Из-за ограничений, связанных с условиями заготовки и возможностями пробивного станка, размеры и точность заготовки трубы после пробивки не соответствуют требованиям заказчика. Заготовка требует дальнейшей обработки. Существует множество методов горячей обработки и вытяжки бесшовных стальных труб. Помимо трех типов станков, описанных выше, в настоящее время широко используются следующие методы.
1. Автоматический трубопрокатный станок.
Автоматический трубопрокатный стан состоит из трех частей: основного стана, передней и задней частей. Основной стан представляет собой двухвалковый необратимый продольно-прокатный стан, который отличается наличием пары высокоскоростных реверсивно вращающихся возвратных валков, установленных за рабочими валками. Одновременно, для обеспечения возврата стальных труб, предусмотрен механизм быстрого подъема верхнего рабочего и нижнего возвратных валков. Рабочий валок имеет круглое отверстие. Необработанная труба, поступающая с пробивного и растяжного станов, прокатывается в кольцевом прокатном стане, состоящем из круглого отверстия и головки (конической или сферической). Обычно выполняется два прохода прокатки. После каждого прохода верхний рабочий и нижний возвратные валки поднимаются на определенную высоту, необработанная труба возвращается на переднюю платформу возвратным валком, затем прокатанная труба возвращается в исходное рабочее положение, стальная труба поворачивается на 90°, после чего выполняется второй проход прокатки в том же прокатном стане. Величина деформации каждого прохода регулируется разницей в диаметре головок двух проходов. После возвращения прокатанной стальной трубы на передний стол, она перемещается горизонтально к выравнивающей машине для выравнивания. Процесс деформации также проходит три этапа: сплющивание, уменьшение диаметра и уменьшение толщины стенки. Преимуществом автоматического трубопрокатного стана является возможность гибкой настройки производственных параметров. Что касается типа стали, диапазон применения широк, и можно производить низко- и среднеуглеродистую сталь, низколегированную сталь, нержавеющую сталь и т. д.; он подходит для мелкосерийного и многовидового производства. Его недостатками являются низкая деформационная способность, общее удлинение за два прохода составляет менее 2,5; неравномерная толщина стенки и частое образование внутренних царапин, которые необходимо устранять с помощью выравнивающей машины; короткая длина прокатанной трубы, что влияет на повышение выхода годной продукции; низкая производительность (медленный ритм прокатки, но малый вес).
2. Трубопрокатный стан Accu-Roll
Это двухвалковый горизонтальный наклонный прокатный стан с длинным дорном и активными направляющими дисками. Конструкция стана имеет следующие особенности: оба валка имеют коническую форму. Как и в стане для пробивки конических валков, здесь присутствуют как углы подачи, так и углы прокатки, благодаря чему диаметр валков постепенно увеличивается вдоль направления прокатки, что способствует уменьшению скольжения, способствует продольному растяжению металла и снижает дополнительную деформацию кручения. Используются два активных направляющих диска большого диаметра. Применяется режим работы с ограниченным дорном. Используется валковый тип без валкового плеча. Сообщается, что это позволяет преодолеть проблему концентрированного уменьшения толщины стенки в ASSEL в области плеча, что снижает срок службы валков и эффект равномерности стенки, тем самым повышая точность толщины стенки черновой трубы.
3. Трубопроталкивающая машина для прокладки труб.
Метод продавливания труб для производства бесшовных стальных труб был предложен немецким Генрихом Эрхардом еще в 1892 году. Процесс перфорации на начальном этапе продавливания делится на гидравлический метод перфорации, при котором вертикальный гидравлический пресс сжимает стальной слиток, помещенный в форму, в черновую трубу с чашеобразным дном, а затем кран извлекает черновую трубу, укладывает ее и надевает на длинный стержень. Стержень проталкивается, заставляя черновую трубу проходить через группу кольцевых отверстий матрицы с уменьшающимся диаметром, обеспечивая уменьшение диаметра, уменьшение толщины стенки и удлинение. Вся деформационная сила сосредоточена в хвостовой части толкателя. После продавливания стержень необходимо удалить, а затем срезать чашеобразное дно. Характерными особенностями являются низкая производительность, значительная неравномерность толщины стенки и ограниченное соотношение длины к диаметру стальной трубы. В настоящее время только этот метод используется для производства бесшовных стальных труб большого диаметра (400-1400 м). Другой метод называется методом CPE, который заключается в производстве черновых труб методом косой прокатки и перфорации, а затем в подаче черновых труб для продавливающей машины путем усадки одного конца черновой трубы. Это позволяет улучшить производство и качество продукции, а также оживить производство бесшовных стальных труб малого диаметра методом продавливания.
Преимущества метода подъема с помощью домкрата заключаются в следующем:
1) Низкие инвестиции, простое оборудование и инструменты, а также низкая себестоимость производства.
2) Вылет подъемного устройства достаточно большой и может достигать 10-17. Следовательно, количество оборудования и инструментов, необходимых для подъема прокатных изделий аналогичным способом, может быть меньше.
3) Широкий ассортимент вариантов и технических характеристик. Недостатком является невысокая точность толщины стенок, а также склонность внутренних и наружных поверхностей к появлению царапин.
4. Экструзия стальных труб
Так называемый метод экструзии подразумевает размещение металлической заготовки в «закрытом» контейнере, состоящем из экструзионного цилиндра, экструзионной матрицы и экструзионного стержня, и приложение давления экструзионным стержнем для выталкивания металла через отверстие экструзионной матрицы с целью получения металлической пластической деформации. Это метод производства бесшовных стальных труб с давней историей. В зависимости от соотношения направления силы экструзионного стержня и направления потока металла, методы экструзии можно разделить на положительную экструзию и обратную экструзию. Направление силы при положительной экструзии совпадает с направлением потока металла, а при обратной экструзии — противоположное. Обратная экструзия имеет преимущества в виде малого усилия экструзии, большого коэффициента экструзии, высокой скорости экструзии, снижения температуры экструзии, улучшения условий экструзии, легкости достижения изотермической/изобарической/изоскоростной экструзии, улучшения структурных характеристик изделия и точности размеров, снижения избыточного давления металла в конце экструзии и повышения коэффициента извлечения металла. Однако его эксплуатация относительно неудобна, а размер поперечного сечения изделия ограничен размером экструзионного стержня. Применение технологии экструзии металла в промышленности имеет более чем столетнюю историю, но использование технологии горячей экструзии в производстве стали постепенно развивалось после изобретения «Сеши» экструзионной смазки для стекла в 1941 году. В частности, разработка неокислительного нагрева, высокоскоростной экструзионной технологии, материалов для пресс-форм и технологии снижения напряжения сделали производство бесшовных стальных труб методом горячей экструзии более экономичным и рациональным, значительно повысив производительность и качество, а также расширив ассортимент, что привлекло внимание различных стран. В настоящее время ассортимент стальных труб, производимых методом экструзии, в основном включает: наружный диаметр: 18,4–340 мм, минимальная толщина стенки может достигать 2 мм, длина составляет около 15 м, а трубы малого диаметра могут иметь длину до 60 м. Производительность экструдера обычно составляет 2000–4000 тонн, а максимальная — 12000 тонн.
По сравнению с другими методами горячей прокатки, производство экструдированных бесшовных стальных труб имеет следующие преимущества:
1) Меньшее количество этапов обработки, что позволяет сэкономить инвестиции при том же объеме производства.
2) Поскольку экструдированный металл находится в состоянии трехосного сжатия, из него можно получать материалы, которые трудно или невозможно прокатывать и ковать, например, сплавы на основе никеля.
3) Благодаря значительной деформации металла в процессе экструзии (большой коэффициент экструзии), а также тому, что вся деформация завершается за очень короткое время, структура изделия однородна, а его эксплуатационные характеристики превосходны.
4) На внутренних и внешних поверхностях мало дефектов, а точность геометрических размеров высока.
5) Организация производства отличается гибкостью и подходит для мелкосерийного и многовидового производства.
6) Оно может производить трубы и биметаллические композитные трубы со сложным сечением.
Недостатки заключаются в следующем:
1) Высокие требования к смазочным материалам и нагреву, что увеличивает производственные затраты.
2) Срок службы инструмента короткий, расход большой, а цена высокая.
3) Низкий выход продукции снижает ее конкурентоспособность.
5. Трубопрокатный стан циклического типа (трубопрокатный стан Пильгера) для прокатки труб.
В 1990 году в промышленное производство был введен трубопрокатный стан с циклическим вращением валков. Это однорамный двухвалковый стан. На валках имеется отверстие переменного сечения. Два валка вращаются в противоположных направлениях, и черновая труба подается в противоположном направлении от валков. Валок совершает один оборот и выталкивает черновую трубу, уменьшая ее диаметр и толщину стенки, завершая прокатку участка черновой трубы. Затем черновая труба снова подается для прокатки. Для завершения всего процесса прокатки черновая труба должна многократно вращаться в отверстии, поэтому стан называется станом периодической прокатки труб, также известным как прокатный стан Пильгера. Труба периодически обрабатывается вальцовым валком переменного сечения, а операции подачи и вращения материала трубы объединяются, чтобы вызвать многократные кумулятивные деформации стенки трубы для получения большего уменьшения толщины стенки и удлинения.
Характеристики данного метода производства следующие:
1) Он больше подходит для производства толстостенных труб, толщина стенок которых может достигать 60-120 мм;
2) Диапазон обрабатываемых типов стали достаточно широк. Поскольку метод деформации представляет собой сочетание ковки и прокатки, можно производить трубы из малопластичных и труднодеформируемых металлов, обладающие превосходными механическими свойствами.
3) Длина прокатанных стальных труб велика и достигает 35 м.
4) Производительность прокатного стана низкая, обычно 60-80%, поэтому выход продукции невелик; следовательно, для балансировки пробивного стана необходимо оснастить его двумя периодическими трубопрокатными станами.
5) Хвостовая часть не подлежит обработке, что приводит к большим потерям при резке и низкому выходу готовой продукции.
6) Низкое качество поверхности и серьёзная неравномерность толщины стенок.
7) Большой расход инструмента, обычно 9-35 кг/т.
6. Горячее расширение стальной трубы
Максимальный наружный диаметр готовой стальной трубы, производимой на установке горячей прокатки бесшовных стальных труб, составляет менее 530 мм для автоматической прокатной установки; менее 460 мм для установки непрерывной прокатки; и менее 660 мм для крупногабаритной установки Пильгера. При необходимости получения стальной трубы большего диаметра, помимо метода продавливания и экструзии, может использоваться метод горячей прокатки стальных труб. В настоящее время этот метод позволяет производить тонкостенные бесшовные стальные трубы с максимальным наружным диаметром 1500 мм. Существует три метода горячей прокатки стальных труб: косая прокатка, волочение и продавливание. Эти три метода появились в 1930-х годах. Косая прокатка и волочение требуют нагрева всей стальной трубы перед проведением деформационной обработки, в то время как продавливание не требует нагрева всей стальной трубы.
Косовалковая расширительная машина
Процесс косой прокатки и расширения заключается в следующем: нагретый материал трубы транспортируется в машину для косой прокатки и расширения. Машина для косой прокатки и расширения состоит из двух одинаковых валков. Оси обоих валков расположены под углом 30° к линии прокатки, и оба валка приводятся в движение отдельными двигателями, вращаясь в одном направлении. В зоне расширения в деформации участвует плунжер, и стальная труба совершает спиральное движение в этой зоне. Стенка трубы прокатывается валками и плунжером, в результате чего диаметр расширения увеличивается, а толщина стенки уменьшается. Осевая сила плунжера воспринимается толкателем, который может быть расположен на входной или выходной стороне. Косая прокатка и расширение позволяют производить стальные трубы с толщиной стенки от 6 до 30 мм и максимальным наружным диаметром 710 мм. Недостатком является наличие остаточных спиральных следов на внутренней и наружной поверхностях стальной трубы, что снижает качество поверхности. По этой причине необходимо установить выравнивающую и калибровочную машины. Такие расширительные машины имеют большие габариты, высокие инвестиционные затраты и определенные ограничения по ассортименту, а также не могут производить толстостенные трубы.
Машина для расширения чертежей
Расширение методом волочения — это производственный метод с низкой производительностью, но он все еще используется благодаря простоте оборудования и процесса, а также легкости механизированной эксплуатации. Станок для расширения методом волочения может использоваться как для холодного, так и для горячего расширения. Когда степень расширения невелика, а необходимо улучшить физико-механические свойства и точность размеров стальной трубы, можно использовать холодное расширение методом волочения. Технологический процесс горячего расширения стальных труб методом волочения включает нагрев материала трубы, расширение концов трубы, расширение и волочение, выпрямление, обрезку торцов и концов, а также контроль качества. Степень расширения при каждом нагреве составляет 60-70%, а максимальный диаметр производимых стальных труб — 750 мм. Основной принцип работы горячего расширения методом волочения заключается в следующем: через группу (обычно 1-4) пробок с постепенно увеличивающимся диаметром вставляются и проходят через всю длину внутреннего отверстия стальной трубы, в результате чего диаметр стальной трубы расширяется, толщина стенки уменьшается, а длина незначительно укорачивается. Основными инструментами волочильно-расширительного станка являются распорные заглушки, распорные заглушки и выталкивающие стержни. Преимуществами являются простота оборудования, удобство эксплуатации, легкость освоения; широкий ассортимент продукции и спецификаций, а также возможность производства прямоугольных и других стальных труб специальной формы. Недостатками являются длительный производственный цикл, низкая производительность и высокий расход инструмента и металла.
Расширитель толкающего типа
Принцип работы расширителя толкающего типа заключается в помещении заготовки стальной трубы в индукционную катушку средней частоты. После индукционного нагрева поршень гидравлического цилиндра или толкающая головка лебедки перемещаются, проталкивая конец стальной трубы, так что сталь последовательно проходит через осевой конический стержень от головки трубы, обеспечивая расширение; когда конец стальной трубы проталкивается в стержень, за ним добавляется новая стальная труба для обработки. После возвращения толкающей головки она продолжает проталкивать конец новой стальной трубы. Головка новой стальной трубы проталкивает конец предыдущей стальной трубы через стержень, завершая тем самым расширение стальной трубы. Поскольку нагревается только деформированная часть стальной трубы, деформированная стальная труба легко гнется, а толщина стенки и длина расширенной трубы ограничены. Преимуществами расширителя толкающего типа являются высокая степень извлечения металла, простота оборудования и низкое энергопотребление. Недостатками являются несколько низкая стабильность характеристик стальной трубы по длине и низкая эффективность производства. Из-за низких инвестиций в последнее время в Северной Америке было построено много новых установок. В настоящее время технология расширения с верхним нагнетанием позволяет производить стальные трубы с толщиной стенки от 6 до 30 мм и максимальным наружным диаметром 860 мм.
Дата публикации: 30 сентября 2024 г.