Способ изготовления труб с винтовыми гофрами

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Способ основан на формообразовании на трубе, установленной на неподвижной оправке, гофр посредством расположенных вокруг продольной оси трубы роликов под действием прикладываемого вдоль оси трубы осевого усилия и крутящего момента, совпадающего с направлением вращения трубы. Крутящий момент и осевое усилие прикладывают к трубе со стороны перемещения ее участка к рабочей зоне на расстоянии, определяемом из условия устойчивости трубы при осевом сжатии. Оправка закреплена жестко. К гофрированному участку трубы может быть приложено осевое усилие, направленное вдоль или противоположно направлению движения трубы. Способ позволяет расширить технологические возможности процесса и повысить качество изготавливаемого изделия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

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

Известен способ изготовления труб с винтовыми гофрами, включающий формообразование на исходной трубе, установленной на оправке, гофр расположенными вокруг трубы и под углом к ее продольной оси роликами при перемещении трубы вдоль ее продольной оси под действием осевого усилия (см. патент РФ №2050213, кл. В 21 D 15/04, 20.12.1995).

Недостатком известного способа являются ограниченные технологические возможности при использовании в качестве исходной заготовки длинномерных труб.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ изготовления труб с винтовыми гофрами, основанный на формообразовании на исходной трубе, установленной на оправке, гофр посредством расположенных вокруг продольной оси трубы и контактирующих с ее наружной поверхностью роликов под действием прикладываемого вдоль оси трубы осевого усилия и крутящего момента, совпадающего с направлением вращения трубы (см. патент РФ №2152838, В 21 D 15/04, 1995).

Недостатком этого способа является ограниченные диапазоны углов подъема винтовой линии гофр и их высоты.

Указанные недостатки известных способов объясняются тем, что, с одной стороны, в процессе изготовления длина гофрированной части трубы равна длине профильной части оправки, в то же время длина исходного участка трубы в процессе формообразования гофр может быть меньше или больше профильной части оправки, следовательно, длина гофрированного участка трубы является производной от выбранных соотношений диаметров исходной трубы и внешнего диаметра оправки. Отсюда видно, что способ, реализующий перемещение трубы за счет перемещения оправки, нецелесообразен, так как в самом начале процесса формообразования торец исходной трубы либо теряет контакт с буртом (см. патент №2152838), либо бурт “пережимает” торец исходной трубы, что приводит к “выплеску” и искажению формы гофрированной части трубы. С другой стороны, гофрированная часть оправки имеет ограничение по длине, так как съем гофрированной трубы с оправки ограничен технологическими возможностями оборудования, реализующего “вывертывание” оправки из гофрированной трубы.

Кроме того, в процессе изготовления расстояние между участком приложения к трубе осевого усилия и зоной деформирования трубы роликами меняется: увеличивается, если участок приложения к трубе осевого усилия удаляется от роликов, и уменьшается, если указанный участок приближается к роликам, следовательно, меняется осевая и круговая устойчивость получаемого гофрированного участка трубы, что приводит к изменению геометрических параметров гофр по длине трубы, то есть к снижению качества. В ряде случаев при больших величинах отношений L/D^ис, h/D^ис (где L - длина трубы, D^ис - исходный диаметр трубы и h - высота гофра) изготовление гофрированной трубы становится невозможным.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей процесса и повышение качества изготавливаемых гофрированных труб.

Предложенный способ изготовления труб с винтовыми гофрами, основанный на формообразовании на исходной трубе, установленной на оправке, гофр посредством расположенных вокруг продольной оси трубы и контактирующих с ее наружной поверхностью роликов под действием прикладываемого вдоль оси трубы осевого усилия и крутящего момента, совпадающего с направлением вращения трубы, отличается от известного способа тем, что в процессе формообразования гофр к трубе со стороны перемещения ее участка к рабочей зоне, при жестко закрепленной оправке, прикладывают крутящий момент, отстоящий от рабочей зоны на расстоянии (1-5)D^ис, где D^ис - исходный диаметр трубы и осевое усилие, отстоящее от рабочей зоны на расстоянии, определяемом из условия обеспечения продольной устойчивости трубы.

К гофрированному участку трубы дополнительно прикладывают осевое усилие, корректирующее скорость перемещения трубы между роликами, направляемое вдоль либо противоположно направлению движения трубы в зависимости от толщины трубы и высоты гофр.

Расстояние, на котором прикладывают осевое усилие, определяют из условия обеспечения продольной устойчивочти трубы по формуле

где Е - модуль упругости, J - момент инерции сечения трубы, P – расчетная величина осевого усилия, n – коэффициент.

Приложение к трубе крутящего момента, направленного в сторону вращения трубы от взаимодействия с роликами, отстоящего от рабочей зоны (оси роликов) на расстоянии (1-5)D^ис и осевого усилия - на расстоянии L из расчета продольной устойчивости исходной трубы, создает благоприятную схему деформирования трубы роликами, что снижает влияние неблагоприятных факторов от изменяющегося расстояния между точкой приложения к трубе осевого усилия и роликами и, как следствие, позволяет увеличить отношения длины трубы к исходному диаметру трубы и высоты гофра к исходному диаметру трубы, то есть расширить технологические возможности процесса и повысить качество изготавливаемой гофрированной трубы.

Приложение осевого усилия к участку трубы, приближающемуся к роликам (рабочей зоне), и к участку трубы, удаляющемуся от роликов, дополнительно увеличивает осевую устойчивость системы труба - оправка, так как оправка при этом подвергается осевому растяжению, а труба - сжатию, то есть дополнительно увеличиваются допустимые отношения L/D^ис, h/D^ис и уменьшается отношение s/D^ис, где s - толщина стенки трубы.

Приложение крутящего момента к приближающемуся к роликам (рабочей зоне) участку трубы на расстояние (1-5)D^ис от оси роликов позволяет снизить осевое усилие, прикладываемое к трубе, и, следовательно, увеличить отношения размеров изготавливаемых труб L/D^ис, h/D^ис и уменьшить отношение s/D^ис.

На чертеже изображена схема изготовления трубы с винтовыми гофрами.

Способ осуществляют следующим образом.

К образующей поверхности трубы 1, исходным диаметром D^ис, установленной на неподвижно (жестко) закрепленной оправке 2, прикладывают осевое усилие Р₁ и крутящий момент M₁. Крутящий момент M₁ прикладывают к приближающемуся к рабочей зоне участку трубы на расстоянии(1-5)D^ис. Осевое усилие P₁ прикладывают на расстоянии L, получаемом из условия продольной устойчивости трубы.

К удаляющемуся от роликов 3 участку трубы 1 прикладывают дополнительно осевое усилие Р₂. Ролики 3, образующие рабочую зону процесса, располагают вокруг трубы 1 под определенным углом к ее продольной оси и обеспечивают путем контактирования роликов 3 с поверхностью трубы 1 деформирование последней с образованием гофр 4 с углом подъема их винтовой линии α⁰.

В результате взаимодействия роликов 3 с трубой 1 деформируемый участок 5 ее вращается со скоростью ω₁. Вдоль оси оправки указанный участок 5 трубы 1 перемещают со скоростью υ₁, удаляя его от роликов 3, при этом недеформированный участок 6 трубы 1 перемещается со скорость υ₂, приближаясь к роликам 3.

Угловые α⁰ и линейные скорости υ₁ и υ₂ зависят от силовых (Р₁, M₁), геометрических (L/D^ис, h/D^ис, s/D^ис) и некоторых других факторов, например формы поперечного сечения, числа гофр и т.п.

Оправка 2 может быть выполнена из нескольких участков - гладкой и профильной. Дополнительно прикладываемое осевое усилие Р₂ к участку трубы, удаляющемуся от роликов 3, корректирует скорость перемещения трубы между валками и может быть направлено как в сторону направления перемещения трубы, так и в противоположную сторону. Усилие Р₂ направлено в сторону перемещения трубы в случае формообразования глубоких гофр в толстостенной трубе при большой степени деформации трубы. Усилие P₂ направлено в сторону, противоположную перемещению трубы в случае формообразования неглубоких гофр в тонкостенной трубе при малой степени деформации трубы.

Описанный способ позволяет расширить технологические возможности процесса: увеличить длину изготовляемых гофрированных труб, высоту гофр, угол подъема винтовой линии гофр и уменьшить толщину стенки трубы. Тем самым повысить качество изготавливаемых труб.

Формула изобретения

1. Способ изготовления труб с винтовыми гофрами, включающий формообразование на трубе, установленной на оправке, гофр расположенными вокруг продольной оси трубы и контактирующими с ее наружной поверхностью роликами под действием прикладываемых к трубе со стороны перемещения и участка к рабочей зоне направленного вдоль оси осевого усилия и крутящего момента, совпадающего с направлением вращения трубы, отличающийся тем, что формирование гофров на трубе осуществляют на жестко закрепленной оправке, крутящий момент прикладывают на расстоянии от рабочей зоны, равном (1-5)D^ис, где D^ис - исходный диаметр трубы, а осевое усилие - на расстоянии от рабочей зоны, определяемом из условия обеспечения продольной устойчивости трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к гофрированному участку трубы дополнительно прикладывают осевое усилие, корректирующее скорость перемещения трубы между роликами.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно прикладываемое осевое усилие направляют вдоль или противоположно направлению движения трубы в зависимости от толщины трубы и высоты гофр.

РИСУНКИ

Рисунок 1