валок трубоформовочного стана

Формула изобретения

Валок трубоформовочного стана, содержащий ось, на которой установлены неподвижно закрепленные элементы и свободно вращающаяся узкая шайба большего диаметра, отличающийся тем, что неподвижные элементы установлены на оси на шпонках, зафиксированы от горизонтального смещения ребордой оси и стопорной гайкой и выполнены с цилиндрическими выступами, контактирующими друг с другом, на которых размещена с возможностью вращения узкая шайба с зазором между торцами ее и неподвижных элементов в пределах 0,05-0,10 толщины формуемой трубы, при этом отверстие шайбы выполнено с посадкой с зазором H8/f7, а твердость ее рабочей поверхности на 10-15% больше, чем у поверхности неподвижных элементов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к трубному производству и может быть использовано при изготовлении прямошовных электросварных труб.

Такие трубы предварительно формуются в многоклетевом стане, аналогичном профилегибочным станам, путем последовательной подгибки полосовой заготовки до получения замкнутого круглого сечения. Основные типы двухвалковых калибров и валков для получения вышеназванных сечений достаточно подробно описаны, например, в книге В.Н. Друяна “Производство сварных труб”, “Металлургия”, 1980. В состав трубоформовочного стана обязательно входит калибр (чаще - два - три), у которого верхний валок содержит средний узкий элемент (шайбу), диаметр которого несколько больше, чем у смежных с ним боковых элементов, что не дает возможность кромкам подгибаемого сечения сомкнуться, обеспечивая тем самым требуемую (для получения качественного шва) величину зазора между этими кромками. Такой валок иногда называют валком с разрезной шайбой.

Во избежание отрицательных явлений, связанных с большим перепадом скоростей между инструментом и заготовкой (травмирование поверхности валков и кромок полосы), обусловленных значительной разницей текущих диаметров по высоте калибра, бочки валков как трубоформовочных, так и профилегибочных станов выполняют составными - из отдельных элементов.

Известен составной валок профилегибочного стана, устанавливаемого в линии трубосварочного агрегата, средняя часть бочки которого жестко соединена с осью, а боковые фланцы - свободно вращаются на подшипниках качения, причем, фланцы имеют форму усеченного конуса с плавающей опорой на игольчатом подшипнике, а в расточке конуса со стороны его максимального диаметра установлен 2-рядный конический подшипник (см. пат. США № 3757554, кл. В 21 В 27/08, опубл. 11.09.73 г.). Известен также инструмент профилегибочного стана, состоящий из верхнего и нижнего валков, каждый из которых выполнен в виде размещенных на валу профильных шайб и втулок, причем, шайбы установлены на валу жестко, а шайбы - на подшипниках качения (см. а.с. СССР № 388811, кл. В 21 D 5/06, В 21 В 1/08, опубл. 14.12.73 г.).

Недостатком известных конструкций валков является сложность их конструкции, что увеличивает производственные затраты.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является валок с разрезной шайбой трубоформовочного стана по пат. США № 3050101, кл. 153-54, заявл. 22.03.61 г. и опубл. 21.08.62 г.

Этот валок состоит из двух половин, между которыми установлено дистанционное кольцо несколько меньшего наружного диаметра, на котором свободно вращается узкая (разрезная) шайба, а половины валка и кольцо соединяются на приводном валу клети сквозными болтами.

Недостатком валка такой конструкции является относительная ее сложность, а также недостаточная износостойкость, что повышает трудозатраты.

Технической задачей предлагаемого изобретения является удешевление валка, повышение его износостойкости и снижение, тем самым, затрат на производство электросварных труб.

Для решения указанной задачи у валка трубоформовочного стана, содержащего ось, на которой установлены неподвижно закрепленные элементы и свободно вращающаяся узкая шайба большего диаметра, неподвижные элементы установлены на оси на шпонках, зафиксированы от горизонтального смещения ребордой оси и стопорной гайкой и выполнены с цилиндрическими выступами, контактирующими друг с другом, на которых размещена с возможностью вращения узкая шайба с зазором между торцами ее и неподвижных элементов в пределах 0,05-0,10 толщины формуемой трубы, при этом отверстие шайбы выполнено с посадкой с зазором H8/f7, а твердость ее рабочей поверхности на 10-15% больше, чем у поверхности неподвижных элементов.

Указанные соотношения получены в результате экспериментов и являются эмпирическими.

Сущность заявляемого технического решения заключается в упрощении конструкции валка трубоформовочного стана и в оптимизации некоторых его параметров, что обеспечивает выполнение поставленной технической задачи.

Действительно, известный валок содержит три элемента, скрепляемых болтами (не считая оси), а предлагаемый - два, фиксируемых завинчиванием одной стопорной гайки. Наличие горизонтального зазора между шайбой и неподвижными элементами валка позволяет первой из них смещаться вдоль оси на некоторое расстояние, что уменьшает травмирование кромок полосы и торцов шайбы при изменении ширины заготовки. Опытным путем найдено такое соотношение диаметров отверстия шайбы и выступов неподвижных элементов, которое практически устраняет ее “биение”, делая, в то же время, минимальным сопротивление вращению шайбы, что повышает ее работоспособность.

Кроме того, твердость рабочей поверхности шайбы сделана больше, чем у неподвижных элементов, в результате чего ее износ (при контакте с кромками заготовки) становится сравнимым с износом неподвижных элементов, что делает возможным переточку валка (по износу) в собранном виде.

Конструкция заявляемого валка схематично показана на чертеже.

На оси валка установлены на шпонке 2 неподвижные элементы 3 с полукруглой образующей радиуса R, соприкасающиеся между собой по линии уу цилиндрическими выступами 4. От осевого смещения элементы 3 фиксируются ребордой 5 оси и стопорной гайкой 6. На выступах 4 свободно вращается шайба 7, наружный диаметр D больше минимального диаметра d элементов 3 на заданную величину. Ширина “b” шайбы 7 меньше расстояния В между торцами элементов 3 на величину: В-b=(0,05-0,10)S, где S - толщина формуемой трубы. Твердость рабочей поверхности шайбы 7 на 10-15% больше твердости поверхностей 8 элементов 3. Допуски на диаметр отверстия шайбы и диаметры выступов обеспечивают посадку шайбы с зазором.

При формовке трубы шайба 7 контролирует зазор между кромками сечения трубы, что обеспечивает надлежащее качество сварного шва; при этом шайба имеет окружную скорость, равную скорости движения формуемой полосы.

Для разборки валка достаточно отвинтить гайку 6 и поочередно снять с оси элементы 3 и шайбу 7. Как показали опыты (см. ниже), предлагаемое крепление элементов валка на его оси вполне надежно при скоростях формовки до 0,8 м/с.

Опытную проверку предлагаемого валка осуществляли на трубоэлектросварочных агрегатах “20-114”, “10-60”, “40-140” ООО “Профиль-ГП” ОАО “Магнитогорский меткомбинат”. С этой целью при формовке труб с наружным диаметром 30-114 мм варьировали основные параметры валков с разрезной шайбой, изменяя величину зазора для шайбы, вид посадки ее отверстия и разницу в твердостях шайбы и неподвижных элементов. При этом фиксировали качество сварного шва на трубах, а также степень износа рабочих поверхностей валка.

Наилучшие результаты (максимальная длительность рабочей кампании валков при отсортировке труб по некачественной сварке не более 0,3%) получены при использовании валков предлагаемой конструкции.

При малом горизонтальном зазоре (<0,05 S) возрастал износ шайб из-за уменьшения их окружной скорости по отношению к скорости движения заготовки, а при В-b>0,1 S - ухудшалось качество сварных швов с соответствующим увеличением отсортировки готовых труб.

Уменьшение разницы в диаметрах отверстий шайб и цилиндрических выступов также приводило к торможению шайб с соответствующими отрицательными последствиями. При увеличении этой разницы наблюдалось “разбивание” отверстий шайб (т.е. увеличение их диаметров вследствие биений шайб в вертикальной плоскости), что снижало длительность рабочей кампании валков в 1,2-1,8 раза.

При разнице в твердостях шайб и неподвижных элементов (материал - ст. 9Х2МФ) менее 10% возрастал износ шайб, что приводило к преждевременным перевалкам всего калибра; увеличение этой разницы (сверх 15%) приводило к ускорению износа поверхностей цилиндрических выступов неподвижных элементов и, как следствие, к биению шайб по вертикали (см. выше).

Была также проведена сравнительная формовка труб с использованием валка, выбранного в качестве ближайшего аналога. Стоимость изготовления таких валков возросла почти на 30%, длительность их рабочей кампании была меньше почти в 1,5 раза, а отсортировка труб по некачественней сварке возросла до 0,5%.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной задачи и его технико-экономические преимущества перед известным объектом (по пат. США № 3050101).

По данным Центральной лаборатории контроля ОАО “ММК” использование заявляемого валка при производстве на комбинате прямошовных электросварных труб позволит снизить затраты на их изготовление на 8-12% при соответствующем увеличении прибыли от их реализации.

Пример конкретного выполнения

Трубоформовочный стан “40-140” содержит три клети с разрезными шайбами шириной b=5,30 и 56 мм. Валки с такими шайбами выполнены согласно чертежу.

Основные параметры валка:

d_b=89 мм; диаметры элементов валка - D=190 мм;

d=160 мм; диаметр отверстия шайбы - d_o=120 мм;

ее посадка на цилиндрические выступы неподвижных элементов - с зазором , что при d_o=120 мм для отверстия означает допуск +0,054 мм, а для вала: -0,036...-0,071 мм (см. стандарт СЭВ 145).

Твердость этих элементов - 58 ед. HRС; твердость рабочей поверхности шайб - 1,13x58=65,5 ед. HRС - (материал элементов и шайб - ст. 9Х2МФ).

Диаметр (наружный) формуемой трубы - 114 мм, ее толщина - 3 мм, т.е. B-b=0,08 S=0,08x3=0,24 мм.

Скорость формовки (максимальная) - 0,7 м/с.