3.2. Кинематика процесса и условия захвата металла валками при холодной периодической прокатке труб

При периодической прокатке рабочие поверхности валков в пределах каждого ее цикла непрерывно сближаются с переменной скоростью, которая изменяется от максимума в начале зоны обжатия до нуля в конце ее. Поэтому необходимо знать величину скорости v_x в любой точке валка на контакте с заготовкой в любой момент времени, т. е. в мгновенном очаге деформации.

При холодной периодической прокатке труб в станах валкового типа рабочая клеть вместе с рабочими валками совершает возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости. При рассмотрении кинематики процесса П.К. Тетерин представляет плоско-параллельное движение валка как бесконечную последовательность элементарных мгновенных поворотов валка вокруг мгновенных центров вращения. На рис. 3.6 показан один из элементарных поворотов валка вокруг мгновенного центра его вращения M. В рассматриваемый момент τ валок занимает положение, определяемое кривой CD его профиля. За время dτ мгновенного поворота валка рассматриваемый участок 0-1-2-6 протяженностью х металла будет продеформирован на величину dW, определяемую площадью фигуры криволинейного треугольника 1-2-3 на этом участке х, который смещается с осевой скоростью v_x = dx/dl и занимает площадь 3-4-5-6, первоначальное же сечение металла 2-6 переместится в положение 4-5. При холодной периодической прокатке величина dW/dτ представляет смещенный объем металла на участке х в единицу времени. Поскольку при прокатке соблюдается закон постоянства объема, то площадь смещенной криво­линейной фигуры 1-2-3 будет равна площади 3-4-5-6, величину которой можно определить так: dW = hdx.

Таким образом, осевая скорость течения металла v_x смещенного объема металла на участке х в единицу времени будет равна v_x = (1/h_x) dW/dτ.

При холодной периодической прокатке очаг деформации при прямом и обратном ходе клети состоит из зоны отставания 1, где осевая скорость металла отстает от осевой скорости валков и направление сил трения совпадает с направлением движения рабочей клети, и зоны опережения 2, где осевая скорость металла опережает осевую скорость валков и контактные силы трения направлены против движения рабочей клети (рис. 3.7).

Протяженность зон отставания и опережения определяется радиусом ведущей валковой шестерни. Например, возможность скольжения металла относительно поверхности валка при прямом ходе клети определяется выражением

(3.7)

где v_м – скорость истечения металла: – поступательная скорость клети; R_x – радиус валка (переменный по длине и периметру ручья); R_ш – радиус начальной окружности ведущей валковой шестерни;  – время рабочего хода.

П.Т. Емельяненко предложил упрощенную формулу:

, (3.8)

где R_к – катающий радиус; R_б – радиус бочки валка; r_ср.к – радиус калибра, усредненный по сортаменту стана, размерам заготовки и трубы.

При отношении R_б/R_ш > 1,0 по всей длине очага деформации наблюдается отставание металла относительно валка, при R_б/R_ш < 1,0 может наблюдаться как отставание, так и опережение.

Количественно величину скольжения определяют по следующей формуле:

. (3.9)

Для двухвалкового стана ХПТ коэффициент скольжения:

. (3.10)

Критический угол  Ю.Ф. Шевакин рекомендует определять по упрощенной формуле:

(3.11)

Условия захвата металла валками. При холодной периодической прокатке очаг деформации характеризуется углом захвата _з и может быть разбит на две зоны: зону обжатия стенки, определяемую углом _ст, и зону уменьшения диаметра (редуцирования), определяемую углом _D (см. рис. 3.2 и 3.4). Угол захвата _з и углы _ст и _D переменны по ширине очага деформации.

Ю.Ф. Шевакиным выполнен теоретический анализ процесса холодной прокатки с целью определения углов захвата в очаге деформации как по вершине калибра, так и по его периметру, в результате которого получена формула

(3.12)

где r_x – величина обжатия в мгновенном очаге деформации; r_x – радиус ручья в рассматриваемом сечении; R – радиус валка, С – ордината точки первого касания калибра с трубой.

Для гребня ручья , тогда формула (3.6) становится аналогичной формуле для определения угла захвата при продольной прокатке. Минимальные значения С определяются развалом ручья калибра:

(3.13)

где B_x – ширина калибра; d_x – диаметр рабочего конуса; _разв – угол выпуска (развала) калибра.

Указанная формула позволяет определить угол захвата как при прямом, так и при обратном ходе клети в любом заданном сечении калибра по его ширине.