Расчет таблиц и усилий прокатки

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

№ 375 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС 

Кафедра инновационного проектирования 

А.В. Гончарук 
Е.В. Стоппе 
В.А. Осадчий 

Расчет таблиц и усилий 
прокатки 

Учебно-методическое пособие 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института 

Москва 
Издательство «УЧЕБА» 2 0 0 7 

УДК 621.746 
Г65 

Рецензент 
д-р техн. наук, проф. Б.А. Романцев 

Гончарук А.В., Стоппе Е.В., Осадчий В.А. 
Г65 
Расчет таблиц и усилий прокатки: Учеб.-метод. пособие. – 
М.: МИСиС, 2007. – 78 с. 

Учебно-методическое пособие содержит четыре главы, в которых последовательно изложены формулы для расчета таблиц и усилий прокатки на 
валки для трубопрокатных агрегатов с автоматическим, непрерывным, пилигримовым и раскатным станами. Расчеты представлены на конкретных 
примерах для существующих современных агрегатов. Данный материал используется на практических занятиях для проведения технологических расчетов таблиц и усилий прокатки при производстве труб различного сортамента. 

Содержание пособия соответствует программе курса «Информационное 
обеспечение производства бесшовных труб». 

Предназначено для студентов специальностей 080801 «Прикладная информатика (в инноватике)» и 150106 «Обработка металлов давлением». 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (технологический 
университет) (МИСиС), 2007 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
4 

1. Производство труб на трубопрокатном Агрегате (ТПА) 
с автоматическим станом 
5 

1.1. Расчет таблицы прокатки на ТПА-400 
5 

1.2. Силовые условия 
14 

2. Производство труб на агрегате с непрерывным станом 
27 

2.1. Расчет таблиц прокатки на ТПА 30 – 102 
27 

2.2. Расчет усилий, действующих на валки 
32 

3. Производство труб на трубопрокатном агрегате с 
пилигримовым станом 
42 

3.1. Расчет таблицы прокатки 
42 

3.1.1. Формулы для расчета таблицы прокатки 
43 

3.1.2. Особенности расчета таблицы прокатки на агрегате 
с прошивным прессом и станом элонгатором 
47 

3.1.3. Пример расчета таблицы прокатки 
48 

3.2. Кинематические и силовые параметры горячей 
пилигримовой прокатки 
55 

4. Производство труб на трубопрокатном агрегате с 
трехвалковым раскатным станом 
65 

4.1. Расчет таблиц прокатки 
65 

4.2. Расчет усилий 
71 

Библиографический список 
77 

3 

ВВЕДЕНИЕ 

Современное трубопрокатное производство отличает большое 
разнообразие высокоэффективных способов изготовления продукции, среди которых определяющее значения имеют способы обработки металлов давлением. 

Общая схема процесса производства бесшовных труб предусматривает две основные операции: получение толстостенной гильзы из 
слитка или заготовки и получение из гильзы готовой трубы. 

Способ раскатки гильзы в трубу характеризует тип трубопрокатной установки. 

На трубопрокатных установках с автоматическими станами для 
получения из гильзы готовой трубы применяют продольную прокатку в круглом калибре с наличием неподвижной короткой оправки. На 
этих установках прокатывают бесшовные трубы диаметром от 40 до 
529 мм с толщиной стенки от 3 до 50 мм и более. 

На трубопрокатных установках с непрерывными станами для раскатки гильзы в трубу применяют продольную непрерывную прокатку в 7–9 клетях с круглыми калибрами на длинной подвижной оправке. 

Для осуществления раскатки на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами применяют периодическую прокатку гильзы 
на длинной подвижной оправке в круглом калибре переменного по 
длине очага деформации сечения. Прокатка осуществляется поочередными подачами порций металла в валки подающим аппаратом. 
На этих установках непосредственно из слитка прокатывают трубы 
диаметром от 48 до 650 мм со стенкой толщиной от 2,5 до 50 мм и 
более. 

Для производства толстостенных труб повышенной точности диаметром от 38 до 200 мм со стенкой толщиной от 3 до 50 мм и более 
применяют винтовую прокатку гильз на длинной оправке в трехвалковом раскатном стане. 

К важнейшим факторам настройки прокатных станов относится 
расчет таблиц прокатки для требуемого типоразмера труб. Для каждого вида трубопрокатного агрегата в пособии подробно изложена 
методика расчета таблиц прокатки и расчета усилия на валки, приведены примеры расчета, представлены необходимые блок-схемы. 

4 

1. ПРОИЗВОДСТВО ТРУБ НА ТРУБОПРОКАТНОМ 
АГРЕГАТЕ (ТПА) С АВТОМАТИЧЕСКИМ СТАНОМ 

1.1. Расчет таблицы прокатки на ТПА-400 

Расчет таблицы прокатки обычно ведут против хода прокатки. 
Исходные данные для расчета: размеры готовой трубы, марка стали. 
В качестве примера приведем расчет для трубы D т × ^т = 325 × 12 мм 
длиной 12 м из стали 20. 

Обратный метод расчета таблиц прокатки основан на последовательном приближении от известного типоразмера труб к параметрам 
заготовки, т.е. против хода технологического процесса (рис. 1.1). 

Рис. 1.1. Схема изменения геометрических размеров заготовки 
при прокатке на ТПА с автоматическим станом 

Наружный диаметр трубы после калибровочного стана Dк равен 
диаметру трубы в горячем состоянии D т.г, и его определяют по размерам калибров последней пары валков: 

D т.г=D к = (1 + «А) D т, 

где α - коэффициент температурного расширения, α = 12,5 ·10–6; 
Δ - разность температур конца прокатки и окружающей среды, °С. 

Так как температура конца прокатки в калибровочном стане составляет 850...1050 °С [1], то 1+ αΔг^ =1,01...1,013. Температура конца 
прокатки при производстве тонкостенных труб ниже, чем толстостенных, поэтому большие значения коэффициента относятся к толстостенным трубам. Таким образом, 

Dк = 1,010 · 325 = 328 мм. 

5 

Наружный диаметр трубы после риллинг-стана 

где ΔDк - суммарное обжатие трубы по диаметру в калибровочном 
стане. 

Для трехклетевых станов ΔDк = 2...5 мм; для пятиклетевых 8...15 мм; для семиклетевых - 14...20 мм. Трубы с толщиной стенки 
более 12 мм на трехклетевом стане и более 20 мм на пятиклетевом 
стане калибровке не подвергают. 

Для тонкостенных труб ориентировочно с достаточной для инженерных расчетов точностью 

AD к 
(m-1)Δ, 

где m - число клетей калибровочного стана; 

Δ - среднее обжатие по диаметру в одной клети, мм. 

Примем для прокатки в пятиклетевом калибровочном стане 
Δ D к = 8,0 мм, тогда 

Dр =328 + 8,0 = 336 мм. 

При охлаждении трубы толщина стенки изменяется незначительно, поэтому 

S =Sк= Sт . г =Sт =12 мм. 

Поправочный коэффициент (1+ αΔ t ) следует вводить при прокатке труб с толщиной стенки 20 мм и более. 

Внутренний диаметр трубы после риллинг-стана 

d =336 - 2 12 = 312 мм. 

Раскатка трубы в риллинг-стане сопровождается увеличением 
диаметра и незначительным уменьшением толщины стенки трубы, 
которым обычно пренебрегают. Таким образом, 

S а2 =12 мм; 

диаметр трубы после раскатки в автоматическом стане 

6 

Da = Dр -ΔDр , 

где ΔDр – увеличение диаметра (подъем) при риллинговании труб, 
которое определяют по формуле 

ΔDр = 7,22 - 0,41 Sт + 0,01 Sт
2 - 0,002 DтSт + 0,00011 
D
т
2
. 

Принимаем ΔDр =18 мм, тогда 

Dа = 336 – 18 = 318 мм. 

При прокатке в одном и том же калибре автоматического стана 
наружный диаметр трубы после первого Dа1 и второго Dа2 проходов 
равен диаметру калибра Dа: 

Dа2 = Dа1 = Dа; 

Dа2 = Dа1 = 318 мм. 

При прокатке на полунепрерывном двухклетевом стане размер 
калибра второй клети на 2 мм больше, чем первый, т.е. 

Dа2 = Dа1 +2 мм. 

Внутренний диаметр трубы после второго прохода в автоматическом стане 

dа2 = Dа2 – 2·Sа2; 

dа2 = 318 – 2 · 12 = 294 мм. 

Диаметр оправки при риллинговании δр должен быть больше 
внутреннего диаметра трубы после автоматического стана на величину ξр: 

δр = dа2 + ξр, 

причем ξр = (0,2...0,5) ΔDр. Обычно ξр составляет 2...6 мм, большие 
значения берут в случаях, когда риллинг-стан имеет достаточную 
мощность. 

В то же время диаметр оправки риллинг-стана можно определить 
по выражению 

δр = dр – Кр, 

где Кр – величина подъема трубы по диаметру на участке за оправкой 
в результате скругления профиля трубы, Кр = ΔDр – ξр. 

7 

Расчет Кр можно проводить также по эмпирической зависимости 
Кр = (0,5...0,8)Δ Dр, принимаем ξр = 6,0 мм, тогда 

δр = 294 + 6 = 300 мм. 

Окончательный диаметр оправки риллинг-стана получим, приняв 
Кр = 12 мм: 

δр = 312 - 12 = 300 мм. 

В автоматическом стане прокатку обычно осуществляют в два 
прохода; диаметр оправки для последнего пропуска составляет 

δа2 = dа 2 = Dа2 - 2 
S2; 

δа2 = 318 - 2 12 = 294 мм. 

Диаметр оправки автоматического стана для первого прохода 
принимаем на 2 мм меньше диаметра оправки для второго прохода: 

δа1 = δа2 - 2 мм; 

δа1 = 294 - 2 = 292 мм. 

При прокатке толстостенных труб иногда выбирают оправки с 
разницей по диаметру 1 мм. При использовании несменяемых оправок каждый проход ведут на одной и той же оправке. 

Внутренний диаметр трубы после первого прохода в автоматическом стане 

dа 1 = δа1; 

d а 1 = 292 мм, 

а толщина стенки 

Sa1 = 

D 
2 

318-292 
Sa1 = 
=13 мм. 
2 

Ширина калибра автоматического стана 

Ва =(1,04 – 1,07) Dа; 

Ва = (1,04 – 1,07) 318 = 330 мм. 

Обжатие по толщине стенки в автоматическом стане составляет 
3,0...6,5 мм, и его рассчитывают по формуле 

8 

ΔSa =4,5 + 0,06 S т-0,0006 S т
 2-15/S т+26/S т
 2. 

Толщина стенки гильзы после второго прошивного стана будет 

Sг2 = 12,0 + 4,01 = 16,0 мм. 

Внутренний диаметр гильзы после второй прошивки для надежности ее захвата валками автоматического стана должен быть больше диаметра оправки при первом проходе на величину ξ a: 

Коэффициент ξ a рассчитывается в зависимости от толщины стенки готовой трубы: 

ξ a = 1,42 + 0,2 Sт - 0,0023 Sт2; 

ξ a = 1,42 + 0,2 · 12 - 0,0023 · 122 
3 мм. 

Тогда 

dг2 = 292 + 3,0 = 295 мм. 

Наружный диаметр гильзы после второго прошивного стана 

D г2 = dг2 +2Sг2; 

D г2 = 295 + 2 16 = 327 мм. 

Наружный диаметр гильзы не должен быть больше ширины калибра автоматического стана, в связи с чем необходимо сделать соответствующую проверку. 

Коэффициенты вытяжки после первого μ 1 и второго μ 2 прохода в 
автоматическом стане рассчитываются по следующим формулам: 

(Da1-S а 1)Sа 1 

(327-16)16 

µ2 

(318-13) 13 

(D a1-Sa1)Sa1 

= 1,25; 

= 

(D a2-Sа2)S а 

9 

(318-13)13 

H2= 
= 1,08. 

(318-12)12 

Диаметр оправки второго прошивного стана 

δп2 = dг 2 - Dг2Кп2/100, 

где Кп2 - величина раскатки гильзы, %. 

Эта величина зависит от толщины стенки после второй прошивки, 
причем бóльшие значения относятся к гильзам большего диаметра: 

Кп2 = 13,07 - 0,3 · Sг2 + 0,003 · S г22; 

Кп2 = 13,07 - 0,3 · 16 + 0,003 · 162 
10 %; 

δп2 =295 - 327 · 10/100 = 262 мм. 

При раскатке на втором стане происходит подъем гильзы по диаметру и раскатке ее по толщине стенки, причем величина подъема 
ΔDг2 = 20...32 мм. Подъем гильзы по диаметру уменьшается с увеличением толщины стенки, но увеличивается с ростом диаметра гильзы, поэтому величина D г2 изменяется в широких пределах. Его величину можно определить по эмпирической зависимости 

ΔDг2 = (0,115 - 0,00135 Sг2) Dг2. 

Для рассматриваемого случая 

Δ Dг2 = (0,115 - 0,00135 
16) 327 = 31 мм. 

Наружный диаметр гильзы после первого прошивного стана 

Dг 1 = D г2 - Δ D г2; 

Dг 1 = 327 - 31 = 296 мм. 

Процесс прошивки наиболее рационален при равенстве диаметра 
гильзы и заготовки. Для тонкостенных труб используют заготовки 
диаметром D з на 5...10 % меньшим, а для труб с толстой стенкой - на 
5...10 % большим диаметра гильзы. 

Принимаем Dз = 270 мм. 
Общая вытяжка в двух прошивных станах будет 

4Sг2(Dг2 - S г 2 ) 

10 

^IΣ п 

2702 

4 16 (327-16) = 3,66. 

Практически величина вытяжки на первом стане находится в пределах 1,25...2,0, а на втором – в пределах 1,25...2,7. 

Распределение деформации между двумя прошивными станами 
должно быть таким, чтобы обеспечить максимальную производительность агрегата. Для этого необходимо стремиться к равенству 
циклов прокатки на обоих прошивных станах. Обычно при прошивке 
тонкостенных труб деформацию между прошивными станами распределяют поровну, при прошивке толстостенных труб 60 % суммарной деформации приходится на первый прошивной стан. Принимаем μп1 = 2,0; μп2 = 1,85; тогда 

S г 1 = 

μп 1 
D г 1 - ^ μ п 1
2 
D г 12-μп 1 D з 

2μп1 

отсюда толщина стенки гильзы после первой прошивки 

Sг 1 = 35,0 мм. 

Внутренний диаметр гильзы после первого прошивного стана 

dг 1 = Dг 1 - 2 Sг 1; 

dг 1 = 296 - 2 35 = 226 мм. 

Диаметр оправки первого прошивного стана так же, как и второго, 
зависит от величины раскатки гильзы Кп 1: 

δп1 = d г 1 - К п 1 . 

Величины раскатки гильзы Кп 1 определим по эмпирической зависимости 

D2 

K п1 =(0,075 - 0,00135S г 1 ) — ; 

K п 1 =(0,075 - 0,00135 35) 
= 20,2 мм, 

100 

тогда 

δп1 = 225 - 20 = 205 мм. 

11