Деформирующий инструмент пилигримового стана Советский патент 1989 года по МПК B21B21/02 

г

1 г, (0,3-0,4)1, и 1ог I (0,Ь-«0,7)Ъ т.ж , что отношение длин дуг первых участков оправки (S0t) и гребня ручья (S n) рапно отношению длин дуг их вторых участков (S 0 S,l). При этом соблюдаются соотнотеriния

S 01 Sr,

(О

101

loS

(2)

Соотношение (2), записанное для длин 101, 1 01 участков оправки, справедливо и для идентичных участков гребня ручья 1Г1 1 ri и определяет эти участки, как соответствующие в общем случае (для средних значений указанных пределов) пропорциям так называемого золотого сечения, которое является основным признаком рационального разбиения отрезков, обес печийающим гармоничное соответствие (пропорцию / целого) общей длины зоны обжатия L o6i 1 6в и частей (длин участков 1f и lj), а кроме того, пропорциональность соотношений Bxtex характеристик этих частей Ддлин дуг кривых, площадей поверхностей одноименных участков).

Отношения площадей поверхностей участков оправки (Fet, Fot) и гребня (Fft, Fra), аппроксимированные в виде усеченных конусов с граничными точками, определенными отрезками (радиусами) у СрДг« р) и ycpl(Rtp), определяются из выражений

Fpt

«

1Г1г(у см .у ю ) ffl ept+ У «

..LstJLlsL. R ср + Re

(А)

На фиг. 2 показано распределение шероховатости рельефа по участкам гребня 2 оправки 1, а также на их одноименных участках. На участке 1, гребня I шероховатость соответствует пятому (R г 10 - 20 мкм) - Шестому классу (R« 1,25 - 2,5 мкм), на участке 1 - седьмому - восьмому классу ( 0,63-1 ,25 мкм). На участке Г,

оправки шероховатость рппьгфл соответствует 7-8 классу (R а 0,32 - 1,25 мкм), а H.I втором ре участке - 8-9 классу (Ra 0,16-0,63). Соотношение размеров рельефа показано на фиг. 3. Шероховатость рельефа поверхностей первых участков на один класс Ra больше, чем у вторых. Шероховатость поверхности гребня ручья в целом на 1-2 класса Ra больше, чем шероховатость оправки на первом участке, и на один класс Ra на втором. Перепад высот выступов шероховатости рельефа на первом участке находится в пределах отношения перепада радиусов гребня и оправки на этом участке:

(АКя), , (ЛКа),

, (Rah

(5)

где Rk, r

- наибольшие (конечные при расчете) значения- радиусов на границах первых участков ручья и оправки;

RCp г „ - средние (промежуточные) значения радиу- .сов на границах участков ручья и оправки; R0, Г0 - наименьшие (исходные, нулевые при расчете) радиусы на границе обжимной зоны (окончание вторых участков);

(ЈRn) , (ДКй)г - перепад высот выступов шероховатости рельефа на первом и втором участках гребня ручья;

(JRa)J, (4Ra )j-перепад высот выступов шероховатости рельефа на первом и втором участках оправки.

Значения перепадов высот рельефа

зависят от радиусов инструRa и 4Ra

мента, -определяемых суммарным обжатием по маршруту, видам исходной зависимой образующей оправки или гребня ручья. Разброс высот рельефа на участке пропорционален отношению пере- падов- радиусов инструмента независимо от класса шероховатости поверхностей ручья и оправки на этом участке. Указанная, пропорциональность сохраняется и поддерживается длительное время в процессе эксплуатации инструмента. Колее того, во избежание концентраторов напряжений и образования усталостных трегаин в материале предпочтителен рельеф грубый, поскольку радиусы закругления его впадин намного больше. Выбор рельефа для условий пластической деформации на каждом

участке может быть выполнен по условию

УелоПНР постоянства отношения относительного объятия по дплметру к относительному обжатию по толщине стенки в каждом мгновенном очаге деформации по длине зоны обжатия (определенной границами криволинейных

образующих опрлвки и гребня ручья) имеет вид

dt.

tidy

const р

(7)

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубопрокатному производству, и может быть использовано для продольной прокатки труб. Целью изобретения является повышение качества прокатываемых труб. Деформирующий инструмент включает пилигримовые валки и оправку, форма образующих которых определяется аналитическим соотношением. Обжимная зона валков и оправки разбита на два участка длиной 0,3-0,4 и 0,6-0,7 от общей длины соответственно. Шероховатость первого участка на валках на один класс R_A больше, чем шероховатость второго участка. Шероховатость участков оправки выполнена соответственно по классу на один - два R_A меньше, чем шероховатость первого участка валка, и на один класс R_A меньше, чем второго участка валка. Высота выступов на одноименных участках лежит в пределах отношения перепадов радиусов гребня ручья и оправки в одном сечении. Профиль образующих обжимной зоны валка и оправки определяется аналитическим выражением. Инструмент позволяет повысить качество прокатываемых труб за счет выравнивания условий формоизменения. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

S к Е Р Н К С6Ч

(6)

где S - шаг неровностей рельефа; Н - высота выступов; Е - модуль упругости материала

инструмента;

g - среднее давление на контакте;

(&3|- предел текучести деформируемого материала; К , - коэффициент концентрации

напряжений.

Равномерное изменение однородности рельефа от участка к участку пропорционально перепаду радиусов на границах участков совместно с малой кон- центрацией напряжений (К ,) вследствие неострых впадин рельефа обеспечит наибольшую неоднородность контактного взаимодействия инструмента и заготовки.

Меньший разброс высот рельефа означает большую его однородность, а поскольку радиусы закруглений впадин также . становятся более однородными, то и распределение концентрации напряжений в поверхностном слое - более равномерным. Равнонапряженно;ть улучшает стойкость поверхности и ее эксплуатационные характеристики.

Соответствие между степенью равно- мерности деформации и равнонапряжен- ности контактных поверхностей определяется таким образом.связью параметров образующих и рельефа их поверхности.

При равной общей деформации и различном сочетании обжатий стенки и ди- аметра наименьшая твердость, в значительной мере определяющая остаточные напряжения в металле, и неравно- мерность ее распределения получены в случае даже хотя бы примерного равенства отношения относительных деформаций диаметра и толщины стенки.

где Ad, At х - величины изменения диаметра (радиуса) и толщины стенки между любым предыдущим (начальным) и рассматриваемым сечениями соответственно; dx(rx), tx - диаметр (радиус) и

. толщина стенки деформируемой заготовки в рассматриваемом сечении.

Изменения частичных деформаций стенки atx и радиуса (диаметра) dr,(ddx) могут быть выражены через геометрические параметры гребня ручья и образующей оправки

Jt, m Hx(tg jstg dx);(8)

/|г„ га |4x(tfe arx),(9)

где m ju линейное смещение (произведение подачи на текущий коэффициент вытяжки); tg у,, - тангенс угла наклона ка-г сательной к профилю гребня ручья (конусность гребня ручья в сечении х); tg тангенс угла наклона касательной к образующей оправки (конусность оправки в сечении х).

Поскольку тангенс угла наклона касательной к графику функции в .любой точке равен первой производной этой функции, то справедлива замена переменных

ty, (x)J ;J

tg у, У«(х) ) (Ю) ;

Подставим значения dt х и &т „(dd ХУ из выражений (9) и (10) с учетом ра. венства (5) в соотношение (8).

ttMfrt () - ГУ, (хЩ У2(х) - у,(х)

. (х)3 „ . у(х)

const

(П)

После сокращения на m ихи замены ,в правой части (12) р const получим

ryt(xU -tyt(x)3 . Гуг(х)3 „ Л

у,(х) - у,(х) . у,(х) Р

(12)

10

у« )

Уп (R5- Ч - (2,5-3,2 мм);

Угк У 1, + (1.08 + I,0t3. Здесь (2,5 - 3,5 мм) - половина

«г„...,„ tia fivn- 14 входного зазора между внутренней поВыполиим преобразования, необхо ia« -«j к

- верхностью заготовки и цилиндрической частью оправки у ее большего диаметра (1,07 - I,l)t3 значение стенки заготовки с учетом утолщения.

димые для получения зависимости меж- ДУ у,(х) и у2(х)

fin СУ(Х) - У t(x)JV « Mln У,(х)

(13)1 20

In Г У,(х) - у.(х) -pin у ,(х) +е; . (U)

Определение постоянных с и А произведем для крайних точек и х к

) У«

У2(х) - у,(х) - С У, МГ

,я

У,(х) - у,(х).+ С tyf(x)fl. Анализ полученного выражения

30

показывает, что кривые у, и , однозначно удовлетворяющие условию (7) постоянства относительных частных деформаций будут иметь различные показатели степеней п, и п г при задании одного из них например, в виде

У,(х) -yf.+ (yfk - у„)(Ј)

У.(х) - У70 у« - ) 40 , ()

J 1к

де У1ц - наименьшие и наиболь- У1о, у щие значения радиусов на граничных точках образующей оправки и профиля гребня ручья соответственно;

-координата текущего рассматриваемого сечения в точке у,(х) или

yt(x); 50

-показатели степени верхней и нижней кривых;

-численно заданные абсциссы крайних точек 55

х п

кривых при т- и и

L X «

- е 1 соответственно.

х L

П 1 И П 2

О

Преоб на (23

Или,

„ У

Значения радиусов на крайних точках кривых У, и у2 определены по данным конкретного маршрута прокатки из соотношений,

У ю Rr tr;

у« )

Уп (R5- Ч - (2,5-3,2 мм);

Определение постоянных с и А произведем для крайних точек и х к

) У«

(19)

чек

У,хк в У(5

W у2о

Уг(х,) - ylk - Получим вьфажение для крайних ,о)Р Уго-У«5«О)

с(Ул)Р У2к - У,

Разделив (11) на (21), получим Ј

У 10 Ун У Ik - У 1К

(22)

УК. Ун У гк - yiH.

lnf

У1К

(23).

Преобразовав (20) и (21), заменяя на (23), получим с

„ У го - (у ) &

47 io Или, окончательно

„ У ю У1

(Ую)

In

У to- У«о Угк- У«к

У iv

(25)

Поскольку значения радиусов на граничных конечных точках у 7k и уп являются варьируемыми,, как следует из соотношений (18), то для маршрутов прокатки с близкими суммарными обжатиями стенки (dt) и диаметра (4D5) значения крайних точек у а, У1к, У20, ylk могут быть выбраны из соотношения из прямой пропорциональности

ли

УП У IK

Угк У ю

У 2о У и

у™

У«

(26) 20

При соблюдении условия (26) показатель степени /i 1 , а определение величины с существенно упрощается.

Для того, чтобы инструмент обеспечивал постоянство соотношения относи- тельных частных деформаций диаметра и стенки по длине обжимной зоны, фактические размеры гребня ручья и оправки должны выбираться из соотношения (10). Условие (7) подобия (крат- ности) или равенства обжатий радиуса (диаметра) и стенки для реальных маршрутов может быть выполнено, если йривести в соответствие по формулам (16) и (26) заданные граничные раз- меры заготовки и готовой трубы в зоне гачала деформации на оправке с параметрами известного (заданного) профиля одного из инструментов (гребня ручья или образующей оправки). Повыше- ние равномерности формоизменения в зоне обжатия за счет предложенного соответствия криволинейных профиля развертки гребня и образующей оправки позволяет уменьшить на 25 - 65% длину зоны редуцирования и тем самым повысить равномерность обжатия в оча- ге деформации.

Для любой формы гребня или образующей оправки вторая линия - соответ- ственно образующая оправки или гребень ручья, определяемые из соотношения (10), обеспечивают при прокатке постоянство (или равенство) соотноше7748910

ния относительных частных деформаций по длине зоны обжатия.

Деформирующий инструмент позволяет за счет выравнивания условий формоизменения металла между рабочими поверхностями ручья и оправки, повышения однородности распределения частных относительных деформаций стенки и диаметра, условий контактного взаимодействия трубы и инструмента повысить выход годного, значительно интенсифи - цировать режимы прокатки и повысить качество прокатываемых труб.

10

Формула изобретения

Уг(х)

у,(х) + сГхДх)

в

где с

У IK У IK

(УМ

In

У la - Уто у гк- У in

In

У ю

1«

, Уг(х)

У fk

У

5

текущие рад«усы крипо- лннейных обратующих оправки и гребня ручья в одноименных сечениях;начальные радиусы образующих гребня ручья и оправки в начале обжимной зоны;ю конечные криволинейных обраэукщих

JH

€ $

7 Io2 irt Г

LK

гребня ручья и оправки в конце обжимной зоны.

У-1& У „с У«о

ад;

ч

«11

5§ h

%

s

t-одж.

Т

J

Риг.1

ФчгЗ

Йц, МКМ

f-I

Vti

участок

|ляя/

А 1опраеяи.

if

-Э

- П - ууастох

гре$н

оправки.

I, MM

0W.3