СТАЛЬНАЯ МОНОЛИТНАЯ САМОУСТАНАВЛИВАЮЩАЯСЯ ОПРАВКА ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ ТРУБ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, а именно к производству труб волочением, и может быть использована при изготовлении холоднодеформированных труб из различных материалов, преимущественно прецизионных труб малого внутреннего диаметра, предназначенных для машиностроения.
Известна стальная монолитная самоустанавливающаяся оправка, содержащая последовательно расположенные переднюю фаску, рабочий цилиндрический участок, рабочий конический участок, нерабочий цилиндрический участок большего диаметра, заднюю фаску и хвостовик [Биск, М.Б. Волочение труб на самоустанавливающейся оправке /М.Б. Биск, В.В. Швейкин. - М: Металлургиздат, 1963. - с.87, рис.24, б. - 1]. Данная оправка не обеспечивает требуемой точности внутреннего диаметра прецизионных труб, ввиду особенностей технологии ее изготовления (использования консольного крепления посредством хвостовика при финишной обработке поверхности оправки).
Наиболее близкой к заявляемой является стальная монолитная самоустанавливающаяся оправка, содержащая последовательно расположенные переднюю фаску, рабочий цилиндрический участок, рабочий конический участок, нерабочий цилиндрический участок большего диаметра и заднюю фаску [Шапиро, В.Я. Бухтовое волочение труб /В.Я. Шапиро, В.И. Уральский. - М: Металлургия, 1972. - с.115, рис.33, а. - 2]. Данная оправка характеризуется более высокой точностью размеров и соответственно позволяет получить трубы с большей точностью внутреннего диаметра. Большая точность размеров оправки в данном случае обусловлена использованием центров при обработке ее поверхности. При волочении труб малого внутреннего диаметра (менее 14 мм) не всегда возможно выполнить центра непосредственно в теле оправки (ввиду малости ее размеров). Поэтому при обработке в центрах используют дополнительные прибыльные элементы, расположенные с торцов обрабатываемой детали и имеющие диаметр, превышающий размер цилиндрического участка большего диаметра. Наличие этих прибыльных элементов существенно увеличивает расход металла при изготовлении оправок. Кроме того, в случае изготовления нескольких комплектов одного типоразмера оправок данного вида, даже при использовании копиров, отклонения размеров в партии оправок будут иметь место, соответственно достичь требуемой точности в партии труб в полной мере невозможно.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении точности внутреннего диаметра тянутых труб.
Поставленная задача решается за счет того, что у стальной монолитной самоустанавливающейся оправки для волочения труб, содержащей последовательно расположенные переднюю фаску, рабочий цилиндрический участок, рабочий конический участок, нерабочий цилиндрический участок большего диаметра и заднюю фаску, образующие звено, согласно предлагаемому техническому решению, количество звеньев не менее двух.
Полезная модель поясняется чертежом стальной монолитной самоустанавливающейся оправки.
Стальная монолитная самоустанавливающаяся оправка содержит не менее двух звеньев, каждое из которых содержит последовательно расположенные переднюю фаску 1, рабочий цилиндрический участок 2, рабочий конический участок 3, нерабочий цилиндрический участок большего диаметра 4 и заднюю фаску 5.
Стальная монолитная самоустанавливающаяся оправка работает следующим образом. После отделения прибыльных элементов (на чертеже не показаны) оправка готова к использованию. Один из концов трубы-заготовки для волочения предварительно заковывают для получения головки. С незакованного конца трубы совместно с определенной порцией смазки в полость трубы вводят стальную монолитную самоустанавливающуюся оправку и перемещают ее до упора первого звена оправки в закованный конец трубы. После чего закованный конец трубы вводят в волоку, захватывают тянущим механизмом цепного волочильного стана и протягивают трубу-заготовку на требуемый размер с одновременной подачей технологической смазки на наружную поверхность трубы. По окончанию волочения трубы оправку очищают от остатков смазки, визуально оценивают состояние рабочих поверхностей 2 и 3 ее первого звена и повторяют цикл описанных ранее операцией с использованием оправки до появления признаков износа или повреждения рабочих поверхностей 2 и 3 первого звена. В случае выявления дефектов на рабочей поверхности первого звена оправки, а также изменения размеров его рабочих поверхностей 2 и 3 превышающих допустимое отклонение, производят отделение изношенного звена оправки, например путем абразивной резки в плоскости между задней фаской 5 первого звена и передней фаской 1 следующего звена. После чего перечисленные операции повторяют. Отделение изношенных звеньев оправки производят до тех пор, пока на оправке не останется одно звено, содержащие последовательно расположенные переднюю фаску, рабочий цилиндрический участок, рабочий конический участок, нерабочий цилиндрический участок большего диаметра и заднюю фаску.
Повышение точности внутреннего диаметра тянутых труб достигают за счет выполнения на одной оправке нескольких рабочих цилиндрических и конических участков путем осуществления операций черновой и чистовой обработки одновременно для нескольких звеньев оправки, т.е. обработки многозвенной оправки с одной установки и в виде одной детали. С увеличением числа звеньев длина оправки увеличивается, что упрощает операцию введения оправки в полость трубы и обеспечивает лучшее центрирование ее в очаге деформации, что также способствует повышению точности тянутых труб.
Большая площадь поверхности стальной монолитной самоустанавливающейся оправки дает возможность подачи совместно с ней в очаг деформации большего количества технологической смазки. Причем, переходные участки между звеньями оправки, являются соответствующими зонами накопления технологической смазки, которая в процессе осуществления пластической деформации вовлекается в очаг деформации, обеспечивая требуемый характер трения на контакте металла трубы с инструментом.
Также стальная монолитная самоустанавливающаяся оправка позволяет значительно повысить срок ее службы, за счет сокращением удельных затрат на ее изготовление, в том числе путем уменьшения трудоемкости и сокращения времени операций по настройке оборудования и установке заготовок.
Монолитную самоустанавливающуюся оправку изготовляли из инструментальной холодноштамповой стали Х12МФ ГОСТ 2590-88. Пруток диаметром 10,0 мм и длиной 120,0 мм стали Х12МФ подвергали черновой обработке на токарном станке, для чего на торцах прутка были изготовлены центровые отверстия диаметром 2,0 мм. После чего заготовку оправки подвергали термической обработке с обеспечением твердость поверхности заготовки оправки 56-60 единиц по Роквеллу. Затем заготовку оправки обрабатывали в центрах профилешлифовального станка модели М395. Полировку рабочих поверхностей заготовки оправки осуществляли тонким вулканитовым кругом с получением параметра шероховатости этих поверхностей Ra 0,32 мкм. Прибыльные элементы с центровыми отверстиями удаляли на шлифовально-отрезном станке. Готовая стальная монолитная самоустанавливающаяся оправка длиной 80,0 мм включала четыре цилиндрических участка диаметром 6,0±0,02 мм и длиной одного участка 5,0 мм; четыре конических участка с углом наклона образующей 9° и длиной одного участка 4,0 мм; четыре цилиндрических участка диаметром 7,27 мм. Величина биения поверхности рабочих цилиндрических участков относительно продольной оси симметрии оправки не превышала 0,01 мм. Аналогичным образом и с аналогичными параметрами участков из стали Х12МФ были изготовлены четыре самоустанавливающиеся оправки известной конструкции [2]. Оправки указанных видов использовали при волочении труб из стали 10 на готовый размер в соответствии с требованиями по ГОСТ 9567-75 по маршруту 11,0×1,6→9,0×вн6,0 мм на цепном волочильном стане усилием 30 кН. Для всех случаев волочения использовали твердосплавную волоку с диаметром калибрующего пояска 9,0 мм и его длиной 2,2 мм, с углом наклона образующей конического участка 13° согласно ГОСТ 2330-76. Заковку головок труб-заготовок осуществляли на типовой ковочной машине В-242. Исходная труба-заготовка длиной 2,5 м была предварительно подвергнута термической и химической обработке. После заковки головок с незакованного конца трубы дополнительно шприцом вводили 20 г технологической смазки Castrol Iloform TDN 86 в виде пастообразной массы. Затем в полость трубы-заготовки вводили оправку и с помощью шомпола перемещали оправку до упора ее первого звена в закованный конец трубы. Далее осуществляли деформацию труб на готовый размер со скоростью волочения 20 м/мин. Качество готовых труб оценивали согласно требованиям ГОСТ 9567-75.
На каждой трубе осуществляли контроль внутреннего и наружного диаметра и оценивали состояние внутренней поверхности труб. С использованием оправок известной конструкции [2] было получено соответственно 38, 37, 36 и 36 м готовых труб, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 9567-75. При этом минимальное и максимальное отклонения от номинального значения внутреннего диаметра составили соответственно -0,02 и +0,05. С использованием заявлямой монолитной самоустанавливающейся оправки было получено 142 м готовых труб, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 9567-75 с минимальным и максимальным отклонениями от номинального значения внутреннего диаметра соответственно +0,01 и +0,04. Таким образом, предлагаемая оправка позволяет сузить поле фактических отклонений внутреннего диаметра от его номинального значения, повысив тем самым точность тянутых труб.
Кроме того, затраты на изготовление оправки известной конструкции [2] на 1 м готовых труб составили 42 руб., на изготовление оправки согласно предлагаемому техническому решению - 27 руб.
Таким образом стальная монолитная самоустанавливающаяся оправка обладает рядом преимуществ, а именно: обеспечивает улучшение качества труб за счет увеличения стабильности размеров внутреннего диаметра труб и улучшения условий смазки; позволяет сократить удельные затраты на ее изготовление, в том числе за счет снижения трудоемкости токарных работ и значительного повышения срока ее службы. Предварительные расчеты показали, что предлагаемое техническое решение позволит при производстве труб размером 9,0×вн6,0 мм из стали 10 согласно требованиям ГОСТ 9567-75 при объеме заказов 100000 м в год снизить себестоимость готовой продукции за счет сокращения расходов на изготовление инструмента в сравнении с [2] более чем на 1 млн. рублей.