Раскатка на 3-х валковом стане Ассела
Агрегаты с трехвалковым раскатным станом винтовой прокатки. Способ винтовой раскатки труб на трехвалковом стане был предложен Вальтером Асселом (W.J.Assel) в 1932 г. Он исследовал этот процесс на лабораторном стане с деревянными валками различной формы, в котором на длинной подвижной оправке прокатывались заготовки из модельного материала (пластопарафина). В результате этих опытов была отработана калибровка инструмента, которая стала классической. Предложеные им валки имеют четыре участка: захватный, гребень, раскатной и калибрующий. Особенности калибровки включают: локализацию деформации на коротком участке гребня, постоянный зазор между трубой и оправкой на раскатном участке и формирование на калибрующем участке зазора, необходимого для последующего извлечения оправки из черновой трубы. Длинная оправка имеет цилиндрический рабочий участок длиной на 1...1,5 м больше длины раскатаной трубы, а также концевую проточку для захвата ее клещами оправкоизвлекателя. Первый трехвалковый стан Ассела был введен в строй в 1935 г.на заводе фирмы"Тимкен роулер беринг". В 1938 г. Эта фирма продала лицензию на строительство подобных станов фирме Маннесманн-Меер. Начиная с 1940 г. агрегаты с трехвалковым раскатным станом получили широкое распространение в США, где были созданы 24 ТПА. В настоящее время свыше 40 трубопрокатных агрегатов этого типа работают во многих станах мира. На этих ТПА производят сравнительно толстостенные трубы с высокой точностью размеров. Поперечная разностенность горячекатаных труб находится в пределах +5...7%, а отклонение по наружному диаметру+0,5%. Потребителями этих труб являются машиностроители. Эти трубы являются экономичной заготовкой для подшипниковых колец и других деталей машин, так как их точные размеры сводят к минимуму механическую обработку. Существуют три вида ТПА с раскатным станом Ассела: малые (D=39...90 мм, S=4...22 мм), средние (D=60...170мм, S=6...42 мм) и большие (D=80...240 мм, S=7,5...60 мм). В большинстве случаев прокатка труб на трехвалковых раскатных станах осуществляется на длинной подвижной оправке, свободно перемещающейся вместе с гильзой- трубой, после чего труба вместе с оправкой передается на цепной или реечный оправкоизвлекатель. В отдельных случаях длинная оправка соединяется с кареткой, которая во время раскатки перемещается в направлении, обратном движению прокатываемого металла. Перед раскаткой передний конец оправки выдвигают из валков в направлении прокатки на несколько метров, а к моменту окончания процесса оправка полностью извлекается из гильзы- трубы. Такой способ прокатки на извлекаемой оправке применяют при раскатке толстостенных труб с отношением D/S от 2,5 до 6, прокатка которых на длинной подвижной оправке затруднена из-за снижения качества труб и ухудшения условий извлечения оправки. Применение извлекаемой оправки устраняет указанные недостатки, позволяет увеличить коэффициент вытяжки и длину прокатываемых труб. Однако данный способ нецелесообразно использовать для производства тонкостенных труб, поперечная раскатка которых на извлекаемой оправке на 8...10% больше, а их точность на 7...10% ниже, по сравнению с длинной подвижной оправкой. Поэтому тонкостенные трубы с отношением D/S до 10(12) рекомендуют прокатывать на подвижной удерживаемой (полуплавающей) оправке.. При этом способе прокатки оправка и гильза перемещаются вместе, но с разными скоростями (скорость оправки, которая удерживается кареткой, меньше скорости трубы). После прокатки труба стягивается с оправки специальными фрикционными роликами и роликами отводящего рольганга, а оправка с большой скоростью возвращается в исходное положение. Указанные способы раскатки обеспечивают некоторое расширение сортамента прокатываемых труб. При этом также уменьшается длина оправки, не требуется оправкоизвлекатель и линия циркуляции оправок. Однако при этом значительно возрастает продолжительность вспомогательных операций, а также машинное время прокатки, поскольку скольжение при раскатке на извлекаемой и удерживаемой оправках больше, чем при прокатке на подвижной оправке. Поэтому производительность ТПА с трехвалковым станом при работе на извлекаемой и удерживаемой оправках на 20...25% меньше, чем на длинной подвижной оправке. Поэтому последний способ раскатки получил наибольшее распространение. На трехвалковых раскатных станах различных ТПА, как правило, применяют один из указанных способов раскатки на длинной оправке, однако на ТПА, установленном на заводе в Амагасаки(Япония) можно применять все три способа раскатки. Причем для компенсации снижения скорости прокатки на извлекаемой и удерживаемой оправке используется принудительное вращение ее с помощью специального привода, смонтированного на перемещаемой каретке. На традиционном трехвалковом раскатном стане прокатывают трубы с отношением диаметра к толщине стенки D/S, равном 4...11. Нижний предел отношения D/S определяется стойкостью инструмента, в частности оправочных стержней прошивных станов, и большим разогревом длинных оправок раскатных станов, затрудняющим их извлечение из ракатанных труб. Верхний предел D/S, ограничен вследствие образования раструбов на концевых участках трубы, что приводит к ее застреванию в валках стана. В связи с указанными ограничениями сортамент труб ТПА с раскатным станом Ассела, как правило, включает относительно толстостенные трубы. Известно много технических решений, направленных на расширение технологических возможностей стана Ассела для прокатки тонкостенных труб. Характерной их особенностью является то, что для предотвращения образования раструбов изменяют условия деформации концевых участков трубы, уменьшив в их пределах частные обжатия. В результате этого уменьшается величина поперечной деформации трубы вблизи ее свободных концов. В 70-е годы во ВНИТИ и УПИ были разработаны процессы раскатки труб переменного сечения с тонкостенной средней частью D/S >11 и утолщенными концами с отношением D/S <11. В производственных условиях данная технология использовалась в 70-е года на ТПА фирмы в Гейри(США) на заводе фирмы United States Steel Co. Способ предназначен для трехвалковых станов с рабочей клетью обычной конструкции. Раскатка производится на короткой (УПИ) или длинной(ВНИТИ) программно-перемещаемой ступенчатой оправке (А.с. №184790 от1966 г.). Оправка имеет два цилиндрических участка большого и малого диаметра. Для прокатки переднего и заднего утолщенных концов трубы оправку устанавливают в очаге деформации так, что деформация гильзы в трубу происходит на участке оправки наименьшего диаметра, тогда как раскатку тонкостенной части трубы производят на участке оправки наибольшего диаметра.
Для этого после формирования переднего утолщенного конца трубы оправку перемещают в направлении прокатки, а для получения утолщенного заднего конца ее устанавливают в первоначальное положение, извлекая против хода прокатки. Осевое перемещение оправки производится с помощью каретки с реечным или гидравлическим приводом, установленной на входной стороне стана. Прокатка тонкостенной части трубы производится на неподвижной или удерживаемой оправке, перемещемой в направлении прокатки со скоростью меньшей осевой скорости металла. Экспериментальные исследования данной технологии показали возможность получения тонкостенных труб с отношением D/S до 14...15. Точность размеров таких труб в 1,5...2 раза выше, чем при прокатке на автомат- стане. Дополнительным преимуществом этого способа является сокращение длины оправки. Однако при прокатке более тонкостеных труб с D/S до 26 наблюдается значительная неравномерность диаметра по длине трубы и снижается точность ее размеров. Другим недостатком этой технологии является более низкая скорость прокатки по сравнению с традиционным процессом раскатки на длинной подвижной оправке. Для частичной компенсации этого недостатка были использованы повышенные углы подачи и увеличение скорости осевого перемещения оправки. Незначительного увеличения отношения D/S также достигают за счет уменьшения высоты валков трехвалкового раскатного стана с одновременным перераспределением деформаций между прошивным и раскатным станами, увеличения угла конусности гребня и осуществления процесса прокатки на пониженных углах подачи. В последнем случае для частичной компенсации потерь производительности трехвалкового раскатного стана прокатку тонкостенных труб предложено вести с изменением угла подачи. Этот способ раскатки (А.с. 212955 от 1968 г.)может быть реализован на некоторых ТПА с трехвалковым раскатным стане, оснащенными рабочими клетями специальной конструкции с поворотной планшайбой (НДТЗ) или барабан-кассетами (ПНТЗ, ВТЗ), которые обеспечивают возможность прокатки концевых участков трубы при малых углах подачи(1...4 град.), с увеличением до их до 7...8 град. в период установившегося процесса раскатки основной части трубы. Промышленные испытания данной технологии показали возможность некоторого расширения сортамента тонкостенных труб. Однако в клетях указанного типа при изменении углов подачи происходит некоторое искажение размеров и формы трубы, что повышает величину концевой обрези. Поэтому технология раскатки с изменяемым углом подачи не нашла применения на отечественных заводах. Более эффективным оказался, во Франции способ раскатки тонкостенных труб с отношением D/S до 15 с использованием трехвалковой рабочей клети типа "Трансваль" (первоначально называли стан/клеть Валти). По этому способу (патент Франции №1475645 от 23 июля1965 г.), одновременно с уменьшением углов подачи валков при прокатке концевых участков трубы, валки разводятся в радиальном направлении. При этом обеспечивается получение трубы с переменной толщиной стенки, имеющей утолщенный задний конец длиной 0,1...0,15 м с отношением D/S до 10 и тонкостенную основную часть с D/S до 15. В результате этого,. кроме уменьшения частного обжатия происходит увеличение наружного диаметра трубы, в результате которого уменьшается отношение D/S на концах трубы, что предотвращает образование раструбов на трубах с отношением D/S > 11,5. Раскатку в клети "Трансваль" осуществляют с использованием длинной подвижной или удерживаемой оправки. Преимуществом данной технологии является возможность прокатки тонкостенных труб при сравнительно высокой производительности ТПА. Поэтому агрегаты с раскатными клетями"Трансваль" введены в эксплуатацию во Франции, Италии, Японии и США. На отечественных трубных заводах эта технология не применяется, хотя на ТПА 50-200 ВТЗ установлены трехвалковые клети с регулируемым углом подачи и электромеханическим приводом радиального перемещения верхнего валка (А.с. №358041 от 1972 г.). Более современные конструкции клетей имеют гидропривод ускоренного перемещения валков во время прокатки , что позволяет раскатывать трубы с отношением D/S до 35. Такой стан работает на заводе фирмы WRG в Крефильде (Англия). На нем получены промышленные партии труб размерами 220х10 мм. Утверждается, что прокатке тонкостенных труб также способствует использование на данном стане валков с tgd<0, которые обеспечивают уменьшение поперечного течения металла на участке раскатки. Наиболее современные конструкции станов типа "Трансваль" созданы фирмой Маннесманн, на которых используется ,так называемая технология NEL (No-End-Loss, т.е "без потери конца").Согласно этому способу перед подачей гильзы в клеть стана Ассела ее концы обжимаются в специальной четырехвалковой клети поперечной прокатки. Таким образом, толщина стенки и наружный диаметр на концах трубы меньше, чем на ее остальной части, поэтому меньше и величина частного обжатия, в результате чего предотвращается образование концевых раструбов. Отметим, что аналогичная идея была , предложена Ващенко В.И. еще в 1966 г для использования на обычных станах Ассела. Длина трубы после прокатки на современном стане Ассела конструкции фирмы Маннесманн составляет около 15 м. Рабочая длина удерживаемой оправки достигает приблизительно 5м. Скорость прокатки черновой трубы приблизительно 0,5 м/с, так что такт прокатки составляет 30с плюс вспомогательное время 12с. Типичным для станов типа NEL являются размеры прокатанных труб с отношением D/S > 11,5. Например, прокатывают трубы размерами 180х5,2 мм (D/S=35)или в случае более тонких стенок и меньших диаметров 90х3 мм (D/S =30). При этом в случае тонких стенок обеспечиваются допуски + 7%, а для более толстых - + 5%. Несколько таких станов работают в Китае, предполагается их поставка в Индию, Иран и другие страны. По данным разработчиков технологии NEL, она применима для труб диаметром до 250 мм.
