СПОСОБ ФОРМОВКИ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ
METHOD FOR FORMING A PIPE BILLET

Изобретение относится к трубному производству, а именно к производству сварных труб большого диаметра с одним продольным швом с использованием вальцевой формовки трубной заготовки.
Производство сварных труб с использованием вальцевой формовки трубной заготовки включат в себя фрезерование кромок исходного листа, гибку трубной заготовки в трехвалковых вальцах, догибку прикромочных участков в двухвалковой клети с профилированными валками, сборку заготовки в сборо-сварочном агрегате, сварку внутреннего и наружного швов и экспандирование.
При формовке трубной заготовки в вальцах исходный лист деформируют непрерывно между вращающимися валками по схеме трехточечного изгиба в пределах его ширины.
О
M
Б
Известен способ формовки цилиндрических профилей в трехвалковой листогибочной машине (Мошнин Е.Н., Гибка и правка на ротационных машинах, Машиностроение, М, 1967 г., с. 271), при котором сначала осуществляют вертикальное перемещение верхнего валка на величину, обеспечивающую заданный радиус заготовки на выходе очага деформации, а затем выполняют вращение валков. Поперечное сечение трубной заготовки после формовки имеет участки различной кривизны, которые можно разделить на участок основного периметра радиусом R, участок «перегиба» радиусом R, участок пониженной кривизны радиусом Я и плоский участок.
К недостаткам известного способа следует отнести образование неравномерности деформаций заготовки после формовки в зоне перехода от плоского участка к основному периметру.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ гибки металлических листов (Патент JP 3589212, B21D-005/14, опубл. 17.11.2004), в котором проводят формовку металлических листов длиной до ~2 метров в заготовки цилиндрической и овальной формы поперечного сечения. Для получения овальной формы поперечного сечения заготовки выполняют перемещение верхнего валка с последующим вращением всех валков и одновременным продолжением вертикального перемещения верхнего валка. Кроме того, для сокращения длины плоских участков заготовки выполняют смещение нижних валков в сторону подачи листа.
Недостатками известного способа являются отсутствие регламентации параметров выполняемых операций, информации о настройках листогибочной машины, что в результате не обеспечивает получения заготовки с равномерной деформацией в поперечном сечении (в зоне перехода от плоского участка к основному периметру) и приводит к повышению коэффициента экспандирования.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в создании способа формовки трубной заготовки, обеспечивающего повышение качества трубной заготовки, сформованной в один проход, за счет снижения неравномерности деформации заготовки при формовке и геометрических дефектов.
Технический результат заключается в повышении точности геометрических размеров готовых труб за счет минимизации неравномерности деформации трубной заготовки при формовке в области перехода от плоского участка к основному периметру.
0
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ формовки трубной заготовки в трехвалковой листогибочной машине включает изгиб заготовки посредством вертикального перемещения верхнего валка и последующее вращение всех валков с одновременным вертикальным перемещением верхнего валка, при этом согласно изобретению, вертикальное перемещение верхнего валка осуществляют на величину не более Н, которую определяют по формуле:
1
где R - радиус заготовки, мм;
B
расп
D- диаметр верхнего валка, мм; L - межосевое расстояние нижних валков, мм; k- коэффициент распружинивания;
- коэффициенты регрессии,
0
а при одновременном вращении всех валков верхний валок перемещают на величину Н, большую Н, со скоростью, определяемой по формуле:
где ω - угловая скорость вращения верхнего валка, рад/с.,
п
0
ϕ - угол поворота верхнего валка при его вертикальном перемещении от Н до H, рад.,
п
при этом величина угла поворота ϕ верхнего валка не превышает отношения межосевого расстояния нижних валков к диаметру верхнего валка.
0
0
п
Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 показана трубная заготовка в очаге деформации при перемещении верхнего валка на величину Н, на фиг. 2 показана стадия формовки трубной заготовки при вращении всех валков и перемещении верхнего валка на величину от H до Н со скоростью V. На рисунках показана трубная заготовка 1, верхний валок 2 и нижние валки 3.
Одним из вариантов повышения точности готовых труб является минимизация неравномерности деформации в поперечном сечении трубы после операций формообразования. Неоднородность напряженно-деформированного состояния трубы перед экспандированием формируется на протяжении всего трубного передела, который начинается с формовки листа в трубную заготовку для последующей сварки.
При вальцевой формовке трубной заготовки форма очага деформации при перемещении верхнего валка отличается от формы очага деформации при вращении валков, что при одном и том же положении верхнего валка относительно нижних валков приводит к образованию неравномерности деформации трубной заготовки в области перехода от плоского участка к основному периметру.
0
0
При формовке трубной заготовки 1 на заданный радиус первоначально осуществляют вертикальное перемещение верхнего валка 2 на величину не более Н, которую определяют по формуле (1). Величина перемещения Н верхнего валка 2 определена методом регрессионного анализа. Коэффициенты регрессии определяли по результатам дробного факторного эксперимента, проведенного в среде конечно-элементного моделирования.
0
1
0
Перемещение валка 2 на величину Н обеспечивает заданный радиус кривизны R заготовки в вертикальной плоскости симметрии верхнего валка 2. При перемещении верхнего валка 2 на величину, большую значения Н, произойдет увеличение кривизны трубной заготовки в зоне перехода от плоского участка к основному периметру и образуется дефект в виде локального перегиба.
п
0
1
Затем производят вращение всех валков 2 и 3 со скоростью ω и продолжают перемещение верхнего валка 2 со скоростью V (2) до величины Н, которая больше величины Н, что обеспечивает постоянную кривизну трубной заготовки 1 в зоне перехода от плоского участка к основному периметру. Перемещение верхнего валка 2 на величину Н обеспечивает заданный радиус R кривизны трубной заготовки 1 на участке основного периметра.
п
п
0
Вертикальное перемещение верхнего валка 2 осуществляют со скоростью V, определяемой по формуле (2), при этом величина угла поворота ϕ верхнего валка 2 при его вертикальном перемещении от H до H не превышает отношения межосевого расстояния нижних валков 3 к диаметру верхнего валка 2. Это позволяет минимизации неравномерности деформации в области переходного участка и обеспечить равенство радиусов переходного участка и основного периметра трубной заготовки 1.
п
При величине угла поворота ϕ верхнего валка 2 больше отношения межосевого расстояния нижних валков 3 к диаметру верхнего валка 2 кривизна переходного участка увеличивается по отношению к кривизне основного периметра, что приведет к дефекту формы трубной заготовки 1.
При завершении перемещения верхнего валка 2 его положение не изменяют и производят вращение всех валков 2 и 3 до завершения прохода формовки трубной заготовки 1.
Выполнение предлагаемого способа формовки трубной заготовки позволяет повысить точность геометрических размеров готовых труб за счет минимизации неравномерности деформации при формовке в один проход в области перехода от плоского участка к основному периметру.
Пример конкретного выполнения.
Предлагаемый способ формовки трубной заготовки в трехвалковой листогибочной машине был апробирован в условиях АО «Волжский трубный завод». Осуществляли формовку трубной заготовки в один проход для изготовления трубы диаметром 711 мм и толщиной стенки 25,4 мм.
в
н
1
Параметры валковой системы: диаметр верхнего валка D=300 мм, диаметр нижних валков D=500 мм, межосевое расстояние нижних валков L=600 мм, радиус заготовки R=355,5 мм, угловая скорость верхнего валка ω=0,3 рад/с.
0
Величина первоначального вертикального перемещения верхнего валка H, рассчитанная по формуле (1), составила 30 мм.
п
Скорость вертикального перемещения верхнего валка, рассчитанная по формуле (2), составила V=10,5 мм/с.
Величина вертикального перемещения верхнего валка Н при одновременном вращении всех валков была рассчитана по математическому выражению (3), которое является аналитическим, было получено в результате аппроксимации формы очага деформации типовыми кривыми (прямая и окружность):
где
н
где R- радиус нижних валков.
В результате расчета величина вертикального перемещения верхнего валка Н при одновременном вращении всех валков составила 65 мм.
Полученная трубная заготовка после формовки имела более монотонную кривизну в зоне перехода от плоского участка заготовки к основному периметру. Отмечено двухкратное снижение остаточных деформаций (с 4,8 до 2,4%) в зоне «перегиба» по сравнению с применяемым способом формовки. Изготовленные трубы были получены с повышенной точностью геометрических размеров. За счет снижения локальных дефектов геометрии трубы перед экспандированием было обеспечено равномерное распределение растягивающих напряжений по периметру трубы и контактных давлений на границе инструмент-трубная заготовка.
Использование предлагаемого способа формовки трубной заготовки позволило повысить точность геометрических размеров готовых труб за счет минимизации неравномерности деформации при формовке в один проход в области перехода от плоского участка к основному периметру.