СПОСОБ ФОРМОВКИ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ Российский патент 2022 года по МПК B21D5/10 

Изобретение относится к трубному производству, а именно к производству сварных труб большого диаметра с одним продольным швом с использованием вальцевой формовки трубной заготовки.

Производство сварных труб с использованием вальцевой формовки трубной заготовки включат в себя фрезерование кромок исходного листа, гибку трубной заготовки в трехвалковых вальцах, догибку прикромочных участков в двухвалковой клети с профилированными валками, сборку заготовки в сборо-сварочном агрегате, сварку внутреннего и наружного швов и экспандирование.

При формовке трубной заготовки в вальцах исходный лист деформируют непрерывно между вращающимися валками по схеме трехточечного изгиба в пределах его ширины.

Известен способ формовки цилиндрических профилей в трехвалковой листогибочной машине (Мошнин Е.Н., Гибка и правка на ротационных машинах, Машиностроение, М, 1967 г., с. 271), при котором сначала осуществляют вертикальное перемещение верхнего валка на величину, обеспечивающую заданный радиус заготовки на выходе очага деформации, а затем выполняют вращение валков. Поперечное сечение трубной заготовки после формовки имеет участки различной кривизны, которые можно разделить на участок основного периметра радиусом R_О, участок «перегиба» радиусом R_M, участок пониженной кривизны радиусом Я_Б и плоский участок.

К недостаткам известного способа следует отнести образование неравномерности деформаций заготовки после формовки в зоне перехода от плоского участка к основному периметру.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ гибки металлических листов (Патент JP 3589212, B21D-005/14, опубл. 17.11.2004), в котором проводят формовку металлических листов длиной до ~2 метров в заготовки цилиндрической и овальной формы поперечного сечения. Для получения овальной формы поперечного сечения заготовки выполняют перемещение верхнего валка с последующим вращением всех валков и одновременным продолжением вертикального перемещения верхнего валка. Кроме того, для сокращения длины плоских участков заготовки выполняют смещение нижних валков в сторону подачи листа.

Недостатками известного способа являются отсутствие регламентации параметров выполняемых операций, информации о настройках листогибочной машины, что в результате не обеспечивает получения заготовки с равномерной деформацией в поперечном сечении (в зоне перехода от плоского участка к основному периметру) и приводит к повышению коэффициента экспандирования.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в создании способа формовки трубной заготовки, обеспечивающего повышение качества трубной заготовки, сформованной в один проход, за счет снижения неравномерности деформации заготовки при формовке и геометрических дефектов.

Технический результат заключается в повышении точности геометрических размеров готовых труб за счет минимизации неравномерности деформации трубной заготовки при формовке в области перехода от плоского участка к основному периметру.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ формовки трубной заготовки в трехвалковой листогибочной машине включает изгиб заготовки посредством вертикального перемещения верхнего валка и последующее вращение всех валков с одновременным вертикальным перемещением верхнего валка, при этом согласно изобретению, вертикальное перемещение верхнего валка осуществляют на величину не более Н₀, которую определяют по формуле:

где R₁ - радиус заготовки, мм;

D_B - диаметр верхнего валка, мм; L - межосевое расстояние нижних валков, мм; k_расп - коэффициент распружинивания;

- коэффициенты регрессии,

а при одновременном вращении всех валков верхний валок перемещают на величину Н, большую Н₀, со скоростью, определяемой по формуле:

где ω - угловая скорость вращения верхнего валка, рад/с.,

ϕ_п - угол поворота верхнего валка при его вертикальном перемещении от Н₀ до H, рад.,

при этом величина угла поворота ϕ_п верхнего валка не превышает отношения межосевого расстояния нижних валков к диаметру верхнего валка.

Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 показана трубная заготовка в очаге деформации при перемещении верхнего валка на величину Н₀, на фиг. 2 показана стадия формовки трубной заготовки при вращении всех валков и перемещении верхнего валка на величину от H₀ до Н со скоростью V_п. На рисунках показана трубная заготовка 1, верхний валок 2 и нижние валки 3.

Одним из вариантов повышения точности готовых труб является минимизация неравномерности деформации в поперечном сечении трубы после операций формообразования. Неоднородность напряженно-деформированного состояния трубы перед экспандированием формируется на протяжении всего трубного передела, который начинается с формовки листа в трубную заготовку для последующей сварки.

При вальцевой формовке трубной заготовки форма очага деформации при перемещении верхнего валка отличается от формы очага деформации при вращении валков, что при одном и том же положении верхнего валка относительно нижних валков приводит к образованию неравномерности деформации трубной заготовки в области перехода от плоского участка к основному периметру.

При формовке трубной заготовки 1 на заданный радиус первоначально осуществляют вертикальное перемещение верхнего валка 2 на величину не более Н₀, которую определяют по формуле (1). Величина перемещения Н₀ верхнего валка 2 определена методом регрессионного анализа. Коэффициенты регрессии определяли по результатам дробного факторного эксперимента, проведенного в среде конечно-элементного моделирования.

Перемещение валка 2 на величину Н₀ обеспечивает заданный радиус кривизны R₁ заготовки в вертикальной плоскости симметрии верхнего валка 2. При перемещении верхнего валка 2 на величину, большую значения Н₀, произойдет увеличение кривизны трубной заготовки в зоне перехода от плоского участка к основному периметру и образуется дефект в виде локального перегиба.

Затем производят вращение всех валков 2 и 3 со скоростью ω и продолжают перемещение верхнего валка 2 со скоростью V_п (2) до величины Н, которая больше величины Н₀, что обеспечивает постоянную кривизну трубной заготовки 1 в зоне перехода от плоского участка к основному периметру. Перемещение верхнего валка 2 на величину Н обеспечивает заданный радиус R₁ кривизны трубной заготовки 1 на участке основного периметра.

Вертикальное перемещение верхнего валка 2 осуществляют со скоростью V_п, определяемой по формуле (2), при этом величина угла поворота ϕ_п верхнего валка 2 при его вертикальном перемещении от H₀ до H не превышает отношения межосевого расстояния нижних валков 3 к диаметру верхнего валка 2. Это позволяет минимизации неравномерности деформации в области переходного участка и обеспечить равенство радиусов переходного участка и основного периметра трубной заготовки 1.

При величине угла поворота ϕ_п верхнего валка 2 больше отношения межосевого расстояния нижних валков 3 к диаметру верхнего валка 2 кривизна переходного участка увеличивается по отношению к кривизне основного периметра, что приведет к дефекту формы трубной заготовки 1.

При завершении перемещения верхнего валка 2 его положение не изменяют и производят вращение всех валков 2 и 3 до завершения прохода формовки трубной заготовки 1.

Выполнение предлагаемого способа формовки трубной заготовки позволяет повысить точность геометрических размеров готовых труб за счет минимизации неравномерности деформации при формовке в один проход в области перехода от плоского участка к основному периметру.

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемый способ формовки трубной заготовки в трехвалковой листогибочной машине был апробирован в условиях АО «Волжский трубный завод». Осуществляли формовку трубной заготовки в один проход для изготовления трубы диаметром 711 мм и толщиной стенки 25,4 мм.

Параметры валковой системы: диаметр верхнего валка D_в=300 мм, диаметр нижних валков D_н=500 мм, межосевое расстояние нижних валков L=600 мм, радиус заготовки R₁=355,5 мм, угловая скорость верхнего валка ω=0,3 рад/с.

Величина первоначального вертикального перемещения верхнего валка H₀, рассчитанная по формуле (1), составила 30 мм.

Скорость вертикального перемещения верхнего валка, рассчитанная по формуле (2), составила V_п=10,5 мм/с.

Величина вертикального перемещения верхнего валка Н при одновременном вращении всех валков была рассчитана по математическому выражению (3), которое является аналитическим, было получено в результате аппроксимации формы очага деформации типовыми кривыми (прямая и окружность):

где

где R_н - радиус нижних валков.

В результате расчета величина вертикального перемещения верхнего валка Н при одновременном вращении всех валков составила 65 мм.

Полученная трубная заготовка после формовки имела более монотонную кривизну в зоне перехода от плоского участка заготовки к основному периметру. Отмечено двухкратное снижение остаточных деформаций (с 4,8 до 2,4%) в зоне «перегиба» по сравнению с применяемым способом формовки. Изготовленные трубы были получены с повышенной точностью геометрических размеров. За счет снижения локальных дефектов геометрии трубы перед экспандированием было обеспечено равномерное распределение растягивающих напряжений по периметру трубы и контактных давлений на границе инструмент-трубная заготовка.

Использование предлагаемого способа формовки трубной заготовки позволило повысить точность геометрических размеров готовых труб за счет минимизации неравномерности деформации при формовке в один проход в области перехода от плоского участка к основному периметру.

Изобретение относится к трубному производству, а именно к производству сварных труб большого диаметра с одним продольным швом с использованием вальцевой формовки трубной заготовки. Осуществляют изгиб заготовки путем вертикального перемещения верхнего валка на величину не более Н₀ и последующее вращение всех валков с одновременным продолжением вертикального перемещения верхнего валка на величину H, большую H₀. Перемещение верхнего валка и его скорость определяют по математическим зависимостям. Величина угла поворота верхнего валка при его вертикальном перемещении от H₀ до H не превышает отношения межосевого расстояния нижних валков к диаметру верхнего валка. Обеспечивается повышение точности геометрических размеров готовых труб за счет минимизации неравномерности деформации при формовке в один проход в области перехода от плоского участка заготовки к основному периметру. 2 ил., 1 пр.

Способ формовки трубной заготовки в трехвалковой листогибочной машине, включающий изгиб заготовки посредством вертикального перемещения верхнего валка и последующее вращение всех валков с одновременным вертикальным перемещением верхнего валка, отличающийся тем, что вертикальное перемещение верхнего валка осуществляют на величину не более Н₀, которую определяют по формуле:

,

где R₁ - радиус заготовки, мм;

D_в - диаметр верхнего валка, мм;

L - межосевое расстояние нижних валков, мм;

k_расп - коэффициент распружинивания;

- коэффициенты регрессии;

а при одновременном вращении всех валков верхний валок перемещают на величину Н, большую H₀, со скоростью, определяемой по формуле:

где ω - угловая скорость вращения верхнего валка, рад/с,

ϕ_п - угол поворота верхнего валка при его вертикальном перемещении от H₀ до H, град.,

при этом величина угла поворота ϕ_п верхнего валка не превышает отношения межосевого расстояния нижних валков к диаметру верхнего валка.