Спосіб калібрування валка правильної машини

1. Спосіб калібрування бочки валка правильної машини, згідно з яким твірна бочки містить деформуючу робочу та прилеглі до неї напрямні торцеві частини, робоча частина утворюється обертанням просторової лінії контакту поверхонь бочки валка та оброблюваного прокату, лінію утворює геометричне місце точок, в яких контактуючі поверхні мають спільну дотичну, а торцеві частини виконують у формі випуклих від осі валка кривих, що плавно спрягаються з робочою частиною, який відрізняється тим, що робочу частину утворює лінія контакту поверхонь валка та прокату мінімального розміру із сортаментного діапазону, що буде виправлятись в машині, при цьому валок розташовують під мінімальним, по технічній характеристиці машини, кутом відносно осі правки, а діаметр прокату зменшують на величину його макдопустимої поперечної пружносимально пластичної деформації, робочу та торцеві частини, криву яких утворює сплайн-функція, спрягають за умов, що в точці спрягання вони мають спільну дотичну, випуклість сплайн-функції задають таким чином, що вона не має спільних точок з твірною робочої частини, окрім однієї, де вона з нею спрягається, і ця функція проходить через свої точки перегину, спрягаючись з торцем валка нижче їх на 0,10 ÷ 0,50 від діаметра горловини бочки валка, а діаметр бочки валка в точках перегину, що знаходяться симетрично її горловині на відстані 0,45 ÷ 0,48 від загальної довжини бочки валка, зменшують на 0,05 ÷ 0,15 від діаметра, утвореного твірною робочої частини. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що діаметр прокату зменшують на величину його максимально допустимої поперечної пружно-пластичної 2 3 Корисна модель відноситься до обробки металів тиском і може бути використаним при калібруванні валків трубоправильних машин з косо розташованими валками таких фірм, як «Kieserling», «SMS Meer», «Reika», «Sema Systemtechnik», «Bultmann» (Германія), «Astmag» (Австрія), «ZDAS» (Чехія), «Sumitomo Machinery CO» (Японія), «ITL International LLC.» (США), «Montbard» (Франція), «Gallium» (Індія), «Bronx» (Англія), «Cartacci» (Італія), ОАО «СКМЗ» (Україна) та ін., які оснащені 3ма; 4ма або 5ма парами валків і які застосовуються, переважно, для правки прокату круглого профілю - труб та прутків. При експлуатації таких валків повинні забезпечуватися умови задовільної правки всього діапазону діаметрів прокату із сортаменту машини безперервність контакту робочого профілю валка з поверхнею оброблюваного прокату на всю робочу довжину бочки валка і не ушкодження його поверхні на вході та виході з валкової обойми. Але, як показує практика, умови безперервності контакту та не ушкодження оброблюваної поверхні прокату можна здійснити далеко не завжди, навіть при критичних обтисненнях прокату в валковій обоймі, і в цьому особливу роль відіграє профіль валка, виконаний по розрахунковій кривій. Існуючі методики калібрування валків, розрахунки утворюючої профілю їх бочки базуються на геометричному принципі пересічення двох тіл обертання - правильного валка та прокату циліндричної форми. Розрахунки виконуються під один визначений діаметр прокату із діапазону діаметрів які можна обробляти на машині. Відомий спосіб калібрування валка правильної машини з симетричним відносно горловини робочим профілем [1], у якому бочку валка виконують по профілю з твірною гіперболоїда обертання, яку визначають за вираженням: Ri = (Rг + rm )2 + Li sin2 α − rm ; тут: Ri - перемінний радіус твірної гіперболоїда в контрольних, поперечних перетинах по довжині бочки валка; Rг - радіус горловини бочки валка; rm - радіус калібру утворений косо розташованою парою валків; Li - текуча координата основи прикладення Ri по осі валка від його горловини у напрямку його торців; α - кут нахилу валка до осі правки. Недоліками цього способу являються невизначеність параметрів rm і α , що використовуються при розрахунку профілю, та невизначеність форми спрягання гіперболоїдного профілю з торцями валка. Відомий спосіб калібрування валка правильної машини з симетричним відносно горловини робочим профілем, у якому бочку валка виконують по 44411 4 профілю з твірною гіперболоїда обертання, яку визначають за вираженням [1], при цьому, при розрахунку профілю радіус калібру приймають рівним радіусу прокату максимального діаметру і кут нахилу валка до осі правки - найбільшим за технічною характеристикою машини, [2]. В цьому способі хоч і визначені параметри rm і α , що використовуються при розрахунку профілю, та невизначеність форми спрягання гіперболоїдного профілю з торцями валка не дозволяє отримати закінчений профіль бочки валка. Відомий спосіб калібрування валка правильної машини з симетричним відносно горловини робочим профілем [3], у якому бочку валка виконують по профілю з твірною гіперболоїда обертання за вираженням [1], яку спрягають радіусом ρ = 0 .5L з торцями валка, де: L - довжина бочки валка. До того, при розрахунку профілю за вираженням [1], rm приймають рівним радіусу прокату мінімального діаметра і α найменшим за технічною характеристикою машини. Спосіб [3] враховує визначення всіх параметрів для розрахунку профілю і його спрягання з торцями валка, та в основу цього способу, як і в основу способів [1 і 2], покладено те, що валок правильної машини по своїй формі приймається тілом обертання, твірна якого являється гіперболою, утвореною обертанням прямої лінії (лінія контакту робочого профілю валка з поверхнею прокату що виправляється), косо розташованої по відношенню до осі обертання. Але в умовах правильної машини, валок - гіперболоїд повинен контактувати не з прямою лінією, а з прокатом циліндричної форми. Однак, з диференціальної геометрії відомо, що дві поверхні, із яких одна розгортається (циліндр), а друга не розгортається (гіперболоїд), контактувати по прямій лінії не можуть і тому валки з таким профілем не забезпечують задовільних умов якісної правки прокату. Відомий спосіб калібрування валка правильної машини з симетричним відносно горловини робочим профілем [4], у якому бочку валка виконують по профілю з твірною гіперболоїда обертання, а на довжині l0 = 0.05L від торців валка виконують воронкообразне округлення двома радіусами - більшим на торцю валка і меншим при спряганні з твірною гіперболоїда, при цьому, перемінний радіус твірної визначають за наступним вираженням: ⎞ ⎛ Ri = ⎜ (Rг + rm )2 + Li sin2 α − rm ⎟ ⎠ ⎝ (Rг + rm )2 + L2 sin2 α cos2 α ; i (Rг + rm )2 + L2 sin2 α i Всі позначення, що наведені в вираженні [4], такі ж самі, як і в вираженнях [1, 3]; при розрахунку профілю, rm приймають рівним радіусу прокату максимального діаметру і α найбільшим за технічною характеристикою машини. В основу способу [4] покладено точне рішення по визначенню просторової кривої лінії контакту, а 5 44411 6 не прямої лінії, як приймалось раніше [1-3], робовсім не оговорюються. чого профілю валка з поверхнею прокату. Але при Відомий спосіб калібрування валка правильної розрахунку профілю бочки валка присутня помилмашини з симетричним відносно горловини робока по визначенню текучих координат основи причим профілем [11], у якому бочку валка виконують по профілю з твірною гіперболоїда обертання, яку кладення Ri і тому при їх використанні порушувизначають системою виражень: ються умови безперервності контакту профілю Rг + rm ⎧ 2 2 валка з поверхнею прокату. До того даються тільки ⎪ Ri = cos ϕ − rm 1 − sin α sin ϕ загальні рекомендації по формі спрягання гіпербо⎪ ; ⎨ 2 лоїдного профілю з торцями валка, що не дозво⎪L = (R + r )tgϕ cos α + r sin α sin ϕ ляє отримати закінчений профіль його бочки. г m m ⎪ i sin α ⎩ Відомий спосіб калібрування валка правильної де: машини з симетричним відносно горловини робоϕ - кут меридіонального перетину труби, який чим профілем [5], у якому бочку валка виконують при розрахунку профілю змінюють від 0° до 90°. по профілю з твірною гіперболоїда обертання, яку При розрахунку профілю за вираженням [11], визначають системою виражень: rm приймають рівним радіусу прокату максималь⎧ 2 2 2 2 ного діаметру і α найбільшим за технічною харак⎪R = ⎛ (R + r )2 + l sin2 α − r ⎞ (Rг + rm ) + li sin α cos α ⎜ г m i m⎟ 2 2 2 ⎪ i ⎝ теристикою машини. ⎠ (Rг + rm ) + li sin α ; ⎪ ⎨ Аналогічний способу [11], є спосіб калібруванrmli sin2 α ⎪ Li = li cos2 α + ня валка правильної машини з симетричним від⎪ (Rг + rm )2 + li2 sin2 α ⎪ носно горловини робочим профілем, у якому бочку ⎩ валка виконують по профілю з твірною гіперболоїде: да обертання, яку визначають системою вираli - текуча допоміжна координата для визнажень: чення Ri і Li . Rг + rm (1 − sin ϕ) ⎧ 1 − cos2 ϕ cos2 α Тут і далі по тексту в формулах наводяться ⎪Ri = ⎪ sin ϕ , позначення такі ж самі, як і в вираженнях [1-5]. ⎨ 2 ⎪L = r sin α cos ϕ + (R + r ) cos α ctgϕ При розрахунку профілю за вираженням [5], г m ⎪ i m sin α ⎩ rm приймають рівним радіусу прокату максимальа крайні ділянки профілю біля його торців ного діаметру і α найбільшим за технічною харакокруглюють, [12]. теристикою машини. Тут ϕ те ж саме, що і в вираженні [11], за виСпосіб [5] не дозволяє отримати закінчений нятком того, що при розрахунку профілю, парапрофіль бочки валка, бо не визначає форму спряметр ϕ змінюють від 90° до 0° та rm приймають гання профілю з торцями валка, хоч і дозволяє розрахувати точний гіперболічний профіль його рівним радіусу труби мінімального діаметру і α бочки. найменшим за технічною характеристикою машиВідомий спосіб калібрування валка правильної ни. машини з симетричним відносно горловини робоЦим способам [11, 12] також присуджені недочим профілем [6], у якому бочку валка виконують ліки способу [5]. по профілю з твірною гіперболоїда обертання, яку Відомий спосіб калібрування валка правильної визначають системою вирамашини з симетричним відносно горловини робожень: чим профілем [13], у якому бочку валка виконують ⎧ по профілю з твірною гіперболоїда обертання, яку ⎛ ⎞ ⎟ rm ⎪R = ⎜1 m визначають за виражен(Rг + rm )2 + li2 sin2 α ⎟ ⎪ i ⎜ ням: ⎜ ⎪ (Rг + rm )2 + li2tg2α ⎟ ; ⎝ ⎠ ⎨ 2 rmli sin αtgα ⎪ n ⎞ 2 ⎛ Li = li cos α m rm ⎪ 2⎜ 2 α ⎟ + L2 tg2α⎛1 − rm ⎞ ; 2 2 2 Ri = (Rг + rm ) ⎜1 − cos ⎜ ⎟ i (Rг + rm ) + li tg α ⎟ ⎪ ⎩ U U⎠ ⎟ ⎜ ⎝ ⎠ ⎝ при цьому, при розрахунку профілю радіус катут: лібру приймають по середнім значенням діаметрів прокату і кут нахилу валка до осі правки - із середU = (Rг + rm )2 cosn α + L2 sin2 α ; i ніх кутів з інтервалу допустимого за технічною хаn - постійний коефіцієнт [14], що характеризує рактеристикою машини. геометрію контакту прокату і валка: Одним з недоліків способу [6] є відсутність виражень по формі спрягання профілю з торцями ⎡ r sin2 α ⎤ 2 + cos2 α ⎥ n= ln⎢ m валка, як і в способі [5]. ln cos α ⎢ 1.5 (Rг + rm ) ⎥ ⎣ ⎦ Аналогічне, як і в способі [6], вираження по розрахунку профілю твірної бочки валка, після При розрахунку профілю за вираженням [13], математичних скорочень й перетворень, отримане rm приймають по середнім значенням діаметрів авторами способів [7-10] і їм також властиві недопрокату і α із середніх кутів в інтервалі, припусліки способу [5], тому ці способи калібрування валтимого за технічною характеристикою машини. ка також не являються оптимальними. До того в Недоліком способу є присутність незначної способах [7-10] величини параметрів rm і α зопомилки в розрахунках твірної профілю від засто 7 44411 8 процесу виправлення прокату, покладений аналіз сування коефіцієнту n. Ця помилка - відносна поматематичної моделі сполучення поверхонь валка грішність, по даним автора [14], не перевищує з прокатом і установлено, що оптимальне калібру0,002 %, що майже допустимо для задовільної вання відповідає середній частині діапазону діароботи валків з цим профілем, але відсутність даметрів прокату. них по формі спрягання твірної профілю з торцями Також відомо, що для зниження рівня тангенвалка не дозволяє отримати закінчений його проціальних напружень при виправленні прокату (труб філь. зі сталі ШХ-15) розроблена спеціальна програма Таким чином, рівняння утворюючої профілю валка, яке задовольняє умові його безперервного розрахунку калібрування валків [16]. У ній за осноконтакту з поверхнею прокату заданого діаметра, вний критерій якості калібрування ухвалюється дається в способі [4]. Автор способу [4] установив, відношення довжини зони контакту до діаметра що форма валка утворена обертанням просторопрокату, а розрахунок калібрування виконується вої кривої, а не прямою лінією, як уважалося ранідля найбільшого діаметра прокату, як і при традише [1-3]. Спосіб [4] був доповнений рівнянням споційному підході [11]. собу [5] що визначає координати основ Виходячи з вищевикладеного, можна зробити перемінного радіуса точок утворюючої робочої висновок, що існує невизначеність при виборі розповерхні бочки валка. Описаний вище принцип рахункових параметрів і кривої, що описує профіль побудови твірної профілю валка, заснований на валка, а це дуже важливо, бо від правильності геометрії торкання його поверхні з поверхнею провибору твірної профілю валків на відповідність кату, пізніше ліг в основу способів [6-13]. Способи необхідним умовам роботи стану залежить, як стійкість валків до зношування, так і властивості [6-10] дозволяють визначити Ri і координату його прокату, що виправляється. основи Li системою рівнянь у функції від поточної Невірно вибрані розрахункові параметри, а координати li по осі виправлення. Способи калібсаме rm та α , призводять до того, що така калібровка не забезпечує умову безперервності контакрування валків [11, 12] визначають величини Ri і ту робочого профілю валка з поверхню оброблюLi системою рівнянь у функції від параметра ϕ . ваного прокату і сприяє інтенсифікації локального Рішення способу [13] дозволяє здійснювати розразносу робочої поверхні валка. В свою чергу, зменхунки Ri безпосередньо у функції від Li з викоришення довжини лінії контакту поверхонь валка та прокату, що визвано його зносом, оказує значний станням постійного коефіцієнта n . вплив на якість останнього. Механічні якості після У загальному випадку накладення кривих правки в зношених валках нерівномірні по довжині профілів,розрахованих по залежностях [5-13], прокату та погіршують його експлуатаційні харакпоказує їхню задовільну збіжність по довжині бочтеристики. ки валка L , коли в розрахунки закладені одні й ті Для визначення розрахункових параметрів, а самі вхідні параметри (Rг , rm, α ) . Однак їх вибір, саме rm та α , які треба використовувати при роззокрема вибір параметрів rm і відповідно α , під рахунку твірної профілю валка, нами виконані розякий калібрується валок, трактується по-різному. рахунки калібрування валків багатьох правильних В [2, 4, 5, 11] рекомендується профіль валка станів за способами [5-13], виходячи з їхньої техвиконувати по кривий побудованої виходячи з нічної характеристики, для максимального, мініманайбільшого діаметра прокату, що зазнають вильного й середнього діаметрів труб, відповідно, правлення й максимальний кут α вважаючи, що кут α був ухвалений максимальним, мінімальним і прокат меншого діаметра можна привести в зітксереднім. Для оцінки впливу на умови контакту нення з валком зміною його положення щодо осі отриманих кривих профілю валка були виконані виправлення. розрахунки величини зазору згідно методики споАвтори способу [12] ураховують, що прокат місобу [13] та виконаний аналіз розподілу зазорів і німального, у заданому діапазоні, діаметра має характеру взаємодії оброблюваного прокату з валнайменшу твердість і має найбільшу швидкість ками. Згідно цієї методики зазори відсутні при ідеобертання навколо своєї осі, і рекомендують саме альному профілі валка, який забезпечує повний для прокату найменшого діаметра й мінімальному контакт з поверхнею прокату що виправляється. куті α робити побудову профілю валків. По різниці між цим ідеальним та дійсним профіляКалібрувати валки за середніми значенням діми знаходять фактичну величину зазору для кожаметрів прокату і середніх кутів уважає автор споного поперечного перерізу по довжині бочки валка; собу [6] з метою підвищення точності подальшого позитивна величина зазору характеризує відсутїхнього регулювання під виправлення інтервалу ність контакту прокату та валка, а негативна - кондіаметрів прокату, що допускаються конструкцією такт з впровадженням тіла валка в поверхню простану. кату. Розрахунки провели для умов повного У способах [7-10] рекомендації з вибору вихідконтакту валка із прокатом у трьох граничних точних параметрів калібрування відсутні. ках - у його горловій і торцевих частинах. Проведений аналіз [13] розподілу зазорів і хаВиконаним аналізом розподілу зазорів встанорактеру взаємодії прокату з валками дозволив влено, що при калібруванні валків для максимальзменшити їхнє зношування й підвищити якість виного діаметра прокату, умови безперервності конправлення прокату (обсадних труб) за рахунок такту їх робочого профілю з поверхнею прокату профілювання валків під середні діаметри й кути що виправляються, нездійсненні. Профіль таких α . Відомо також, що в основу [15], оптимізації валків більш крутий у порівнянні із профілями, 9 44411 10 Спосіб забезпечує задовільну задачу прокату розрахованими під середній і мінімальний діаметв валкову обойму, але при цьому профіль валка ри прокату із сортаменту стану. Вони контактують виконують необґрунтовано поглибленим. Таке із поверхнею прокату тільки в трьох крапках - горпоглиблення профілю перекручує геометрію оселовий і торцевих частинах валка, що обумовлює, у редку деформації, при цьому відсутнє плавне свою чергу, низьку якість його виправлення й маспрягання робочої частини валка з прямолінійним лий строк їх експлуатації через локальне зношування ділянок, що прилягають до горлової частини пояском, що призведе до ушкоджень поверхні прокату. валка. Профілю валків, виконаному для середньоНайбільш близьким до технічного рішення, що го діаметра прокату що виправляється, властиві ті заявляється, по призначенню, технічній сутності і ж недоліки, що й профілю валка, каліброваному результату, що досягається при використанні є під максимальний діаметр прокату, тому що умови відомий спосіб калібрування торцевих частин бочповного контакту його робочої поверхні з поверхки валка правильної машини, у якому торцеві часнею прокату діаметром менш розрахункового не тини виконують у формі кривих, побудованих на здійснюються. У більшій мірі технологічним є прооснові математичних обчислень, а криві спрягають філь валка, розрахований під мінімальний діаметр з твірною робочого профілю валка, утвореною оброблюваних прокату. Профіль цих валків менш гіперболоїдом обертання [18]. крутий у порівнянні із профілями, розрахованими Форма кривих в способі [18] розраховується та під максимальний і середній діаметри прокату. Це виконується з допомогою змішаних подвійних тану свою чергу забезпечує мінімальну різницю округенціальних радіусів що повинні забезпечувати жних швидкостей точок утворюючої валка, що «м'який», плавний перехід від гіперболічного прознижує інтенсивність зношування його контактної філю бочки валка до його торців. Це забезпечує не поверхні. Однак і профіль валка, виконаний під мінімаушкодження зовнішньої поверхні прокату що вильний діаметр прокату, не є оптимальним, тому правляється. Але при задачі і виправленні тонкостінних що при установці розчину валкової обойми на ветруб, що загубили стійкість профілю в поперечних личину обтиснення прокату мінімального діаметра, перетинах (особливо після термічної обробки), умови безперервності контакту порушаться внаторці валків, що не розраховані щоб з такими труслідок появи для цього випадку неминучих позитибами контактувати, ушкоджують їх поверхню. До вних зазорів. Таким чином, ні один з відомих протого, профіль валків, що розраховується на середфілів не забезпечує умов безперервності контакту ній діапазон розмірів прокату, не забезпечує умов профілю валка з діапазоном діаметрів прокату по задовільної правки прокату, що має менші, ніж технічній характеристиці машини. Не менш важливим фактором, що впливає на розрахункові значення. якість прокату що виправляється, є форма спряВ основу корисної моделі поставлена задача гання торців валка з його твірною профілю. Правка удосконалення способу калібрування валка прапрокату в валках, які мають невизначену форму, вильного стану, у якому визначені параметри для або мають форму валка з неоптимальною геометрозрахунку твірної гіперболоїда обертання та змірією, призводить до через мірного тиску торцевих нена форма спрягання робочого профілю з торцячастин валка на поверхню прокату і оказує негатими валка, що дозволяє отримати закінчений профіль бочки валка, твірна якого забезпечує вний вплив на механічні властивості, точність геометричних розмірів і якість поверхні прокату що безперервність контакту валка з поверхнею прокавиправляється. ту що виправляється. Частково негативний вплив торців валка усуПоставлена задача вирішується тим, що в вають округленням реборд для полегшення захваспособі калібрування валка правильної машини, у ту прокату в начальний період [3, 12], інколи викоякому твірна бочки містить деформуючу робочу та нується вхідна та вихідна частини валків у формі прилеглі до неї направляючі торцеві частини, рогалтелі, що має направляючу ділянку з виконанибоча частина утворюється обертанням просторової лінії контакту поверхонь бочки валка та обробми воронкообразними закругленнями [4] для його лювального прокату, лінію утворює геометричне плавного захвату. Але, в способах [4, 12], даються тільки загальні рекомендації щодо виконання місце точок, в яких контактуючі поверхні, мають форм торців валка і їх спрягання з твірною профіспільну дотичну, а торцеві частини виконують у лю, а в способах [1, 2, 5-11, 13] такі дані взагалі формі випуклих від вісі валка кривих, що плавно відсутні, що не дозволяє отримати закінчений спрягаються з робочою частиною відповідно до профіль валка. корисної моделі, робочу частину утворює лінія В процесі правки прокату, особливо труб, що контакту поверхонь валка та прокату мінімального розміру із сортаментного діапазону, що буде визагубили стійкість профілю в поперечних переріправлятись в машині, при цьому, валок розташозах, відомі способи [3, 12] не забезпечують їх завують під мінімальним, по технічній характеристиці довільної задачі в валкову обойму. Близьким до технічного рішення що заявлямашини, кутом відносно осі правки, а діаметр проється є відомий спосіб калібрування валка правикату зменшують на величину його максимально льної машини з симетричним відносно горловини допустимої поперечної пружно-пластичної дефорробочим профілем, у якому торцеві частини валка мації, робочу та торцеві частини, криву яких утвовиконують з направляючими прямолінійними поясрює сплайн-функція, спрягають за умов що в точці ками, спрягання торцевих частин та торців валка спрягання вони мають спільну дотичну, випуклість по радіусу, а профіль валка поглибленим по радіусплайн-функції задають таким чином, що вона не має спільних точок з твірною робочої частини, су відносно розрахованої твірної гіперболоїда [17]. 11 44411 12 окрім однієї, де вона з нею спрягається і ця функвалками з таким профілем, сприяє підвищенню ція проходе через свої точки перегину спрягаюсил контактного тертя, необхідних для тягнучої здатності валків і стійкому веденню процесу вичись з торцем валка нижче їх на 0,10 ÷ 0,50 від правлення прокату. діаметра горловини бочки валка, а діаметр бочки Крім забезпечення задовільних умов виправвалка в точках перегину, що знаходяться симетрилення прокату полегшується настроювання правично її горловини на відстані 0,45 ÷ 0,48 від загальльної машини по кутовому регулюванню валків, ної довжини бочки валка, зменшують на тому що майже автоматично виключається врізан0,05 ÷ 0,15 від діаметра утвореного твірною робоня торців валка в поверхню прокату, що виправлячої частини. ється, а профіль валка контактує на всій своїй роВідповідно до корисної моделі, діаметр прокабочій довжині. ту зменшують на величину його максимально доПри такому контакті значно підвищується стійпустимої поперечної пружно-пластичної деформакість валків до переточування. ( ) ції εmax , яку визначають за формулою: εmax ⎛ E ⋅ dmin ⎞ ⎟ , (1) = 0.001⋅ Dmin − ln⎜1 + ⎜ σ ⋅ Dmin ⎟ m ⎝ ⎠ де: σn , E - відповідно, межа плинності та модуль пружності металу, МПа; Dmin та dmin - відповідно, зовнішній та внутрішній радіуси прокату, мм. Відповідно до корисної моделі, діаметр бочки валка в точках перегину, зменшують від діаметра утвореного твірною робочої частини на величину різниці від діаметра утвореного лінією контакту поверхонь валка та прокату максимального розміру із сортаментного діапазону, що буде виправлятись в машині, при цьому, валок розташовують під кутом до вісі правки, який забезпечує контакт з прокатом максимального розміру в точці спрягання робочої та торцевих частин, та контакт з прокатом цього розміру, збільшеним на величину його овалізації в точках перегину сплайн-функції, а в точках спрягання та в точках перегину контактуючі поверхні мають спільну дотичну, при цьому, робочу та торцеві частини спрягають задовольняючи наступній умові обмеження довжини робочої частини валка lp : () 0,75 ⋅ L ≤ lp ≤ 0,85 ⋅ L ⎧ ⎪ ; (2) ⎨ max ⋅ tgα ⋅ η ⎪2L > lp > S, при S = π ⋅ D ⎩ де: L - загальна довжина бочки валка, мм; S - лінійне переміщення труби за кожний оберт валка, мм; Dmax - максимальний діаметр прокату з діапазону діаметрів, що будуть виправлятись в правильній машині, мм; α - максимальний, за технічною характеристикою правильної машини, кут нахилу валка до вісі правки, град; η - коефіцієнт осьового сковзання, приймають η = 0,85 ÷ 0,90 . Виконання прямих фасок на торцях валка, які до речі не контактують з прокатом, що виправляється, полегшує виготовлення бочок валків, бо для цього не потребується складне устаткування по їх виготовленню. Це рішення забезпечує умови безперервності контакту валка з поверхнею труб, що виправляються, у всім діапазоні діаметрів. "Змушене" сплющування труб валковою обоймою, утворене Спрягання твірної робочого профілю з торцями валка сплайн-функцією, виконання плавних переходів, виключає ушкодження поверхні прокату що виправляється. Плавне спрягання забезпечується тим, що спрягають в точці де увігнута функція, що описує робочій профіль бочки валка, та випукла функція, що описує його торцеву частину, мають спільні дотичні. Використання сплайнфункції [19] дозволяє на наявному устаткуванні забезпечити плавність переходу поверхонь що обробляються у зазначених, основних вузлових точках (точки спрягання увігнутої та випуклої функцій, точки перегину сплайн-функції та точки спрягання її з торцями). До того, оскільки сплайнфункція y2=f(x) порядку k з послідовністю вузлів n є будь-яка лінійна комбінація В-сплайнів порядку k для послідовності вузлів t (у, t), то вибір кількості та послідовності вузлів t (проміжні вузлові точки) дозволяє пов'язати бажану ступінь гладкості в точці розриву з числом вузлів у цій точці. При цьому менше число вузлів відповідає більшому числу умов безперервності. Торцеві частини бочки валка забезпечують умови задовільної задачі та виправлення прокату, що загубив стійкість профілю в поперечних перетинах, без ушкодження його зовнішньої поверхні. Це забезпечено тим, що максимальний діаметр валка в точці перегину випуклої сплайн-функції розраховують під контакт з прокатом максимального розміру, збільшеним на величину його овалізації. Довжина робочого профілю, яку обмежують залежністю (2), оптимальна для пластичної проробки поперечного перетину прокату, що буде виправлятись в машині і це в свою чергу сприяє якості правки, отриманню точного зовнішнього діаметру прокату після правки, майже без його овалізації. Виконання торцевих частин однією випуклою функцією полегшує виготовлення бочок валків на верстатах з ЧПУ, бо для цього не потребується складне устаткування по їх виготовленню, таке як потрібно при виготовленні валків з торцями, що мають форму радіусів [4] та подвійних тангенціальних радіусів [5]. Описане вище, пояснюється Фіг.1, на якій схематично показано спрягання увігнутої функції y1=f(x), що описує робочій профіль бочки валка, з випуклою функцією y2=f(x), що описує його торцеву частину і показані основні вузлові точки: 1 - точка спрягання робочого профілю та сплайн-функції, 2 - точка перегину сплайн-функції і 3 - точка спрягання сплайн-функції з торцем валка. Плавність 13 44411 14 спрягання функцій досягається тим, що в точці рівного 40мм, а кут нахилу валка приймався макспрягання вони мають спільну дотичну, тобто песимальним за технічною характеристикою машини ( α =33°). Торці бочки валка спрягалися по радіусу dy1 dy 2 рші похідні цих функцій в цій точці рівні . = з твірною профілю, рівним 10мм. dx dx Твірна профілю валка машини VRM-75 розраПропонований спосіб здійснюють таким чином: ховувалася під радіус калібру, що дорівнює сереРозраховують по формулі (1), що була отридньому діаметру прокату що виправляється, рівмана дослідним шляхом, максимально допустиму ному 42,5мм, а кут нахилу валка приймався поперечну пружно-пластичну деформацію прокату середнім за технічною характеристикою машини мінімального розміру із сортаментного діапазону, ( α =31°). Бочка валка виконувалась з фігурними що буде виправлятись в машині. направляючими поясками та торцями округленими Розраховують по одній з методик, наприклад по радіусу, рівним 15мм. [11] твірну робочої частини бочки валка. При цьоТвірна робочої частини валка машини 10CR6 му, приймають параметр rm , що був розрахований розраховувалася під радіус калібру, що був зменз урахуванням максимально допустимої поперешений на величину максимально допустимої пручної пружної деформації прокату мінімального жно-пластичної деформації прокату мінімального розміру, як описано трохи вище і відповідно α розміру із сортаментного діапазону, який буде вимінімальним, по технічній характеристиці машини. правлятись в машині ( σn та E - відповідно, були Знаходять точки спрягання увігнутого робочоприйняті для сталі 08Х18Н10Т), а кут нахилу валка го профілю бочки валка з випуклою сплайнприймався мінімальним за технічною характерисфункцією. При цьому робоча довжина бочки валка тикою машини ( α =29°). Причому торці бочки валповинна задовольняти умові (2). ків машини 10CR6 були виконані за способом що Визначають точки перегину випуклої сплайнпропонується з використанням сплайн-функції функції. Точки перегину знаходять симетрично степні к=3 і яка містить n=3 вузлових точок. (0,45 ÷ 0,48) ⋅ L) , де: L горловини бочки на відстані На основі цих розрахунків були виготовлені - довжина бочки валка. Їх координати розраховувалки, які використовувалися в умовах діючого ють для валка розташованого під кутом до вісі виробництва на цих правильних машинах при виправки, що може бути зроблене по одній з метоправлянні труб з нержавіючих сталей та сплавів. дик, наприклад [9]. Кут нахилу валка визначають Свого роду характеристикою правильності витаким чином, що він повинен забезпечувати конбору кривій профілю на відповідність необхідним такт з прокатом максимального розміру в точці умовам роботи стану є зношування їх робочого спрягання увігнутої та випуклої функцій та контакт профілю. з прокатом цього розміру, збільшеним на величину Валки машини І-5626, які калібрувалися за його овалізації, в точках перегину сплайн-функції. способом аналогом [17] експлуатувалися в основРозрахунки проводять так, щоб в точках спрягання ному при виправленні труб діаметром 16мм. Обецих функцій та в точках перегину сплайн-функції ртає на себе увагу місцеве вироблення робочого контактуючі поверхні мали спільну дотичну. профілю, локалізоване на ділянках, що прилягаПотім, враховуючи те, що випуклість сплайнють до горлової частини валка. Валки з цим профункції задається таким чином, що ця функція філем після виправлення ними ~335тис. метрів проходе через свою точку перегину спрягаючись з труб стали непридатними для подальшої експлуаторцем валка нижче її на (0,05 ÷ 0,25 ) ⋅ Rг , а спрятації. гають її з твірною робочого профілю в визначеній Валки машини VRM-75, які калібрувалися за точці спрягання. При цьому в цій точці функції маспособом прототипом [18], експлуатувалися при ють спільні дотичні, що в свою чергу забезпечує виправленні труб діаметром від 40 до 63мм. Валки плавність їх спрягання, а спрягають сплайнз цим профілем після виправлення ними ~950тис. метрів труб також стали непридатними для подафункцією y2=f(x) степені k>2, що містить n ≥ 3 льшої експлуатації, бо мають недопустиме локавузлових точок. льне вироблення робочого профілю. Після всіх розрахунків готується технічне креПредставлений на Фіг.2 валок правильного слення, на основі якого виконується бочка валка. стану "Bronx" що калібрувався за способом, що Приклад конкретного здійснення. пропонується, не має таких недоліків, що присутні Були виконані розрахунки і зроблені відповідні в способах [18, 19]. технічні креслення профілів бочок валків правильЗавдяки такому калібруванню валка забезпених машин: правильної машини І-5626, Азовського чується якісне виправлення труб у діапазоні діазаводу КПО (діапазон прокату по діаметру що виметрів від 12 до 75мм із товщиною стінки від 0,5 до правляється від 10 до 40мм) за способом анало8,0мм із нержавіючих марок сталей із границею гом [17], правильної машини VRM-75, фірми текучості від 250 до 500МПа, тому що дотриму«Kieserling», Германія (діапазон прокату по діамеються умови безперервності контакту поверхонь тру, що виправляється від 10 до 75мм) за спосойого і труб що виправляються. Для наочності пебом найближчим аналогом [18] та правильної маред виправленням труби розміром 60,33х2,77мм із шини 10CR6 фірми «Bronx», Англія (діапазон аустенітної сталі нанесли крейдову лінію на валок, прокату по діаметру що виправляється від 12 до яка стерлася по лінії контакту і прийнятій робочій 75мм) за способом, що пропонується. довжини його бочки з твірною гіперболоїда оберТвірна профілю валка машини І-5626 розрахотання, що становить 85% його загальної довжини. вувалася під радіус калібру, що дорівнює максиУ валках з таким профілем виправлено порядку мальному діаметру прокату що виправляється, 15 44411 16 4. П.Т. Емельяненко. Теория косой и пилигри1500тис. метрів труб і, як видно з Фіг.2, контактна мовой прокатки. - М.: Металлургиздат, 1949, поверхня валка практично не зношена, що підтвес.479-480. рджує ефективність ухваленого рішення. 5. Уточнение способа определения поверхноДо того, після виготовлення валків і їхньої сти косорасположенного валка трубоправильного установки на правильні машини, були проведені стана./ Воскобойникова Т. А. - сб. Научн. труды порівняльні правки труб розміру 60x1,5мм із сталі марки ТР 316L. Отримані дані були статистично ДМетИ, вып. XXXIII, Днепропетровск, 1955, - с.457оброблені за методикою [20] і наводяться в табл. 461. 6. Расчет калибровки косовалковых правиль2. Вони показують, що в процесі правки середній ных машин./ Умеренков В. М. - сб. Металлургия и діаметр труб трохи зменшився і склав 60,990, коксохимия, №6, 1966, - с.65. 60,975 і 60,983мм, відповідно за способами, що 7. Определение профиля валка по заданному пропонується, [17] і [18], проти 60,996мм до правпрофилю очага деформации при косой прокатке./ ки. Коливання діаметрів до правки складали В.Я. Остренко, Ю.М. Миронов. - сб. Производство ±2,44%, середніх діаметрів ±0,14%, а відхилення труб (ВНИТИ), вып. 24, М.: Металлургия, 1970, діаметрів від округлості 1,512%. Після правки труб с.7-10. ці характеристики стали, відповідно за способами, 8. Расчет профиля валков косовалковых пращо пропонується, [17] і [18]: діаметрів - ±0,106; ±3,214; 0,336%, середніх діаметрів - 0,050; 0,151; вильных машин./ С.И. Борисов, Ю.М. Миронов, 0,510%, відхилення діаметрів від округлості Н.И. Старушкин и др. - сб. Производство труб, №1, 0,146; 0,444 і 0,251. Як видно з цих даних точність М.: Металлургия, 1975, - с.385-391. діаметрів труб, що виправлялись за способом, що 9. П.К. Тетерин. Теория поперечно-винтовой пропонується, значно вища, точності діаметрів прокатки. М.: Металургія, 1971, с.111. труб, які виправлялись за способами [17] і [18]. 10. И.Н. Потапов, П.И. Полухин. Технология Зменшення коливань середніх діаметрів в 2,9 разу винтовой прокатки. - М.: Металлургия, 1990, - с.33. за способом, що пропонується, проти незначного 11. Грюнер П. Калибровка инструмента для збільшення їх за способом [17] і незначного зменпроизводства бесшовных труб. Пер. с нем. - М.: Металлургиздат, 1962, - с.119; 121. шення в 1,7 раза за способом [18] пов'язано з ка12. Маскилейсон A.M., Сапир В.И., Комисарчук лібруючою дією валкової обойми (довжина робочої Ю.С. Трубоправильные машины. - М.: Машиностчастини валка) на точність діаметру. Точність роение, 1971, - с.157-158. отриманого діаметра труб після правки за спосо13. Совершенствование калибровки косовалбом, що пропонується, значно вища. Збільшення ковой машины для правки обсадних труб/ Сталь долі коливань середніх діаметрів в загальному №6, 1984, с.60-62. розсіюванні з 0,355 до 47,46% за способом, що 14. Демаков М.В. Автореферат диссертации пропонується, проти 4,7% за способом [17] і на соискание ученой степени к.т.н. - Челябинск, 25,83% за способом [18], при значному зменшенні 1988, - с.4. коливань діаметру вказує на високу якість правки. Таким чином, дослідження в промислових 15. Оптимизация процесса правки труб на осумовах показують, що спосіб що пропонується нове математического моделирования профиля забезпечує безперервність контакту валка з поверабочей поверхности валков правильной маширхнею труб, що виправляються, у всьому діапазоні ны./ В.Г. Миронов, В.А. Моргунов. - Достижения в діаметрів. "Змушене" сплющування труб валковою теории и практике трубного производства [сб. науобоймою, утвореної валками з таким профілем, чных трудов]. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУУПИ», 2004. - с.387-389. сприяє підвищенню сил контактного тертя, необ16. Снижение уровня остаточных тангенциахідних для тягнучої здатності валків і стійкому вельных напряжений при правке труб из стали ШХденню процесу виправлення прокату. Торцеві час15/ С.Б. Прилуков, В.А. Моргунов, В.Г. Миронов и тини валків, які виготовлені за способом що др. - Сталь, №4, - с.62-63. пропонується, забезпечують умови задовільної 17. Сонин А.Л. и др. Валковая обойма правизадачі та виправлення прокату, без ушкодження льных машин. Авт. свид. №209189. Бюллетень його зовнішньої поверхні. «Изобретения, промышленные образцы, товарные Джерела інформації: знаки», 1968, №4, с.167. 1. Die Formgebund der Schragwalzen bei 18. Roy Page. // Tube & Pipe Technology. Yule. Richtmachinen fur Rohre und Rundstabe./ Mauer F. 2002. Stahl und Eisen, Nr. 3, 1910. 19. K. де Бор; Пер. с англ. В.К. Галицкого, С.А. 2. К вопросу калибровки гиперболоидальных Шестакова. Практическое руководство по сплайвалков правильного стана для труб./ Самарин А. нам. - М. Радио и связь, 1985, - 303с. Ф. - Инф. сборник НИТИ, Днепропетровск, 1939, 20. Столетний М.Ф., Клемперт Е.Д. Точность с.18-32. труб. М.: Металлургия, 1975, 240с. 3. Ю.И. Николаевский. Прокатка и отделка стальних труб. - Металлургиздат, 1948, с.23. 17 44411 18 Таблиця Дані по трубам розміру 60x1,5мм із сталі ТР 316L до та після їх правки Наявність на поверхні труб ушкоджень від загальної Спосіб калібрування кількості труб що виправлялись До правки Після правки Параметри точності зовнішнього діаметру труб* D, мм ∆D , мм ∆D , D % σD , мм σD , мм σD , D % σD D % , σ2 D σD2 % , 0 [17] [18] що пропонується 60,996 0,378 1,512 0,218 0,013 0,872 0,052 0,355 90 60,975 0,271 0,444 0,700 0,033 1,148 0,054 80 60,983 0,153 0,251 0,073 0,019 0,120 0,031 25,83 0 60,990 0,036 0,146 0,023 0,011 0,038 0,018 47,46 4,70 * - D - середній діаметр; ∆ D і ∆D / D - абсолютне і відносне відхилення діаметрів від округлості; σD і σ D - середньоквадратичне відхилення діаметрів і середніх діаметрів, а σD / D і σD / D - їх коефіцієнти ва2 ріації, відповідно; σ2 / σD - доля коливань середніх діаметрів в загальному розсіюванні. D 19 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 44411 Підписне 20 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601