Способ получения труб со спиральными гофрами

 

((y) Rß (1ц 2003405 С1 (51) 5 ВИ 015 04

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ !

1 (21) 4955059/27 (22) 14.06.91 . (46) 30.1193 Бюл. Мв 43-44 . (76) Кузько Юрий Петрович; Куаько Инна Юрьевна;

Мишулин Аристоник Александрович; Фролов Андрей

Нйколаевич; Белобородов Сергей Николаевич: Ля. хов Дмитрий Владимирович .(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРУБ СО СПИ. РАЛЬНЬ!МИ ГОФРАМИ (57) Использование: при получении труб с винтовыми многозаходными гофрами. Сущность изобретения: ролики разворачивают на определенный угол относительно винтовой канавки оправки, обеспечивая формирование одних граней гофров на участке от начала формования гофров до центра очага деформации, а других от центра очага деформации до конца очага деформации, а дно гофра в центре очага деформации. 1 зл. ф-лы, 2 ил.

2РО3405

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения гофрированных труб.

Известен способ получения труб со спиральными гофрами, включающий формирование из трубной заготовки трубы с продольными полыми ребрами с последующим формированием спиральных путем их скручивания с местным нагревом (1).

Однако известный способ обладает существенными недостатками, такими, как невысокая точность гофрирования труб, малая производительность процесса, Известен способ получения труб со спиральными гофрами, включающий формирование гофров на исходной круглой трубе деформирующими роликами, развернутыми на угол относительно оси трубы (2), Основным недостатком известного способа является невысокая точность получаемого профиля трубы и гофров.

Целью изобретения является повышение точности выполнения гофров.

Зто достигается тем, что в способе получения труб со спиральными гофрами, включающем формирование гофров на исходной круглой трубе деформирующими роликами, развернутыми на угол относительно оси трубы, согласно изобретению формирование кофров осуществляют на оправке со спи ральными ребрами, угол наклона и шаг которых соответствуют углу наклона и шагу гофров трубы, путем формования одних граней гофров на участке от начала формирования гофров на оправке до пережима очага деформации, противолежащих граней гофрой — на участке от пережима до окончания участка контакта металла с роликами, а дно впадины между гофрами — в пережиме, причем угол разворота роликов устанавливают не равным углу наклона гофров трубы и ребер оправки.

Поставленная цель достигается также тем, что угол Р разворота роликов определяют из выражения:

P = (o+ arctg(tga cos (), 1 Z tga где а — угол наклона гофров относительно продольной оси трубы;

Z — длина участка формирования гофров на оправке до пережима;

r — радиус оправки по вершинам ребер.

На фиг,1 изображена общая схема осуществления способа в трех пространственных проекциях, где приведен только один ролик 1, оправка 2 с винтообразными ребрами, исходная труба 3 и готовая труба с ребрами 4; на фиг.2 приведена упрощенная схема способа для вывода математического выражения.

Анализ пространственной геометрии различных взаиморасположений ролика, введенного в канавку, нанесенную по спирали с углом подъема а на цилиндрической оправке, показывает следующее. Установка ролика на угол, равный углу закручивания ребер на оправке, не гарантирует одинаковой величины зазора между поверхностью ролика и поверхностями двух противоположных стенок канавки, между которыми расположен ролик. В некоторых случаях зазор между роликом и одной из стенок может вообще отсутствовать из-за их контакта друг с другом, что зависит от размеров ролика и оправки с канавкой, При этом наблюдается картина, когда в начале очага деформации минимальный зазор между поверхностями ролика и канавки на оправке будет со стороны одной из стенок канавки, на выходе из очага деформации — co стороны другой стенки, а в пережиме зазор будет равномерным. Зта ситуация возникает по причине геометрического искажения очага деформации, так как ролик расположен в плоскости, а канавка оправки на цилиндрической поверхности (см. фиг.2).

Касательные прямые в каждой точке стенки канавки будут образовывать некоторый постоянно изменяющийся угол с плоскостью ролика. Причем это угол будет равен нулю только в пережиме очага деформации, когда касательная параллельна плоскости ролика. Поэтому величина зазора между поверхностью ролика и стенками канавки будет на всем протяжении создаваемого очага деформации разной. Кроме того, зазор между одной стенкой и поверхностью ролика будет отличаться от зазора между противоположной стенкой и роликом в каждом сечении очага деформации. Такие геометрические особенности не позволяют правильно деформировать металл, добить45 ся точного выполнения гофров на трубе, так как правильный калибр в данном случае возможен только в одном сечении — пережиме, чего явно недостаточно для нормальной формовки металла, как материала, имеющего упругую область деформации.

Учитывая невозможность создания равномерного двухсгороннего зазора между роликом и стенками канавки на всем протяжении очага деформации, предложено осуществлять формирование вначале одной стороны гофра на трубе, а затем другой. но в одном очаге деформации, разбив его на несколько участков. Такого принципа деформирования добиваются корректировкой угла положения роликов, устанавливая его

2003405 дг

Z= —, 1яа откуда

30 или

tg g = tgg соз д где g — проекция угла ф .

Исходя иэ этой зависимости, величина проекции угла а на плоскость, перпендикулярную плоскости ролика, определяется как:

tg а = tg а cos д, 5 где д — угол между плоскостью угла а с вершиной в точке В и плоскостью, перпендикулярной плоскости ролика и проходящей через точку В. таким образом, что зазор между одной из стенок винтовой канавки и роликом на участке от начала очага деформации до пережима максимально равномерен, т.е. близок к постоянной величине. Тогда в результате геометрической асимметрии максимально равномерный зазор на участке от пережима до окончания очага деформации будет наблюдаться между роликом и другой (противоположной) стенкой канавки, Благодаря созданию такого "последовательного" калибра добиваются заявленного принципа деформирования трубы. Причем дно впадины между гофрами окончательно формируют в пережиме очага деформации, так как именно там создается необходимый зазор для осуществления этой операции. Указанный принцип позволяет значительно увеличить точность профиля гофров за счет благоприятного и полного прижатия стенки. трубы к поверхности оправки деформирующим роликом, развернутым на угол отличный от угла наклона ребер оправки.

Формула для определения угла установки ролика предложена из следующих соображений. В точке В (см, фиг.2) начала прилегания стенки деформируемой трубы к поверхности ребра оправки касательная прямая к винтовой линии ребра оправки будет образовывать с плоскостью, в которой лежит точка В и ось оправки угол а, т.е. угол, равный углу подъема винтовых гофров.

Вместе с тем проекция этого угла на плоскость, перпендикулярную плоскости ролика, будет составлять величину а не равную а. Таким образом, определение ве1 личины а позволит оценить максимальную величину искажения очага деформаций, которая наблюдается именно в этой точке как наиболее отстоящей от пережима.

Известно, что проекция угла, лежащего в одной плоскости, на другую плоскость, образующую с первой некий угол д, зависит только от величины этого угла. Это соотношение математически записывается в следующем виде:

На фиг.2 плоскость 1 — 1 перпендикулярна r, в ней лежит касательная к винтообразному ребру в точке В, которая образует

5 угол а с плоскостью. в которой лежит r u перпендикулярной плоскости рисунка. Пло! 1 скость х — х перпендикулярна плоскости ролика и в ней определяется проекция

10 а угла а.

Шаг винтовой линии ребра оправки определяется по известному выражению

2л (=—

tga

15 где r — радиус оправки по вершинам ребер; а- угол закручивания винтовой линии.

Вместе с тем часть шага винтовой линии

20 ограниченной точками В и Е (фиг.2) определяют:

Подставляя значение д в формулу для определения а, получают:

1 ща -ща cos() г

a =arctg(tga cos(„ga))

Z тра

Отсюда видно, что ai W a.

35 Величину 2, входящую в формулу для определения a, определяют иэ геометрических соображений, учитывая межосевое расстояние А, радиус ролика R и оправки г.

А - 00! (см. фиг.2): R = ОВ г = О В

40 Угол у в плоскости ролика равен углу

ВОО!.

Тогда СВ = R sin y

DB = R sin y slna

ОС= R cosy

СО = А-R cos( г -ОВ + СО, Отсюуа

Р= R sin g sin a+ (A — R cosy ) =

=R cosy costa — 2АКсозу +A + R

0 slnn2à

Решая это квадратное уравнение относительно cosy определяем величину угла захвата ), через который и величину части

5 шага винтовой линии 2 по формуле (см, фиг.2) Z = СО - R slny ° cos а, На основании изложенного оценена максимальная величина искажения очага

2003405 деформации, которая достигается в точке начала прилегания стенки деформируемой трубы к ребру оправки. Вместе с тем иэ вышеприведенных рассуждений известно; что искажение очага деформации постоянно нарастает от пережима к укаэанной точке.

Если развернуть ролик на угол а, то картина искажения будет обратной, поэтому предложен усредненный угол коррекции поворота ролика, т.е. между а и а, который не приводит к значительным искажениям очага в пережиме и уменьшает искажение в начале очага.

Этот угол описан следующим выражением:

p = (a + а ) = (45О +

1 «1

19 45О

+агст9 (tg 45 .соэ () )= 43

Установка роликов на этот угол позволяет полностью устранить дефекты типа рисок, подрезов и складок. Кроме того, за счет более лучшего прилегания трубы к поверхности ребер оправки в очаге деформации повышается точность выполнения гофров. (56) Авторское свидетельство СССР

hb 963594, кл. В 21 С 37/00, 1981.

Патент Японии hL 23017, кл. 12 С 333, 1970.

50 повышения точности выполнения гофров, формирование гофров осуществляют на

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРУБ СО 55 оправке со спиральными ребрами, угол наСПИРАЛЬНЫМИ ГОФРАМИ, включающий клона и шаг которых соответствуют углу формирование гофров на исходной круг- наклона и шагу гофров трубы, путем форлой трубе деформирующими роликами, мирования одних граней гофров на участке смонтированными под углом к продольной от начала формироврания гофров на опоси трубы, отличающийся тем, что, с целью равке до пережима очага деформации, p = g(a+a)=(a+ arctg (tga соз(Г а)) )

1 1 Z щ

Схема формирования гофров согласно изобретению позволяет получить многозаходные гофры, которые можно выполнять только на установках с роликами большого диаметра, что определяется конструктивными соображениями.

Таким образом формирование гофров трубы на оправке с разделением на участки формовки. одних граней гофров до пережима, противоположных — после пережима, а дна гофра в пережиме, способствует более точному выполнению профиля гофра. Кор ректировкой угла установки роликов добиваются более благоприятных условий прилегания металла трубы к поверхности оправки на протяжении очага деформации, Способ позволяет также расширить технологические возможности процесса получения спирально гофрированных труб косо установленными роликами в части производства многозаходных спиральных гофров, а также гофров с углами подьема спирали а- 15-75,.

Пример. Исходную трубу диаметром

103 мм с толщиной стенки 1 мм деформируют на оправке наружным диаметром 73,5 мм с двенадцатью закрученными по спирали ребрами. Угол подъема спирали 45О, диаметр оправки по впадинам 53 мм.

Деформацию осуществляют двенадцатью роликами диаметром 285 мм, расположенными вокруг оправки с шагом 30 . В случае установки роликов на угол 45 к оси оправки на наружной и внутренней поверхности трубы в процессе деформации образуются ри5 ски и порезы, возникающие иэ-за малого зазора между поверхностью ролика и одной из сторон ребра оправки, образующих калибр. Уменьшение зазора определяется рассогласованием угла наклона роликов и

10 проекции угла наклона ребер оправки в точке начала прилегания Металла трубы к поверхности ребра оправки. Определим величину проекции угла наклона ребра оправки в этой точке на плоскость, перпенди15 кулярную плоскости ролика. Зная радиус ролика, радиус оправки, толщину стенки трубы и тем самым межосевое расстояние, определяют длину участка формирования гофра на оправке до пережима вдоль оси

20 трубы. Для приведенного случая эта величина получается равной Z = 19 мм. Тогда проекция угла составит а = arctg(tg 45 cos() =41 .

19 tg45

36,75

Величина искажения очага деформации в точке начала прилегания трубы к оправке по сравнению с пережимом составит:

ha =а-а =45 — 41 =4 .

30 Довернув ролики на угол, равныйусредненной величине искажения очага деформации, получают, что угол установки роликов составит:

2003405

10 противолежащих граней гофров - на участке от пережима до окончания участка контакта металла с роликами, а дна впадины между гофрами в пережиме. причем угол Р разворота роликов устанавливают не равным углу а наклона гофров трубы и ребер оправки.

2. Способ по п,1, отличающийся тем, что угол Р разворота роликов определяют из выражения

p = — (а! srctg (ща .

1, -E ")6 где а - угол наклона гофров к продольной оси трубы;

Z - длина участка формирования гофров на оправке до пережима;

r - -радиус оправки по вершинам ребер, 2003405 о, Фиг.2

Составитель С.Белобородов

Техрвд М.Моргентал Корректор, Л.Ливрийц

Редактор Л.Народная

Заказ 3294

Тираж - . Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101