Способ изготовления труб

 

Изобретение может быть использовано при изготовлении труб из труднодеформируемых металлов прессованием. При изготовлении труб из труднодеформируемых металлов и сплавов средний радиус трубной заготовки выбирают по заданному среднему радиусу готовой трубы исходя из следующей зависимости , где Rсзаг = (R1заг + R2заг)/2 - средний радиус трубной заготовки, мм; Rстр = (R1тр + R2тр)/2 - средний радиус готовой трубы, мм; R1заг, R2заг, R1тр, R2тр - наружный и внутренний радиус трубной заготовки и готовой трубы соответственно, мм; - коэффициент Пуассона материала трубы; * - безразмерный параметр, характеризующий механические и физические свойства материала трубы; - относительный параметр, характеризующий толщину стенки готовой трубы; Изобретение позволяет предотвратить последеформационное разрушение прессованных труб от остаточных напряжений. 2 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для труб из труднодеформируемых материалов прессованием.

Известен способ прессования с подвижной или закрепленной иглой труб из труднодеформируемых металлов и сплавов [2]. По этому способу подготовленная трубная заготовка нагревается в индукционной печи до заданной температуры и загружается в контейнер пресса, где осуществляется гидропрессование трубы. Однако получаемые этим способом изделия имеют некачественную поверхность с множеством межкристаллитных трещин, обусловленных высоким уровнем остаточных напряжений.

Известен способ изготовления труб из труднодеформируемых тугоплавких металлов и сплавов [1] прессованием с иглой трубной заготовки в оболочках из вспомогательного материала. По данному способу с целью увеличения пластичности прессованных труб и снижения в них остаточных напряжений трубную заготовку прессуют при отношении радиальной вытяжки к окружной, равном по наружному диаметру 1,5-3, а по внутреннему диаметру - при отношении, превышающем первое в 1,2-2 раза. При этом суммарную вытяжку, наружный и внутренний диаметры трубной заготовки выбирают исходя из следующей зависимости: где A - отношение радиальной вытяжки к окружной; - суммарная вытяжка; d - диаметр иглы; D - соответствующий диаметр трубной заготовки.

Необходимо отметить, что при данном способе изготовления труб не прогнозируется последеформационное разрушение изделия от остаточных напряжений, формирующихся в процессе пластической деформации. Данный способ предназначен для прессования трубной заготовки в оболочке из вспомогательного материала и с использованием деформируемого наполнителя, что усложняет подготовку трубной заготовки. При этом процесс прессования трубных заготовок рассматривается как процесс прессования сплошных прутков, таким образом, подменяется реальная схема процесса деформирования.

Цель изобретения - предотвращение последеформационного разрушения прессованных труб от остаточных напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления труб из труднодеформируемых металлов и сплавов прессованием средний радиус трубной заготовки определяют по заданному среднему радиусу готовой трубы, исходя из следующей зависимости где - средний радиус трубной заготовки, мм;
- средний радиус готовой трубы, мм;
R1 заг., R2 заг., R1 тр., R1 тр. - наружный и внутренний радиус трубной заготовки и готовой трубы соответственно, мм;
- коэффициент Пуассона материала трубы;
* - безразмерный параметр, характеризующий механические и физические свойства материала трубы;
- относительный параметр, характеризующий толщину стенки готовой трубы;

Соотношение (1) получено при определении технологических остаточных напряжений при волочении труб на основе энергетического подхода. Для достаточно длинных труб уравнения равновесия в цилиндрических координатах для упругого состояния трубной заготовки, вышедшей из зоны деформации, имеют вид [3]:

где
r,,rz - радиальные, окружные и сдвиговые напряжения;
r - текущий радиус.

Исходя из условия равенства нулю радиальных остаточных напряжений на внутренней и наружной поверхности трубы выражение для r записывают в виде
r= -a0(R1-r)(r-R2), (3)
где
R1 и R2 - соответственно наружный и внутренний радиусы трубы;
a0 - неизвестная постоянная, характеризующая распределение остаточных напряжений по толщине стенки трубы;
знак "минус" в выражении (3) указывает на то, что радиальные остаточные напряжения - сжимающие.

Решая упругую задачу для прессованной трубы, определяют тензор остаточных напряжений ij и тензор относительных упругих деформаций ij, вызванных действием остаточных напряжений. Напряжения и деформации выражают в виде функций от параметра a0. Затем определяют потенциальную энергию упругой деформации в объеме трубы от действия остаточных упругих напряжений

где
v - объем трубы, и для трубы единичного объема получают

Параметр a0, определяющий значения остаточных напряжений, находят из энергетического условия
U = Uд, (5)
где
- часть энергии, остающаяся в деформированном металле в виде связанной потенциальной энергии остаточных напряжений;
Uд - энергия, пошедшая на пластическую деформацию трубы [3, с. 27]:

где
s cp. - среднее значение сопротивления пластической деформации материала протягиваемой трубы;
Dс.н., Dс.к. - средний диаметр трубы до и после деформации.

Подставив (4) и (6) в (5), получают выражение для

где
* = E/s cp.;
E - модуль упругости материала трубы,
а следовательно, и технологические остаточные напряжения, возникающие в трубе в процессе пластического деформирования.

Практика показала, что изделия, полученные прессованием трубной заготовки из труднодеформируемых металлов и сплавов, особенно из дисперсно-упрочненного композиционного материала (ДУКМ), часто разрушаются уже после обработки. Наибольшую опасность с точки зрения разрушения представляют растягивающие окружные остаточные напряжения в поверхностных слоях. Из условия предотвращения последеформационного разрушения трубы от остаточных напряжений находят зависимость

по которой определяют средний радиус трубной заготовки по заданному среднему радиусу готовой трубы.

На фиг. 1 изображен продольный разрез прессуемой заготовки; на фиг. 2 приведены графические зависимости Rс заг./Rс тр., полученные из расчета по формуле (8), для труб из материалов, параметр * которых имеет следующие значения: 1-*= 0,25 ; 2- 0,30; 3- 0,3389; 4- 0,35; 5- 0,40; 6- 0,45. Расчет выполнен для = 0,31.

Пример конкретной реализации.

Необходимо получить трубу из ДУКМ на основе порошковой меди с * = 0,3389 размером 16 х 1 мм (R1 тр. = 8,5 мм; R2 тр. = 7,5 мм, тогда R = 0,88). По известным значениям по фиг. 2 (кривая 3) определили Rс.заг./Rс.тр. = 1,41, либо рассчитали по формуле (8). Из условия сохранения сплошности трубы и ее прочности следует Rс.заг./Rс.тр.1,41, т.е. выбрали Rс.заг. = 1,4 Rс.тр., т.к. Rс.тр. = 8 мм, то Rс.заг. = 11,2 мм. Осуществили прессование рассчитанной заготовки и получили сплошную трубу с качественной поверхностью.

При изготовлении труб из труднодеформируемых металлов и сплавов, особенно из ДУКМ, по предлагаемому способу обеспечивается прочность готовых труб, улучшается качество поверхности и эксплуатационные свойства изделий за счет снижения вероятности их растрескивания и последеформационного разрушения, повышаются пластические свойства материала трубы за счет снижения уровня остаточных напряжений, возникающего при пластическом деформировании прессованием, снижаются отходы металла в брак.


Формула изобретения

Способ изготовления труб из труднодеформируемых металлов и сплавов прессованием, отличающийся тем, что средний радиус трубной заготовки определяют по заданному среднему радиусу готовой трубы, исходя из зависимости

где Rс.заг. = (R1заг + R2заг)/2 - средний радиус трубной заготовки, мм;
Rс.гр = (R1тр + R2тр)/2 - средний радиус готовой трубы, мм;
R1заг, R2заг, R1тр, R2тр - наружный и внутренний радиус трубной заготовки и готовой трубы соответственно, мм; - коэффициент Пуассона материала трубы; * - безразмерный параметр, характеризующий механические и физические свойства материала трубы;
относительный параметр, характеризующий толщину стенки готовой трубы;
а

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам и устройствам для получения толстостенных труб сложного внутреннего профиля волочением

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в прутках и трубах из труднодеформируемых материалов

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к объемной холодной штамповке, в частности к технологии холодного обратного выдавливания, и может использоваться для получения трубных заготовок из сплавов цветных и благородных металлов

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам горячего экструдирования металла с активным действием сил трения и установке для его осуществления, и может быть использовано для получения прутков и профилей

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения труб на горизонтальных трубопрофильных прессах

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения труб на прессах без прошивной системы

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при прессовании труб на прессах без прошивной системы

Изобретение относится к области производства металлических полос из труб со щелью
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей из алюминиевых сплавов методом горячей деформации
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей из магниевых сплавов методом горячей деформации

Изобретение относится к металлургии, крнкретнее к технологии деформационно-термической обработки железоуглеродистых сплавов и может быть использовано при производстве экструдированных труб из чугуна с шаровидным графитом для транспортировки вод, нефтепродуктов и газов

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в процессе прессования прутков

Изобретение относится к области обработки давлением волокнистых композиционных материалов (ВКМ) и может применяться в аэрокосмической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно - к производству кальциевой проволоки прессованием, и может быть использовано для изготовления биметаллической проволоки

Изобретение относится к обработке металлов давлением
Наверх