Развитие технологиии и оборужования для производства стальных бесшовных труб большого диаметра методом прессования

Развитие технологиии и оборужования для производства стальных бесшовных труб большого диаметра методом прессования


( Голосов: 3 ) 

В статье рассмотрено развитие технологии и оборудования для производства стальных бесшовных труб большого диаметра (БТБД) методом прессования. Описаны экструдинг-прессы фирмы «Камерон», Великобритания, и технология изготовления на них труб. Выявлены основные недостатки.

  • Дополнительная информация


    • Авторы:

Представлены разработки, выполненные АХК ВНИИМЕТМАШ по созданию прессового комплекса для производства БТБД. Были предложены принципиально новые схемы технологии изготовления труб и конструкций экструдинг-пресса. Изготовление БТБД прогрессивным методом горячего прессования на трубопрессовом комплексе со сверхмощным прессом позволит обеспечить потребности такой стратегически важной отрасли, как энергетика.

Одной из актуальных проблем развития отечественной металлургии является совершенствование технологии и оборудования для изготовления стальных бесшовных труб большого диаметра (БТБД), используемых при строительстве крупных промышленных объектов ответственного назначения. В первую очередь речь идет об энергетическом машиностроении и главным образом об атомной энергетике. Так, для строительства новых АЭС и тепловых электростанций (ТЭС) большой мощности необходимы толстостенные (толщиной стенки до 100 мм) БТБД диаметром до 1400 мм, в том числе биметаллические трубы.

Развитие мировой атомной энергетики, начавшееся в середине XX века и остановившееся в конце века, в настоящее время приобрело новое ускорение. Существенный импульс этому развитию придают происходящие масштабные изменения в структуре мирового промышленного производства, связанные с возникновением крупнейших экономических регионов на Азиатском (Китай, Индия, Иран и др.) и Африканском континентах.

По оценкам экспертов, к 2030 г. доля атомных электростанций в мировой энергетике достигнет 30 %, а АЭС будут эксплуатироваться более чем в 50 странах.

В этом процессе Россия как держава с мощной энергетической базой занимает одну из лидирующих позиций. Руководством страны принята программа развития атомной энергетики, согласно которой к 2015 г. планируется построить 10 новых энергоблоков АЭС, а до 2030 г. – более 30. В результате суммарная мощность российских АЭС, составляющая сегодня 23000 МВт, увеличится на 40000 МВт, а доля атомной энергии в энергобалансе России увеличится с 14 до 25 %.

На основании приведенных данных можно сделать вывод, что потребность энергетики в стальных толстостенных БТБД в России и мире в целом будет постоянно расти. Соответственно, актуальной остается задача создания современного высокоэффективного производства этих труб. При этом растущий технический уровень АЭС и ТЭС предъявляет повышенные требования к трубам, касающиеся точности размеров и качества поверхности, защитного покрытия, прочности, надежности и долговечности. В то же время постоянными остаются требования экономической рентабельности и конкурентоспособности трубного производства.

Кроме энергетики, в БТБД нуждаются и другие базовые сектора российской экономики – ракетно-космическая отрасль, воздушный и морской транспорт, нефтегазовая и химическая промышленность, оборонно-промышленный комплекс.

В настоящее время суммарная годовая потребность промышленности России в БТБД по приближенным оценкам ЦНИИТМАШ составляет 10-15 тыс.т и характеризуется реальной тенденцией к росту в соответствии с планами дальнейшего восстановления и модернизации экономики страны.

Первоначально длительное время основным способом изготовления штучных толстостенных трубных заготовок была свободная ковка-раскатка на универсальных ковочных прессах с последующей механической обработкой. В настоящее время данная технология является устаревшей. Она, хотя и не требует специального оборудования, характеризуется очень большими отходами металла, высокой трудоемкостью и небольшой длиной получаемых труб.

Значительным прогрессом в производстве стальных БТБД стало создание технологии их получения методом протяжки на специальных горизонтальных протяжных прессах (так называемых штосбанах) из предварительно прошитых толстостенных гильз с дном. В бывш. СССР этот процесс был освоен на заводе «Баррикады» в Волгограде. Подобная технология получила достаточно широкое распространение и за рубежом, например на заводах в Японии и ФРГ.

Все прошедшие годы Россия потребность в стальных БТБД диаметром до 750-800 мм частично удовлетворяла за счет отечественного производства в Волгограде и закупки труб большего диаметра и труб особо ответственного назначения в Японии и ФРГ. Такое положение сохраняется и сегодня, что создает негативную зависимость стратегически важного сектора экономики страны, каким является энергетика, от нестабильных внешних факторов различного рода.

Вместе с тем и метод протяжки имеет ряд серьезных недостатков, что не позволяет считать его оптимальным для современного производства БТБД ответственного назначения. К этим недостаткам, помимо ограничения по диаметру, относятся повышенная разностенность, невозможность изготовления труб из высоколегированных сталей и биметаллических труб, низкая производительность процесса (цикл изготовления трубы включает до 6-14 проходов с промежуточными подогревами). При этом для получения труб диаметром до 1400 мм по данной технологии потребовалось бы сверхмощное оборудование – прошивной пресс усилием порядка 250-280 МН и протяжной пресс усилием 40-50 МН.

В настоящее время, как показала многолетняя практика, наиболее технически совершенным и экономически обоснованным технологическим процессом получения БТБД является процесс, базирующийся на использовании метода горячего прессования (экструзии). Этот метод характеризуется оптимальной деформационной схемой и высокой степенью разовой деформации. Он обеспечивает изготовление труб высокого качества по всем показателям.

Различные технологические процессы горячего прессования широко применяются практически во всех промышленно развитых странах. С их помощью производят трубы и профили самого разнообразного сортамента из черных и цветных металлов.

По сравнению с протяжкой стальных бесшовных труб процесс прессования имеет ряд существенных преимуществ:

  • высокую точность размеров и формы получаемых труб;
  • возможность изготовления труб большой длины;
  • возможность изготовления труб из средне- и высоколегированных сталей;
  • возможность изготовления биметаллических труб;
  • более высокую производительность процесса и меньшие отходы металла.

Впервые промышленное производство стальных БТБД горячим прессованием было реализовано в Шотландии (Левингстон) и США (Хьюстон) на вертикальных гидравлических экструзионных прессах усилием 300 и 350 МН фирмы «Камерон» (Великобритания) [1]. Прессы предназначены для изготовления труб из углеродистых и легированных сталей наружным диаметром от 200 до 1200 мм с толщиной стенки от 12 до 200 мм и длиной до 13 м.

Прессы фирмы «Камерон» имеют вертикальную компоновку и соответственно предусматривают вертикальную схему прессования. Такая схема способствует равномерному распределению температуры металла заготовки, зазоров в прессовом инструменте и технологической смазки в поперечном сечении, что благоприятно сказывается на точности размеров и прямолинейности получаемых труб. Прессовая инструментальная оснастка включает контейнер, пресс-штемпель с пресс-шайбой, матрицу, оправку и просечник. Полый пресс-штемпель закреплен на столе пресса. Располагающаяся внутри него оправка может полностью убираться в пресс-штемпель при загрузке слитка и перемещаться в верхнее рабочее положение перед началом прессования. Контейнер размещается над пресс-штемпелем и имеет привод для перемещения вверх-вниз. К верхнему торцу контейнера примыкает матрица.

Во время рабочего цикла (рис. 1) нагретый слиток подается в пространство между пресс-штемпелем и контейнером и при последующем перемещении контейнера вниз оказывается внутри последнего. При рабочем ходе пресса усилие главного привода через матричный блок передается на слиток, опирающийся на пресс-штемпель. Таким образом, при прессовании контейнер и матрица надвигаются на неподвижный пресс-штемпель, а металл слитка выдавливается в виде трубы вверх в кольцевой зазор между матрицей и оправкой. Прессование трубы вверх облегчает последующее удаление ее из пресса. Отделение трубы от пресс-остатка производится прошивкой последнего с помощью просечника, помещаемого на торец пресс-штемпеля.

Рис. 1. Схема прессования трубы на прессах фирмы «Камерон»

Экструдинг-прессы фирмы «Камерон» эксплуатируются и сегодня, однако следует отметить, что технологические процессы, используемые на этих прессах, как и конструкция прессов, построенных в 60–70-х годах прошлого века, морально устарели и значительно изношены физически.

Одним из главных недостатков технологии изготовления труб на прессах фирмы «Камерон» является невозможность применения современных высокоэффективных технологических смазок на основе стекла, способствующих повышению срока службы прессового инструмента и качества поверхности труб. На этих прессах используются пресс-шайбы, жестко закрепляемые на пресс-штемпеле. При прессовании со стеклосмазкой существует постоянная опасность заклинивания пресс-штемпеля в контейнере при обратном ходе пресса после выдавливания трубы. В связи с этим при работе со стеклосмазками обычно применяют «свободные», не скрепляемые с пресс-штемпелем пресс-шайбы, а для отделения трубы от пресс-остатка используют дисковую пилу. На прессах «Камерон» из-за отделения трубы просечником использовать подобные пресс-шайбы невозможно. Такая пресс-шайба, остающаяся после выдавливания трубы в контейнере у пресс-остатка, не позволит подать просечник к последнему, так как внутренний диаметр пресс-шайбы равен диаметру оправки, т.е. внутреннему диаметру прессуемой трубы, а диаметр рабочей части просечника соответствует диаметру рабочего канала матрицы, т. е. наружному диаметру трубы. В результате при работе на прессах фирмы «Камерон» в качестве технологической смазки применяют в основном малопригодные для горячего прессования стали графитовые смеси, которые, в отличие от стекла, имеют низкие теплоизолирующие свойства, не обеспечивающие высокую стойкость прессового инструмента и качество труб.

В 1980-1990 гг. в Советском Союзе проводились работы над крупнейшим научно-техническим проектом, целью которого была организация производства бесшовных стальных труб диаметром до 1400 мм на базе сверхмощного экструдинг-пресса усилием 450 МН [2, 3]. В работе принимали участие крупнейшие проектные институты и заводы, в число которых входили ВНИИМЕТМАШ, ЦНИИТМАШ, ВНИИЭТО, НКМЗ, Ижорский завод и другие (всего – более 20 предприятий).

Прессовый комплекс состоял из заготовительного, трубопрессового отделений и отделения отделки труб. На рис. 2 представлена планировка трубопрессового отделения комплекса. Исходный трубный сортамент включал 16 позиций труб. Технологической документацией предполагалось изготовление труб наружным диаметром от 630 до 1400 мм с толщиной стенки от 22 до 100 мм и длиной до 12 м. Годовая потребность в БТБД на период выполнения имеющейся в то время государственной программы интенсивного развития атомной энергетики СССР составляла 28 тыс. т труб. Кроме того, на прессе предполагалось штамповать диски диаметром до 2 м из жаропрочных сталей и никелевых сплавов для различных энергоагрегатов общим годовым объемом 1000 т.

Рис. 2. Планировка трубопрессового отделения с экструдинг-прессом усилием 450 МН:

1 – устройство смазки заготовок; 2 – экструдинг-пресс; 3 – пульт пресса; 4 – загрузочно-инструментальный манипулятор; 5 – кантователь труб; 6 – холодильник; 7 – пресс-разделитель;
8 – установка приготовления смазки для инструмента; 9 – механизм смазывания и охлаждения иглы; 10 – механизм смазывания контейнера; 11 – механизм очистки контейнера; 12 – печь предварительного нагрева контейнеров; 13 – печь нагрева игл; 14 – стенд текущего ремонта матриц; 15 – стенд сборки контейнеров; 16-18 – столы инструментальные

Вертикальный экструдинг-пресс усилием 450 МН (рис. 3) представлял собой уникальное сооружение. Многие конструкторские решения по нему базировались на проекте сверхмощного штамповочного пресса усилием 650 МН, созданного совместно НКМЗ и ВНИИМЕТМАШ и успешно эксплуатируемого во Франции уже более 30 лет. Габаритные размеры пресса 450 МН составляли: в плане (длина´ширина) – 31,1´14,9 м, общая высота – 52,7 м, в том числе над уровнем пола – 23,2 м. Масса прессовой установки без насосно-аккумуляторного привода равнялась 20 тыс.т. Главными особенностями конструкции пресса были наличие подвижной станины, состоящей из двух сборных пластинчатых рам, и подвижного стола, а также расположение цилиндров главного привода пресса ниже уровня этого стола. В результате сократилась высота пресса над уровнем пола и благодаря образованию свободного доступа к рабочим цилиндрам упростилось их обслуживание. Применение подвижной станины, несущей определенный запас кинетической энергии, позволяет более надежно преодолевать начальное (пиковое) сопротивление прессуемой заготовки. Как и на прессах фирмы «Камерон», прессование труб на прессе 450 МН должно было производиться прямым методом с истечением трубы вертикально вверх, а отделение отпрессованной трубы от пресс-остатка – с помощью просечника, устанавливаемого на пресс-штемпель.

Рис. 3. Экструдинг-пресс усилием 450 МН конструкции НКМЗ-ВНИИМЕТМАШ (макет)

Основное технологическое достоинство российского проекта с прессом 450 МН по сравнению с экструдинг-прессами фирмы «Камерон» заключалось в комплексном применении стеклосмазки, наносимой в виде крупки на боковую поверхность нагретой заготовки и устанавливаемой в виде шайбы на матрицу, при сохранении возможности отделения трубы от пресс-остатка с помощью просечника. Это обеспечивалось новой конструкцией прессового инструмента [4], специально разработанного для данной технологии. В новом инструменте пресс-шайба была выполнена сборной и состояла из закрепляемого на пресс-штемпеле сердечника и охватывающего его «свободного» кольца (рис. 4).

Рис. 4. Прессовый инструмент пресса 450 МН со сборной пресс-шайбой
(а.с. № 1274889 СССР)

Сердечник имел осевое отверстие для прохода и направления оправки. Наружный диаметр кольца пресс-шайбы соответствовал диаметру рабочей полости контейнера, а внутренний – превышал диаметр рабочего канала матрицы. Благодаря этому кольцо пресс-шайбы, остающееся в контейнере после прессования, не препятствовало перемещению просечника к пресс-остатку при отделении от него трубы.

К 1991 г. была завершена разработка проекта трубопрессового цеха, подготовлена конструкторская документация на основное, вновь создаваемое технологическое оборудование комплекса и разработан полный технологический документ на производство труб, были изготовлены все узлы экструдинг-пресса 450 МН, шесть контейнеров массой 180-210 т каждый и прессовый инструмент для пускового сортамента труб, было начато строительство здания цеха и сооружение котлована под нижнюю часть пресса.

Однако в результате распада СССР и последовавшего за этим экономического кризиса в бывших республиках Союза, являющихся основными участниками проекта, а именно – в России и Украине, проект не был доведен до промышленного внедрения.

Следует отметить, что производство БТБД на прессах фирмы «Камерон» и прессе 450 МН объединяет один основополагающий признак, который делает их уязвимыми в экономическом отношении – оба проекта предусматривают использование для прессования труб предварительно подготовленных полых заготовок. Таким образом, кроме сверхмощного экструдинг-пресса для прессования труб и другого необходимого технологического оборудования (нагревательного, отделочного и др.) трубопрессовый комплекс должен включать прессовое и нагревательное оборудование для получения из исходного сплошного слитка полой заготовки под прессование. Так, изготовление полых заготовок для прессов фирмы «Камерон» производится закрытой прошивкой на мощных вертикальных прессах усилием 90 и 140 МН этой же фирмы, а нагрев слитков под прошивку осуществляется в крупногабаритных газовых карусельных печах с вращающимся подом. Полые заготовки для пресса 450 МН должны были изготавливать на ковочных прессах усилием 25 и 60 МН путем осадки, прошивки, протяжки и раскатки слитка на оправках с последующей механической обработкой.

Изложенное обстоятельство является причиной значительного повышения капитальных затрат при создании основного технологического оборудования трубопрессового комплекса и высоких текущих расходов при его эксплуатации.

Другим недостатком рассмотренных экструдинг-прессов для изготовления БТБД является довольно низкая производительность, что во многом объясняется трудоемкостью и длительностью операции отделения трубы от пресс-остатка.

Вместе с тем очевидно, что при сооружении промышленных объектов такого масштаба экономические аспекты приобретают особое значение. В данном случае создание промышленной технологии и оборудования для изготовления БТБД из сплошных заготовок с использованием одного сверхмощного пресса позволило бы значительно улучшить основные экономические параметры трубного производства – расход металла и электроэнергии, производительность прессового комплекса и трудоемкость в целом. Речь идет о методе изготовления труб путем совмещения операций прошивки заготовки и прессования трубы в одном рабочем цикле (метод СПИПР), осуществляемом с одного нагрева на одном специализированном прессе.

До недавнего времени промышленное применение этого метода ограничивалось производством труб из углеродистой стали с использованием графитовой смазки на механических (реже – гидравлических) прессах, в основном немецкой фирмы «Маннесман». АХК ВНИИМЕТМАШ длительное время работал над различными вариантами метода СПИПР применительно к экструдинг-прессам с гидравлическим приводом. Так, в институте была предложена оригинальная модификация этого метода и пресс для ее осуществления [5, 6]. Суть предложения заключалась в том, что прошивка заготовки производилась полой прошивной оправкой увеличенного диаметра, превышающего внутренний диаметр изготавливаемой трубы. После прошивки эта оправка оставалась в контейнере неподвижной, а формирование внутренней поверхности трубы при последующем ее выдавливании осуществлялось с помощью прессовой оправки, располагающейся внутри прошивной. Соответственно пресс, кроме главного цилиндра, был снабжен двумя независимыми системами для перемещения оправок. Такое решение обеспечивало повышение точности прошивки и, соответственно, точности труб, увеличение срока службы прессовых оправок, а также возможность производства толстостенных труб с малым и сверхмалым внутренним диаметром.

В 1999–2000 гг. АХК ВНИИМЕТМАШ существенно усовершенствовал совмещенный метод производства стальных труб (прошивка или экспандирование плюс прессование) на гидравлических экструдинг-прессах с прошивной системой, введя в него свободную (не закрепляемую на пресс-штемпеле) пресс-шайбу, технологическую смазку заготовки и инструмента на основе стекломатериалов, подпрессовку заготовки перед прошивкой [7] (рис. 5). Это обеспечило повышение качества поверхности труб и стойкости прессового инструмента, а также значительное расширение сортамента прессованных труб по классам и маркам стали.

Рис. 5. Схема изготовления стальных труб из сплошных заготовок на гидравлическом прессе (патент № 2166394 РФ):

а – загрузка заготовки; б – подача пресс-шайбы; в – осадка заготовки; г – прошивка заготовки; д – прессование трубы; е – отделение трубы от пресс-остатка; ж – выталкивание трубы из матрицы;
з – удаление из контейнера пресс-остатка и пресс-шайбы

В результате были созданы благоприятные предпосылки для расширения промышленного использования процесса прессования труб из сплошной заготовки методом СПИПР. В 1993 г. на заводе «Тяжпрессмаш» был введен в эксплуатацию созданный этим предприятием совместно с АХК ВНИИМЕТМАШ универсальный гидравлический экструдинг-пресс усилием 5 МП с широким диапазоном технологических возможностей, включающем и изготовление труб этим методом [8]. В 1995 г. метод СПИПР был реализован АХК ВНИИМЕТМАШ при модернизации гидравлического экструзионного пресса усилием 25 МН фирмы «Маннесман» для компании «РемиМеталз Гуджарат» (Индия) под изготовление труб из углеродистой и легированной стали [9].

Однако, наряду с очевидным прогрессом во внедрении процесса изготовления труб методом прессования из сплошной заготовки, все попытки разработки конструкции экструзионных прессов для изготовления труб большого диаметра методом СПИПР с мощным дополнительным приводом для обеспечения возможности прошивки слитков и громоздким отрезным устройством для отделения трубы от пресс-остатка не привели к практическим положительным результатам. Это объясняется тем, что введение в конструкцию пресса упомянутых узлов существенно усложняет ее, делает неудобным обслуживание пресса, увеличивает и его габариты, и массу.

В последние годы АХК ВНИИМЕТМАШ продолжил работы над совершенствованием технологии и оборудования для производства стальных труб методом совмещения прошивки и прессования. Главной целью было устранение недостатков предыдущих разработок применительно к производству труб большого диаметра.

В результате были предложены принципиально новые оригинальные схемы технологии изготовления БТБД [10] и конструкции предназначенного для этого экструдинг-пресса [11]. Их основными отличиями являются:

  • использование сплошных слитков;
  • объединение операций прошивки слитка и прессования трубы в одном рабочем цикле пресса;
  • осуществление рабочих ходов прошивки и прессования от одного общего привода;
  • прессование трубы вертикально вниз подвижным пресс-штемпелем при неподвижном в процессе прошивки заготовки и выдавливания трубы контейнере;
  • отсутствие в рабочем цикле пресса операции отделения отпрессованной трубы от пресс-остатка.

Общий вид нового пресса показан на рис. 6.

Рис. 6. Экструдинг-пресс для производства стальных БТБД методом СПИПР (новая разработка ВНИИМЕТМАШ)

Пресс, как и описанный выше экструдинг-пресс усилием 450 МН, имеет вертикальную компоновку и нижний привод. Он состоит из следующих основных узлов: подвижной станины, неподвижной траверсы, направляющих колонн, стола, контейнеродержателя и технологического инструмента. Подвижная станина содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 поперечины, соединенные двумя сборными пластинчатыми рамами 3. Между поперечинами станины расположена неподвижная траверса 4, которая фиксируется в горизонтальной плоскости относительно фундамента с помощью четырех боковых опор 5. В углах этой траверсы закреплены четыре колонны 6, служащие для направления движения станины. Верхние концы колонн связаны между собой поперечиной 7, а нижние – основанием 8, которое опирается на фундамент. Сверху на неподвижной траверсе расположен стол 9, который может перемещаться в горизонтальном направлении с помощью привода (на чертеже не показан). Под неподвижной траверсой располагается главный привод пресса, включающий группу гидравлических рабочих цилиндров 10. Корпуса цилиндров закреплены на этой траверсе, а плунжеры связаны с нижней поперечиной станины. Между верхней поперечиной и столом пресса находится контейнеродержатель 11 с контейнером 12. Контейнеродержатель имеет привод 13 для перемещения его вдоль оси пресса. Пресс снабжен также приводом подъема подвижной станины с закрепленными на основании пресса плунжерами 14 и установленными на станине цилиндрами (не показаны).

Конструктивные отличия нового пресса заключаются в следующем. Оправка 15 закреплена на верхней поперечине подвижной станины. Полый прессштемпель 16 с помещенной на нем пресс-шайбой 17 установлен в дополнительной поперечине 18. Крепление пресс-шайбы на пресс-штемпеле может быть выполнено, например, с помощью резьбового или байонетного соединения. Дополнительная поперечина, расположенная между верхней поперечиной и контейнером, снабжена вспомогательным приводом, обеспечивающим возможность перемещения пресс-штемпеля относительно оправки. Цилиндры 19 этого привода смонтированы на верхней поперечине станины. Помимо матрицы 20 для прессования трубы инструмент пресса содержит пробку 21 для прошивки слитка. Матрица и пробка размещены на двух рабочих позициях стола пресса. В неподвижной поперечине выполнен вертикальный паз для смещения отпрессованной трубы с оси прессования, а на нижней поперечине станины имеется упор 22 для выталкивания отпрессованной трубы из матрицы.

На рис. 7 представлена последовательность технологических переходов изготовления БТБД на новом прессе методом совмещения операций прошивки и прессования.

Рис. 7. Технологическая схема изготовления стальных БТБД методом СПИПР, разработанная ВНИИМЕТМАШ:

а – установка заготовки в контейнер; б – окончание распрессовки заготовки; в – окончание прошивки; г – перемещение матрицы на ось пресса; д – просечка дна прошитой заготовки; е – начало прессования трубы; ж – окончание прессования; з – освобождение пресс-остатка из контейнера; и – перемещение матрицы с трубой на позицию удаления; к – освобождение трубы из матрицы и удаление ее из пресса

В исходном состоянии оправка и контейнер находятся в крайнем верхнем положении, а пресс-штемпель с пресс-шайбой – в положении, при котором нижний торец пресс-шайбы располагается у выхода из рабочей полости контейнера. Пробка для прошивки занимает позицию на оси пресса. Нагретая сплошная заготовка (слиток) с технологической стеклографитовой смазкой, нанесенной на ее боковую поверхность, подается на ось пресса в пространство между контейнером и пробкой (рис. 7, а) и устанавливается на эту пробку. На верхний торец заготовки также помещается порция смазки в виде шайбы диаметром, соответствующим диаметру оправки. Затем контейнер опускается вниз до упора в пробку, при этом заготовка оказывается внутри контейнера.

Начинается прошивка заготовки. Предварительно на нее с помощью вспомогательного привода опускается пресс-штемпель и начинается рабочий ход станины с оправкой. Вначале оправка осаживает (распрессовывает) заготовку до исчезновения зазоров между ее боковой поверхностью и контейнером. В процессе осадки заготовка укорачивается. Пресс-штемпель при этом перемещается вниз, по-прежнему опираясь на заготовку торцом пресс-шайбы. Для обеспечения качественной распрессовки заготовки оправкой (а не пресс-штемпелем, как это делается обычно) коэффициент вытяжки при прошивке должен быть не менее 1,4. Выполнение такого условия обеспечивает распрессовку заготовки без внедрения в нее оправки. Таким образом, сводится к минимуму опасность повышения разностенности на прессуемых трубах вследствие перекоса оправки относительно оси контейнера при прошивке заготовки из-за неточной установки ее на столе пресса. Установку заготовки предполагается осуществлять с помощью рельсового манипулятора. Если конструкция и система управления манипулятора не сможет обеспечить требуемую точность установки заготовки по оси пресса, то можно применить различного вида центрирующие элементы на сопрягающихся торцах заготовки и пробки для прошивки. После распрессовки заготовки (рис. 7, б) оправка, продолжая свое движение вниз, внедряется в заготовку и прошивает ее, образуя внутреннюю цилиндрическую полость (рис. 7, в). При этом вытесняемый в процессе прошивки металл перемещается вверх, навстречу движению оправки. Одновременно с помощью вспомогательного привода вверх движется и пресс-штемпель, освобождая место для удлиняющейся заготовки. Соосное с контейнером положение оправки при прошивке обеспечивается с помощью пресс-шайбы, направляющей оправку. В конце прошивки в заготовке, у ее нижнего торца, остается перегородка (дно) небольшой толщины.

Вслед за прошивкой заготовки осуществляется прессование трубы. Для этого сначала контейнер, оправка и пресс-штемпель смещаются на небольшое расстояние вверх. Стол подает на ось пресса матрицу с помещенной на ее верхнем торце технологической стеклографитовой смазкой в виде шайбы (рис. 7, г). Контейнер опускается на матрицу. Далее коротким ходом оправки просекается дно прошитой заготовки с образованием отхода металла заготовки в виде выдры (рис. 7, д). После этого верхняя поперечина станины, несущая оправку, и дополнительная поперечина с пресс-штемпелем оказываются сомкнутыми. Следует рабочий ход прессования. Под действием главного привода пресса оправка и пресс-штемпель с пресс-шайбой движутся вниз. Под давлением прессштемпеля металл полой заготовки вытесняется в виде трубы в кольцевой зазор между матрицей и оправкой (рис. 7, е). Прессование заканчивается, когда в контейнере у матрицы остается часть недопрессованной заготовки – пресс-остаток, а между поперечиной пресс-штемпеля и верхним торцом контейнера остается небольшое расстояние, равное этой толщине (рис. 7, ж).

Далее осуществляется удаление трубы из пресса. Оправка выводится из пресс-остатка. Контейнер приподнимается до упора в поперечину пресс-штемпеля. Пресс-остаток, подпираемый сверху неподвижным пресс-штемпелем, оказывается вытесненным из контейнера (рис. 7, з). Вслед за этим матрица с трубой перемещается столом на позицию удаления трубы, а на оси пресса вновь оказывается пробка для прошивки. Одновременно пресс-штемпель с пресс-шайбой и оправка возвращаются в исходное положение, а контейнер поднимается над столом для установки в него следующей заготовки (рис. 7, и). Затем станина пресса начинает перемещаться вверх. При этом закрепленный на ее нижней поперечине упор воздействует на нижний конец отпрессованной трубы, проталкивая ее через матрицу вверх на величину хода станины. Вслед за этим с помощью мостового крана труба за пресс-остаток окончательно извлекается из матрицы (рис. 7, к). На этом цикл изготовления трубы на прессе заканчивается. Отделение пресс-остатка от трубы производится вне пресса с помощью специального отрезного устройства.

Введение в технологическую стеклосмазку графита, обладающего высокими антифрикционными свойствами, не снижая теплоизолирующего эффекта смазки, уменьшает трение на контактных поверхностях прессового инструмента, заготовки и трубы. Благодаря этому устраняется опасность заклинивания пресс-штемпеля с закрепленной на нем пресс-шайбой в контейнере при возвратном ходе пресса и облегчается удаление из матрицы отпрессованной трубы, а также снижается технологическое усилие прошивки и прессования.

Технологический вариант прессования труб с закрепленной пресс-шайбой обеспечивает сокращение продолжительности рабочего цикла в результате исключения операции загрузки пресс-шайбы в контейнер, отделения ее от пресс-остатка и возвращения на пресс. На новом экструдинг-прессе описанной конструкции возможна работа и со «свободной» пресс-шайбой, не связанной жестко с пресс-штемпелем. Для этого прессовая установка должна быть укомплектована механизмами, предназначенными для выполнения перечисленных операций с пресс-шайбой.

На рассмотренном прессе, кроме производства монометаллических труб, можно изготавливать и биметаллические трубы, например, трубы с внутренним плакирующим слоем из коррозионностойкой стали для отдельных агрегатов АЭС.

Такая возможность была предусмотрена и в нереализованном проекте с экструдинг-прессом усилием 450 МН, где плакированные трубы составляли половину всего проектного сортамента. Полые заготовки под прессования должны были собираться из внешних толстостенных колец, изготавливаемых из основного материала биметаллической трубы, и внутренних тонкостенных гильз из коррозионно-стойкой стали. Последние должны были получаться разрезкой на мерные отрезки трубных полуфабрикатов, изготавливаемых горячим прессованием из полых заготовок на том же прессе 450 МН. Полые заготовки для внешних колец сборных заготовок под прессование биметаллических труб, как и для прессования трубных полуфабрикатов для внутренних гильз, предполагалось получать свободной ковкой (осадка – прошивка – раскатка) на ковочных прессах, предусмотренных для ковки заготовок под производство монометаллических труб.

Производство подобных биметаллических труб на новом прессе благодаря наличию в его составе мощной прошивной системы будет более совершенным в техническом отношении и более экономически выгодным. Как и на прессе 450 МН, конечный продукт – биметаллические трубы – будет прессоваться из полых составных заготовок. Однако все без исключения промежуточные полуфабрикаты для этих заготовок будут также производиться на этом прессе. Полые полуфабрикаты для внешних колец и под изготовление трубных заготовок для внутренних гильз будут получаться закрытой прошивкой в контейнере, а сами трубные заготовки – прессованием.

Таким образом, все деформирующие операции полного цикла производства моно- и биметаллических труб, в отличие от известных процессов изготовления стальных БТБД, будут осуществляться на одной прессовой установке.

Создание уникального, не имеющего аналогов в мире, отечественного производства стальных БТБД прогрессивным методом горячего прессования на трубопрессовом комплексе со сверхмощным экструдинг-прессом явилось бы существенным вкладом в отечественную экономику и важным этапом возрождения тяжелого машиностроения. Это позволило бы ликвидировать зависимость России от дорогостоящего и ненадежного импорта продукции, необходимой для такой стратегически важной отрасли, как энергетика, а также обеспечило благоприятную ситуацию для крупной экспортной экспансии специальной трубной продукции высокого качества.

  • Шухат О.М.
  • Сергеев А.Г.

В статье рассмотрено развитие технологии и оборудования для производства стальных бесшовных труб большого диаметра (БТБД) методом прессования. Описаны экструдинг-прессы фирмы «Камерон», Великобритания, и технология изготовления на них труб. Выявлены основные недостатки. Представлены разработки, выполненные АХК ВНИИМЕТМАШ по созданию прессового комплекса для производства БТБД. Были предложены принципиально новые схемы технологии изготовления труб и конструкций экструдинг-пресса. Изготовление БТБД прогрессивным методом горячего прессования на трубопрессовом комплексе со сверхмощным прессом позволит обеспечить потребности такой стратегически важной отрасли, как энергетика.

  • бесшовные трубы большого диаметра,
  • прессование,
  • инструмент,
  • матрица,
  • оправка,
  • прессшайба,
  • прошивка,
  • технологическая смазка,
  • экономичность.
  • Avery D. How Cameron vertically extrudes seamless pipe // Metal Progress. 1977. V. III. № 2. Р. 52–57.
  • Попов А.К., Кагановский Ф.И., Шухат О.М. Прессовый комплекс для производства стальных бесшовных труб большого диаметра // Тяжелое машиностроение. 1990. № 1. С. 18–22.
  • Стариков В.C., Шухат О.М., Малафеев В.А. и др. Технология и инструмент для производства стальных труб большого диаметра методом прессования // Кузнечно-штамповочное производство. 1988. № 10. С. 14-17.
  • Авт. свид. № 1274889 СССР, МКИ В 21 С 23/04. Инструмент для прессования труб / Г.А. Кривонос, A.K. Попов, B.C. Стариков и др. – Опубл. 07.12.1986.
  • Авт. свид. № 264320 СССР, МПК В 21 С 7 В 10/10. Способ изготовления труб / Б.В. Розанов, Л.Г. Степанский, B.C. Стариков и др. – Опубл. 03.03.1970.
  • Авт. свид. № 268137 СССР, МПК В 21f 49h 11. Пресс для прессования полых профилей / Б.В. Розанов, Л.Г. Степанский, B.C. Стариков и др. – Опубл. 02.04.1970.
  • Пат. № 2166394 РФ, С1 7 В 21 С 23/08. Способ изготовления стальных бесшовных труб / А.Н. Курович, О.М. Шухат, A.Г. Сергеев и др. – Опубл. 10.05.2001.
  • Шухат О.М., Сергеев A.Г., Малафеев B.A. Универсальный экструдинг-пресс // Тяжелое машиностроение. 1998. № 5-6. С. 41-44.
  • Сергеев А.Г., Шухат О.М., Малафеев B.A. Совмещенный процесс прошивки и прессования с использованием стеклосмазочного материала // Кузнечно-штамповочное производство. 1996. № 6. С. 6-9.
  • Пат. № 2351422 РФ, С1 В 21 С 23/08. Способ изготовления стальных бесшовных труб большого диаметра / Н.В. Пасечник, Б.А. Сивак, А.Н. Курович и др. – Опубл. 10.04.2009.
  • Пат. № 2349457 РФ, С1 В 30 В 15/00. Вертикальный гидравлический пресс для производства стальных бесшовных труб большого диаметра / H.B. Пасечник, Б.А. Сивак, А.Н. Курович и др. – Опубл. 20.03.2009.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

MetalSpace

Опубликовано MetalSpace

Адрес электронной почты: info@metalspace.ru
Предлагаем сотрудничество
  • Опубликуй свои произведения в электронной форме.
  • Размести научную статью или пресс-релизы на страницах нашего портала.

Оставь комментарий