СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ С ВНУТРЕННИМ ФАЛЬЦЕВЫМ ШВОМ Российский патент 2006 года по МПК B21D39/02 

Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам изготовления тонкостенных труб с фальцевым швом методом профилирования в профилегибочных станках. Трубы, изготовленные таким способом, могут быть использованы в качестве опор для раздвижных штор.

Известен способ изготовления труб с фальцевым швом, согласно которому на листовой заготовке выполняют фальцевые части, изгибают среднюю часть заготовки по радиусу, равному радиусу трубы, изгибают заготовку со стороны ее наружной и внутренней фальцевых частей по радиусам, соответственно большему и меньшему радиуса трубы, подгибают заготовку со стороны наружной фальцевой части до охвата ею внутренней фальцевой части и соединяют эти части заготовки фальцевым швом, отличающийся тем, что среднюю часть заготовки изгибают на угол α 120-150° при расположении плоскости ее симметрии с наклоном в сторону внутренней фальцевой части под углом к плоскости фальцовки, равным - α/2=60°.

(См. а.с. СССР №1247133, опубл. 30.07.86 г., Кл. В 21 D 39/02).

В данном техническом решении описан способ формовки до процесса сшивания в общем и процесс сшивания труб для наружного фальцевого шва. Оправка скользит по внутренней поверхности трубы. Кромки фальцевого шва не обеспечивают бездефектное сшивание внутреннего фальцевого шва.

Известен способ изготовления труб с фальцевым швом, в котором образуют трубу эллипсной формы с равновысотными стенками и недогнутыми отбортовками стыков фальцевого шва. При этом искривляют сопряженные со стыками участки фальцевого шва по радиусу, равному 2-3 радиусам готовой трубы, крайние участки круглой части трубы изгибают в пределах угла гибки 30-50° по радиусу готовой трубы. Равновысотные стенки выполнены с радиусами, равными 1,25-1,5 радиуса готовой трубы. Подготовленная форма обеспечивает надежное сшивание фальцевого шва при профилировании из штучных заготовок. (См. а.с. СССР №1303211, опубл. 15.04.87, Кл. В 21 D 05/06).

В этом техническом решении, с точки зрения технологии, описан процесс сшивания наружного фальцевого шва, что не подходит по выполнению технологических переходов в начальной стадии формовки отбортовки стыков у кромок. Технологические переходы по изобретению №1303211 обеспечивают формовку труб кормопроводов дозированного кормления птиц, где круглая форма фальцевого шва по наружной поверхности не нужна, так как шов расположен в верхней части кормопровода.

В известном способе изготовления труб с фальцевым швом форма фальцевого шва не совпадает ни с внутренней, ни с наружной поверхностью трубы. Отбортовки фальцевого шва прямолинейны, обе ветви фальцевого шва равноценны по сложности изготовления. Форма фальцевого шва достаточно прочна и технологические переходы выбраны правильно, и отличия при выполнении технологических переходов вытекают, прежде всего, из формы и расположения фальцевого шва.

Вышеуказанное техническое решение можно назвать одним из наиболее близких аналогов. С предлагаемым способом они близки в части выполнения технологических переходов, но различная форма фальцевого шва обусловила различия в технологии формовки трубы. Фальцевый шов по предлагаемому способу состоит из простой и сложной стенки ветвей. Отбортовки криволинейны.

При выполнении технологических переходов по изобретению №1303211 формовки трубы с фальцевым швом с первого технологического перехода производят одновременно с формовкой отбортовок фальцевого шва формовку круглой части трубы. На шестом технологическом переходе заканчивают гибку отбортовок фальцевого шва на 145° и продолжают гибку средней части трубы в последующих переходах до десятого технологического перехода. Форма отбортовок обеспечивает сшивание стыков фальцевого шва с XI по XIII переход. Окончательное формирование стыков фальцевого шва производили одновременно с закаткой фальцевого шва. Задача получения эстетически красивой круглой части трубы при той форме фальцевого шва и не ставилась.

Ввиду разности форм фальцевого шва по известному способу и по предлагаемому способу возникают существенные различия в части процесса выполнения этих швов.

Согласно известному способу, формовку участков фальцевого шва, сопряженных с участком круглой части трубы, на всех переходах до сшивания фальцевого шва не осуществляют и доформовывают только при закатке.

Также оттого, что диаметр труб с внутренним фальцевым швом в предложенном способе намного меньше диаметра труб по известному способу, то и выполнение формовки этого шва по изобретению существенно отличается.

Другим наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ изготовления тонкостенных труб с внутренним фальцевым швом. Он близок в части сходности изготавливаемого профиля, но различен в части выполнения процесса формовки. (См. Давыдов В.И., Максаков М.Н. «Производство гнутых тонкостенных профилей», Москва, Металлургиздат, 1959, рис.39, 40).

По данному способу процесс формовки трубы с фальцевым швом начинают с гибки отбортовок без придания кривизны искривленным участкам отбортовок. После этого осуществляют гибку участков круглой трубы по радиусу готовой трубы, прилегающих к участкам фальцевого шва в скользящих направляющих планках со вставками.

Далее осуществляют догибание отбортовок стыков фальцевого шва до формы, подготовленной к сцеплению стыков. Затем продолжают гибку участков круглой части трубы в направляющих планках и валках по участкам от периферии к центру. Сведение стыков осуществляют с резкими переходами. Сшивание стыков производят на жесткой оправке. Одновременно со сшиванием стыков производят доформовку участков сопряжения.

Недостатками данного способа являются:

- грубая форма отбортовок;

- формовка круглой части трубы не только в валках, но и в скользящих направляющих;

- формовка круглой части трубы не постепенно уменьшающимся радиусом, а от прямого участка к круглому, ухудшает качество профилей;

- сведение стыков в направляющих создает трение, ухудшающее чистоту поверхности, и увеличивает энергозатраты;

- сшивание фальцевого шва с доформовкой его на оправке, которая контактно скользит по внутренней поверхности, ухудшает качество поверхности. Малый диаметр трубки по известному способу не позволяет при сшивании применить оправку с роликами;

- при открытой формовке валками в основании трубы по известному способу форму готовой трубы не получают.

Технический результат, на который направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении качества поверхности труб с фальцевым швом по наружной поверхности фальцевого шва и всей трубы, в обеспечении круглой цилиндричности трубы по фальцевому шву и в достижении прочного сшивания с меньшими энергозатратами.

Это достигается тем, что на первых переходах гибку отбортовок начинают с придания отбортовкам фальцевого шва окончательной криволинейной формы готовой трубы, при этом формуют сложный стык фальцевого шва, не доформовывая сцепную отбортовку в пределах угла гибки 80-100°, а формовку остальных участков сложного стыка фальцевого шва производят до окончательной формы, другой стык фальцевого шва формуют с соблюдением равновысотности стенок стыка и с гибкой участка круглой части трубы у стыка по радиусу готовой трубы, после чего в последующих переходах доформовывают сцепные отбортовки у кромок до углов, обеспечивающих сцепление стыков фальцевого шва, одновременно осуществляя гибку участков круглой части трубы по уменьшающемуся радиусу и гибку по радиусу готовой трубы участков, прилегающих к участкам фальцевого шва, а затем процесс сцепления и сшивания осуществляют плавно вращающимся роликовым инструментом, не производя в процессе сшивания окончательной доформовки участков фальцевого шва, прилегающих к круглой части трубы.

Начало выполнения отдельной формовки отбортовок с приданием участкам фальцевого шва окончательной криволинейной формы готовой трубы по сравнению с известным техническим решением по Давыдову позволяет более точно отформовать стык перед сцеплением. Особенно важна точная отформовка сложного стыка на первых трех валках и промежуточных вспомогательных роликах.

Доформовка сцепной отбортовки сложного стыка от угла 80-100° до углов гибки, обеспечивающих сцепление стыков фальцевого шва, уже не сложна и не мешает формовке круглой части трубы по уменьшающемуся радиусу. По сравнению с известным способом по Давыдову вся формовка производится валками и вспомогательным роликовым инструментом без направляющих скольжения и вставок.

Процесс сцепления плавно вращающимся роликовым инструментом позволяет сохранять окончательную форму стыков с криволинейными отбортовками и при сшивании не возникает необходимости в специальной доформовке элементов фальцевого шва, прилегающих к круглой части трубы, так как большие усилия при доформовке приводят к частой поломке осей роликов, закрепленных на оправке, а главное обеспечивает цилиндрическую наружную поверхность трубы.

За счет выполнения основания круглой части трубы за несколько переходов до сцепления стыков фальцевого шва, достигают лучших условий формовки трубы и ее большей цилиндричности.

Таким образом, существенные отличия предложенного способа обеспечивают плавный устойчивый режим изготовления тонкостенных труб с внутренним фальцевым швом при лучших условиях формовки с помощью вращающихся инструментов без скользящих проводок и позволяют достигать большей цилиндричности трубы, повышенного качества ее наружной поверхности, прочности фальцевого шва, чем, в конечном итоге, определяется качество получаемых изделий.

На фиг.1 изображен профиль готовой трубы с фальцевым швом.

На фиг.2 - фальцевый шов в масштабе увеличения.

На фиг.3 - исходная заготовка (лента).

На фиг.4-8 - переходы формирования стыков фальцевого шва на угол 80-100°.

На фиг.9-12 - переходы формирования стыков фальцевого шва до углов, обеспечивающих сцепление стыков фальцевого шва, с одновременной гибкой круглой части трубы по уменьшающемуся радиусу и с гибкой по радиусу готовой трубы участков, прилегающих к участкам фальцевого шва.

На фиг.13-16 - переходы формирования круглой части трубы по уменьшающемуся радиусу с недоформованными отбортовками стыков до образования незамкнутой трубы эллипсной формы с нижним участком, изготовленным по радиусу готовой трубы.

На фиг.17-19 - переходы сцепления стыков фальцевого шва.

На фиг.20-21 - переходы сшивания и закатки фальцевого шва со схематически изображенной инструментальной оснасткой для их осуществления.

Способ изготовления тонкостенных труб с фальцевым швом осуществляется следующим образом. Профиль трубы с фальцевым швом состоит из круглой части 6 трубы с внутренним радиусом R в диапазоне угла β₀ и участков фальцевого шва в диапазоне угла α₀. Участки фальцевого шва состоят из криволинейных участков отбортовок 1, 3, 8 по радиусу готовой трубы; криволинейных участков 2 и 7 сопряжения отбортовок по внутреннему радиусу r₀; криволинейных участков: 4 с внутренним радиусом R₁ и участка 5 с внутренним радиусом R₀.

Отбортовка 1 выполнена по внутреннему радиусу R₄ на угол α; отбортовка 3 выполнена по внутреннему радиусу R₃ на угол α; отбортовка 8 выполнена по внутреннему радиусу R₅ на угол α.

Отбортовки 1, 3, 8 состоят из левого и правого участков, выполненных на углы гибки α₁ и α₂. Фальцевый шов состоит из участков 1, 2, 3, 4, 5 сложного стыка 10 и участков 7, 8 другого простого стыка 11.

Из-за этой сложности стыка 10 формовку трубы начинают с формовки участков стыка 10 и приступают к формовке участков круглой трубы переменным радиусом, только отформовав конфигурацию участков сложного стыка 10 без доформовки отбортовки 1 в пределах 80-100°. Участок 2 стыка 10 формуют на угол 80-90°.

В переходе I на заготовке 9 процесс формовки начинают с участков 4 и 5 сложного стыка 10 фальцевого шва по радиусам R₀ и R₁, формовку осуществляют I-й парой валков.

В переходе II выполняют полную формовку участков 1 и 3 с приданием криволинейной формы по радиусам R₃ и R₄ на угол гибки α и продолжают формовку участков 4 и 5 по радиусам R₀ и R₁ стыка 10 и начинают формовку другого простого стыка 11 с полной отформовки участка 8 по радиусу R₅ на угол α и прилегающего участка 6 круглой части трубы на угол β₁ по радиусу готовой трубы на угол до 30°. Ввиду того, что участок 4 стыка 10 больше 90°, сопряженный участок 6 круглой части трубы формуют по радиусу готовой трубы на угол превышения β₂. Формовку профиля в переходе осуществляют II-й парой валков.

В переходе III полностью доформовывают участки 4 и 5 по радиусам R₁ и R₀ на углы гибки α₅ и α₆ и начинают формовку участка 2 по радиусу r на угол гибки γ₁ и оставляют без изменения остальные. Формовку осуществляют неприводными, боковыми и навесными роликами.

В переходе IV формуют участок 2 стыка 10 на угол гибки γ₂=80...90° по радиусу r₁, остальные участки стыка 10 оставляют без изменения ввиду того, что они уже сформованы. На стыке 11 начинают формовку участка 7 на угол гибки γ₃ по радиусу r₂ остальные участки стыка 11 оставляют без изменений. Формовку осуществляют III-й парой валков.

В переходе V формуют участок 7 стыка 11 на угол γ₄ по радиусу r₃, остальные: участок 8 и прилегающую часть круглой трубы оставляют без изменений. Формовку осуществляют неприводными боковыми и навесными роликами.

В переходе VI, когда остались недогнутыми отбортовки стыков, начинают выполнять формовку круглой части трубы путем искривления всего среднего участка круглой части сначала большим радиусом R_i1 соответственно на углы ϕ₁ и ϕ_2, а также формовку прилегающего к участку фальцевого шва участка круглой трубы на угол β₃ по радиусу готовой трубы R. На небольшой угол γ₅ по радиусу r₄ формуют одновременно участок 2, участки стыка фальцевого шва 11 оставляют без изменения.

Формовку осуществляют IV-й парой валков. Величина радиуса R_i1 принимается из условия, что растягивающие напряжения у кромок не должны превышать предела упругой деформации, и зависит от высоты профиля в переходе и длины участка плавной деформации.

В переходе VII формуют участки фальцевого шва обоих стыков 10 и 11 в пределах угла гибки 30-40° соответственно участков 2 и 7 на угол γ₆ по радиусу r₅. Среднюю круглую часть трубы в этом переходе не формуют. Формовку осуществляют неприводными боковыми и навесными роликами.

В переходе VIII формуют среднюю круглую часть по уменьшающемуся радиусу R_i2 на углы гибки ϕ₃ и ϕ₄, а также прилегающие к участкам фальцевого шва участки - круглой трубы на угол β₄ по радиусу R. Формовку осуществляют V-й парой валков.

В переходе IX продолжают формовку средней круглой части трубы по уменьшающемуся радиусу R_i3 на углы гибки ϕ₅ и ϕ₆, а также формовку участка, прилегающего к стыку фальцевого шва на угол β₅ по радиусу R. Одновременно производят доформовку участков фальцевого шва 2 и 7 на угол γ₇ по радиусу r₆ на угол, обеспечивающий сцепление стыков в пределах 45-50°. В последующих переходах до начала сцепления участки фальцевого шва больше не формуются. Формовку осуществляют VI-й парой валков.

В переходе Х продолжают формовку круглой части трубы уменьшающимся радиусом R_i4 на углы гибки ϕ₇ и ϕ₈, а также формовку части трубы, прилегающей к фальцевому шву на угол β₆ по радиусу R. Формовку круглой части трубы производят по уменьшающемуся радиусу на величину, обеспечивающую плавность деформации, например, равную √2.

Формовку осуществляют неприводными боковым и навесным роликами.

В XI переходе VII-й парой валков производят дальнейшую формовку круглой части трубы по уменьшающемуся радиусу R_i5 на углы гибки ϕ₈ и ϕ₁₀ с получением в нижней части трубы конфигурации по радиусу R на углы гибки β₇=25-30°.

В переходе XII боковыми неприводными роликами осуществляют дальнейшую формовку по уменьшающемуся радиусу R_i6 на углы гибки ϕ₁₁ и ϕ₁₂, остальные отформованные участки трубы оставляют без изменения.

В XIII переходе VIII-й парой валков производят окончательную формовку незамкнутой трубы, не догибая отбортовки стыков, до эллипсообразной формы с сечением профиля в переходе, имеющим в основании форму готовой трубы 14 по радиусу R на углы гибки β₇=25-30°; сверху выполняют открытый проем с размерами b₁+b₂=(0.8÷1)R, равновысотные боковые стенки 12 и 13, которые образованы в нижней части по форме готовой трубы, затем по уменьшающемуся радиусу R_i7 на углы гибки ϕ₁₃ и ϕ₁₄, а в верхней части по радиусам готовой трубы на углы гибки β₄ и β₆ равными 40-60°. Полученная форма имеет минимальный, но достаточный проем для захода верхнего валка в контакт по участку 14 с нижним валком для создания последнего тягового усилия толкания профиля в переходе с целью осуществления сцепления недогнутых отбортовок стыков и сшивания фальцевого шва трубы. Форма участка 14 удобна для фиксации на оправке, входную часть которой выполняют с послаблением по внутреннему диаметру готовой трубы, а искривленные участки стенок 12 и 13 создают плавную пазуху сопряжения стыков. Небольшая недоформовка стенок по радиусам R_i7, равным 1,25-1,5 радиусу готовой трубы, легко исправляется в процессе формовки, так как волокна металла приобретают податливость в результате повторных операций формовки по уменьшающемуся радиусу.

В переходе XIV первой парой приводных роликов с центрированием на оправке осуществляют деформированием недеформированных боковых стенок 12 и 13 сведение кромок стыков 10 и 11 фальцевого шва близко к соприкосновению и окончательно доформовывают нижнюю часть трубы до углов гибки β₈=50-70°; среднюю часть стенок 12 и 13 продолжают формовать по уменьшающимся радиусам R_i8 и R_i9 на углы гибки ϕ₁₅ и ϕ₁₆.

Переход XV осуществляется второй и третьей парами приводных роликов.

В переходе XV второй парой приводных роликов с центрированием на оправке приложением усилия «Р» боковым роликом осуществляют подгибку вниз верхней части 16 стенки 12 по радиусу R_i10 на угол ϕ₁₈. Радиус R_i10 на 10-15% меньше радиуса готовой трубы. Другая стенка в данном переходе является фиксирующим контуром при небольшой величине уменьшающегося радиуса R_i9 на угол гибки ϕ₁₇, нижнюю часть стенки 12 формуют по радиусу R до угла β₁₀=90°. Углы гибки ϕ₁₉ и ϕ₂₀ по радиусам гибки R_i11 и R_i12 относят к третьей паре приводных роликов.

В XVI переходе четвертой парой приводных роликов с центрированием на оправке приложением усилий «P₁» боковым роликом осуществляют подгибку вниз верхней части стенки 13 до соприкосновения с другой стенкой 12, стенка 13 в нижней части увеличивается по радиусу готовой трубы на угол β₁₁=90-100°, а участок с уменьшающимся радиусом R_i11 уменьшается до угла ϕ₁₉. Стенка 12 в данном переходе является фиксирующим контуром с некоторым увеличением радиуса R_i10 до угла ϕ₁₈.

В XVII переходе пятой парой приводных боковых роликов осуществляется сцепление отбортовок 1 и 8 стыков фальцевых швов 10 и 11 усилиями «N» изнутри со стороны роликов оправки на верхнюю часть стенки 12 и усилиями «Р₂» бокового ролика на верхнюю часть стенки 13. Криволинейные отбортовки 1 и 8 сцепляются, растягиваются и сжимаются. В момент сцепления стенка 12 состоит из нижней части с радиусом R_i13 на угол ϕ_22, радиус R_i13 немного меньше радиуса R. Стенка 13 состоит в момент сцепления из нижней круглой части по радиусу R и участка с уменьшающимся радиусом R_i14 на угол гибки ϕ₂₁.

В переходе XVIII осуществляют предвалковую калибровку трубы по диаметру готовой трубы D сочетанием вращающихся роликов оправки с предварительным придавливанием фальцевого шва усилиями «N₁» изнутри роликами оправки 16 и усилиями «Р₃» IX-й пары валков с предварительной закаткой.

После этого роликами оправки и Х-й парой валков производят окончательную закатку фальцевого шва.

Опытное профилирование трубы с внутренним фальцевым швом с параметрами:

D=27,4 мм; R=13,2 мм; а=4 мм; R₀=r₀=0,25 мм; толщиной металла 0,5 мм производили на специальном профилегибочном стане, состоящем из 10-ти клетей и специального проводного роликового устройства из 6 пар приводных роликов, установленного после VIII пары валков.

Перед приводным роликовым устройством закреплена на плоскости станины оправка, проходящая через роликовое устройство и последние две пары валков: IX и X.

Профилирование производили из рулонной ленты 0,810-ОМ-Т-2_К-А-0,5×95 ГОСТ 503-81 со скоростью 36 м/мин.

Полученные профили характеризуются хорошим внешним видом профиля, ровным и плотным фальцевым швом по всей длине трубы, сохранностью покрытия, стабильностью геометрических размеров поперечного сечения по всей длине, хорошим качеством поверхности без царапин и задиров, отсутствием смятия кромок и других дефектов.

Данный способ изготовления тонкостенных труб с внутренним фальцевым швом, по сравнению с известными способами, позволяет осуществлять хорошее сшивание фальцевого шва при профилировании в автоматической линии из рулонной ленты за счет уменьшения резких деформаций, возможных при профилировании трубы из мягкой ленты, за счет предварительной формовки всех участков фальцевого шва сложного стыка, а затем при формовке на последующих переходах эллипсообразной формы сечения незамкнутой трубы с хорошо подготовленной верхней частью стенок с приданной кривизной фальцевого шва и сопряженной с ней кривизной крайних участков круглой части трубы, равных радиусу готовой трубы, и за счет придания нижней части сечения формы готовой трубы в основании и равновысотных стенок с радиусами, равными 1,25-1,5 радиуса готовой трубы. Способ создает лучшие условия сшивания за счет осуществления процесса на вращающихся приводных элементах.

Кроме того, способ позволяет профилировать трубы с фальцевым швом с покрытием и без покрытия из рулонной стальной ленты взамен электросварных и цельнотянутых труб, более металлоемких.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении тонкостенных труб с фальцевым швом. На первых переходах гибку отбортовок начинают с придания отбортовкам фальцевого шва окончательной криволинейной формы готовой трубы. При этом формуют сложный стык фальцевого шва, не доформовывая сцепную отбортовку в пределах угла гибки 80-100°. Формовку остальных участков сложного стыка фальцевого шва производят до окончательной формы. Другой стык фальцевого шва формуют с соблюдением равновысотности стенок стыка и с гибкой участка круглой части трубы у стыка по радиусу готовой трубы. В последующих переходах доформовывают сцепные отбортовки у кромок до углов, обеспечивающих сцепление стыков фальцевого шва. Одновременно осуществляют гибку участков круглой части трубы по уменьшающемуся радиусу и гибку по радиусу готовой трубы участков, прилегающих к участкам фальцевого шва. Затем процесс сцепления и сшивания осуществляют плавно вращающимся роликовым инструментом, не производя в процессе сшивания окончательной доформовки участков фальцевого шва, прилегающих к круглой части трубы. Повышается качество поверхности и прочность сшивания. 21 ил.

Способ изготовления тонкостенных труб с внутренним фальцевым швом путем последовательной гибки по переходам в валках профилегибочного стана, при котором осуществляют гибку отбортовок фальцевого шва и формирование круглой части трубы по уменьшающемуся радиусу до образования незамкнутой трубы эллипсной формы сечения, имеющей в основании форму готовой трубы перед сцеплением с подготовленными к сцеплению отбортовками стыков фальцевого шва у кромок, после чего производят сцепление стыков и сшивание фальцевого шва, отличающийся тем, что на первых переходах гибку отбортовок начинают с придания отбортовкам фальцевого шва окончательной криволинейной формы готовой трубы, при этом формуют сложный стык фальцевого шва, не доформовывая сцепную отбортовку в пределах угла гибки 80-100°, а формовку остальных участков сложного стыка фальцевого шва производят до окончательной формы, другой стык фальцевого шва формуют с соблюдением равновысотности стенок стыка и с гибкой участка круглой части трубы у стыка по радиусу готовой трубы, после чего в последующих переходах доформовывают сцепные отбортовки у кромок до углов, обеспечивающих сцепление стыков фальцевого шва, одновременно осуществляя гибку участков круглой части трубы по уменьшающемуся радиусу и гибку по радиусу готовой трубы участков, прилегающих к участкам фальцевого шва, а затем процесс сцепления и сшивания осуществляют плавно вращающимся роликовым инструментом, не производя в процессе сшивания окончательной доформовки участков фальцевого шва, прилегающих к круглой части трубы.