Способ обжатия труб

(5)5 В 21 О 41/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1389899, кл. В 21 О 41/04, 24.10,86, (54) СПОСОБ ОБЖАТИЯ ТРУБ (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, а точнее к способам каИзобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству тонкостенных труб нефтяного сортамента.Цель изобретения - повышение производительности эа счет увеличения обжатий трубы по наружному диаметру за один оборот.На фиг. 1 изображена схема обкатки концевого участка трубы холостыми валками; на фиг. 2 - схема приложения сил; на фиг. 3 - физическая модель процесса; на фиг. 4 - эпюра распределения величины изгибающего момента по периметру заготовки; на фиг, 5 - эпюра распределения величины тангенциальной силы; на фиг. 6 - стадии работы характерных сечений заготовки; на фиг. 7- расчетная схема к опреде Ы 1648606 А 1 либровки концов труб роликовым инструментом. Цел ь изобретения - повы ш ение производительности эа счет увеличения обжатий трубы по наружному диаметру эа оборот. Способ обработки труб включает обжатие их концевых участков неприводными роликами с определенными радиальными погонными условиями на один ролик, определяемыми приведенными математическими зависимостями. Количество роликов также определяется по приведенной зависимости. При применении данного способа обжатия труб снижается брак. 7 ил. лению радиусов кривизны средней линии заготовки.аОбработка труб осуществл, тся следующим образом. Труба 1, перемещаясь, вэаимодейству с, ет с роликами 2, которые расположены в ф кассете 3. Ролики 2 являются холостыми. С СО помощью губок 4 осуществляют зажим трубы 1. Кассету 3 вращают и перемещают в осевом направлений, производя обкатку конца трубы 1. После окончания обкатки кассета 3 возвращается в исходное положение, и губки 4 освобождают трубу 1.Обкатку концевого участка трубы осу- а ществляют с обжатием Р, находящимся в интервале Рмин РРцакс рассчитанных по формуламы,мм;мм; а трубы, Па при этом оптимальное кол рующйх роликов определя 0ем в большую сторону иэ ество деформися с округлениражения- толщина стенки труб - предел текучести мет Х п - иВажнеишим показателем, определяющим основные параметры процесса обжатия, является режим частных деформаций, т.е, деформаций трубы за оборот, Величина 25 деформации при калибровании определяется усилиями, прикладываемыми к наружной поверхности трубы. Величина этих усилий ограничена условиями устойчивого. протекания процесса без разрушения трубы и 30 искажения профиля ее поперечного сечения. Для определения оптимальных условий нагружения трубы рассмотрим кольцо единичной ширины с наружным диаметром 0 и толщиной стенки Я, соответствующими ре альной трубе, Принимают, что кольцо нагружено системой точечно приложенных сил, расположенных с равным шагом по периметру кольца (фиг, 2), Материал кольца считают упругопластическим, 40При нагружении кольца по принятой схеме в каждом его поперечном сечении возникают следующие силовые факторы (фиг. 3): изгибающий моментр йсоь(й. У (1) 45 тангенциальная сжимающая сила5радиальная перерезывающая сила, 50р д Га ф (3)г.где Р - радиальная сжимающая сила;и - количество приложенных сил (ролиных дефорй определяЯ ) (а) В/ нтак чени т нормальные нащего момента иОМ, созданные еличины этих на- ыражениями с 1 -где у - расстояниеся тонким, т.е, сечения.ия его малы по Суммарная эпютонкостенных жений от момента ии деформации упругой стадии рабо от неитральн а нормальных напряангенциальной силы в ы сечений 1 представгде Р - наружный диаметр т 3 ков);а - текущий угол.Поскольку кольцо явля размеры поперечного сече сравнению с диаметром (дл труб нефтяного сортамента сдвига, на которых производит работу перерезывающая сила, тоже очень малы, то в дальнейшем влиянием силы Т можно пренебречь.Анализ эпюр распределения изгибающего момента М и тангенциальной силы й по периметру кольца (фиг. 4, 5) позволяет выделить три типа характерных сечений, в которых действуют экстремальные значения этих силовых факторов:сечения 1, в которых приложены силы (зоны контактных деформаций), положение этих сечений определяется угловой координатой р 1 =0;нтактных дефорых определяется Х. сечения 2 (зоны внеко маций), положение котор координатой-г 2 сечения 3 (зоны внеко маций), положение таких с ется условием Я, - -- агсси( Ж С В сечениях 1 действую пряжения (Ъ от изгибаю сжимающие напряжения тангенциальной силой. В пряжений определяются в-( Яа 4(у ельная нагрузка в этом сечении оп ределяется уравнение= -2 б,5 п 3 - - -2 Г и 4л,(л Я лена на фиг. б - 1 а. На наружных волокнах, для которых у= Я/2, знаки ом 1 и ойсовпадают (оба напряжения сжимающие) и величина результирующего напряженияопределяется уравнением6,: К б, . д- "- у - Сб - ,)с(р - МУвеличение силы Р приводит к росту момента и тангенциальной силы й, следовательно, к росту напряжений в сечениях. При некотором значении силы Р на наиболее нагруженных наружных волокнах сечений величина результирующих напряжений достигает предела текучести % (фиг, 6 - 1 б). Такое значение силы определяется из выражения 2 б, ь"Р -- д ( д су .Ф) , я.Дд(8)М Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к появлению пластической области в сжатой зоне сечений и ее росту. При этом напряжения в растянутой зоне стремятся к пределу текучести и достигают его, С этого момента в сечениях существуют две области пластичности, разделенные упругой областью(фиг. 6 - 1 в ).Соотношение между размерами пластических и упругой областей определяется известной системой уравнений (2) В предельном случае напряженное сост ояние сечения кольца описывается эпю-- 1 грой в виде двух прямоугольников (фиг. б - г) - образуется так называемый пластический 5 шарнир. В этом случае высота упругой эоныравна нулю, т.е,3бй, 5 ОРешая это уравнение с учетом (1) и (6),получают предельную нагрузку в сечениях1,Р:,+ОЯ-сц"-,. ф(, - , К ясЬ(10)В сечениях 2 действуют отрицательныйизгибающий момент, вызывающий растяжение наружных и сжатие внутренних волокон, и тангенциальная сила, вызывающаянапряжение сжатия по всему сечению. Характер работы этих сечений аналогичен.Эпюры напряженного состояния представлены на фиг. 6 - 2. Нормальные напряжения от момента и тангенциальной силыопределяются выражениямиб: Ч Р(ф-)у: (11)Рб = -- .у (12)2 улЗО Величина силы, вызывающая напряжение текучести на наиболее нагруженных волокнах сечений 22 бт Б8-ф ) -к "л Система уравнения (9) можетбыть записана в виде1648606 Из ана женного со дует, что которой на уменьшени на средней иза приведе таяния при минимальнаинается процпериметра, линии сечени ряжения, равные иина этой нагрузки мз второго уравнениии 12/3=1/2. Тогдаые погонные усилиыть не менее нных эпюр напрякалибровании слея нагрузка, приесс пластическогодолжна вызыватьй 2 суммарные нап - 1,60 - - у 23 Г ит иЩф нагружения, тщих роликов.тойчиВОсть нагружения, с кРивсй Рпр 2 (ф личество роли ловия е. количеств Очевидно, чт обеспеч сот ветствую иг. 7). Тогда ков можно ом деформирую наибольшую ус вает схема щая максимуму еобходимое коределить иэ ус а Р.р вания получают ИЯ ОПтИМалЬНОГО х роликов 2 Х л.- ф СОХд 4 В сечениях 3 действует только тангенциальная сжимающая сила, создающая однородное состояние линейного сжатия (фиг.6 - За). Предельным для таких сечений будет состояние,при котором напряжения сыч до стигают предела текучести (фиг. 6 - Зб): Усилие, вызывающее такое состояние, определяется уравнениемРпр = Ябт З л (36) 10 Сравнение выражений (10), (15) и (16) показывает, что при любом числе деформи- РУЮЩИХ РОЛИКОВ П РпрзРпр 2 Рпр 1, Следовательно, состояние пластических 15 шарниров в сечениях 1 и 2 будет достигнуто при более низких нагрузках, чем состояние пластического сжатия в сечениях 3.Из приведенного анализа напряженного состояния следует, что вначале образуют ся пластические шарниры в сечениях 1 (при усилиях Рпр 1), Кинематически возможными в этих сечениях являются перемещения только в направлении действия нагрузки,фы Необходимым условием потери устойчивости при калибровании, является образование двух семейств пластических шарниров с различными направлениями кинематически возможных перемещений.Анализ условий Образования шарниров и зависимости предельных нагрузок от количества деформирующих роликов (фиг. 7) показывает, что устойчивость процесса калибрования определяется силовыми условиями в зонах внеконтактных деформаций (сечения 2) и может быть обеспечена схемой 5 Образование семейства пластических шарниров с одинаковыми кинематически возможными перемещениями не исчерпывает несущей способности статически неопределимой системы - кольца, так как перемещения в шарнирах ограничены действием упругих участков и, следовательно, возможно дальнейшее увеличение активных сил Р,Повышение Усилий до величины Рпр 2 Рпр 1 пРивоДит к обРазованию пластических шарниров в сечениях 2. В этих шарнирах кинематически возможны перемещения в направлениях разгрузки, В результате образования двух семейств пластических шарниров с различными кинематически возможными перемещениями кольцо (конец трубы) превращается в кинематически подвижную систему с большим числом степеней свободы, что приводит к образованию гранен ности по периметру. Следовательно, максимальные радиальные погонные усилия не должны превышать величины Рпр 2 т.е,: ределу текучести. Вели- ожет быть определена я системы (14) при усломинимальные радиалья на один ролик должны После дифференцир равнение для определе оличества деформирующ10 1648606 ром 146 х 7,7 мм из стали группы прочностиО, По формулам определяют величину ради.альных погонных усилий на один ролик иоптимальное количество роликов. Па;при этом количество деформируюцих рогиков определяется из выражения53 Г г д 2 л. ЯЯмп- - -";:=-: - .:. - . - =-.л,У а ьл - - 1 г лГ" - 7": где и - количество деформирующих роликов с округлением в большую сторону. При выборе количеств деформирующихроликов из этого уравнения используетсяследующий подход,Так как функция Ррг - -1 (и) имеет экстремум то, следовательно, производная этой 5функции бРйп будет менять знак. Причем Величина радиальных погонных усилийувеличение количества роликов по восходя- на один ролик для укаэанного диаметра трущей ветви графика функции бы составляет 1,25 - 1,31 н/мм, а величинаРпр 2=1(п)1 бР / бп 0) ведет к Увеличению зна- относительной деформации трубы за обочений Рр 2, т.е, к повышению устойчивости 10 рот находится в пределах 1,2-1,5%. Количе-,поперечного сечения обрабатываемой тру- ство деформирующих роликов должно бытьбы, а на нисходящей ветви (бр/бп О) - к равно 6, При этих условиях процесс калибснижению устойчивости профиля, Так как рования осуществляется устойчиво, без обколичество роликов должно обеспечивать разования граненности.максимальную устойчивость трубы, то в ка- Предлагаемый способ обработки трубчестве числа роликов, выбирают дающее на- позволяет повысить производительность,иболее близкое к нулю значение уравнения. снизить при этом брак труб по резьбе наНапример, для труб 245 х 10 при п=8 значе - 30 , брак по задирам и рискам на инструние уравнения для оптимального количест- менте на 0,1 - 0,3, а также увеличить обьемва роликов равно 0,0001136065, а при п=10 20 выпуска и расширить сортамент обсадныхэто значение составляет минус труб с упрочненными концами.0,0001922250. Поэтому за оптимальное зна- Формула изобретениячение принимается п=8, Для трубы 146 х 7 Способ обжатия труб путем обкатки ихпри п=6 значение уравнения равно концевых участков неприводными ролика 0,0000868432, а и ри п=8 минус 25 ми, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью0,0001621188, Поэтому оптимальное значе- повышения производительности, обжатиение п=6. осуществляют с радиальными погоннымиП р и м е р, Обработке предлагаемым усилиями на один ролик, находящимися вспособом подвергают партию труб разме- пределах отифн - пф ,д.)ьюД ЬП -лдо, Ь 1 1 Ги,.5насф л я ,р"а 3 о-/ 5 а".гг л Ггде Рмин и Р макс - нижний и верхний пре- о - предел текучести материала трубы,делы величины усилия,н/мм:О - наружный диаметр трубы, мм;Я - толщина стенки трубы, мм;1648606 г 7 Составитель С,ЕвсюковРедактор И. Касарда Техред М,Моргентал Корректор М Пож Производствен аказ 1482 ВНИИП Тираж 501 Подписное осударственного комитета по изобретениям и о р тк ытиям и и ГКНТ ССС р 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5