Дипломная работа: Технологический процесс производства труб на ТПА-80 путем установки обжимного стана

Длина трубы на охладительном столе равна:

Перед редукционным станом на пиле обрезки заднего конца черновой трубы отрезается еще мм, значит длина трубы будет равна:

Общий коэффициент вытяжки по агрегату на данном размере трубы равен:

Поэтому длина одной части заготовки после резки на ножницах горячей резки будет равна:

Так как после печи штанга режется на три равные части, то длина штанги будет равна:

Принимаем длину заготовки (L_з) равную 6000 мм.

2.2 Расчет калибров прокатного инструмента

2.2.1 Расчет калибровки инструмента прошивного стан

На основании теоретических данных угол наклона образующей входного конуса валков (конус прошивки) обычно принимают равным ц₁ = 2 ч 4⁰. Принимаем ц₁ =4⁰. угол наклона образующей выходного конуса (конус попречной раскатки) выбирают равным ц₂ = 3⁰30' ч 5⁰. Принимаем ц₂ = 5⁰.

Диаметр бочки валков выбираем из эмпирической зависимости:

D_б = D₀ + (400 ч 900),

где D₀ - диаметр обжатой заготовки

D_б = 9,8 + 800 = 920,0 мм

Длина бочки валка определяется:

L_б = (0,5 ч 0,7) * D_б,

L_б = 0,67*920 = 616,4 мм

с = р = ,

где р - длина поперечной раскатки

с = р = мм

Определим диаметр цилиндрического пояска:

д_ц = D_г - R,

где D_г - диаметр гильзы (9,85 мм);

R - величина раскатки. R = 6 ч 15 мм.

R = D_г - 2*S_г - д_н,

где S_г - стенка гильзы (17,2 мм)

д_н - диаметр оправки (84,0 мм)

R = 9,85 - 2*17,2 - 84 = 7 мм

д_ц = 9,85 - 7 = 118 мм

Длину цилиндрического участка принимают равной l_ц=15 мм.

Определяем диаметр оправки в конце раскатного участка:

д_р = д_ц - 2*l_р*tgц₂

где l_р- длина раскатного участка

l_р = (0,5ч1,5)* ,

где - величина винтовой линии гильзы.

= *D_г*tgв**Е_г,

Где в - угол подачи валков - 9,8⁰;

з₀ - коэффициент осевого скольжения - 0,73;

з_в - коэффициент скольжения при вращении - 0,102;

Е_г - коэффициент овальности гильзы на выходе - 1,02.

= 3,14 * 9,85 * 0,2 * 0,77 * 1,02 = 63,9 мм

l_р =0,5 * 63,9 = 31,95 мм

д_р = 118 - 2*31,95- 0,07 = 54,03 мм

Определяем величину выдвижения пояска оправки за пережим:

К = l₁ - 0,5* l_ц- ,

где l₁ - длина рабочей части оправки;

в - расстояние между валками, равное 115мм;

ц₁ - угол конуса прошивки, равный - 3⁰.

l₁ = д_р + (20 - 30),

l₁ = 54,03 + 30= 84,03 мм

К = 84,03 - 0,5*15 - = 9,8,24 мм

Определяем расстояние от края бочки валка до носка оправки:

y = р + К ,

y = 300 + 9,8,24 = 39,8,24 мм

Определяем обжатие перед носком оправки:

е_н = *100%,

е_н = *100% = 7,8%

Определяем расстояние между линейками в пережиме:

),

е= ,

е =

A_n = 109*(1+0,75*0,13*) = 9,80,07 мм

Определяем угол наклона образующей гребня линейки с входной стороны:

,

где l - длина конуса прошивки.

l = 0.5*(L_б - l_ц)

l = 0.5*(616,4-15) = 300,7мм

щ₁ = 4⁰58'

Определяем угол наклона образующей гребня линейки с выходной стороны:

,

щ₂ = 9⁰17'

2.2.2 Расчет калибровки инструмента непрерывного стана

Идеальный диаметр валков непрерывного стана определяем по формуле:

,

D_i = 4,0 *95,0 = 380 мм

Диаметр бочек валков находим по формуле:

D_б = D_i -_в,

где _в - зазор между ребордами валков.

D_б = 380 - 5 = 375 мм

Принимаем D_б = 400,0 мм

Длина бочки рассчитывается по формуле:

L_б = (0,65 - 0,85)* D_б,

L_б = 0,75*400 = 300,0 мм

Суммарное обжатие стенки в непрерывном стане:

S = S_г - S_н,

S = 17,0 - 7,2 = 9,8 мм

Распределение обжатия по толщине стенки в клетях со второй по седьмую определяем, пользуясь следующей эмпирической зависимостью параболического типа:

S_i = (0,0417 + )*S,

где i - порядковый номер клети

S₂ = (0,0417 + )*9,8 = 4,33 мм;

S₃ = (0,0417 + )*9,8 = 2,61 мм;

S₄ = (0,0417 + )*9,8 = 1,39 мм;

S₅ = (0,0417 + )*9,8 = 0,65 мм;

S₆ = (0,0417 + )*9,8 = 0,41 мм;

При этом условно полагают, что толщина стенки в выпусках рассматриваемого калибра приближенно равна толщине стенки в вершине предыдущего. Тогда:

S₂ + S₄ + S₆ = S,

S₁ + S₃ + S₅ = S,

Поэтому обжатие в первой клети определяется разностью:

S₁ = S - (S₃ + S₅),

S₁ = 9,8 - (2,61 + 0,65) = 6,54 мм

Находим толщину стенки трубы по вершинам калибров:

S = S_т = S₆ = S₅ = S_н = 7,2мм,

S₄ = S_н +S₆ = 7,2 + 0,41 = 7,61 мм

S₃ = S_н +S₅ = 7,2 + 0,65 = 7,85 мм

S₂ = S_н +S₆ + S₄ = 7,2 + 0,41 + 1,39 = 9 мм

S₁ = S_н +S₅ + S₃ = 7,2 + 0,65 + 2,61 = 10,46 мм

Определим высоту калибров для клетей:

h₁ = д_н + 2*S₁ = 84 + 2*10,46 = 104,92 мм

h₂ = д_н + 2*S₂ = 84 + 2*9= 102 мм

h₃ = д_н + 2*S₃ = 84 + 2*7,85=99,7 мм

h₄ = д_н + 2*S₄ = 84 + 2*7,61 =99,22 мм

h₅ = д_н + 2*S₅ = 84 + 2*7,2 = 98,4 мм

h₆ = д_н + 2*S₆ = 84 + 2*7,2 =98,4 мм

h₇ = h₈= 98,4 мм

В непрерывных станах применяют следующий принцип построения калибровок. В первых клетях, где труба толстостенная и охват оправки трубой не имеет значения, чаще всего применяют калибры с овальностью 1,20-1,25. В клетях с третьей по пятую используют калибры с овальностью

1,24-1,25, а в двух последних, округляющих - 1,02-1,06 ( иногда до 1,09).

Ширину калибров определяем исходя из соотношения:

b_i = _i * h_i,

где _i - коэффициент овализации калибров.

b₁ = ₁ * h₁ =1,22* 104,92 = 128 мм

b₂ = ₂ * h₂ = 124,44 мм

b₃ = ₃ * h₃ = 123,63 мм

b₄ = ₄ * h₄ = 123,03 мм

b₅ = ₅ * h₅ = 120,02 мм

b₆ = ₆ * h₆ = 120,02 мм

b₇ = ₇ * h₇ = 101,35 мм

b₈ = ₈ * h₈ = 101,35 мм

Находим радиусы выпусков по формуле:

r_i = Ѕ*(1,6 - 1,8)*h_i,

r₁ = 89,18 мм

r₂ = 86,7 мм

r₃ = 84,75 мм

r₄ = 84,34 мм

r₅ = 83,64 мм

r₆ = 83,64 мм

Эксцентриситет калибров для седьмой и восьмой клетей находим

по формуле:

мм,

мм,

Аналогично проводим расчет для труб размером 60,3х6,5мм.

Результаты расчетов калибровки валков непрерывного стана сведем в таблице 7.

Таблица 7 - Калибровка валков непрерывного стана

2.2.3 Расчет калибровки инструмента редукционного стана

Расчет производим для труб размером 63,3x6,5 мм. Идеальный диаметр валков редукционного стана определяется из зависимости:

,

D_i = 3,5*95,0 = 333,0 мм

Диаметр бочки валка находим по формуле:

D_б = D_i - ,

где = 1,8 мм - зазор между ребордами валков

D_б = 333 - 1,8 = 331,2 мм,

Ширина реборды валков редукционного стана принята равной b_p =80,0 мм

Длина бочки валка находиться по формуле:

,

мм

По характеру изменения частных деформаций клетей редукционного стана могут быть разделены на три группы:

- головную в начале стана, в которой обжатие интенсивно увеличивается по ходу прокатки;

- калибрующую в конце стана, в которой деформация уменьшается до минимального значения;

- группу клетей между ними (среднюю), в которых частные деформации максимальны или близки к ним.

Величина общей деформации трубы по диаметру:

е_общ= ,

е_общ =

Средняя (по клетям) деформация трубы по диаметру:

* 100,

где N - количество клетей.

Средние диаметры калибров рассчитывают по формуле:

d_i = d_i-1*(1 - е_cp),

d₁ =102мм

d₂ = 98,2 мм

d₃ = 94,5 мм

d₄ = 90,98 мм

d₅ = 87,6 мм

d₆ = 84,3 мм

d_7-8 = 81,2 мм

Высота калибров клетей:

,

Коэффициент овализации калибров _i = 1,01.

мм

мм

мм

мм

мм

мм

мм

Ширину калибров клетей находим по формуле:

,

b₁ = 102,5 мм

b₂ = 98,7 мм

b₃ = 94,9мм

b₄ = 91,4 мм

b₅ = 88,1 мм

b₆ = 84,7 мм

b_7-8 = 81,6 мм

Определим эксцентриситет калибров:

,

мм

мм

мм

мм

мм

мм

мм

Определяем радиусы калибров по формуле:

,

мм

мм

мм

мм

мм

мм

мм

Таблица 8 - Калибровки валков редукционного стана

2.3 Расчет энергосиловых параметров

2.3.1 Расчет усилия прокатки на обжимном стане

Для определения усилий, действующих на валки при поперечно-винтовой прокатке, необходимо знать площадь контактной поверхности металла с валком.

Длина контактной поверхности определяется наклоном образующей конуса валка и величиной изменения диаметра заготовки на участке этого конуса.

Рассчитаем длину очага деформации по формуле:

где - диаметр заготовки при входе в конус, мм;

- диаметр заготовки при выходе из конуса, мм;

б - угол наклона образующей конуса валка к оси прокатки, град.

Тогда длина очага деформации захватного участка по формуле

обжимного участка:

Общая длина очага деформации равна

Площадь контактной поверхности металла с валком может быть определена с достаточной для практических расчетов точностью по следующим формулам. В конусе прошивки:

где b_п - ширина контактной поверхности в пережиме валков, мм:

где R,r - радиус валка и заготовки в пережиме, мм;

- абсолютное значение обжатия заготовки по радиусу в пережиме, мм.

Тогда:

Определим среднее удельное давление на валок:

где - предел текучести материала заготовки при заданной температуре прокатки, МПа.

Для стали марки 20 при температуре 1200?С, . Тогда по формуле (26):

Усилие металла на валки равно:

2.3.2 Расчет усилия прокатки на прошивном стане

Усилие прошивки определяется:

где - среднее удельное давление в пережиме;

- длина контактной поверхности на участках конусов прошивки;

- длина контактной поверхности на участках конуса раскатки;

- ширина контактной поверхности в пережиме.

При прошивке на бочковидных валках заготовки из углеродистойстали принимается 70 ч 120 МПа, для стали маки 20 принято 85 МПа.

где- диаметр заготовки;

- расстояние между валками в пережиме;

- угол конуса прошивки.

,

где: - диаметр бочки валка;

- угол образующей входного конуса деформации, б₁ = 2 ч 5°, принимается °;

в - угол подачи, в = 4 ч18°, принимается в = 15°.

где: - диаметр гильзы;

- угол конуса раскатки.

где: - угол образующей выходного конуса деформации, , принимается = 6°.

°

где: - относительное обжатие в пережиме;

2.3.3 Расчет усилия прокатки на непрерывном стане

Суммарное давление металла на валки равно:

где - горизонтальная проекция контактной поверхности для зоны редуцирования;

- горизонтальная проекция контактной поверхности для зоны обжатия стенки;