Способ безматричной высадки труб Советский патент 1993 года по МПК B21J5/08 

Изобретение относится к безматричной свободной) высадке заготовок с локальным ндукционным нагревом.

В начале процесса высадки, особенно |ри большой степени утолщения с коэффи Syr Ззаг

ниентом fi -

Ssar

2 , где Syr и Ззаг

- соответственно площади поперечного сеяния заготовки и утолщаемой части трубы (сомля), из-за потери устойчивого горячего металла, вызванной отсутствием подпора ; еформируемой зоны, который существует в установившемся процессе, но отсутствует в его начале, под действием осевого усилия е ысадки происходит наплыв металла за зону н агреаа. смещение его вдоль оси высадки, а i-e в радиальном направлении. Но система годдержания отношения скоростей воспринимает это как гормальное увеличение толщины стенки трубы (ведь осадка-то произошла и датчик осадки, закрепленный на траверсе ораживающего механизма, за- ( иксировал это) и перемещает индуктор на новое место. Возникает складка металла с последующим провалом толщины стенки, подобная изображенной на фиг. 1.

Способ поясняется на фиг. 1-3.

В способе безматричной высадки труб, при котором производят локальный нагрев утолщенного участка кольцевым индуктором, прикладывают к заготовке усилие, осу- ществляют высадку утолщения с одновременным перемещением индуктора вдоль оси заготовки, поддерживая скорость движения индуктора, пропорционально скорости осадка и требуемой степени утолщения стенки трубы, на установившемся этапе высадки отличием от известного способа является то, что в начале процесса диаметр утолщения увеличивают до требуемого значения по параболическому закону путем изменения скорости индуктора по гиперболе в функции пройденного им пути. В результате на поверхности начального участка утолщения отсутствуют складки металла с провалом толщины стекки, что позволяет сохранить уходящий ранее в отходы начальный участок утолщения.

Пусть приращение радиуса трубы произошло, как это показано на фиг.2, где RH - внешний радиус заготовки, RT - текущий радиус комля. Тогда изгибающий момент в

Ј

е

00

со

00

о ю

N)

Ы

сечении, показанном на рисунке, при приложении распределенной нагрузки а (напряжение деформации) будет равен:

RT-RH-RT-RH М -RdR 1/2a-R2 /

(Rr-RH CAR)2

При линейном с коэффициентом пропорциональности К законе изменения радиуса трубы в функции расстояния, пройденного индуктором RT RH + К-Зи (5и - путь индуктора), момент будет расти в квадратичной зависимости. Очевидно, что оптимальным с точки зрения обеспечения осевой устойчивости металла (линейный закон нарастания момента) и уменьшения отходов металла является закон

RT RH + К V5T

Линейный закон нарастания изгибающего момента выбран потому, что момент, ему противодействующий (подпор) со стороны уже высаженного, остывающего металла растет тоже линейно по мере перемещения зоны деформации - движения индуктора.

Обеспечить требуемый закон изменения радиуса можно, меняя текущее значение коэффициента высадки

, V0 RT -

где V0 - скорость осадки;

VH- скорость индуктора;

RH и RB - наружный и внутренний радиусы заготовки.

Отсюда VM VQ

Rft2RH-K-V5T+K2-SH

Если скорость осадки принять за величину постоянную (в реальном процессе она будет меняться), то график изменения скорости индуктора будет представлять собой гиперболу, а закон изменения радиуса комля - параболический (и в реальном процессе тоже), т.к. это изображено на фиг.З.

Индуктор начнет перемещаться, при появлении осадки, после нагрева металла до ковочного интервала температуры с максимальной, технически возможной скоростью, которая будет падать по описанному закону до скорости, соответствующей заданному

утолщению и реальной текущей скорости осадка,

Способ может быть реализован с помощью микропроцессорного устройства

(МПУ), на вход контроллера прерывания которого подаются сигналы с импульсных датчиков перемещения, механически соединенных с осаживающим механизмом и механизмом перемещения индуктора.

Программный регулятор скорости, заложенный в память МПУ, через порт вывода и цифроаналоговый преобразователь управляет регулируемым электроприводом индуктора. Путь и скорость соответствующих

механизмов вычисляются по формулам , V

AL Ж

20 где Al - дискретность датчика перемещения (расстояние, при прохождении которого на выходе датчика появляется очередной импульс);.

п - количество импульсов;

25 t-время/прошедшее с момента выдачи предыдущего импульса до появления очередного.

Программный регулятор скорости вычисляет по формуле (1) требуемую текущую

30 скорость индуктора и поддерживает ее. Коэффициент К для определенного сортамента труб находится эмпирически по устойчивости металла от осевого смещения. Пример. Требуется получить утолще35 ние с Рзад - 186 мм из трубы с RH 136 мм и Re- 112 мм. Сталь - 40 ХНМА. К 5,5. Заготовку устанавливают на оправку до упора, включают индукционный нагреватель мощностью 200 кВт, частотой 1000 Гц и при

40 кладывают усилие высадки Г 2500 кН к осаживающей траверсе. После прогрева заготовки в течение 10 мин начинается деформация и скорость осадки возрастает до 0,2 мм/с. Для упрощения примера V0 принима45 ется здесь постоянной, суть происходящего это не меняет. При V0 0,2 мм/с скорость индуктора для получения Р3ад будет равна

VM.

зад

V0 0.2

2.7

0.074 мм/сек.

С появлением осадки при V0 0,2 мм/с и 5и 0 индуктор движется с максимальной

технически ВОЗМОЖНОЙ СКОРОСТЬЮ VM макс

1 мм/сек; при 5И 10 мм- VM 0,24 мм/сек; при 5и 20 мм - VM 0.16 мм/сек; при 5и 40 мм - VH 0,11 мм/сек; при 5И 60 мм - VH 0,089 мм/с; при 5и 80 мм - VH 0,075 мм/сек.

Как только скорость индуктора достигает Уи.зад, управляющая программа эафикси- рует это и прекратит ее дальнейшее снижение. Дальше регулятор скорости будет поддерживать скорость индуктора на уровне, соответствующем заданной степе- и утолщения и фактической скорости ссадки.

Применение способа позволит сократить образовавшийся и уходящий в отходы к ачальный участок высаженного комля примерно в 2 раза, что снизит расход электро- нергии и металла, увеличит роизводительность и качество получаемого утолщения.

ре/е. 1

V/

//,

Формула изобретения Способ безматричной высадки труб, включающий локальный нагрев участка заготовки кольцевым индуктором, приложение к ней осевого усилия, высадку утолщения с одновременным перемещением индуктора вдоль оси заготовки со скоростью, пропорциональной скорости осадки и заданной степени утолщения стенки трубной заготовки на установившемся этапе процесса высадки, отличающийся тем, что увеличение диаметра утолщения на начальном этапе высадки до достижения им заданной величины осуществляют по параболическому закону путем изменения скорости индуктора по гиперболе в функции поойденного им пути.

Vt/srrcfx

Уц9СГ9

Т1

fycrd

Ъ

- bff