Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: производство тонкостенных труб волочением на оправке через вращающиеся волоки. Сущность изобретения: деформацию полой заготовки ведут на оправке рядом последовательно расположенных вращающихся головок с телами качения с постоянным отношением удельной энергии по очагам деформации, определяемым приведенной в ф-ле зависимостью: 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2025161
Класс(ы) патента: B21C3/08, B21C1/24
Номер заявки: 5060729/27
Дата подачи заявки: 07.07.1992
Дата публикации: 30.12.1994
Заявитель(и): Акционерное общество "Электростальский завод тяжелого машиностроения"
Автор(ы): Казакевич И.И.; Казакевич Д.И.; Шелементьев В.А.; Рябихин Н.П.
Патентообладатель(и): Акционерное общество "Электростальский завод тяжелого машиностроения"
Описание изобретения: Изобретение относится к обработке металлов давлением, а точнее к производству тонкостенных труб.
Известен способ волочения труб, заключающийся в деформации труб на оправке обжимной головкой, состоящей из тел качения [1].
Недостатком этого способа является то, что деформация и скорость волочения в одной обжимной головке ограничиваются рядом факторов, в частности энергетическим.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ производства тонкостенных труб [2], согласно которому деформацию полой заготовки на оправке осуществляют рядом последовательно расположенных вращающихся головок с телами качения, представляющих планетарные шариковые волоки, расположенные последовательно с уменьшающимся по ходу деформируемой трубы внутренним диаметром (калибром).
Недостаток этого способа заключается в том, что при произвольном распределении обжатия в каждом очаге деформации один из очагов оказывается перегруженным, что приводит к чрезмерному перегреву металла. В то же время эксперимент показывает, что производительность процесса ограничивается разогревом металла в локальном очаге деформации, так как для металлов существует зона синеломкости, т.е. пониженной пластичности при температурах t= 300-500оС. Создание интенсивного охлаждения не решает задачи, так как имеется определенное предельное значение коэффициента теплопередачи от нагретой поверхности металла к жидкости.
Техническим результатом изобретения является обеспечение условия равенства нагрева металла в каждом очаге деформации, повышение производительности процесса и качества получаемых изделий.
Это достигается тем, что в способе производства тонкостенных труб, включающем деформацию полой заготовки на оправке рядом последовательно расположенных вращающихся головок с телами качения, согласно изобретению процесс ведут с постоянным отношением удельных энергий по очагам деформации, определяемым зависимостью : = 0,85-1,15 , варьируя обжатие стенки в каждом очаге деформации, где Ks1, Ksi - сопротивление деформации металла с учетом наклепа в 1-ом, i-ом ряду; Δ1i - обжатие изделия по стенке в 1-ом, i-ом ряду; hср1, hсрi - средняя толщина стенки на входе в 1-ый, i-ый ряд тел качения.
Такое выполнение способа обеспечивает условие равенства нагрева металла в каждом очаге деформации и, следовательно, является оптимальным с точки зрения производительности и качества изделий. Действительно, работа, затрачиваемая на деформацию в единицу времени, определяется как N=Mкр ˙n, где Mкр - момент прокатки; n - число оборотов вращающегося ряда тел качения, об/мин или 1/с. Поскольку секундный объем металла, проходящий через каждый ряд тел качения одинаков, то условие равномерного распределения нагрева по всем очагам деформации может быть записано как N1=N2= ... Ni (1), а при постоянстве оборотов как M1=M2=M3= ... Mi.
Момент на трубу от одного тела качения
M1=P·L=P3·b·l (2) где P - усилие на тело качения;
L - плечо действия силы P относительно центра трубы,
L = · , где b, l - соответственно средние значения ширины и длины площади контакта одного тела качения с трубой;
Ps - среднее контактное давление.
Известно, что Ps= 1,15 Ks ϕ'˙ϕ'' где ϕ'- коэффициент, характеризующий влияние трения, зависит от отношения ( длины очага деформации к средней толщине стенки трубы); ϕ'' - коэффициент влияния внешних зон также зависит от отношения ; Ks - сопротивление деформации металла с учетом наклепа.
Так как (см. фиг. 2) b= , Dпр = , где D, d - соответственно диаметры трубы и тела качения,
S 0- приведенная подача на оборот
l ≈ BC ≈ , где α - угол дуги контакта; Z - число тел качения в ряду.
Момент, например, для первого ряда тел качения
M1=PDd Z1= PS°1D1
(3)
В первом приближении
S°i=Sai
(4) где Soi - подача на оборот на входе в i-й ряд тел качения;
hi - толщина стенки трубы после прокатки в i-ом ряду тел качения;
hi-1 - толщина стенки трубы перед i-ым рядом тел качения;
Кроме того, если go - подача в мм/мин, то
Soi = (5) где ni - число оборотов вращающегося ряда тел качения.
Подставляя значения So1, So2 в формулу (1) получим с достаточной степенью точности (принято, что Dпр1 ≈ Dпр2 и т.д., так как труба тонкостенная).
= = ... = const где (ho+h1), (h1+h2)... значения средней толщины стенки трубы в первом, втором и т.д. ряду, тел качения, т.е. с определенной степенью точности
= = = ... = const (6)
Как следует из формулы (6), соотношение предусматривает достаточно близкие друг к другу отношения , а следовательно и . Это позволяет заменить значения Ps на значения Ks (сократить d1, d2) и формула (6) получает вид
= = ... = const (7)
Формула (7) выведена с определенными допущениями, кроме того естественна неточность в определении сопротивления деформации Ksi, поэтому следует говорить о необходимости ее соблюдения с определенной степенью точности.
Произведенная оценка влияния сделанных допущений в предположении, что прокатываемые трубы тонкостенные, т.е. отношение толщины стенки к диаметру <0,1, показывает, что ошибка может составлять не более 10%. Учитывая также возможные отклонения при определении Ks устанавливаем, что зависимость (7) должна выполняться с точностью ±15%, т.е. ее можем записать
: : ... = 1± 0,15
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого способа производства тонкостенных труб; на фиг. 2 - схема очага деформации.
Способ производства тонкостенных труб заключается в следующем. Трубу 1 пропускают вместе с оправкой 2 через калибр, образованный по меньшей мере двумя рядами 3, 4 последовательно расположенных вращающихся головок с телами качения.
Параметры процесса: Δ - величина обжатия трубы по стенке в рядах 3, 4 вращающихся головок с телами качения; h - толщины стенок трубы на входе в ряды вращающихся головок с телами качения подбираются такими, чтобы выполнялось равенство : = 1± 0,15 , где Ks1 - сопротивление деформации металла в 1-ом ряду; Ks2 - сопротивление деформации металла во 2-ом ряду.
Было проведено опытное опробование способа.
При получении трубы диаметром 26 мм с толщиной стенки 0,5 мм из трубы диаметром 27 мм с толщиной стенки 1 мм, материал - сталь 30ХГСА.
По данным испытания механических свойств материала заготовки получено σв = 54 кг/мм2 (предел прочности), Ψ =0,25 (относительное сужение). На основании этих данных строят кривую сопротивления деформации с учетом наклепа
Ks = , где
n = = = 0,33 ε = , где Δ- величина обжатия стенки
K3 = =72
При прокатке в двух вращающихся головках с телами качения с обжатиями в каждой обойме по 0,25 мм (Δ 1= Δ 2= 0,25 мм) и соответственно с начальной толщиной стенки h0=1,0 мм, толщиной стенки после первой обоймы h1=0,75 мм и конечной толщиной стенки h2= 0,5 мм была достигнута скорость прокатки V= 0,025 м/c.
При дальнейшем увеличении скорости появились трещины под второй обоймой со следами посинения поверхности. Для этого варианта распределения обжатий находим в первой обойме
K=72=72 кг/мм2, т.е. ε1 = =0,25,
hср.= =0,875
во второй обойме
K=72=90 кг/мм2, т.е. ε2 = =0,5,
hср.= = 0,625 мм
= 20,6 , = 36
Как видно, во второй обойме повышенный в 1,8 раза по сравнению с первой обоймой расход мощности. Это приводит к перегреву и появлению синеломкости в этом очаге деформации.
Для увеличения скорости прокатки было изменено соотношение обжатий в обоймах, а именно принято Δ1=0,315 мм, Δ 2=0,185 мм (легко делается подбором). При этом скорость прокатки была увеличена до V=0,032 м/с, т.е. увеличена на 30%.
В этом случае
K=72=77 кг/мм2, K=72=90 кг/мм2
h = = 0,8425 мм h= = 0,5925 мм
= = 28,8 = = 28,1
Таким образом, мощности деформации в этом случае в обоих очагах практически одинаковы, т.е. достигнуто оптимальное соотношение обжатий, обеспечивающее оптимальное качество и производительность. Характерная величина, определяющая мощность , во второй обойме снижена на 28%, соответственно удается повысить и скорость прокатки по сравнению с первым вариантом распределения обжатий.
Проведенный расчет, но при отсутствии принятых допущений, показывает, что в основном из-за влияния ϕ' (коэффициент, характеризующий влияние трения) отклонение составляет 8%.
Формула изобретения: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ, включающий деформацию полой заготовки на оправке рядом последовательно расположенных головок с телами качения, отличающийся тем, что процесс ведут с постоянным отношением величин удельных энергий по очагам деформации, определяемым зависимостью
: = 0,85-1,15 ,
варьируя обжатие стенки в каждом очаге деформации,
где Ks1, Ksi - сопротивление деформации металла с учетом наклепа соответственно в 1-м и i-м ряду;
Δ1 , Δi - обжатие изделия по стенке соответственно в 1 и i-м ряду;
hcp1 , hcpi - средняя толщина стенки трубы на входе соответственно в 1-й и i-й ряд тел качения.