СПОСОБ ВОЛОЧЕНИЯ ТРУБ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК B21C1/24 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к производству труб волочением, преимущественно на монолитной самоустанавливающейся оправке, и может быть использовано при изготовлении холоднодеформированных труб из различных материалов, в частности труб малого внутреннего диаметра, предназначенных для машиностроения.

Известен способ волочения труб на монолитной самоустанавливающейся оправке, включающий нанесение на поверхность трубной заготовки технологической смазки, последующее нанесение на некотором расстоянии от одного из торцов заготовки «забойки», установку с этого же торца заготовки монолитной самоустанавливающейся оправки, ее перемещение в полости заготовки до забойки посредством стержня вручную, извлечение стержня, формирование головки на заготовке и последующее волочение (Биск М.Б. Волочение труб на самоустанавливающейся оправке / М.Б. Биск, В.В. Швейкин. - М.: Металлургиздат, 1963. - С.108-109).

Данный способ наиболее эффективен при изготовлении труб большой длины на станах барабанного типа с последующей смоткой труб в бунты. В случае изготовления труб на прямолинейных трубоволочильных станах способ характеризуется высокой трудоемкостью и малой производительностью ввиду необходимости выполнения операций нанесения технологической смазки и забойки, установки и перемещения монолитной самоустанавливающейся оправки и формирования головки для каждой трубы отдельно, так как пакетный способ обработки труб данным способом невозможен. В этом случае требуется большее число оправок одного типоразмера и использование вспомогательного технологического инструмента для каждой заготовки, что увеличивает затраты на волочильный инструмент.

Известно волочение труб на монолитной самоустанавливающейся оправке, заключающееся в формировании головки на трубной заготовке, нанесении технологической смазки, установке и перемещении оправки посредством стержня в полости заготовки до основания головки и последующем волочении (А.с. СССР №988397, B21C 3/16, B21C 45/00, опубл. 15.01.1983). При волочении оправка жестко закреплена на гибком стержне, что позволяет сократить долю ручного труда и несколько увеличить производительность за счет исключения операции извлечения стержня перед волочением. Однако необходимость обеспечения крепления оправки к стержню, особенно при изготовлении оправок из твердосплавных материалов, увеличивает затраты на технологический инструмент.

Наиболее близким решением, принятым за прототип, является способ волочения труб на монолитной самоустанавливающейся оправке, включающий формирование головки на трубной заготовке, нанесение технологической смазки, установку и перемещение оправки посредством стержня в полости заготовки до основания головки и последующее волочение (Паршин B.C. Холодное волочение труб / B.C. Паршин, А.А. Фотов, В.А. Алешин. - М.: Металлургия, 1979. - С.111-112, 152-153).

В данном способе волочения труб монолитная самоустанавливающаяся оправка жестко закреплена на стержне, в частности посредством резьбового соединения, при одновременном закреплении другого конца стержня на трубоволочильном стане, что позволяет механизировать операции установки, перемещения и извлечения стержня с оправкой и снизить их трудоемкость. Однако использование стержней требует дополнительных затрат на их изготовление и наличия производственных площадей для их хранения. При использовании монолитной самоустанавливающейся оправки из твердосплавных материалов обеспечение жесткого крепления оправки со стержнем затруднено и требует дополнительных затрат на изготовление рабочего инструмента. При изготовлении труб малого внутреннего диаметра использование жесткого крепления оправки и стержня еще более затруднено ввиду малых размеров оправки и стержня. Поэтому при изготовлении труб малого внутреннего диаметра перемещение монолитной самоустанавливающейся оправки в полости трубной заготовки до головки осуществляют без крепления ее на стержне, с последующим извлечением стержня перед деформацией и осуществлением этих операцией вручную, что увеличивает трудоемкость и снижает производительность. Сложность применения стержней в процессе перемещения оправки в данном случае обусловлена потерей устойчивости тонкого стержня большой длины, что также увеличивает трудоемкость их использования.

Для исключения возможности безоправочного волочения осуществляют подпор самоустанавливающейся оправки в начальный момент волочения посредством стержня вручную, что также трудоемко и нарушает требования безопасной работы на волочильном стане. Необходимость подпора обусловлена наличием у основания головки некоторого объема технологической смазки (так называемой «пробки»), которая препятствует продвижению оправки в очаг деформации в процессе волочения, что ведет к безоправочному волочению.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в сокращении затрат на технологический инструмент, уменьшении трудоемкости операций по подготовке труб к волочению на монолитной самоустанавливающейся оправке и снижении количества брака.

Поставленная задача по первому варианту решается за счет того, что в способе волочения труб, преимущественно малого диаметра, на монолитной самоустанавливающейся оправке, включающем формирование головки на трубной заготовке, нанесение технологической смазки, установку и перемещение оправки в полости заготовки до основания головки и последующее волочение, согласно изобретению, формирование головки проводят холодной деформацией, а перемещение оправки осуществляют подачей в полость заготовки сжатого воздуха, при этом величину давления воздуха определяют по следующей зависимости:

где Р - давление воздуха, МПа;

σ_т - предел текучести металла заготовки, МПа;

D₀, d₀ - наружный и внутренний диаметры заготовки, соответственно, мм.

Кроме того, перед подачей сжатого воздуха устанавливают пыж в полость заготовки.

По второму варианту поставленная задача решается за счет того, что в способе волочения труб, преимущественно малого диаметра, на монолитной самоустанавливающейся оправке, включающем формирование головки на трубной заготовке, нанесение технологической смазки, установку и перемещение оправки в полости заготовки до основания головки и последующее волочение, согласно изобретению, перемещение оправки в полости заготовки осуществляют воздействием на оправку генератора импульсной нагрузки, при этом начальную скоростью движения оправки определяют по следующей зависимости: $$V=\left(55÷70\right)\frac{d}{D},\left(2\right)$$

где V - начальная скорость движения оправки, м/с;

D, d - наружный и внутренний диаметры трубы, соответственно, мм.

Уменьшение трудоемкости операций по подготовке труб к волочению на монолитной самоустанавливающейся оправке достигается за счет сокращения времени и количества осуществляемых действий по перемещению оправки. Перемещение оправки за счет подачи сжатого воздуха обеспечивает ее требуемое позиционирование в полости трубы, исключая необходимость использования задающих стержней.

Перемещение оправки подачей в полость заготовки воздуха давлением, указанным в зависимости (1), обеспечит достижение оправкой требуемого положения относительно основания головки - с некоторым вдавливанием оправки в металл основания головки, при этом величина деформации вдавливания не превышает области упругих деформаций, что обеспечивает стабильность последующего осуществления процесса волочения.

В случае подачи в полость заготовки сжатого воздуха давлением, величина которого менее указанной в зависимости (1), имеется вероятность, что положение оправки перед волочением не будет соответствовать требуемому, что приведет к нарушению условий справочного волочения. Подача в полость заготовки сжатого воздуха давлением, величина которого более указанной в зависимости (1), может привести к искажению профиля трубной заготовки.

Формирование головки на трубной заготовке холодной деформацией способствует сохранению внутренней полости по всей длине головки, обеспечивает качественное нанесение технологической смазки на внутреннюю поверхность трубной заготовки и уменьшает величину смазочной «пробки».

Для гарантированного обеспечения требуемой величины давления воздуха, согласно зависимости (1), перед подачей сжатого воздуха устанавливают пыж в полость заготовки. Использование пыжа, размер которого определяют внутренним диаметром заготовки, позволит исключить возможные потери энергии и повысить эффективность предлагаемого решения за счет большей степени герметизации. Используемые в предлагаемом способе пыжи имеют, в сравнении с длинномерными стальными стержнями в способе-прототипе, небольшие габаритные размеры и относительно невысокую стоимость используемых для их изготовления материалов (например, войлок), что делает пыжи более простыми и удобными в эксплуатации и позволяет значительно сократить затраты на инструмент, в том числе за счет сокращения площадей для его хранения.

Однако формирование головки на трубной заготовке часто осуществляют горячей деформацией, что нарушает целостность внутренней полости головки и исключает использование перемещения оправки за счет подачи сжатого воздуха. В этом случае по второму варианту предлагаемого изобретения перемещение оправки в полости заготовки осуществляют воздействием на оправку генератора импульсной нагрузки, при этом начальную скорость движения оправки определяют по следующей зависимости:

где V - начальная скорость движения оправки, м/с;

D, d - наружный и внутренний диаметры трубы, соответственно, мм.

Перемещение оправки воздействием на нее генератора импульсной нагрузки позволяет обходиться без использования вспомогательного инструмента, что значительно сокращает затраты на инструмент, проведение вспомогательных операций по его использованию и обеспечивает повышение производительности.

Следует отметить, что в случае воздействия на оправку генератора импульсной нагрузки независимо от способа формирования головки на трубной заготовке - холодной или горячей деформацией, величина начальной скорости движения оправки, согласно аналитической зависимости (2), учитывающей ряд параметров (массу и плотность материала оправки, механические свойства материала трубной заготовки, величину деформации вдавливания оправки и др.), является достаточной для пробивания смазочной «пробки» (если таковая имеется) и достижения оправкой требуемого положения относительно основания головки, что позволяет гарантированно исключить брак по причине безоправочного волочения.

При начальной скорости движения оправки, менее указанной в зависимости (2), не будет обеспечено достижение оправкой требуемого положения относительно основания головки. А при начальной скорости движения оправки, более указанной в зависимости (2), может произойти повреждение носка оправки.

Предлагаемый способ волочения реализуют следующим образом. Пакет обрабатываемых трубных заготовок укладывают на приемочный стол устройства для формирования головок, например ковочную машину, и осуществляют формирование головок холодной деформацией с сохранением внутренней полости по всей длине головки. Затем осуществляют нанесение технологической смазки на наружную и внутреннюю поверхность трубных заготовок с головками путем погружения пакета труб в ванну. Подготовленные таким образом заготовки подают на загрузочный стол линейного трубоволочильного стана. С противоположного от головки конца заготовки устанавливают оправку и перемещают ее подачей в полость заготовки сжатого воздуха. По мере достижения оправкой основания головки подачу воздуха прекращают. Заготовку задают головкой в волоку, захватывают клещами вытяжного устройства и осуществляют процесс волочения на требуемый размер. Кроме того, перед подачей сжатого воздуха в полость заготовки может быть установлен пыж.

При реализации способа волочения по второму варианту формирование головок проводят холодной или горячей деформацией, а перемещение оправки осуществляют воздействием на оправку генератора импульсной нагрузки, например посредством устройства с пружинным механизмом.

Предлагаемый способ был опробован на трубоволочильном стане усилием 80 кН при волочении стальных труб в количестве 20 штук по маршруту 15,0×1,65 мм → 12,0×1,50 мм. Для сравнения аналогичным образом было изготовлено 20 труб по способу-прототипу. Формирование головок обоих пакетов трубных заготовок осуществляли на ковочной машине В-242 холодной деформацией (10 труб каждого пакета) и на ковочной машине АВС-40 горячей деформацией (10 труб каждого пакета). Нанесение технологической смазки, например «Dexlube-498», на наружную и внутреннюю поверхность заготовок осуществляли погружением в ванну всех пакетов. В качестве устройства для подачи сжатого воздуха в полость заготовки использовали, в частности, пусковое пневматическое устройство CES 22, позволяющее создавать давление в системе до 1,0 МПа, и войлочные пыжи диаметром 11,75 мм и толщиной 3 мм.

При реализации способа по второму варианту в качестве генератора импульсной нагрузки использовали, в частности, устройство в виде стопорной трубы с размещенными в ней рукояткой и пружинным механизмом. Обратным ходом бойка осуществляли сжатие пружины, после чего боек фиксировали специальным упором. Устройство устанавливали с противоположного от головки конца заготовки. Перемещение предварительно установленной в полость трубной заготовки оправки осуществляли путем освобождения бойка от упора, в результате чего под действием энергии распрямляющейся пружины боек ударял в торец оправки и сообщал ей требуемую начальную скорость движения. Параметры пружины были рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить начальную скорость движения оправки, равную 48 м/с, для достижения оправкой требуемого положения относительно основания головки.

Полученные результаты опытного волочения свидетельствуют о том, что предлагаемое техническое решение при незначительных затратах на технологический инструмент позволяет сократить трудоемкость ряда вспомогательных операций, увеличить производительность трубоволочильного стана на 10÷15% и исключить брак по причине безоправочного волочения.

Группа изобретений относится к области производства труб волочением на монолитной самоустанавливающейся оправке и может быть использована при изготовлении труб из различных материалов, предназначенных для машиностроения. Способ включает формирование головки на трубной заготовке, нанесение технологической смазки, установку и перемещение оправки в полости заготовки до основания головки и последующее волочение. Сокращение затрат на технологический инструмент, уменьшение трудоемкости и снижение количества брака обеспечивается за счет того, что перемещение оправки, при условии формирования головки холодной деформацией, осуществляют подачей сжатого воздуха давлением определенной величины или, при формировании головки как холодной, так и горячей деформацией - воздействием на оправку генератора импульсной нагрузки с обеспечением определенной начальной скорости движения оправки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

1. Способ волочения труб, преимущественно малого диаметра, на монолитной самоустанавливающейся оправке, включающий формирование головки на трубной заготовке, нанесение технологической смазки, установку и перемещение оправки в полости заготовки до основания головки и последующее волочение, отличающийся тем, что головку формируют посредством холодной деформации, а перемещение оправки осуществляют подачей в полость заготовки сжатого воздуха, при этом величину давления воздуха определяют по следующей зависимости:

где Р - давление воздуха, МПа;
σ_т - предел текучести металла заготовки, МПа;
D₀, d₀ - наружный и внутренний диаметры заготовки, соответственно, мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей сжатого воздуха устанавливают пыж в полость заготовки.

3. Способ волочения труб, преимущественно малого диаметра, на монолитной самоустанавливающейся оправке, включающий формирование головки на трубной заготовке, нанесение технологической смазки, установку и перемещение оправки в полости заготовки до основания головки и последующее волочение, отличающийся тем, что головку формируют посредством холодной или горячей деформации, а перемещение оправки осуществляют путем приложения к ней импульсной нагрузки с помощью генератора импульсной нагрузки, с начальной скоростью движения оправки, определяемой по следующей зависимости:

где V - начальная скорость движения оправки, м/с;
D, d - наружный и внутренний диаметры трубы, соответственно, мм.