Инструмент для изготовления труб проталкиванием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В 21 С 1/16 30 4 В 2 В 1 КОМИТЕТ СССР ТЕКИЙ И ОТКРЫТИИГОСУДАРСТ ПО ДЕЛАМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) катк Патент СССР В 724078,кл . В 21 В 17/08, 1977. ГОТОВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к обработ ке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении бесюовных труб проталкиванием. Цель изобретения - сокращение расхода металла на донную обрезь. Инструмент для из готовления труб проталкиванием содержит калибр и ступенчатую оправку с утоненным передним концом. Образую" щая поверхность переднего конца оправки выполнена по кривой, параметры которой определяются размерами ступе- Б ней оправки, калибра и зазора мездуними. 1 ип., 1 табл.1409357 рма пея максиаметраающаяспособопредевки, имеющ значения д зобретен сок него м юбом ольз обеспечий несущей сти с ы кото ена с а коэф ределя асиент томия е о ормы в оотношдг 3 1)2 2переднегоиаметром на 4 где н ненно кон тор заэ оправкид 2, между) Опт оправк форма переднег альна обес онца бла йрезд 2-- -)2 3) ыражени иа Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления бесшовных труб, например, для крупногабаритных пароперегревателей в атомной энергетике, баллонов, стояков морского бурения. хода металла на донную обреэь,На чертеже представлен инструмент, Инструмент содержит калибр 1, имеющий диаметр 1) и оправу с утоненным передним концом 2 с криволинейной образующей, торцом 3, имеющим диаметр д и рабочей частью 4 диаметром д.Образующая поверхность переднего утоненного конца оправки выполнена по кривой по длине, допускаемой зави- симостью щим диаметр 1), и рабочеи с пенью оправки, имеющей диа метр д;К - коэффициент формы переднег конца е Р - диаметр калибр я проталкивания тонкостенн оптимальной являетс конца опр опустимые ее сечении вание пол енки гиль тношением гоприятные условия качасти гильзы, так и длделена по длине от томенение диаметра от да 35 енных оправк чех 1 ние длиньл 4 С он ит е где текущее з нца опторца, ереднего стоянии аы 1фге2 ибпра алибра на пр равки удалсдвиговых ется отапряжени влияниеостьекращаяние зы уменьшаетс стенки гил ясь совсем становится когда это рассольше величины азора ак как аправл вкой,жки и и о равки такой между кали угол между нием взаим калибра ст оэффициент форавки определен Для мы пер выражеосью п действ новитс прав онца торца о еньше 4 вки и дне ием угла Для изготовления толсто ильз форма переднего конц пределяется1 ненного переднего ко равки, начиная от ее диаметр утоненного и конца оправки на расХ от ее торца, величина зазора между ром и рабочей ступенью ки,полная длина утоненног конца оправки,рабочей ступени оп не от 1, до Е (изменение диаметр от д,ь до с 1) выражением (5), при этом 1 р = К,Е,; а длина второго у стка 1, - 1,р = Е(1 - К ), где Зна ния 1., Е определены из соотношения (1), К - из соотношения (4), в К иэ соотношения (6).В плоскости выхода из калибра д ной части гильзы 5 ее стенка наход ся только под действием сдвигающих напряжений от сил, действующих на со стороны торца оправки калибра. этом случае для ее деформации дост точно напряжений, равных половине предела текучести материала гильз мере протяжки торец357 Для того чтобы исключить внеконтактную деформацию стенок гильзы в момент выхода иэ калибра торца перед него конца оправки, напряжения встенках в этом месте не должны превыг - и Я - сс с 12ф 4(8) 3 1409 действия максимальных касательных напряжений, приводящих к деформации сдвига. Поэтому для исключения деформации стенки от напряжений меньшихг5 предела текучести расстояние между силами, действующими на нее со стороны калибра и оправки в момент выхода рабочей ступени иэ калибра, должно быть не менее величины зазора между протяжным калибром и оправкой.В момент выхода рабочей ступени оправки из калибра на стенку гильзы передается полное усилие проталкивания Я, которое является равнодействующей усилий Ц 1 и 0 передаваемых торцом эаходной передней ступени оправки (Я 1) и боковой поверхностью (Я) в наравнении расталкивания.Сила Я приложена в месте располо жения среднего диаметра переднего конца оправки, определяемого иэ выс 12 + с 12ражения дср - в в в , расположенного иа расстоянии 1 Р от торца оправки.Расстояние до места приложения равнодействующей 0 от места приложения силы Я ,.т.е. от торца оправки, равно 1, а от места приложения силы 30 Я равно 1, - 1, Моменты сил Я, и 0относительно места приложения их равнодействующей Я эквивалентны произведению этих сип на расстояние до места приложения силы Я и равным меж" 35 ду собой, откудаЯ 11 а = 0,(1 ч - 1 сг)Р)Удельное напряжение на оправке с 1о равно отношению полного усилия Я к площади поперечного сечения рабочей 40йступени оправки Р-сгт.е.4 ЯУсилие Я определяется как произведение с 1 на площадь торца оп 45 дгравки равную л 4, а усилие Ог определится как произведение с 1 на разность площадей поперечного сечения 50 рабочей ступени и торца оправки, рав//ную -(сР - сР ) т.е.:41 После подстановки значений С и О иэ1 ( выражений (8) и (9) в условие равновесия (7) и соответствукгцих преобразований оно примет вид:дг 1 е (сР - сР) (1 - 1 ), (10)с 12откУда 1 а " 1 с, (1 - -).с 12(11)В зависимости от формы переднего конца оправки 1 может принимать различные значения. Отношение К= -- является показателем формы переднего конца оправки, 1 рК 1 . После подстановки значения 1 срК 1 ввыражение (11) для 1 а имеем с 11 ц = КЬ(1 - аг) (12) Так как с целью исключения влияния сдвигающих напряжений на прочность стенки гильзы место приложения равнодействующей с должно находиться от рабочей ступени на расстоянии не менее величины зазора Т между калибром и рабочей ступенью оправки, то длина заходной ступени Ь должна быть не менее 1 я + Т, т.е. ЬЗ 1 + Т, откуда Ь- Т КЬ(1- гг)с 12(13)Когда заходная ступень выполнена уступом без переходного участка к рабочей ступени, 1 сЬ и К = 1, при этом эаходная ступень должна иметь с 2максимальную длину Ь Т - .с 12 фПри выпуклой форме переднего конца оправки место расположения среднего диаметра находится ближе к торцу 1 ср ( 0,5 Ь. При этом длина заходной ступени всегда больше Т,Определенная по формуле (1) длина утоненного переднего конца оправки полностью исключает внеконтактную деформацию стенок гильзы в момент выхода рабочей ступени оправки иэ калибра при напряжениях в них меньше предела текучести металла трубы б.(14)5Допускаемое усилие протяжки Ц по условию прочности стенки равно Я(о( =l/ (-(рг - 2)б (15), где - (рг - дг) -4 4 1 О площадь зазора между калибром и рабочей ступенью оправки, равная площади поперечного сечения стенок гильзы в месте выхода рабочей ступени оправкиЯ 15 иэ калибра а -(Рг - дг) - то же в4месте выхода иэ калибра торца переднего конца оправки.Полное допустимое усилие протяжки, передаваемое оправкой, равно Я ф/402 . и, (16) и равно С,о( определяемому из выражения (15)Часть этого усилия, равная. Я, передаваемая торцом эаходной ступени оправки и определяемая соотношением (8), с целью исключения деформации сдвига при выхода торца утоненного переднего торца оправки из калибра, должна быть не более ,о, т.е. Я 1 С 01, . Отсюда справедливо выра жение9 щг/( до 0После подстановки в это выражение значений усилий, выраженных через напряжения в стенках и на оправке иэ выражений (8), (14), (16), получим;44(20) Т1 - йг /РгК -2 -,2 /Рг При протяжке гильзы на оправке последовательно через несколько калиб ров необходимая длина утоненного,переднего конца оправки уменьшаетсяпропорционально уменьшению зазора Тэто следует иэ выражения (1), и наоборот при уменьшении длины переднего 45 конца оправки на величину Х его длиХн в (1 ) ыражение (2 ответствуюраз раз ко жееличин имет в е (3) Т= Т(1 - -). ВыражХ эор ьное знач оптимдлин ие диаметр нца оправк авки в выр текущего з текущего п олу ереднего к после подс Определажений ( образом иэ Вветственно эн ные таким и (2) соо и диаметробеспечи несущей с чаетс5 (9) в ениечения сто Й ег место Т е а заходного уча вают полное испособности стеке и при знаках чения длины стка оправкпользованиенок гильзы а начен Ь Т рот усилие, передаваемое передним концом,не должно превышать После подстановки взначения Р = Й + 2 Т ищих преобразований оно равенства в выражениях (1) и (2) являются оптимальными.При большем значении диаметра торца утоненного переднего конца оправки д, снижается несущая способность околодонной части, так как деформация сдвига в этом случае возникает в ней при усилиях меньших, чем.максимально допустимые по условию прочности стенки протянутой гильзы. При меньших значениях диаметра утоненного переднего торца оправки увеличивается усилие протяжки гильзы на этом учасТке, а также влияние перепада температур между донной частью гильзы и стенкой в районе рабочей ступени оправки на несущую способность стенки, ослабляя ее. Кроме того, с уменьшением диаметра и увеличением длины заходной ступени оправки увеличивается расход металла на изготовление трубы за счет увеличения массы концевого отхода из-за увеличения толщины и длины переходного участка от дна к стенке гильзы. После подстановки оптимального значения торца д, из выражения (2) в выражение (1) получаем вьражение оптимальной длины утоненного переднего конца оправки а Ь уменьшается, при этоми соответственно во сто уменьшается допустимаяся по определмулы К,сггошения (2)агажение (6) дляутоненного перед д2 -- получаем выРгоэффициента формы его конца оправки(5 - аг 7 Р )го переднего конца тся путем подстанов значения К из вы 2 - дг /Эгт 4-аг 7 РДлина утоненнправки определяи в формулу (20ажения (6). т. би2 2) Ь ф д ЬПрофиль утоненного переднего конца оправки, выполненный в соответствии с зависимостью (3), вогнутый, полностью исключает снижающее влияние сдвигающих напряжений при проталкивании на несущую способность стенки по .всей длине заходной ступени и в каждом своем сечении отвечает условию оптимальности по вырвкеиию (2).15 Для оправки с формой переднего конца, представленной выражением (3), коэффициент формы переднего конца оправки К1 ср /Ь находится подстанов 20юг - У кой значения ддср 2 в соотношение (3) . После соответствующих преобразованийс 1 1 У25Л 1 -( -( - +1) -1)1 Ь Р" д 2 дг(21) и после подстановки в это выражение оптимального значения диаметра из выражения (2) дд/ 1 - У /Рг получим 30 выражение (4) для коэффициента формы заходной ступенй й К112В формуле (3) не учтено влияние части заходной ступени длиной Х до сечения оправки диаметром Й на допустимые напряжения в стенках гильзы. Поэтому значения диаметра с 1 не явля ются максимально допустимыми, а длина утоненного переднего конца оправки по выражению (20) не является минимальной.Предельной форма утоненного переднего конца оправки с точки зрения максимально допустимык напряжений в стенках гильзы по длине переднего конца ступени при условиях протяжки, равных прочности стенок гильзы, опре делена при задании равномерного изменения напряжений в стенках от 6 /2 до б по длине эаходной ступени,предельно допустимые напряжения в стенках гильзы на расстоянии Х от торца утоненного переднег.онца оправки Ь.Усилие, передаваемое утонеиным передним концом оправки, торец которого вышел на расстояние Х из калибра, равноЦ о -(Рг - сР ), (23) а с учетом выражения (22= -(Рг - сР) -(1 + -). (24)6 Х4 2, ЬОтношение полного усилия протяжки Я к усилив Ц пропорционально отношению площадей поперечного сечения рабочей ступени и утоненного переднего конца оправки в месте выхода ее иэ калибра 1 4 Р(25)Сг 4 дгУчитывая, что максимальное значение усилия протяжки Я равно Яое. после подставки в формулу (25) выражений (15) и (24) имеем/4(Р с 1 ) Г( 6 (1уюг ф (26) откуда после преобразований получим выражение (5) для формы переднего конца оправки, имеющей максимально допустимые значения диаметра в любом ее сечении и обеспечивающей использование полной несущей способности стенки гильзы еделенное иэ выражения юг + юг 2 ф- являет ию коэффициентом фор 2 " с 1 г /Рг,(1 + дг /у )Ющ фщщф щщ щщ 4 щщ,(рщ ( 2 72 4-йг/аг сг/Рг (1 + г/у)учетом оптимальной величины от 1409357 1 ОАнализ выражений (5) и (6) покаэы- вает, что такая оправка имеет заходную ступень с выпуклой формой боковой поверхности с коэффициентом формы К,1 1 изменяющимся от - до - в диапазоней 0( С 1, В реальных процессах проталкивания 10с 1 отношение - меняется от минимального1 значения - до максимального, равно 1 ГЗ го 0,9, причем при - ( - протяжка с использованием полной несущей способности стенки невозможна, так как раньше начнется прошивка днаПри протяжке толстостенных гильз с соот 20а ношением " ( 0,7 оптимальной является оправка с вогнутой формой боковой поверхности утоненного конца оправки в соответствии с выражением (3), Такая 25 форма оправки обеспечивает максимальное усиление донной части гильзы за счет увеличения эффективной толщины дна на величину 1 = 1, - Т. Например,,1 г 30 при -1/3 коэффициент формы длярг такой оправки из выражения (4) равен К = 0,79, а 1. = 1,46 Т. Соответственно эффективное увеличение толщины дна составит 1 а1,46 Т, тогда как для 35 оправки с выпуклой формой утоненного переднего конца оправки только 0,22 Т, При проталкивании тонкостенныхд гильз с отношением р 0 7 оптималь ной является выпуклая Форма утоненно-. го переднего конца оправки, обеспечивакзцая постеленное наращивание напряжений в стенках гильзы по длине переднего конца оправки и исключающая 45 влияние пика усилий и градиента температур при протяжке дна и переходной части гильзы с утолщенной стенкой на протяжку стенки в районе рабочей ступени оправки. 50На практике на одной оправке деформируют толстостенные и тонкостенные гильзы. В этом случае обоим условиям отвечает оправка, у которой заходная часть утоненного переднего конца оправки до значения среднего диаметра, равного с 1, = 1/2(Р + с 1 г) выполнена в соответствиис уравнением(3), а прилегающая к рабочей ступени -в соответствии с уравнением (5), причем длина первой части заходной ступени равна1ф(28)а второй части 1Е (1 - К), (29)где К и К определяются из уравнений(20), причем расчет ведется для максимальной величины зазора между рабочей ступенью оправки и калибром,П р и м е р. Для изготовления трубы с внутренним диаметром 390 мм истенкой 60 мм используется исходнаязаготовка диаметром Ф 760 мм снаружии ф 410 мм изнутри.По условию прочности дна гильзыпроталкивание с полным использованиемпрочности стенки может быть при максимальном отношении диаметров калибраи оправки, равном ГЗ, что соответствует максимальному значению диаметра калибра 390 Д = 675 мм и зазоруТ = 0,5(675-390) = 142,5 мм. Расчетконструкции оправки производят отразмера калибра ф 675 мм, так какпри диаметре оправки ф 390 и большемразмере калибра предельное напряжениепроталкивания, определяется прочностьюдна, в этом случае напряжениЮ в стенках всегда меньше предела текучестиматериала,Диаметр торца утоненного переднегоконца оправки определяем по формуле(2)иКоэффициент формы первой (вогнутой) части утоненного переднего конца оправки определен из формулы (4) и равен К = 0,79, а длина этого участка с учетом уравнений (28) и (20) соответственно равна 1 = 164,5 мм.Коэффициент формы второй (выпуклой) части эаходной ступени определяется из Формулы (6) и равен К = 0,455 а ее длина с учетом выражения (29) и (20) равна 1 = 95 мм.Общая длина утоненного переднего конца оправки равнаЬ = 1 + 1 = 260 мм.Заходную ступень оправки изготавливают по шаблону (см. таблицу).Для оценки экономической эффективности выбрано устройство для протяжки труб через калибры, содержащее оправку с утоненным передним концом.Применение на оправках утоненного переднего конца предлагаемого размера,5 52,174,14,5 361,1 89,7,10,6 368,9 8 0,8 76,3 383 3,2 0259,4 и форье позволяет в 1,2-1,5 раза увеличить обжатие при изготовлении труб методом проталкивания через калибры, а также снизить расход металла на иэ 5 готовление труб эа счет снижения донной обрези в 1, 1 раза. формула изобретения Инструмент для изготовления труб проталкиванием, содержащий калибр и ступенчатую оправку с утоненным передним концом, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью сокращения расхода металла на донную обреэь, образующая поверхность переднего утоненного конца оправки выполнена по е формы боковой поверхходной ступени кривой на длине, определяемой зависимостью: у1 - К( - - ),агде Е - длина утоненного переднегоконца оправки с диаметромна торце Й,Т - зазор между калибром, имеющим диаметр П, и рабочей ступенью оправки, имеющей диаметр д;К - коэффициент формы переднегоконца при отношении1409357 Составитель А.ТолмачевРедактор М.Недолуженко Техред Л,Олийнык Корректор А,Обруча Подписное каз 3438/11 Тираж 4/5 шская наб роизводственно-полиграфическое ВНИИПИ Государствен по делам иэобрет13035, Москва, Ж"35,ого комитета С ний и открытий риятие, г. Ужгород. ул, Проектная, 4