Диссертация (Совершенствование технологии производства прямошоковых сварных труб для магистральных трубопроводов), страница 4

Сменакомплекта валкового инструмента осуществляется с помощью системы быстройзаменыкассеты –Quicksetting, предназначеннойдляавтоматическогопозиционирования валков в пространстве оборудования линейной формовки.Конструкция формовочных клетей стана SMS MeerПервыеклетиформовочногостанапредставляютсобойкомплексоборудования, состоящего из кромкогибочного устройства и последующими«традиционными» клетями открытого типа, аналогичным по конструкцииАО «ЭЗТМ», где происходит подгибка кромок и получение необходимогопрофиля трубной заготовки для дальнейшей операции.Процесс сворачивания трубной заготовки в клети Cage Forming происходитнепрерывно на протяжении всей длины очага деформации с помощью роликов.Форма геометрии данного валкового инструмента простая и представляетцилиндры, положение которых может изменяться в пространстве.

Присутствуютверхние прижимающие валки, профиль поверхности которых обеспечиваетнеобходимый контакт с трубной заготовкой, которая располагается на нижнихвалках специальной конструкции, обеспечивая таким образом направлениедвижения (Рис.1.20)[19].Рис. 1.20.Оборудование гибкой формовки SMS Meer [14]27Как было сказано выше, формовочные станы компании SMS Meer среализованной в них технологией Cage Forming выделяются наличием в составеоборудования классических клетей закрытого типа, конструкция которыхпретерпела некоторые изменения – жесткие клети URD®, которые воспринимаютусилия прокатки по горизонтали и вертикали (Рис.

1.21).Рис. 1.21.Конструкция «жесткой» клети URD® [14]Конструкция этих клетей представляет из себя закрытую раму, выполненнуюиз пластины взамен стержневой, что позволяет равномерно распределять силыпрокатки как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Длясравнения, обычные классические клети благодаря своей конструкциивоспринимают силы прокатки в основном только в вертикальном направлении.Возможно, именно такие клети URD® повышенной жесткости являютсяидеальными для точного изготовления круглых труб и полых профилей из мароксталей высокого класса прочности. Валковый инструмент размещается в даннойстанине в виде обоймы (Рис. 1.22).28Рис.

1.22.Валковая обойма клети закрытого типа SMS Meer[14]Таким образом, формовочный стан компании SMS Meer сконструирован стаким расчетом, чтобы при формообразовании обеспечить сведение кромок истабильный процесс сварки, который, в свою очередь, обеспечивается клетямиповышеннойжесткостиURD,конструкциякоторыхприведенавыше.Использование таких агрегатов целесообразно при массовом производстве.Выводы по Главе 1:Обобщив информацию о формовочном оборудовании с техническимихарактеристиками для сравнения, заметно, что все они отличаются друг от друга,хотя предназначены для производства труб нефтегазового сортамента.

В таблице2 приведены примеры действующего оборудования.Поэтому встал ряд вопросов, связанных с предварительной оценкойвозможности производства требуемых труб на приведённом в таблицеимпортном оборудовании, модернизированных отечественных станах, припроектировании новых станов, выборе основных параметров процессаформовки.29Таблица 2.Примеры действующего оборудованияДиаметр сформованныхтруб, ммКатающийдиаметрвалков, ммКоличествогоризонтальных клетейКоличество вертикальныхклетейРасстояниемеждуклетями, ммс открытыми калибрамис закрытыми калибрамиОбщая длина стана (поосям первой и последнейклетей), ммФормовочныйстан 203-530ЭЗТМФормовочный стан159-529 ЭЗТМФормовочныйстан 203-530NAKATA FFXФормовочный стан 355ADDA FERMECCANICA203-530159-529203-530126-355630700-28081196583-1075120034002100 и 24002050, 2450, 9201470, 120012001050 и 150014400326002349013355Особенно остро встает вопрос об импортозамещении агрегатов, не толькодорогих при приобретении, но и еще более затратных при эксплуатации.1.

Вбольшинствеслучаеввтехническомпаспортеформовочногооборудования не указывается производимый марочный сортамент. Указываютсятолько диапазон типоразмеров по диаметру и толщине формуемой трубнойзаготовки. При установке таких агрегатах потребители часто сталкиваются спроблемой при переходе на новый марочный сортамент, что вынуждает ихобращаться к производителю за любыми изменениями начиная с калибровокрабочего инструмента и изготовления его как такового, до внесения измененийв конструкцию стана, что приводит к огромным материальным затратам.2.

Анализ формовочных станов с элементами гибкой формовки показал, чтокаждый имеет свои преимущества и недостатки, но в целом это очень сложное идорогостоящее оборудование. Прежде, чем покупать такое оборудованиянеобходимо иметь возможность проанализировать не только его конкретныехарактеристики, но и дать анализ на перспективу его использования согласнотребованиям изменяющегося рынка.303. Необходимо детально изучить технологию процесса формовки (на разномоборудовании) для того, чтобы иметь в дальнейшем возможность использоватьполученную информацию для быстрой и оптимальной перенастройкиоборудования, а также сокращения расходов на её эксплуатацию.4. При разработке универсальных инструментов исследования процессавалковой формовки необходимо учитывать различные параметры, в том числедопустимые параметры конструктивного исполнения формовочного стана дляконкретных потребностей покупателя.31ГЛАВА 2.

ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ВЫБОРАТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССАНЕПРЕРЫВНОЙ ВАЛКОВОЙ ФОРМОВКИНа сегодняшний день более 50% стальных труб производятся сварнымспособом, причем объем производства с каждым годом ежегодно увеличивается,поэтому совершенствование теории производства сварных труб стало одной изглавных тем для инженеров-трубников.Ввиду того,чтопроцессявляетсянепрерывнымипротекающимодновременно в нескольких формовочных клетях, до настоящего времени былоневозможно исследовать процесс комплексно. Развитие теоретических основтехнологического процесса основано на принципах повышения качестваконечной продукции и стабильности протекания процесса сварки кромок.Непрерывная валковая формовка представляет собой сложный процесспостепенного сворачивания плоского штрипса в круглую цилиндрическуюпродукцию путем прохождения через калибры формовочных клетей стана,расположенных в определенной последовательности.

Таким образом, на процессформовки трубной заготовки влияет множество параметров: количество клетейи их конструкция, расстояние между ними – длина стана, механические свойстваисходной заготовки, калибровка валков и их взаимное расположение. При этом,как известно, расчет параметров технологического процесса рекомендуетсяосуществлять каждый раз при изменении одного из факторов.

В связи с этиминженерам часто приходилось упрощать физическую модель и адаптировать еепод те конкретные задачи, которые решались на настоящий момент. Создавалисьупрощенные схемы, до одно- или двухфакторной модели участка плавноготехнологического перехода от одной формующей клети к другой, которыепозволяли решать отдельные технологические вопросы формообразования.Разработке теории непрерывной валковой формовки посвящены трудымногих ученых: Г.А. Смирнова-Аляева, Г.Я. Гуна, В.Л. Жуковского, Ю.М.Матвеева, П.И. Полухина, В.А.

Рымова, А.П. Чекмарева, В.Я. Осадчего,С.В. Самусева и др. Каждый использовал собственные оценки успешности32внедрения методики расчета. При этом решались больше инженерные задачи,что ограничивало применение выдвинутой теории определенными границами:диапазоном типоразмеров изготавливаемых трубных заготовок и марочнымсортаментом тем, который на данный момент требовался конкретномупредприятию.Поиску оптимальных решений, которые позволили бы обеспечитьстабильный процесс формовки, всегда уделялось особое внимание. Так, вработах Б.

Д. Жуковского, Е.И. Иванова, акцент делался на стабильностьповедения прикромочной области, так как подразумевалось, что одним изглавных недостатков непрерывной валковой формовки трубных заготовокявляется образование местных искривлений кромок – так называемых гофров.Особенно резко проявлялся этот недостаток при формовке открытого профиля сотношением диаметра к толщине стенки свыше пятидесяти [20–22].При формовке трубной заготовки на непрерывных валковых станах, вотличие от формовки на прессах или в вальцах, деформирующий инструментформует лишь участок полосы определенной длины, следовательно, неизбежноналичие переходной зоны от одного профиля к другому.

В этом случае всегдаимеет место неравномерная деформация продольных элементов полосы.Неравномерностьдеформациипродольныхэлементовуменьшаетсясувеличением длины переходной зоны, а отсутствовать может лишь прибесконечной длине зоны деформации.Несмотря на очевидный факт, что относительное удлинение кромок полосыв результате растяжения при формовке зависит от калибровки валков, числарабочих клетей и расстояния между ними, Б.Д. Жуковский предложилопределять относительное удлинение кромок по упрощённой формул[23]:=√2П +2С −С,(2.1)где П – длина проекции кромки на вертикальную ось; - длинаформовочного стана.Траектория движения кромки в данном случае представлялась в видепрямого отрезка, являющегося гипотенузой прямоугольного треугольника.33При допущении, что П = 2,25 ∙ и после не сложных преобразованийформулы (2.1), принималась зависимость длины формовочного стана в отразмеров изготавливаемой трубной продукции: = 1,6 ∙√,(2.2)При этом, если считать, что при формовке деформация кромок остаетсяупругой, то для стали 10 должно быть принято δ = 0,1% , а длясреднеуглеродистых и легированных сталей δ = 0,3% , данные полученыэмпирическим путем.

Был выдвинут принцип минимального растяжения кромокполосы. При этом формовочный стан рассматривается как непрерывный очагсворачивания и имеется в виду, что напряжения, возникающие в ленте, невызывают остаточных деформаций кромок. Этим способом на протяжениимногих лет пользовались инженеры-трубники в своей практике[23].Л. И. Зильберштейн, Я. С.

Осада, А. П. Чекмарев допускали, что участокплавного перехода при формообразовании заготовки для прямошовных сварныхтруб распространяется на всю длину стана. Траектория перемещения точеккромки имеет вид винтовой линии, а поперечные сечения заготовки остаютсяперпендикулярными направлению движения в стане (Рис. 2.1) [20]Рис. 2.1.Очаг деформации трубной заготовки при формовке: - длина очагадеформации; – межклетевое расстояние; 1 – путь, пройденный кромкой[20]34Исходя из приведенной иллюстрации, можем сделать вывод, что длинакромки заготовки во время процесса формовки может быть определена изтреугольника О1 1 :1 = 1 1 = √(1 )2 + 2 ,(2.3)где 1 равняется длине кривой Для определения длины кривой был использован способ приближенногоинтегрирования проекции траектории крайней точки полосы штрипса посечениям калибра на плоскость, перпендикулярной направлению прокатки, пометодам Рунге-Кутты, итеративных методов явного и неявного приближённоговычисления второго порядка точности, основанном на аппроксимацииинтегральной кривой кусочно-линейной функции, что позволило получитьследующее значение: = 1,44 ∙ ,(2.4)где – половина ширины исходной заготовки, мм.Величина относительного удлинения кромок при формовке может бытьопределена следующим образом:=√(1 )2 +2 −(2.5)Учитывая, что при формовке цилиндрических заготовок, напряжения,возникающие в кромках, не должны превышать значения, соответствующиеупругим напряжениям, а также то, что согласно рекомендациям, которые даетБ.Д.

Жуковский, относительное удлинение в идеальном случае не должнопревышать 0,1%, Исходя из этого, величина длины плавного перехода составит:√(1 )2 +2 −0,1% =0,001 =0,001 =∙ 100%√(1 )2 +2 −(2.6)(2.7)√( )2 +2 −(2.7)1,001 ∙ = √( )2 + 2(2.8)0,002 ∙ 2 = 2(2.9)=0.0447(2.10)35Используя полученное ранее значение длины кривой при однорадиуснойкалибровке формовочных валков, имеем:=Принимая, что =∙21,44∙(2.11)0,0447получаем:=1,44∙∙2(2.12)0,0447где — диаметр получаемой цилиндрической заготовкиПосле простых математических действий получаем, что в зависимости отдиаметра трубы длина участка плавного перехода составит: ≈ 50 ∙ (2.13)Такой подход приводил к тому, что агрегаты непрерывной валковойформовки оказывались увеличенной длины.