out in two passes, using the same caliber of rolls with a 90o pipe canting between passes. If rolling in both passes is carried out on plugs of the same diameter, then theoretically the wall thickness of the finished rough pipe will be constant around its perimeter. If rolling is carried out on plugs of different diameters then, even theoretically, wall thickness of the finished rough pipe will be volatile around its perimeter. Usually, tables of tube rolling in a plug mill are created in such a way that, for part of the assortment, the gap between the rolls adopted during the design of the gauge does not equal the actual gap between the rolls. Existence of this discrepancy leads to the fact that, even while rolling using mandrels of the same diameter, the wall thickness of the finished rough pipe will be volatile around its perimeter. Based on the analysis of the geometric parameters of the rolling process, an assessment was made of the influence of the values of different parameters on the nature of the change in the thickness of the pipe wall along its perimeter. The power parameters of the pipe rolling process were analyzed for various values of the plug displacement in the rolling direction. It has been identified that the displacement of the plug in the rolling direction to a position at which the plane of the roll centers coincides with the linking plane of the cylindrical and conical sections of the plug slightly reduces the axial force applied to the mandrel and, therefore, improves the conditions for gripping the workpiece by the rolls. Further displacement of the plug in the rolling direction does not improve the gripping conditions, but leads to distortions of the deformation zone, which requires reduction of the gap between the rolls by the certaine value to compensate for them. Reduction of the gap between the rolls, in its turn, increases the axial force applied to the mandrel, which worsens the conditions for gripping the workpiece. Originality. Using computational methods and mathematical modeling of the deformation process in a plug longitudinal rolling mill on a short mandrel, it is substantiated that the use of mandrels of the same diameter in each of the two passes reduces the transverse wall thickness difference of the tubes. Analytical dependencies are obtained that substantiate the optimal settings of n plug mill for various rolling conditions. For plug mills, the dependences of the distortion of the deformation zone and the force parameters of the process on the position of the mandrel have been determined. Practical implications. The proposed methods for determining the tuning parameters of a longitudinal tube rolling on a short mandrel can be used in plug mills of the classical type and tandem mills to control the process of wall deformation. It is recommended to carry out rolling in two passes on identical mandrels, setting the mandrel in a position in which the plane of the roll centers coincides with the interface plane of the cylindrical and conical sections of the mandrel.
UKR: Мета – розробка методики дослідження впливу умов прокатки труб в круглих калібрах в автоматичному стані на короткій оправці на технологічні параметри процесу деформації, силові параметри та геометрію труб, що прокатуються. Методика. При виконанні досліджень використано математичну модель процесу деформації за два проходи при поздовжній прокатці труб в круглих калібрах на короткій оправці в автоматичному стані, яка дозволяє при заданих конструктивних параметрах калібрів та оправок і їх настройках визначати зміну товщини стінки труби по її периметру, величину контактної поверхні та осьові зусилля при прокатці. Результати. Дослідження процесу прокатки труб в автоматичному стані, котру, зазвичай, здійснюють за два проходи, використовуючи той самий калібр валків з кантовкою труби на 90° між проходами дозволили встановити наступне. Якщо прокатку в обох проходах здійснювати на оправках однакового діаметра, то теоретично товщина стінки готової чорнової труби буде незмінною по її периметру. Якщо прокатку здійснювати на оправках різних діаметрів, то, навіть теоретично, товщина стінки готової чорнової труби буде змінна по її периметру. Зазвичай таблиці прокатки в автоматичному стані розробляють таким чином, що для частки сортаменту зазор між валками, вибраний при проектуванні калібру, не співпадає з фактичним зазором між валками. Наявність різниці призводить до того, що, навіть при прокатці з використанням оправок однакового діаметра, товщина стінки готової чорнової труби буде змінюватися по її периметру. На підставі аналізу геометричних параметрів прокатки дана оцінка щодо впливу величин різних параметрів на характер зміни товщини стінки труби по її периметру. Проаналізовано силові параметрі прокатки труб при різних величинах зміщення оправки в напрямку прокатки. Встановлено, що зміщення оправки в напрямку прокатки до положення, в якому площина центрів валків співпадає з площиною з’єднання циліндричної та конічної ділянок оправки, зменшує осьове зусилля на оправку и, відповідно, покращує умови захвата заготовки. Подальше зміщення оправки в напрямку прокатки не покращує умови захвата, натомість призводить до спотворення форми осередку деформації, що потребують для їх компенсації зведення валків на певну величину. Зведення валків, в свою чергу, підвищує осьове зусилля на оправку, що погіршує умови захвата заготовки. Наукова новизна. З використанням розрахункових методів та математичного моделювання процесу деформації в автоматичному стані поздовжньої прокатки труб на короткій оправці обґрунтовано, що використання в кожному з двох проходів оправок однакового діаметра знижує величину поперечної різностінності труб. Отримано аналітичні залежності, що дозволяють визначити оптимальні настройки автоматичного стана для різних умов прокатки. Для автоматичних станів визначені залежності спотворення форми осередку деформації та зміни силових параметрів процесу від положення оправки. Практична цінність. Запропоновані методики для визначення параметрів настройки стана поздовжньої прокатки труб на короткій оправці можуть використовуватися в автоматичних станах класичного типу та станах-тандем для керування процесом деформації стінки. Рекомендовано вести прокатку в обох проходах на однакових оправках, встановлюючи оправку в положенні, коли площина центрів валків співпадає з площиною з’єднання циліндричної та конічної ділянок оправки.
ENG: The purpose is to develop a methodology for studying the influence of the conditions of forming tubes in round calibers in a plug mill on a short mandrel on the technological parameters of the forming process, force parameters, and geometry of produced tubes. Methods. When conducting the research, the following was used: a mathematical model of the deformation process during two-pass longitudinal rolling of tubes in round calibers on a short mandrel in n plug mill, which allows, with given design parameters of calibers and mandrels and their settings, to determine the change in the wall thickness along tube’s perimeter, the size of the contact surface, and axial forces when rolling. Results. Studies of the process of rolling tubes in a plug mill, which, as a rule, is carried out in two passes, using the same caliber of rolls with a tube bevelling at 90 degrees between passes, made it possible to establish the following. Tube rolling in a plug mill, as a rule, is carried out in two passes, using the same caliber of rolls with a 90o pipe canting between passes. If rolling in both passes is carried out on plugs of the same diameter, then theoretically the wall thickness of the finished rough pipe will be constant around its perimeter. If rolling is carried out on plugs of different diameters then, even theoretically, wall thickness of the finished rough pipe will be volatile around its perimeter. Usually, tables of tube rolling in a plug mill are created in such a way that, for part of the assortment, the gap between the rolls adopted during the design of the gauge does not equal the actual gap between the rolls. Existence of this discrepancy leads to the fact that, even while rolling using mandrels of the same diameter, the wall thickness of the finished rough pipe will be volatile around its perimeter. Based on the analysis of the geometric parameters of the rolling process, an assessment was made of the influence of the values of different parameters on the nature of the change in the thickness of the pipe wall along its perimeter. The power parameters of the pipe rolling process were analyzed for various values of the plug displacement in the rolling direction. It has been identified that the displacement of the plug in the rolling direction to a position at which the plane of the roll centers coincides with the linking plane of the cylindrical and conical sections of the plug slightly reduces the axial force applied to the mandrel and, therefore, improves the conditions for gripping the workpiece by the rolls. Further displacement of the plug in the rolling direction does not improve the gripping conditions, but leads to distortions of the deformation zone, which requires reduction of the gap between the rolls by the certaine value to compensate for them. Reduction of the gap between the rolls, in its turn, increases the axial force applied to the mandrel, which worsens the conditions for gripping the workpiece. Originality. Using computational methods and mathematical modeling of the deformation process in a plug longitudinal rolling mill on a short mandrel, it is substantiated that the use of mandrels of the same diameter in each of the two passes reduces the transverse wall thickness difference of the tubes. Analytical dependencies are obtained that substantiate the optimal settings of n plug mill for various rolling conditions. For plug mills, the dependences of the distortion of the deformation zone and the force parameters of the process on the position of the mandrel have been determined. Practical implications. The proposed methods for determining the tuning parameters of a longitudinal tube rolling on a short mandrel can be used in plug mills of the classical type and tandem mills to control the process of wall deformation. It is recommended to carry out rolling in two passes on identical mandrels, setting the mandrel in a position in which the plane of the roll centers coincides with the interface plane of the cylindrical and conical sections of the mandrel.
Description
Е. Шифрин: ORCID 0000-0002-0270-2212
Keywords
продольная прокатка труб, автоматический стан, толщина стенки, давление на валки, осевое усилие на оправку, поздовжня прокатка труб, автоматичний стан, товщина стінки, тиск на валки, осьове зусилля на оправку, longitudinal rolling of pipes, plug mill, wall thickness, pressure on the rolls, axial force on the plug, КОМТ
Citation
Гуляев Ю. Г., Шифрин Е. И., Квитка Н. Ю. Исследование влияния условий прокатки труб в автоматическом стане на технологические параметры и качество труб. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2021. № 2. С. 3–22. DOI: 10.34185/0543-5749.2021-2-3-22.