 |
Валковые клети станов ХПТР.
|
|
|
|
Некоторые модели станов ХПТР оснащают сменными валковыми клетями, что позволяет расширить сортамент прокатываемых труб в сторону их меньших размеров. При этом существенно возрастает производительность по сравнению с прокаткой в роликовом сепараторе, а также появляется возможность заметно большего редуцирования трубы по диаметру. Валковые клети станов ХПТР (рис. 52) во многом схожи с клетями ХПТ, но имеют целый ряд существенных отличий. Так, клеть стана ХГ 15-30 выполнена в виде предварительно напряженной конструкции, состоят из двух верхних и двух нижних кассет, соединенных четырьмя болтами. Сферические подшипники рабочих валков вмонтированы в эксцентриковые стальные втулки, которые устанавливаются по ходовой посадке в цилиндрические расточки соответствующих кассет. Поворотом эксцентриковых втулок осуществляется сближение и разведение валков относительно оси прокатки, т.е. регулируется величина зазора между ними. Так как эксцентриковые втулки верхнего и нижнего валков взаимосвязаны посредством зубчатых секторов, пространственное положение оси прокатки при изменении зазора между валками не меняется. Для предварительной затяжки кассет применены гидрогайки, что обеспечивает одинаковое и регулируемое по величине усилие затяжки каждого из четырех болтов и кроме того упрощает техническое обслуживание рабочей клети. Давление в гидрогайках поддерживается с помощью ручного плунжерного насоса.
Рисунок 52. Валковая клеть стана ХПТР.
Технология производства на станах волочения
Волочение — обработка металлов давлением, при которой изделия (заготовки) круглого или фасонного профиля (поперечного сечения) протягиваются через отверстие, сечение которого меньше сечения заготовки. Волочением изготовляют трубы диаметром от десятых долей миллиметра до 400—500 мм и с толщиной стенки от сотых долей миллиметра до 30—40 мм. В качестве основного деформирующего инструмента при волочении служит волока, которую закрепляют неподвижно в упоре (люнете) волочильного стана.
|
|
|
Способы волочения
Волочение труб осуществляется пятью способами: без оправки; на неподвижной (короткой) оправке; на подвижной (длинной) оправке; на плавающей (самоустанавливающейся) оправке и с раздачей на оправке.
При волочении без оправки (рис. 53) наблюдается уменьшение наружного и внутреннего диаметров трубы. Заготовкой является труба большего размера. В зависимости от формы очага деформации и от степени изменения диамет-ров стенка трубы может сохраняться неизменной, но может утолщаться или утоняться.
Рис. 53. Схема волочения трубной заготовки без оправки.
При волочении труб на оправке (короткой неподвижной или длинной движущейся — рис. 54) всегда происходит уменьшение диаметра и утонение стенки трубы. По этой причине вытяжка может достигать значительной величины, например при волочении на длинной движущейся оправке (рис. 54б) вытяжка составляет не менее 2.
Волочение на длинной движущейся (плавающей) оправке (рис. 54б) применяют для уменьшения диаметра и толщины стенки трубы. Длинная оправка, находящаяся внутри трубы, не закрепляется в станине, а перемещается вместе с трубой при волочении (тяговое усилие прикладывается к трубе и оправке).
При волочение на деформирующемся сердечнике — волочение труб с протягиванием заготовки через волоку на длинной подвижной оправке, деформируемой с заготовкой (аналогично рис. 54б).
Рис. 54. Волочение труб на оправке:
а – короткой неподвижной; б – длинной движущейся.
При волочение на свободной (плавающей) (рис. 55) оправке широко распространено главным образом при производстве медных труб. Этот способ волочения имеет ряд преимуществ: длина трубы не имеет ограничений, так как может применяться намотка на барабан в бухту (см. далее), существенно снижаются потери металла на заострение переднего конца трубы для захвата клещами, уменьшаются потери времени на вспомогательные операции.
|
|
|
Рис. 55. Волочение на свободной (плавающей) оправке.
При волочение труб с раздачей (рис. 56) применяют для производства тонкостенных труб большого диаметра и калибровки труб по внутреннему диаметру, для производства двухслойных труб и исправления брака по внутреннему или наружному диаметру. Процесс раздачи осуществляют протягиванием конической оправки через трубу, разбортованную с одного конца, который устанавливают в опорном кольце стана (люнете).
Рис. 56. Волочение с раздачей трубной заготовки.
При профилировочное волочение труб некруглой (фасонной) формы с использованием двух технологических схем. По первой готовую трубу получают из заготовки круглого сечения безоправочным волочением в волоке с каналом фасонного сечения. По второй волочат на оправках фасонную заготовку, сечение которой подобно сечению готовой трубы. Волочение фасонных труб из фасонной заготовки позволяет снизить трудоемкость процесса, повысить точность размеров и качество внутренней поверхности труб.
Гидродинамическое волочение — волочение проволоки с использованием комбинированных волочильных устройств, включающих напорную волоку, кольцо-насадку и рабочую волоку. Смазка перед напорной волокой захватывается движущейся проволокой и вовлекается в микрозазор в кольцах-насадках. Микрозазор от кольца к кольцу уменьшается, давление смазки все больше повышается, и у входа в деформационную зону рабочей волоки создаются условия жидкостного трения. Поэтому гидродинамическое волочение позволяет использовать — не только эмульсии или легкие масла, но и достаточно густые смазки, например натриевое мыло. Создаваемые условия жидкостного трения позволяют проводить гидродинамическое волочение с повышен, скоростями при высоком качестве поверхности и точности протягиваемых изделий и существенно повышают стойкость волочильного инструмента. Из-за необходимости использования насосов весьма высокого давления и сложности заправки проволоки в волоки гидродинамическое волочение используют только в случаях, когда исключается возможность применения других, более простых способов волочения.
|
|
|
Смазочные материалы и предварительная обработка поверхностей при волочении труб.
Методы предварительной обработки поверхностей принципиально схожи с методами, применяемыми при волочении проволоки и профилей.
Стальные трубы
Перед всеми процессами волочения с поверхности стали удаляют окалину, за исключением случаев, когда к поверхности готовой продукции не предъявляется жестких требований (например, при волочении тонких неочищенных труб). При волочении труб механическое удаление окалины не играет столь важной роли, как при волочении проволоки (прутков, профилей и т. д.), из-за нежелательных поверхностных напряжений. Обычно окалину с труб удаляют травлением серной кислотой или отжигом в инертной атмосфере с созданием смазочных подложек: фосфатных, цинкфосфатных, оксалатных (в случае высоколегированных высококачественных нержавеющих сталей).
Мокрое волочение с противозадирными маслами применяют в случае профильного волочения при производстве волочильных заготовок. При этом используют специальные смазочные материалы — так называемые реакционные масла, содержащие органические и неорганические производные фосфорной кислоты. Смазывание производят в предварительной горячей ванне. Например, бухту трубы после протравливания или отжига в инертной атмосфере (на 10-15 мин) погружают в реакционное масло, нагретое до 30—70 °С, и выдерживают в нем до образования пленки масла на поверхности трубы. Как правило, на трубе образуется фосфатный слой. Хотя покрытие из фосфатов двухвалентного железа не способно выдерживать столь большие нагрузки, как покрытия из фосфатов цинка (простых или омыленных), их применение выгоднее по экономическим соображениям; кроме того, фосфаты железа обеспечивают хорошую защиту от коррозии. Профильное волочение высоколегированных материалов осуществляют с использованием высоковязких масел с хлорсодержащими присадками (вязкость 300-1000 мм2/с, CL— 30—70%). При использовании таких масел смазка внутренних поверхностей затруднена. Для рассматриваемых целей применяют также полимерные или целлюлозные пленкообразующие покрытия.
|
|
|
При изготовлении заготовок с низкой степенью деформации используются эмульсии и гидрофильные смазки.
Титановые трубы
Трубы из титана применяют в авиационной промышленности, а также в качестве трубопроводов. Смазочные хлорсодержащие масла не используют из-за опасности коррозии, недопустимой в авиации. Фосфатные покрытия применяют реже, чем для стальных труб. Эффективные смазочные подложки могут быть созданы за счет обработки кислотой, однако в этом случае возникает опасность развития водородной хрупкости.
Алюминиевые трубы
Процесс аналогичен изготовлению алюминиевой проволоки. В данном случае используют сильнополярные формовочные масла. При волочении труб из алюминиевых сплавов возможно также использование фосфатов в качестве смазочной подложки. При волочении из алюминиевых сплавов возникают более сложные условия по сравнению с использованием чистого алюминия. Создание фосфатной подложки аналогично формированию соответствующего слоя на стали, за исключением того, что для устранения проблем, вызываемых свободными ионами алюминия, в раствор добавляют фториды. Ниже приведены упрощенные схемы соответствующих реакций:
Травление: 4AL+4Н3PO4 → 4ALPO4 + 6Н2↑
Образование слоя: 3Zn(H2PO4)2 → Zn3(PO4)2↓ + 4Н3РO4
Предварительная обработка поверхности алюминия перед фосфатированием требует высокой степени очистки. В отличие от стали, очистка алюминия производится в щелочной среде, что обеспечивает эффективное удаление оксидной пленки. Остатки оксидной пленки удаляются в процессе травления.
Медные трубы
Медные трубы широко используются в холодильных установках и кондиционерах. Для их изготовления в волочильных станах барабанного типа (см. рис. 1, б) с высокой скоростью волочения (до 35мм/с) используют «летающий» сердечник. Требуемое количество смазочного материала подается с помощью масленки для внутреннего смазывания. Для наружного смазывания используют циркуляционную масляную систему, а при необходимости применяют также эмульсии (обычно 30-40%). Следующие стадии являются примерными рабочими условиями при волочильном производстве труб для воздушных кондиционеров с конечным диаметром 9 мм: прокатка полученной непрерывным выдавливанием трубы с наружным диаметром 40 мм с толщиной стенок 1,9 мм с использованием «летающего» сердечника, масленки для внутреннего смазывания и эмульсии для наружного смазывания (10%); волочение в 7—8 стадий на волочильных станах барабанного типа до 9 мм диаметра и толщины стенок 0,3 мм без промежуточного отжига. Для внутреннего смазывания используются полярные смазочные материалы, а для внешнего — высоковязкие синтетические смазочные масла с полярными и неполярными группами с вязкостью более 500 мм2/с при 40 °С; емкость для масла — 300 л, скорость циркуляции масла — 25 л/мин; конечный отжиг при температуре от 600 до 650 °С в течение 20—30 мин. Масло, используемое при волочении, должно испаряться без остатка (термическое удаление смазочного материала).
|
|
|
Скорость волочения.
Изменение скорости в тех пределах, в которых ведется волочение труб, не оказывает заметного влияния на усилие волочения.
СХЕМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ
Волочением трубы изготовляют, как правило, в несколько проходов. В основном используют способ волочения на короткой оправке с последующим волочением без оправки. Иногда для интенсивного утонения стенки заготовки применяют волочение на длинной оправке, а далее волочение на короткой оправке и безоправочное волочение. В последнее время большое распространение получает волочение на плавающей оправке. Этот способ волочения позволяет изготовлять трубы большой длины — до 1000 м и более — и повысить тем самым эффективность процесса. Однако волочение на плавающей оправке эффективно тогда, когда для получения готового размера трубы не требуется промежуточных термических операций для снятия наклепа, так как последующее, например, после отжига, удаление окалины и нагара от смазки с внутренней поверхности труб большой длины технически трудно выполнимо. Поэтому таким способом изготовляют главным образом трубы из меди, деформирующейся до конечного размера без промежуточных отжигов.
Рассмотрим технологическую схему (рис 57.) производства труб волочением на примере труб из углеродистых и низколегированных сталей. Трубную заготовку 1 подают на стеллажи 2 для осмотра и разбраковки. При этом трубы с дефектами поступают на ремонт шлифовальными кругами 3. Для получения мерных труб заготовку разрезают на части обрезными станками 4, после чего забивают концы труб под молотом 5 и набирают трубы в пакеты 6. Иногда после забивки концов трубы отжигают. Далее заготовку 7 травят для удаления окалины с наружной и внутренней поверхностей. Трубы из углеродистых и низколегированных сталей правят в 20—25%-ном растворе серной кислоты с температурой 60—80 °С. Реакция травления протекает следующим образом:
При этом происходит реакция между железом и кислотой:
Рисунок 57. Технологическая схема многопроходного волочения труб.
Выделяющийся водород отрывает окалину от поверхности заготовки. Бурное выделение водорода свидетельствует об окончании травления. Для уменьшения расхода раствора и предотвращения перетрава и явления травильной хрупкости (насыщение металла водородом) используют специальные присадки, препятствующие выделению водорода из раствора и выделению паров кислоты. Широко применяют присадки КС и ЧМ (состоит из регулятора Р и пенообразователя П).
После травления заготовку промывают в ванне 8 с горячей водой, а затем стоками холодной воды под давлением в баке 9. Промытые заготовки подают в щелочную ванну 10 для нейтрализации, а затем — в ванну 11 с раствором для фосфатирования. Этот раствор состоит из окиси цинка ZnO A5 г/л) фосфорной кислоты Н3Р04 (8 г/л) и азотной кислоты HN03 A8 г/л); температура раствора 65—70 °С. После фосфатирования на поверхности заготовки образуется цинко-фосфатная пленка, обладающая высокой смачиваемостью и адсорбционной способностью. Процесс фосфатирования длится 10—15 мин. Фосфатированная заготовка снова поступает в щелочную ванну 10 для нейтрализации остатков фосфорной кислоты. После щелочной ванны снова следует промывка заготовки холодной водой под давлением и сушка ее в камере 12 при 120—140 °С. Во время сушки удаляется водород, продиффундировавший в металл при травлении, что устраняет травильную хрупкость, из-за которой металл может разрушиться при волочении. Просушенные трубы подают к ванне 13 для нанесения на них смазки (омыления) в 5% -ном растворе твердого хозяйственного мыла жирностью 60% при 30—35 °С в течение 5— 10 мин (могут использоваться для смазки и другие материалы). Обработанные таким образом трубы проходят двукратное волочение на стане 14 (на короткой оправке) без промежуточного отжига с суммарной вытяжкой до 2, 5.
Если длина труб с учетом последующего волочения оказывается больше рабочей длины волочильного стана, то их разрезают пополам на пиле трения 15. Забивку головок производят на молоте 16. Кроме того, если ранее забитые головки близки по размерам к диаметру протянутой трубы, то такие головки обрезают и концы вновь забивают на молоте. Длина забитых концов составляет 150—200 мм. Далее трубы проходят отжиг в печи 17, а иногда правку на кулачковом прессе 18. После этого технологический цикл повторяется полностью. В зависимости от исходного размера заготовки и размера готовых труб число циклов может быть до 12—15.
После заключительного волочения на стане трубы подвергают окончательному безокислительному отжигу в печи 19. Далее трубы поступают на отделку: предварительную правку на кулачковом прессе 18 или роликовом правильном стане, окончательную правку на валковом правильном стане 20 с косым расположением валков и обрезку концов на станках 21. После осмотра, если это предусмотрено техническими условиями, трубы проходят гидроиспытания на прессе 22, сплющивание концов на прессе 23 или другой вид испытания. Затем на поверхность готовых труб наносят консервационную смазку на установке 24 и сдают их на склад 25.
|
|
|
