Способ изготовления многогранных сварных труб Советский патент 1988 года по МПК B21C37/08 

со

00

to ел

(Шг2

яатение дополнит ел ьиьсх значительных тангенциальных напряжений, направленных в углы калибра. Этим обеспечивается заполнение углов калибра металлом профилируемой трубы. Валки 2 профилирующего калибра, выформовывающего

трубу до окончательных размеров, выполнены с радиусом вогнутости рабочей поверхности, определяющим в условиях ведения процесса с осевым подпором получение труб с прямыми гранями. 2 ил. 1 табл.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубосварочному производству, и может быть использовано при изготовлении многогранных труб высокой точности. Целью изобретения является повьшение точности размеров многогранных труб путем предотвращения вогнутости их граней, уменьшения величин радиусов сопряжения граней, а также повышение эффективности процесса профилирования. При производстве многогранной, например квадратной, трубы 3 создаваемый осевой подпор обуславливает поА-А (Л

1

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а частности к трубосварочному производству, и может быть использовано для изготовления многогранных, например квадратных, прямоугольных, шестигранных и других труб высокой точности.

Целью изобретения является повьппе- нне точности размеров многогранных труб путем предотвращения вогнутости их граней, уменьшения величины наружных радиусов их сопряжения и устранения различия в величинах наружных радиусов сопряжения смежных граней в различных углах трубы, а также повышение эффективности процесса профилирования за счет сокращения числа проходов.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что благодаря осевому подпору трубной заготовки при профилировании в ее поперечном сечении возникают дополнительные значительные тангенциальные напряжения, направленные в углы (в места сопряжения граней трубы), что способствует течению металла в углы и приводит к практически полному заполнению калибров в углах. Это обеспечивает получение многогранных труб с минимальными наружными радиусами сопряжения смежных граней и способствует выравниванию их величин во всех углах многогранной трубы. Осевой подпор (т.е. осевое сжатие трубы) приводит также к некоторому выпучиванию профилирующий трубы, которое повьппает сопротивляемость ее поперечного сечения к потере устойчивости, т.е. способствует устранению вогнутости граней трубы.

Повышение устойчивости профилируемой трубы и снижение вероятности

5

0

5

0

5

0

образования вогнутости ее граней позволяют сократить число профилировочных валковьк калибров, повышая зф- фективность процесса. Повышение устойчивости профилируемой трубы,вызванное осевым подпором, предопределяет необходимость нового режима обжатия трубы в профилировочных валковых калибрах.

Новый режим обжатия трубы в профилировочных валковых калибрах реализуется путем осуществления выформо- вывания углов, трубы до окончательных размеров в калибре, образованном валками с вогнутыми по определенному радиусу рабочими поверхностями, причем величины радиуса определяются по указанному в формуле вьфажению и зависят, в частности, от величины подпора.

Интенсивное образование необратимой вогнутости граней трубы (потеря устойчивости поперечного сечения) при профнпирован11и валками с гладкой бочкой начинается при достижении величины наружного радиуса сопряжения смежных граней трубы, равной 3-А толщины полосы. Поэтому для обеспечения прямолинейности граней необходимо предотвратить образование вогнутости именно в зтом сечении очага деформации. Оптимальную прямолинейность граней в условиях профилирования с подпором достигают путем выформовки углов трубной заготовки в калибре (калибрах) , валки которого имеют вогнутую по определенному радиусу R рабочую поверхность, при этом начинают профилирование в этом калибре с момента, когда величина наружного par диуса сопряжения граней заготовки достигнет 3-4 толщины полосы, но можно начать и ранее, даже с момента, когда радиус сопряжения граней равен

3Г

радиусу труРиси заготовки, но не позднее момента, соответствующего 3толщинам полосы.Именно такой предлагаемый радиус R вогнутости рабочей поверхности яалков обеспечивает ре- жим обжатия профилируемой трубы, ког да прп величине нapyжfIыx радиусов сопряжения смежных граней, равной 3-4 татшины полосы, наружная поверх- ность трубы будет иметь выпуклость с радиусом выпуклости R, а в конце очага деформации при достижении требуемых (окончательных) малых наружных радиусов сопряжения граней наруж ная поверхность многогранной трубы юудет практически прямолинейной.

На фиг. 1 представлена схема для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Способ осуществляется следующим образом.

Сначала исходную полосу формуют в цнпиндрпческун) трубную заготовку 1 (например, круглую), затем произ- водят сварку ее кромок с образование продольного шва. После этого трубная сваренная заготовка подвергается профилированию в валковых профилирован ных калибрах. Калибр образован валками 2 и обеспечивает выформовку углов многогранной трубы 3 до окончательных (требуемых) размеров с наружными радиусами г сопряжения граней.

Профилирование может осуществляться в одном или нескольких калибрах.

При профилировании заготовки к ней прикладывают осевые сжимающие усилия т.е. осуществляют осевой подпор (направление действия подпора параллельно оси 0-0 заготовки) . Подпор может быть создан, натфимер, изменением числа оборотов валков профилировочных калибров в случае приводных профилировочных клетей или приложением тормозящих усилий к осям профилировочных валков в случае отсутствия привода последних, а также без принудительного торможения неприводных валков (тормозящие усилия позволяют лишь регулировать величину подпора при использовании неприводных валков).

Величина подпора, кроме того, может изменяться и регулироваться, например, путем выбора определенных диаметров рабочих валков и их соотноше- НИИ в клетях формовочно-сварочного и калибровочного станов и в профилировочных неприводных калибрах.

0

23

. ,

5

.

0

5

0

274

Интервал значений коэффициента осевого подпора К выбранив пределах 1,25-1,60 на основании экспериментов,

В этом интервале многогранные трубы, изготовленные даже за один проход, имеют вогнутость граней не более 0,05 мм, наружные радиусы сопряжения смежных граней - 0,2-0,3 ToJiu fiibi полосы, причем величины наружных радиусов сопряжения граней во всех углах трубы одинаковы.

При значении коэффициента подпора К менее 1,25 в п1яние подпора крайне незначительно: величина вогнутости граней 0,2-0,3 мм, наружный радиус сопряжения граней 1,2-1,4 тол111 1ны полосы, различие между величинами наружных радиусов в разных углах многогранной трубы 12-15%..Это объясняется тем, что малый подпор не создает тангенциальных напряжений, достаточных для интенсивного направления металла в углы валкового профилировочного калибра (т.е. не приводит к затеканию металла в углы). Малый подпор не создает также требуемой величины выпучивания трубы в профилировочном калибре и поэтому не приводит к заметному повышению устойчивости поперечного сечения профилируемой трубы. При величине коэффициента подпора К п более 1,60 уже не наблюдается дальнейшее повьш1ение точности геометрических размеров труб, однако начинает наблюдаться осевой изгиб трубы (т.е. осевая потеря устойчивости).

Величину требуемого радиуса вогнутости рабочей поверхности валков калибра, выформовывающего углы до окончательных размеров, определяют из соотношения

R К-К„- Т 1. ,

Величины параметров, входящих в формулу, меняются в зависимости от материала заготовки, геометрических размеров требуемой многогранной трубы, величины подпора (чем больше коэффициент или величина подпора, тем сильнее он повышает устойчивость поперечного сечения трубы, тем больший радиус R вогнутости рабочей поверхности валков, или меньшие ее вогнутость могут иметь валки калибра,вы- формовь вающего углы до окончательных размеров) и от коэффициента К, кото

pi.in зан1к;ит от условий контакта заготовки с валками профилировочного калибра. Интервал значений коэффицн- рнта К выбран в пределах 0,010-0,016

В этом интервале изготавливают многогранные трубы за один проход в с вогнутоптью граней не более 0,05 мм

При значении коэффициента К менее 0,010 грани изготовленной многог ран- ной трубы имеют значительную выпуклость (до 0,6 мм), для устранения которой требуются дополнительные проходы, в результате которых может возникнуть вогнутость граней трубы из-за ирохлопывания внутрь. При величине коэф(1)ицнента К более 0,016 наблюдается значительная вогнутость граней внутрь.

Г р и м е р. По предлагаемому способу изготовлены квадратные трубы размером 25x25 мм с толщиной стенки 2 мм из стали марки Ст. 10. Стальную полосу шириной 99,5 мм и толщиной 2 мм формовали в формовочно-сварочном ста- НС 10-76 в круглую трубную заготовку и производили сварку ее кромок с образованием продольного шва трубы, затем пропускали через калибровочный стан, после чего осуществляли профи- дшрование (с подпором и без него) круглой заготовки в одном четырех- валковом калибре, который вы1)Ормовал углы трубы до требуемых размеров. Затем в соответствии с общепринятой схемой изготовления трубы в линии трубоэлектросварочного агрегата осуществляли правку труб в правш1ьных головках (калибрах). При изготовлении многогранных труб с очень малыми наружными радиусами сопряжения граней (менее 0,2 толщины полосы) на трубах при профилировании в местах углов иногда образуются подрезы, т.е происходит затекание металла в меж- валковые зазоры.

Это объясняется тем, что правка, осуществляемая путем знакопеременного упругопластического изгиба профиля, вносит некоторое дополнительное возмущение в процесс профилирования: один шп1 два угла профиля в результате некоторого изгиба сильнее обычног прижимаются к валкам профилировочног калибра, в результате чего и происходит затекание металла в межвалковые зазоры. Для устранения этого нежелательного явления между профи5тировоч- ным калибром и правильными 1 оловками

0

5

20

25

50 55

30

35

40

45

установлен неприводной четырехвалко- вый калибровочный калибр, ось которс- Г9 строго совпадала с осью профилировочного калибра. Он осуществлял чистовую калибровку профильной трубы по наружным размерам и устранял влияние правки на профилирование. Так как угловые участки трубы бьши окончательно сформованы в профилировочном калибре, то влияние деформации в правильных калибрах на калибровку в калибровочном калибре уже не приводило к образованию подрезов в районах углов профильной трубы.

В ходе экспериментов осуществляли профилирование трубной заготовки с одновременными осевым подпором. Величину подпора меняли путем варьирования скоростей вращения валков формо- вочно-сварочного стана, калибровочного стана и профилировочного калибра (в том числе проводились опыты с отключением привода валков профилировочного калибра). Величина требуемого радиуса вогнутости рабочей поверхности валков калибра определялась из соотношения

R К . -1.

Для трубы размером 25x25 мм из. стали марки Ст. 10 Е 2x10 н/м ; GT 2;:06х10 Н/м ; 1 0,025 м.

Значения коэффициента К „ принимали от 1,20 до 1,65, а значения коэффициента К - от 0,008 до 0,018. Приведенные эксперименты позволили обоснованно выбрать оптимальные пределы изменения коэффициентов К и К.

Оптимальными значениями из указанных интервалов являются К р 1, 25- 1,60 и К 0,010 и 0,016, так как в этих интервалах повышается эффективность профилирования за счет снижения числа проходов профилировании, а качество труб в части точности геометрических размеров превьш1ает требования на профильные трубы.

Изготовление многогранных труб с гранями различной длины, а также с числом граней, отличным от четырех, ведется аналогичным способом и подчиняется тем же закономерностям. Результаты изготовления квадратной трубы размером 25x25x2 мм из стали марки Ст.10 при различных значениях осевого подпора и радиуса выпуклости

наружной поверхногти трубы в опасном сечении даны в таблице.

Применение предлагаемого изобрете- ния повьппает точность размеров многогранных труб (вогнутость граней трубы не более 0,05 мм; величина наружного радиуса сопряжения смежных граней до 0,2-0,3 толщины полосы или толщины стенки трубы), устраняет различие в величинах наружного радиуса сопряжения граней в разных углах трубы, а также повышает эффективность процесса изготовления многогранных труб за счет сокращения числа проходов при профилировании, что приводит к сокращению парка рабочего инструмента и времени на его настройку и перевалку.

Формула изобретения

Способ изготовления многогранных сварных труб, включающий формовку 25 полосы в цилиндрическую трубную заготовку, сварку ее кромок, профилирование в образованных валках с вогнутой по радиусу рабочей поверхностью калибрах, один из которых выформовы- Q вает углы трубы до окончательных размеров, и последующую правку, отличающийся тем, что с целью повышения точности размеров труб и эффективности процесса, профилирование ведут с одновременным осевым подпором, радиус вогнутости R рабочей поверхности валков калибра, выформо- вьтающего УГЛЫ до окончательных размеров, определяют по следующей зависимости:

R

К-Кп- - 1, м

,010-0,016 - безразмерный коэффициент, зависящий от условий контакта профилируемой трубы с валками профилировочного калибра;

К - коэффициент осевого

подпора, равный 1,25- 1,60;

Е - модуль упругости материала трубы,

6 - предел текучести материала трубы,

1 - длина профилируемой грани трубы, м.

Появление осевого изгиба трубы

0,008 0,010 0,016 0,018

282 352 563 634

+0,6 ±0,05 ±0,05

-0,4

О О О О

Фиг.1