Материал: Технологія виробництва холодної прокатки труб

Визначаємо глибину калібрів у контрольних перерізах таблиця 2.7:

2hx=Дх-λ

де λ - значення величини зазору між калібрами, мм

λ=0,05...1,2 мм

Приймаємо λ=0,5 мм

hкал=Дкал-λ=25-0,5=24,5 мм

h0=Д0-λ, мм

Таблиця 2.6 - Глибина калібрів у контрольних перерізах

hред=Дред-λ=45-0,5=44,5 мм

Визначаємо ширину калібрів за допомогою емпіричних коефіцієнтів:

Вкал=Дкал+(0,3...0,5)=25+0,3=25,3

В0=Д0·1,012=25·1,012=25,3 мм

В1=Д1·1,015=26,86·1,015=27,26 мм

В2=Д2·1,018=28,46·1,018=28,97 мм

В3=Д3·1,023=30,14·1,023=30,83 мм

В4=Д4·1,028=31,78·1,028=32,66 мм

В5=Д5·1,035=33,86·1,035=35,04 мм

В6=Д6·1,043=35,54·1,043=37,06 мм

В7=Д7·1,054=36,74·1,054=38,72 мм

Вред=Дред·1,10=45·1,10=49,5 мм

За наведеною методикою розраховано параметри калібровки і результати розрахунку зводимо до таблиці 2.7.

Таблиця 2.7 - Параметри розгорнення рівчака калібру

2.4 Розрахунок енергосилових параметрів

Величинами відносних деформацій (витяжки, обтиснення й ін.) визначаються найважливіші характеристики процесу прокатки: тиск металу на валки і його розподіл по довжині осередку деформації, геометрія рівчака калібру, режими роботи стану і т.д.  Побудова раціонального калібрування профілю рівчака калібру можливо лише при відомому розподілі відносних деформацій по довжині рівчака.

Особливість процесу холодної прокатки труб - змінна величина абсолютних і відносних деформацій у кожний даний момент прокатки. У цьому полягає одне з основних відмінностей цього процесу від процесу звичайної поздовжньої прокатки.

Геометричні розміри осередку деформації при процесі, що встановився, поздовжньої прокатки залишаються постійними. Тому кожний поперечний переріз заготовки, проходячи через осередок деформації, послідовно ухвалює всі його розміри від площини входу до площини виходу. Різниця між висотою дермуємої заготовки у двох довільно обраних перетинах осередку деформації являє собою величину обтиснення металу при його безперервному переміщенні між даними перетинами.

У процесі холодної прокатки труб кожний перетин деформується в миттєвому осередку деформації, що постійно змінює свої розміри. У загальному випадку різниця між товщинами стінок у двох перетинах не являє собою абсолютного обтиснення по стінці, оскільки за час одного ходу кліті перше із цих перетинів у процесі обтиснення не деформується до розмірів другого перетину.

В основу висновку формул для визначення відносних деформацій покладене правило П. Т. Емельяненко [1], згідно з яким "величина обтиснення в періодичній частині профілю пілігримової голівки рівняється різниці між висотою даного перетину й висотою перетину, що відстоїть від першого на такій відстані, при якому обсяг металу, ув'язнений між цими перетинами, дорівнює обсягу металу подачі".

Висновок розрахункових формул стосовно до конічних калібрувань гребеня рівчака зроблений Я. Ю. Осада [2].

При проектуванні нових маршрутів прокатки труб на станах ХПТ великий інтерес представляє залежність повного тиску металу на валки від основних характеристик процесу.

Численні дослідження, проведені Ю. Ф. Шевакиним, В. И. Соколовским, О. А. Семенов, Д. И. Пирязевим і ін., дозволяють зробити деякі висновки про вплив технологічних параметрів прокатки на величину повного тиску.

Залежність тиску металу на валки від величини подачі можна представити рівнянням прямої лінії. Кут нахилу цієї прямої залежить від товщини стінки труби, що прокочується, її матеріалу, зміни обтиснення і випуску рівчак. Збільшення тиску прямо пропорційно збільшенню сумарної витяжки.

Зміна подачі витяжки приводить до зміни обтиснення стінки труби, а ця величина визначає повний тиск металу на валки. Формули, запропоновані Ю. Ф. Шевакіним, з достатнім ступенем точності характеризують залежність тиску від основних технологічних параметрів процесу.

Розрахунок середнього контактного тиску і сили прокатки за методикою Ю.Ф. Шевакіна[3]:

Розрахунок абсолютного обтиснення по стінці

Абсолютне обтиснення по стінці розраховуємо в кожнім перетині по формулі:

Де γx - кут конусності рівчака калібру в перетині х;- товщина стінки в перетині х;- радіус рівчак калібру в перетині х;- стовщення стінки труби у випусках у перетині х, що розраховується по формулі:

де Vy - питомий обсяг подачі;

αx - кут конусності оправки в перетині х.

Розрахунок напруги текучості

Напругу текучості розраховуємо по наступній формулі:

де  σt0 - значення напруги текучості металу у відпаленому стані при температурі 20 0С, для сталі 08Х18Н10Т σt0 = 275 Н/мм2;

а = 30,2- емпіричний коефіцієнт;= 0,86 - коефіцієнт, що враховує наклеп металу, а також його розігрівши в результаті пластичної деформації;

εx - відносне обтиснення в перетині х, %.

Коефіцієнти а і m різні для кожної марки сталі і температури, при якій здійснюється деформація.

Тоді повне зусилля прокатки буде дорівнює:

де ηз = 1,28 - коефіцієнт форми контактної поверхні;гх - радіус гребеня робочого конуса (катаючий діаметр) у перетині х.

Перший множник у дужках являє собою площу контактної поверхні. Другий доданок - зусилля від редукування.

Результати розрахунків по формам (2.52), (2.53), (2.54), (2.55) і (2.56) заносимо у таблицю 2.8.

Таблиця 2.8 - Результати розрахунку енергосилових параметрів при прокатці труби 25×3,5 мм із заготовки 45,0×6,1 мм.

По результатам розрахунків побудовано графік розподілу повної сили прокатки по довжині робочого конусу (рисунок 2.4).

Розрахунок потужності приводного двигуна стану.

Потужність двигуна розраховуємо по відомій формулі:

де Мпр - момент прокатки;- число подвійних ходів за хвилину.

Момент прокатки розраховуємо по формулі

де Рmax - максимальна сила прокатки;- радіус гребня калібру в перетині, який відповідає максимальній силі прокатки;- обтиснення по стінці в перетині, який відповідає максимальній силі прокатки.

Рисунок 2.4 - Розподіл повної сили прокатки по довжині робочого конусу при прямому і зворотному ході кліті

Момент прокатки розраховуємо по формулі:

де Рmax - максимальна сила прокатки;- радіус гребня калібру в перетині, який відповідає максимальній силі прокатки;- обтиснення по стінці в перетині, який відповідає максимальній силі прокатки.

Розрахунок калібровки та енергосилових параметрів показує, що максимальна сила прокатки склала 539,63 кН. Для цього перетину радіус гребня калібру має значення - Rx = 171,07 мм, а обтиснення по стінці - dtx = 0,313 мм.

Момент прокатки тоді за формулою (2.59) буде дорівнювати:

2,75 кН·м

Тоді потужність двигуна за формулою і  буде дорівнювати:

кВт

2.5 Розрахунок на міцність валка стану ХПТ-55

Вихідні дані:

Матеріал, з якого виготовлені валки - сталь 30ХГСА.

Силові параметри прокатки стана ХПТ-55 приведені в таблиці 2.9.

Таблиця 2.9 - Силові параметри прокатки

Діаметр початкової окружності ведучої шестірні Дв.ш.=336мм.

Розрахункові схеми робочого валка і перетину 3-3 бочки зображені відповідно на рисунку 2.5

Основні геометричні розміри робочого валка стана ХПТ-55 представлені в таблиці 2.10.

Основні геометричні розміри перетину 3-3 робочого валка стана ХПТ-55 приведені в таблиці 2.11.

Таблиця 2.10 - Основні  геометричні розміри робочого валка стану ХПТ-55

Таблиця 2.10 - Основні геометричні розміри перетину 3-3 робочих валків стана ХПТ-55

Розрахунок:

На робочий валок діють: вертикальне зусилля прокатки, окружні і розпірні зусилля ведучих шестірень, а також оборотний момент.

Схема дії цих сил на робочий валок, а також епюри згинаючих і моментів, що крутять, показані на малюнку 2.5.

Окружне зусилля на ведучій шестірні:

Розпірне зусилля

де:  - кут прямозубого зачеплення, приймаємо рівним 20°.

Рисунок - 2.5 Схема дії цих сил на робочий валок

Опорні реакції в горизонтальній площині:

Визначення напруг у перетині 1-1:

Згинальний момент у вертикальній площині:

Згинальний момент у горизонтальній площині

Сумарний згинальний момент

Напруга вигину

Напруга крутіння

Сумарна напруга в перетині 1-1

де: - напруга вигину, що допускається, для матеріалу валка

, - межа текучості матеріалу валка. Для сталі 30ХГСА =850 МПа.- коефіцієнт запасу міцності , з огляду на роботу валка при великих нагружениях, приймаємо n=2,5.

Тоді

Умова міцності дотримується.

Визначаємо напругу в перетині 2-2:

Згинальний момент у вертикальній площині:

Згинальний момент у горизонтальній площині: