УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУСТОРОННЕЙ ГИБКИ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК Российский патент 2002 года по МПК B21D7/02 B21C37/28 

Изобретение относится к области машиностроения и строительства и может быть использовано для изготовления крутоизогнутых угольников различных трубопроводных систем в машиностроении, а также в системах тепло-водогазоснабжения в строительстве.

Известно устройство для гибки отводов из косоугольной трубчатой заготовки, содержащее размещенные на станине механизм гибки с подвижным дорном и механизм подачи заготовок и узел прижима заготовки (Холодков Ю.М. и др. Устройство для гибки отводов. Авт. св. СССР 1180108, В 21 Д 7/02, Заявл. 29.06.84, 3760867/25-27; опубл. 23.09.83, БИ 35).

Недостатком известного устройства является большая себестоимость изготовления отвода, обусловленная тем, что в данном устройстве можно штамповать отводы только из нагретой заготовки, что, как известно, в 2-3 раза увеличивает себестоимость операции, по сравнению с штамповкой в холодном состоянии.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для двухсторонней гибки труб, содержащее основание с установленными на нем гибочным шаблоном, зажимом для трубы, обкатными роликами и дорнами, шарнирно связанными с ползушками, установленными в направляющих основания (Пуковский В.А. Устройство для двусторонней гибки труб А. С. 615988, В 21 Д 7/02; Заявл. 01.06.76, 2367270/25-27; Опубл. 25.07.78, БИ 27).

В данном устройстве гибка трубчатой заготовки осуществляется по схеме классического изгиба, поэтому с использованием устройства в предлагаемом варианте нельзя получить крутоизогнутые угольники с геометрическими размерами

где R_cp - средний радиус изгиба, м;
d - диаметр трубчатой заготовки, м,
в связи с тем, что при указанных параметрах гиба величина деформации на наружных, наиболее растянутых волокнах, достигает больших величин и происходит их разрушение при малых углах гиба.

Задачей изобретения является устранение разрушения на наружных наиболее растянутых волокнах при изгибе трубчатых заготовок, решение которой позволит расширить номенклатуру штампуемых угольников.

Другой задачей изобретения является обеспечение максимального соответствия формы поверхности рабочей части остова дорна чертежным размерам штампуемых угольников, что позволит отказаться от последующих правильных и калибровочных операций при изготовлении крутоизогнутых угольников.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве для двухсторонней гибки трубчатой заготовки, содержащем основание с установленным на нем гибочным шаблоном, зажимом для трубы, обкатными роликами и дорнами, шарнирно связанными с ползушками, установленными в направляющих основания, рабочий профиль каждой направляющей основания выполняют по кривой модифицированной эвольвенты, эволютой которой является окружность с радиусом, равным среднему радиусу гиба трубчатой заготовки, и текущий радиус эвольвенты определяют по формуле

где R_o - расстояние от оси симметрии гибочного шаблона до точки контакта ползушки с направляющей в исходном состоянии, м;
R_cp - средний радиус гиба трубчатой заготовки, м;
d - диаметр трубчатой заготовки, м;
ϕ - текучий угол гиба, рад.

В другом варианте устройства каждый из дорнов имеет остов, рабочая поверхность которого образована пересечением участка тора, полученного вращением круга, диаметром, равным внутреннему диаметру трубчатой заготовки вокруг оси, отстоящей от центра круга на расстоянии, равном среднему радиусу гиба, заключенному между двумя плоскостями, проведенными через ось тора, угол между которыми равен половине угла гиба заготовки с поверхностью цилиндра, основанием которого является окружность от пересечения тора с одной из упомянутых плоскостей.

На фиг.1 изображен чертеж устройства: слева - исходное положение; справа - положение в момент окончания гибки; на фиг.2 - схема построения модифицированной эвольвенты; на фиг.3 - схема образования рабочей поверхности дорна.

Устройство содержит основание 1, на котором закреплен гибочный шаблон 2. На основании 1 выполнена направляющая, имеющая рабочий профиль 3 и заходную часть 4. Обкатные ролики 5 закреплены в приводных кронштейнах 6 осями 7. Гибочный дорн выполнен составным и содержит остов 8 и стакан 9, закрепляемые при помощи шпонки 10 и стопорного кольца 11. В хвостовой части остова 8 выполнена вилка 12 с осью 13 для закрепления ползушки, которая в данном варианте устройства заменена на ролик 14. Для направления движения ролика 14 в процессе штамповки на направляющей выполнены реборды 15. Остов 8 и стакан 9 образуют замкнутую полость, в которой размещается кососрезанная трубчатая заготовки 16, фиксируемая в исходном положении зажимом 17 при помощи фиксатора 18. Длину кососрезанной трубчатой заготовки для участка, соответствующего наружному радиусу гиба угольника, рассчитывают по формуле

где ϕ_к - полный угол гиба угольника по чертежу;
l_np - односторонняя прямая часть угольника.

Длину трубчатой заготовки для участка, соответствующего внутреннего радиусу гиба угольника, рассчитывают по формуле

По этим размерам определяют угол срезанной части трубчатой заготовки и отрезают заготовку от длинномерной трубы.

Устройство работает следующим образом.

Кососрезанную трубчатую заготовку 16 вводят в замкнутые полости обоих дорнов таким образом, чтобы короткая часть заготовки располагалась напротив гибочного шаблона, и всю сборку устанавливают в заходной части направляющей 4. Свободная часть трубчатой заготовки 16 фиксируется зажимом 17 при помощи фиксатора 18. Затем включается привод кронштейнов 6 (на чертеже не показан) и обкатные ролики осуществляют гибку. Когда ролики 14 коснутся упорных площадок основания 19, процесс гиба заканчивается. Привод кронштейнов 6 (не показан) переключается на обратный ход, отводятся ролики 5 в исходное положение. Дорны вместе с отштампованным угольником 20 вынимают из устройства, производят их разборку, устанавливают новую заготовку и процесс повторяют.

Для построения профиля рабочей части направляющей (см. фиг. 2) предварительно наносят на лист ось симметрии гибочного шаблона и прочерчивают окружность с радиусом, равным среднему радиусу гиба трубчатой заготовки. Половину угла гиба угольника ϕ₂ (на фиг.2 показан случай ϕ_к = 90) разбирают на конечное число интервалов (в нашем случае на 4:3 интервала через 10^o и 1 интервал через 15^o), проводят из центра окружности радиальные прямые, соответствующие углам разбивки на интервалы, и находят точки пересечения прямых с окружностью. Это будут центры кривизны эвольвенты в соответствующих точках. Для определения численных значений текущих радиусов в формулу (1) подставляют соответствующие значения углов гиба в нарастающем порядке (в нашем случае ϕ = 10^°;; ϕ = 20^°; ϕ = 30^°; ϕ = 45^°) и производят вычисления. После этого в найденных по вышеописанному порядку точках - центрах кривизны по касательной к окружности проводят прямые, на прямых откладывают вычисленные значения текущих радиусов кривизны, наносят и плавно соединяют точки лекалом. Полученная таким образом кривая будет являться искомой модифицированной эвольвентой рабочего профиля направляющей.

Рабочую поверхность остова левого дорна строят следующим образом (см. фиг.3):
1. Вычерчивают горизонтальную проекцию тора с радиусом до его оси, равным среднему радиусу гиба R_ср, и диаметром окружности сечения тора, равным внутреннему диаметру трубчатой заготовки, тем самым получая горизонтальную проекцию выпуклой рабочей части остова дорна.

2. Через ось "О" проводят две полуплоскости 1-1 и П-П, двухгранный угол между которыми составляет Эти плоскости являются границами искомой рабочей формы остова дорна по торцам.

3. Из окружности сечения тора плоскостью 1-1 восстанавливают прямой круговой цилиндр с осью О₁-О. Искомая нижняя цилиндрическая часть рабочей поверхности остова дорна будет лежать ниже кривой пересечения цилиндра с тором.

На фиг.3 также показано одно из сечений рабочей поверхности остова левого дорна.

Отличие в построениях для получения рабочей поверхности остова правого дорна состоит лишь в том, что прямой круговой цилиндр нужно восстановить к окружности сечения тора плоскостью П-П (на чертеже не показан), но в этих построениях нет необходимости, так как правый остов будет иметь такой же профиль, как остов левого дорна.

При штамповке угольника с использованием предлагаемой формы рабочего профиля направляющей не изменяется длина волокон трубчатой заготовки как на участке, соответствующем наружному радиусу изгиба, так и на участке, прилегающем к гибочному шаблону. Причиной этого является то, что длины кососрезанной заготовки, соответствующие этим участкам, назначали исходя из размеров готового угольника (см. форм.2 и форм.3). Происходит лишь искривление соответствующих волокон. Увеличение длины волокон на наружном торовидном участке, по сравнению с длиной волокон участка, контактирующем с гибочным шаблоном, обеспечивается за счет подачи дополнительного материала из кососрезанной части заготовки в формуемую торовидную часть. Тогда из известной связи пластичности в продольном направлении

следует, что при отсутствии деформации волокон в продольном направлении ε_ρ = 0 и σ_z = 0 (в нашем случае отсутствует напряжение в направлении толщины

Так как в предлагаемой схеме напряжение σ_ρ имеет отрицательный знак, значит и σ_θ имеет отрицательный знак. Тем самым изменяется вся схема напряженно-деформированного состояния, по сравнению со схемой, реализуемой в известном устройстве. Она становится "мягкой", с преобладанием сжимающих напряжений. Сам процесс может быть отнесен не к гибке, а к разновидности вытяжки с осевым подпором и изгибом. Указанные преимущества предлагаемого устройства позволят изготовить на нем в холодном состоянии крутоизогнутые угольники в диапазоне размеров

из толстостенных заготовок. Для тонкостенных заготовок ограничивающим фактором становится не разрушение на наружных волокнах, а гофрообразование трубчатой заготовки при сжатии.

Изготовление профиля рабочей части остова дорна согласно предлагаемой форме обеспечивает плавный наиболее оптимальный переток металла из кососрезанной части заготовки в область наружной торовидной части, а также наиболее полное соответствие инструмента размерам готовой детали к окончанию процесса трансформации кососрезанной трубчатой заготовки в крутоизогнутый угольник.

Пример расчета
Требуется изготовить крутоизогнутый угольник с углом гиба ϕ_к = 90^°, с относительным радиусом гиба из стальной трубы ⊘57х3,5 ГОСТ 8734-75. d=57 мм, R_cp=85,5 мм, длину прямой части назначают l_пр=25 мм.

1. Определяют длину трубчатой заготовки для участка, соответствующую наружному радиусу гиба угольника (форм.2)

2. Определяют длину трубчатой заготовки для участка, соответствующую внутреннему радиусу гиба

3. Определяют форму рабочей части остова дорна по вышеописанной процедуре. Произведя расчеты на прочность, определяют сечение хвостовика дорна, подбирают конструктивно диаметр ролика.

4. Наносят размеры заготовки рабочей части остова дорна ролика и гибочного шаблона на чертеж и определяют конструктивно радиус кривизны в исходном состоянии (см. фиг.1)
R_o=264.

5. По формуле (1), приняв К=1, производят расчет текучих радиусов кривизны рабочего профиля, соответствующих углам гиба ϕ =10^o; 20^o; 30^o; 45^o, расчет сведен в табл.

6. Наносят на чертеж ось шаблона, чертят окружность радиуса R_ср=85,5, проводят из оси окружности радиальные прямые по углам ϕ = 10^°; ϕ = 20^°; ϕ = 45^°, находят точки соприкосновения с радиусом окружности. Восстанавливают в точках перпендикуляры к радиальным прямым, складывают на этих перпендикулярах отрезки, соответствующие радиусам кривизны в соответствии с таблицей и, соединив эти точки лекалом, получают искомую форму рабочего профиля направляющей.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к устройствам стесненного изгиба с осевым сжатием трубчатых заготовок, и может быть использовано при изготовлении крутоизогнутых угольников в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. Профиль направляющей изготавливают в соответствии с кривой модифицированной эвольвенты, эволютой которой является окружность с радиусом, равным среднему радиусу гибка трубчатой заготовки, и текущий радиус эвольвенты рассчитывают по специальной формуле. Профиль рабочей поверхности дорна может быть образован пересечением участка тора, полученного вращением круга, диаметром, равным внутреннему диаметру трубчатой заготовки вокруг оси, отстоящей от центра круга на расстоянии, равном среднему радиусу гиба, заключенного между двумя плоскостями, проведенными через ось тора, угол между которыми равен половине угла гиба заготовки с поверхностью цилиндра, основанием которого является окружность от пересечения тора с одной из упомянутых плоскостей. Устраняются разрушения на наружных наиболее растянутых волокнах при штамповке крутоизогнутых угольников с цилиндрической частью, а также последующие правильные и калибровочные операции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Устройство для двусторонней гибки трубчатой заготовки, содержащее основание с установленными на нем гибочным шаблоном, зажимом для трубы, обкатными роликами и дорнами, шарнирно связанными с ползушками, установленными в направляющих основания, отличающееся тем, что рабочий профиль каждой направляющей основания выполнен по кривой модифицированной эвольвенты, эволютой которой является окружность радиусом, равным среднему радиусу гиба трубчатой заготовки, а текущий радиус кривизны эвольвенты определен по формуле

где R_о - расстояние от оси симметрии гибочного шаблона до точки контакта ползушки с направляющей в исходном состоянии, м;
R_cр - средний радиус гиба трубчатой заготовки, м;
d - диаметр трубчатой заготовки, м;
ϕ - текучий радиус гиба, рад. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из дорнов имеет остов, рабочая поверхность которого образована пересечением участка тора, полученного вращением круга, диаметром, равным внутреннему диаметру трубчатой заготовки, вокруг оси, отстоящей от центра на расстоянии, равном среднему радиусу гиба, заключенного между двумя плоскостями, проведенными через ось тора, угол между которыми равен половине угла гиба заготовки с поверхностью цилиндра, основанием которого является окружность от пересечения тора с одной из упомянутых плоскостей.