СПОСОБ ПРАВКИ ДЛИННОМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК Российский патент 1997 года по МПК B21D3/14 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к технологии правки плоским изгибом, и может быть использовано при изготовлении гидроцилиндров, корпусов и плунжеров глубинных штанговых насосов и других высокочастотных длинномерных деталей нефтяного, химического и энергетического машиностроения.

Известен способ правки длинномерных заготовок, при котором устанавливают заготовки на опоры, определяют отклонение фактической формы заготовки от заданной и величину необходимой коррекции; упруго-пластически изгибают заготовку силой, приложенной посередине между опорами в точке наибольшей деформации в сторону, противоположную исходной непрямолинейности заготовки, и проходящей через продольную ось заготовки, определяют параметры, характеризующие величины упругой и остаточной деформации, и продолжают нагружение заготовки до достижения ею остаточной деформации, обеспечивающей получение заданной формы заготовки.

Задачей изобретения является обеспечение расширения технологических возможностей правки длинномерных заготовок за счет повышения точности технологического контроля путем обеспечения единообразия измерения перемещений сечений заготовки и усилий, необходимых для этих перемещений, а также совмещения контрольных и технологических баз.

Технический результат достигается за счет того, что в способе правки длинномерных заготовок, при котором устанавливают заготовку на опоры, определяют отклонение фактической формы заготовки от заданной и величину необходимой коррекции, упруго-пластически изгибают заготовку силой, приложенной посередине между опорами в точке наибольшей деформации в сторону, противоположную исходной непрямолинейности заготовки и проходящей через продольную ось заготовки, определяют параметры, характеризующие величины упругой и остаточной деформации, и продолжают нагружение заготовки до достижения ею остаточной деформации, обеспечивающей получение заданной формы заготовки, для определения величины остаточной деформации в процессе правки непрерывно измеряют перемещения сечения заготовки с наибольшей деформацией и промежуточного сечения, расположенного в упруго-деформирующейся части заготовки между вышеуказанным сечением и опорой, при относительно небольшом нагружении до начала пластической деформации определяют соотношение между величинами этих перемещений, в ходе правки вычисляют приведенную разность перемещений и сравнивают ее с величиной необходимой коррекции заготовки.

Приведенную разность перемещений вычисляют по формуле:

где Z приведенная разность перемещений;
K соотношение между величинами упругих составляющих перемещений;
Y₁ перемещение сечения заготовки в точке приложения силы;
Y₂ перемещение промежуточного сечения заготовки;
a расстояние от промежуточного сечения заготовки до ближайшей опоры;
L расстояние между опорами.

Измерение перемещений производится по наружной поверхности заготовки, на которой устанавливают датчики перемещений.

При правке заготовки внутри нее в сечениях опор центрируют натянутую струну, на которой в измеряемых сечениях устанавливают датчики перемещений в эластичном корпусе.

При правке полой заготовки внутри нее в сечениях опор центрируют натянутую струну, на которой в сечении заготовки с наибольшей деформацией размещают датчик перемещения, по показаниям которого определяют отклонения фактической формы заготовки от заданной.

При правке полой заготовки внутри нее в сечениях опор центрируют натянутую струну, на которой в сечении заготовки с наибольшей деформацией размещают в эластичном корпусе датчик перемещения, по показаниям которого определяют отклонения фактической формы заготовки от заданной, затем дополнительно центрируют струну в промежуточном сечении между сечением с наибольшей деформацией и основным промежуточным сечением, причем приведенную разность перемещений вычисляют по формуле:

где b расстояние от дополнительного промежуточного сечения до ближайшей опоры.

Дополнительно центрируют струну в промежуточном сечении, симметричном дополнительному промежуточному сечению относительно сечения с наибольшей деформацией, при этом приведенную разность перемещений вычисляют по формуле:

Дополнительно измеряют перемещение сечения заготовки, симметричного основному промежуточному сечению относительно середины выправляемого участка, и полученные величины этих перемещений усредняют.

Дополнительно устанавливают на струне датчики перемещения в сечениях, симметричных относительно середины выправляемого участка сечению дополнительного центрирования струны и основному промежуточному сечению, при этом приведенную разность перемещений вычисляют по формуле:

где Z₁ Y₁ Y₃/2;

Y₃ перемещение сечения заготовки, симметричного сечению дополнительного центрирования струны;
Y₄ перемещение сечения заготовки, симметричного основному промежуточному сечению.

Значение соотношения K выбирают из условия равенства нулю приведенной разности перемещений Z.

На фиг. 1 показана правка заготовок с контролем процесса по наружной поверхности; на фиг. 2 правка полых цилиндрических заготовок; на фиг. 3 - правка полых цилиндрических заготовок с контролем перемещений в симметричных относительно места приложения усилия сечениях заготовки; на фиг. 4 правка полых заготовок с измерением исходной непрямолинейности внутренней поверхности и контролем хода правки по перемещениям наружной поверхности; на фиг. 5 и 6 правка полых заготовок с измерением непрямолинейности с помощью натягиваемой внутри заготовки струны, дополнительно центрируемой в процессе правки в двух симметричных относительно места приложения усилия сечения заготовки (фиг. 5 до приложения усилия правки; фиг. 6 в процессе нагружения); на фиг. 7 правка полых заготовок с контролем процесса с помощью натягиваемой струны, дополнительно центрируемой в одном асимметричном сечении; на фиг. 8 правка полых заготовок с контролем с помощью натягиваемой дополнительно асимметрично центрируемой струны с проведением дополнительных симметричных измерений перемещений в ходе правки.

Данный способ осуществляют следующим образом.

Устанавливают заготовку 1 на опоры 2 и 3 для правки. Вращая заготовку вокруг продольной оси, определяют исходную непрямолинейность заготовки на базе, равной расстоянию между опорами. По значению исходной непрямолинейности определяют величину коррекции формы заготовки, обычно эти величины совпадают.

Оставляют заготовку на опорах в таком положении, чтобы стрела прогиба исходной непрямолинейности была направлена навстречу прикладываемого в дальнейшем усилия правки. Подводят к поверхности заготовки и включают датчики перемещения 4 и 5. Устанавливают нулевые показания датчиков.

Начинают нагружение заготовки по стрелке Q, при малых нагрузках численно или аппаратурно определяют соотношение между упругими составляющими перемещений контролируемых сечений заготовки. При аппаратурной реализации контроля за процессом на вход сумматора подают сигнал, пропорциональный Y₁ датчика перемещения, расположенного в сечении приложения усилия правки, и через регулируемый усилитель сигнал, пропорциональный разности . Регулировкой коэффициента усиления добиваются получения на выходе нулевого сигнала.

Продолжают нагружение заготовки. Начиная с некоторого момента времени выходной сигнал начинает возрастать это свидетельствует о развитии пластических деформаций в заготовке. Равенство выходного сигнала, протарированного в масштабе перемещений, определенной ранее величине коррекции, свидетельствует об окончании процесса правки. Усилие правки снижают, заготовку переставляют так, чтобы правке подвергался следующий ее участок, и повторяют процесс.

При правке трубной заготовки с контролем процесса по внутренней поверхности после установки заготовки на опоры в полости заготовки устанавливают специальный прибор, содержащий струну 6, центрируемую устройствами 7 и 8 в сечениях трубы над опорами, и размещенные в эластичном корпусе 14 датчики перемещения 9, 10, например, индукционного или емкостного типа, охватывающие струну. Датчики центрируются по внутренней поверхности трубы в сечениях их установки. Прибор снабжен специальной штангой 15 и выполнен таким образом, что он допускает вращение заготовки вокруг продольной оси, сохраняя неизменной в пространстве плоскость измерений.

Длина штанги выбрана таким образом, что при закреплении ее на отдельно расположенной стойке центрирование струны в заготовке происходит строго над опорами. В ходе правки прибор фиксируется в заготовке и осевое смещение прибора с датчиками в заготовке исключается.

После установки датчиков внутрь заготовки все остальные действия не отличаются от ранее описанных.

При правке трубных заготовок относительно малого диаметра после установки заготовки на опоры для правки в полости заготовки устанавливают прибор с центрируемой в опорных сечениях трубы натянутой струной и размещенными в эластичном корпусе центрируемыми в трубе датчиками перемещения. Вращая заготовку-трубу вокруг продольной оси с помощью датчика, расположенного в средней, наиболее изогнутой части подвергаемого правке участка заготовки, определяют исходную непрямолинейность, величину коррекции форм заготовки и разворачивают заготовку стрелой исходного прогиба навстречу усилию правки. С помощью специального устройства 11 дополнительно центрируют натянутую струну в сечении, смещенном от места приложения усилия правки. Теперь датчик перемещения 9, расположенный в средней части участка заготовки, оказывается в одной части струны, а второй, ранее бездействовавший датчик перемещения 10 в другой, меньшей части струны. Оба датчика проводят измерения в плоскости правки. Устанавливают нулевые показания датчиков. При малых нагружениях определяют соотношение между значениями перемещений, которое используют в дальнейших расчетах величины Z. При аппаратурном контроле за ходом процесса на сумматор подают сигнал, пропорциональный показаниям датчика перемещений в центральной части подвергаемого правке участка заготовки, и сигнал, пропорциональный взятому с обратным знаком перемещению, определяемому датчиком на меньшем отрезке струны. Индикатор сумматора при этом градуируется таким образом, что при нулевом сигнале второго датчика выходной сигнал, определяемый как "1 мм", соответствует измеряемому центрально расположенным датчиком 9 перемещению, равному (L-2b): (L-b) мм. Регулировкой коэффициента усиления сигнала второго, смещенного от центра участка заготовки, добиваются получения нулевого выхода сумматора. Продолжают нагружение заготовки до тех пор, пока выходной сигнал сумматора не достигнет значения необходимой корректировки форму заготовки, после чего усилие правки снимают, заготовку перемещают вдоль продольной оси для правки следующего участка и повторяют процесс.

При осуществлении предложенного способа с проведением дополнительных измерений в сечениях 12, 13, симметричных основным контролируемым сечениям заготовки относительно места приложения усилия правки (середины выправляемого участка заготовки), чем устраняются погрешности измерений, связанные с возможным осевым смещением измерительных устройств относительно заготовки в ходе нагружения, основные операции выполняются аналогично, но индикатор сумматора предварительно градуируют так, что выходной сигнал в 1 мм соответствует перемещению заготовки в месте приложения усилия, равному L:(2L-b).

При правке трубной заготовки с определением коррекции по непрямолинейности внутренней поверхности и контролем хода процесса по наружной после установки заготовки на опоры в ней так же, как описано выше, размещается центрируемая в опорных сечениях натянутая струна и центрируемый в средней части трубы датчик перемещения. Вращая трубную заготовку, определяют величину исходной непрямолинейности внутренней поверхности, величину коррекции и устанавливают заготовку стрелой прогиба навстречу усилию правки. Оставляют прибор в заготовке, если его коррекция выдерживает деформации заготовки при правке, либо извлекают его. Устанавливают нулевые показания наружных датчиков перемещения и проводят дальнейшую часть процесса так же, как для правки сплошных заготовок с контролем по наружной поверхности.

Пример. Для обоснования предложенного способа правки моделировали процесс на ППЭФМ типа 1BM PC/AT. Расчет проводился для заготовки трубы наружным диаметром 45 мм и внутренним 32 мм из упруго-пластической стали с пределом текучести 1000 МПа. Расстояние между опорами для правки 1000 мм. В табл. 1 представлены результаты расчета параметров процесса правки с контролем по наружной либо внутренней поверхности путем прямого измерения перемещений. Один датчик перемещений расположен в середине выправляемого участка на расстоянии 500 мм от опор, другой на расстоянии 250 мм от одной из опор. Коэффициент K соотношения величин упругих деформаций определялся при деформации заготовки, равной 5 мм: K 3,44.

В табл. 2 и 3 приведены результаты моделирования процесса правки заготовки с контролем изменений перемещений элементов внутренней поверхности относительно дополнительно центрированной натянутой между опорными сечениями заготовки струны.

Дополнительное центрирование произведено на расстоянии 400 мм от одной из опор, центральный датчик перемещений расположен в середине выправляемого участка заготовки, второй датчик на расстоянии 250 мм от опоры и 150 мм от сечения дополнительного центрирования струны. Данные табл. 2 соответствуют проведению правки либо коротких заготовок, либо с использованием специальных конструктивных решений, обеспечивающих фиксацию положения измерительных устройств внутри заготовки в начале каждого нагружения; последнее усложняет работу и повышает трудоемкость операции. Определенный при деформации 5 мм коэффициент K оказался равен 2,18. В табл. 3 приведены прогнозируемые результаты правки длинной заготовки со свободным концом 3000 мм с использованием этого же варианта осуществления предложенного способа и с использованием варианта способа с проведением дополнительных симметрирующих измерений перемещений. Коэффициент K, определенный также при деформации 5 мм, в этом случае равен 0,20.

Данные табл. 1 и 2 выявляют хорошее соответствие значений приведенной разности перемещений, вычисляемых на основе непосредственно измеряемых величин, значениям остаточной деформации после правки (разность 0,06 мм), что позволяет осуществлять правку заготовок плоским изгибом с активным контролем качества правки с точностью вплоть до 0,1 мм.

Такова же прогнозируемая точность способа правки, реализуемого применительно к правке длинных трубных заготовок по варианту, соответствующему п. 10 формулы изобретения (табл. 3). В то же время использование в этом конкретном случае способа непосредственно по варианту п. 9 неприемлемо из-за низкой точности: измерительное устройство для контроля непрямолинейности внутренней поверхности трубной заготовки, устанавливаемое первоначально своими базовыми поверхностями над опорами для правки и механически связанное через длинную свободную часть трубы с прессом для правки, при деформации заготовки в результате попеременного перемещения свободных торцев заготовки получает существенное осевое относительное смещение, что приводит к существенным ошибкам измерений.

Этот недостаток чувствительность к осевым смещениям измерительных баз относительно технологических отсутствует в варианте способа правки по п. 10.

Способ правки включает установку заготовки на опоры и упруго-пластический изгиб воздействием на заготовку силой, приложенной между опорами, в сторону, противоположную исходной непрямолинейности, и расположенной в плоскости, проходящей через продольную ось заготовки, определение отклонения фактической формы заготовки от заданной и величины коррекции, и непрерывное формоизменение заготовки, при котором в области упругой деформации определяют параметры, характеризующие величину упругой деформации, используемые при последующем деформировании заготовки для определения обратного пружинения и величины остаточной деформации, сохраняющейся после снятия с заготовки нагрузки, а также завершение процесса после достижения остаточной деформации, обеспечивающей получение заданной формы заготовки. В процессе правки непрерывно измеряют перемещение сечения заготовки с наибольшей деформацией и сечения заготовки в ее упруго-деформирующей части. При относительно небольшом нагружении в заведомо упругой области деформации определяют соотношение К между величинами упругих составляющих перемещений в этих сечениях и вычисляют приведенную разность перемещений Z, зависящую от измеренных перемещений и соотношения K между упругими перемещениями, и сравнивают эту величину с величиной необходимой коррекции формы заготовки. Такая совокупность признаков обеспечивает повышение точности технологического контроля за счет единообразия измерений перемещений и усилий и совмещения контрольных и технологических баз, обеспечение возможности правки сплошных и полых длинномерных заготовок с контролем хода процесса и качества правки по наружной и/или внутренней поверхности. 10 з.п. ф-лы, 3 табл., 8 ил.

1. Способ правки длинномерных заготовок, в котором устанавливают заготовку на опоры, определяют отклонение фактической формы заготовки от заданной и величину необходимой коррекции, упруго-пластически изгибают заготовку силой, приложенной по середине между опорами в точке наибольшей деформации в сторону, противоположную исходной непрямолинейности заготовки, и проходящей через продольную ось заготовки, определяют параметры, характеризующие величины упругой и остаточной деформации, и продолжают нагружение заготовки до достижения ею остаточной деформации, обеспечивающей получение заданной формы заготовки, отличающийся тем, что для определения величины остаточной деформации в процессе правки непрерывно измеряют перемещения сечения заготовки с наибольшей деформацией и промежуточного сечения, расположенного в упругодеформирующейся части заготовки между вышеуказанным сечением и опорой, при относительно небольшом нагружении до начала пластической деформации определяют соотношение между величинами этих перемещений, в ходе правки вычисляют приведенную разность перемещений и сравнивают ее с величиной необходимой коррекции заготовки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приведенную разность перемещений вычисляют по формуле

где Z приведенная разность перемещений;
К соотношение между величинами упругих составляющих перемещений;
Y₁ перемещение сечения заготовки в точке приложения силы;
Y₂ перемещение промежуточного сечения заготовки;
а расстояние от промежуточного сечения заготовки до ближайшей опоры;
L расстояние между опорами. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что измерение перемещений производят по наружной поверхности заготовки, на которой устанавливают датчики перемещений. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при правке полой заготовки внутри нее в сечениях опор центрируют натянутую струну, на которой в измеряемых сечениях устанавливают датчики перемещений в эластичном корпусе. 5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при правке полой заготовки внутри нее в сечениях опор центрируют натянутую струну, на которой в сечении заготовки с наибольшей деформацией размещают датчик перемещения, по показаниям которого определяют отклонения фактической формы заготовки от заданной. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при правке полой заготовки внутри нее в сечениях опор центрируют натянутую струну, на которой в сечении заготовки с наибольшей деформацией размещают в эластичном корпусе датчик перемещения, по показаниям которого определяют отклонения фактической формы заготовки от заданной, затем дополнительно центрируют струну в промежуточном сечении между сечением с наибольшей деформацией и основным промежуточным сечением. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что приведенную разность перемещений вычисляют по формуле

где b расстояние от дополнительного промежуточного сечения до ближайшей опоры. 8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что дополнительно центрируют струну в промежуточном сечении, симметричном дополнительному промежуточному сечению относительно сечения с наибольшей деформацией, при этом приведенную разность перемещений вычисляют по формуле

9. Способ по пп. 1 8, отличающийся тем, что дополнительно измеряют перемещение сечения заготовки симметрично основному промежуточному сечению относительно середины выправляемого участка и полученные величины перемещений этих сечений усредняют. 10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают на струне датчики перемещения в сечениях, симметричных относительно середины выправляемого участка сечению дополнительного центрирования струны и основному промежуточному сечению, при этом приведенную разность перемещений вычисляют по формуле

где Z₁ Y₁ Y₃/2;
Z₂ Y₂ a/b•Y₃ + Y₄;
Y₃ перемещение сечения заготовки, симметричного сечению дополнительного центрирования струны;
Y₄ перемещение сечения заготовки, симметричного основному промежуточному сечению. 11. Способ по пп. 1 10, отличающийся тем, что значение К выбирают из условия равенства нулю приведенной разности перемещений Z.