Пресс для высадки конца металлической трубы

Полезная модель относится к области обработки металлических изделий давлением, в частности, к высадочным прессам, выполняющим высадку концов предварительно нагретых металлических труб для нефтяной и газовой промышленности.
Известен гидравлический пресс для высадки конца металлической трубы, описанный в патенте РФ №2549031 на изобретение «Пресс для высадки конца металлической трубы» по классу B21J 9/06, B21J 13/08, поданном 03.05.2012 года и опубликованном 20.04.2015 года.
Известный пресс для высадки конца металлической трубы содержит станину с приспособлением для блокировки трубы в заданном положении вдоль продольного направления, две плиты и каретку для крепления матриц и пуансонов, два пуансона с возможностью горизонтального перемещения на направляющих вдоль продольной оси пуансонов для введения их внутрь конца трубы и формирования внутренней поверхности ее высаженного конца, горизонтально установленный гидроцилиндр для перемещения пуансонов, верхние поворотные рычаги с полуматрицами, образующими первую матрицу для формирования наружной поверхности высаженного конца трубы при первой высадке, нижние поворотные рычаги с полуматрицами, образующими вторую матрицу для формирования наружной поверхности высаженного конца трубы при второй высадке, и две пары цилиндров для раздельного прижатия и разведения каждой пары полуматриц. При этом пуансоны на каретке закреплены с возможностью поочередной установки одного из них соосно с осью прижатой пары полуматриц и горизонтального гидроцилиндра для перемещения пуансонов.
Такой пресс выполняет высадку в два или три перехода и обеспечивает высадку концов труб с деформацией по длине до 600 мм.
Недостатками описанного выше пресса для высадки конца металлической трубы являются его сложность, большие габариты, энергоемкая гидравлическая система с большими потоками и давлением рабочей жидкости, необходимыми для обеспечения работы гидроцилиндров с большими - 450÷500 мм диаметрами, ходами 500÷800 мм и скоростями при прижатии и разведении полуматриц, а также при перемещении пуансонов.
Кроме того, необходимым условием обеспечения работоспособности данного пресса является регулировка соосности пуансонов и матриц, так как при эксплуатации в условиях повышенного загрязнения из-за большого хода каретки с пуансонами и больших углов поворота рычагов с полуматрицами возникает износ шарнирных опор и направляющих, нарушающий эту соосность.
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция пресса для высадки конца металлической трубы по патенту РФ №160917 на полезную модель «Пресс для высадки конца металлической трубы» по классу B21J 9/06, B21J 5/08, B21J 13/08, поданному 08.10.2015 и опубликованному 10.04.2016. Пресс содержит станину с зажимом для удержания трубы от осевого перемещения, два пуансона для формирования внутренней поверхности высаженного конца трубы и горизонтально установленный гидроцилиндр для перемещения пуансонов, две плиты и каретку для крепления пуансонов и полуматриц, составляющих две матрицы для формирования наружной поверхности высаженного конца трубы и установленных с возможностью прижатия полуматриц друг к другу и разведения, а также перемещения матриц в положения, в которых полуматрицы прижаты друг к другу и продольная ось одной из матриц расположена вдоль оси гидроцилиндра для перемещения пуансонов, пресс снабжен вертикально установленным гидроцилиндром для перемещения каретки перпендикулярно станине, двумя гидроцилиндрами для прижатия друг к другу и разведения плит с расположенными в их гнездах полуматрицами, при этом гидроцилиндры связаны с плитами через клиновые механизмы, имеющие дополнительные гидроцилиндры, а пуансоны закреплены на ползунах, размещенных в направляющих гильзах, установленных на каретке соосно матрицам.
Известный пресс имеет компактные размеры, низкое энергетическое потребление и относительно аналога в несколько раз меньшую стоимость изготовления.
Недостатками конструкции данного пресса по полезной модели является невозможность его применения для получения наружной высадки с требованием неизменности внутреннего диаметра трубы, например для насосно-компрессорных труб. Это связано с тем, что для достижения компактности и снижения энергопотребления ход гидроцилиндра для перемещения пуансонов уменьшен за счет того, что ввод в полость трубы тонкой части (оправки) пуансона осуществляется движением трубы при ее вводе в полость между разведенными полуматрицами. Поскольку осевая подача трубы осуществляется дополнительным механизмом, обеспечивающим усилие достаточное для ее движения, но недостаточное для входа тонкой части пуансона в трубу с существенным сопротивлением, поэтому для свободного входа диаметр тонкой части должен быть меньше внутреннего диаметра трубы. Естественно, при последующей деформации труба обожмет тонкую часть пуансона и внутренний диаметр трубы в зоне высадки уменьшится. За две операции уменьшение внутреннего диаметра в зоне высадки составляет 1,5÷2 мм, что для насосно-компрессорных труб недопустимо.
Технической задачей предлагаемого решения является разработка пресса для высадки конца металлической трубы, обеспечивающего возможность выполнения наружной высадки без уменьшения внутреннего диаметра трубы, и имеющего компактную конструкцию при малом энергопотреблении.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в прессе, содержащем станину с зажимом для удержания трубы от осевого перемещения, каретку с гидроцилиндром для ее перемещения, две прижимные плиты с помещенными в них двумя парами полуматриц, составляющих две матрицы для формирования наружной поверхности высаженного конца трубы, при этом прижимные плиты установленны в каретке с возможностью прижатия полуматриц друг к другу и их разведения гидроцилиндрами, связанными с прижимными плитами через клиновые механизмы, два пуансона для формирования внутренней поверхности высаженного конца трубы, закрепленные в ползунах, размещенных в направляющих гильзах, установленных на каретке соосно матрицам, и горизонтально установленный гидроцилиндр для перемещения пуансонов, согласно предложению, зажим трубы установлен с возможностью осевого перемещения относительно станины, снабжен дополнительным гидроцилиндром для его перемещения и элементами фиксации зажима относительно станины пресса в виде канавок в прижимных плитах и бурта на корпусе зажима для сопряжения с канавками в плитах.
Выполнение пресса с зажимом трубы, установленным с возможностью осевого перемещения относительно станины, снабжение дополнительным гидроцилиндром для его перемещения позволяет осуществлять при необходимости подачу трубы после ее зажатия в зажиме с усилием, достаточным для преодоления сопротивления входу тонкой части пуансона - оправки в полость трубы, даже если диаметр оправки больше внутреннего диаметра трубы.
Выполнение пресса с элементами фиксации зажима относительно станины пресса - канавками в прижимных плитах и буртом на корпусе зажима для сопряжения с канавками в плитах -гарантированно предотвращает осевое смещение зажима с трубой при высадке. Это дает возможность применения гидроцилиндра для перемещения зажима с меньшим усилием, но достаточным для ввода оправки пуансона в полость трубы с меньшим внутренним диаметром, чем диаметр оправки, т.е. позволяет значительно уменьшить диаметр гидроцилиндра для перемещения зажима по сравнению с диаметром гидроцилиндра для перемещения пуансонов.
Таким образом, обеспечивается возможность выполнения наружной высадки без уменьшения внутреннего диаметра высаженного участка трубы.
Предлагаемая совокупность существенных признаков придает заявляемому прессу для высадки конца металлической трубы новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу.
Заявляемый пресс для высадки конца металлической трубы иллюстрируется чертежами, где на:
фиг. 1 - вид в разрезе по фронтальной вертикальной плоскости;
фиг. 2 - вид в разрезе по А-А на фиг. 1;
фиг. 3 - вид в разрезе по Б-Б на фиг. 1;
фиг. 4 - вид в разрезе по Б-Б на фиг. 1 после фиксации трубы в зажиме;
фиг. 5 - вид в разрезе по Б-Б на фиг. 1 после установки трубы зажимом в позицию высадки;
фиг. 6 - вид в разрезе по Б-Б на фиг. 1 после смыкания полуматриц в матрицу;
фиг. 7 - вид в разрезе по по Б-Б на фиг. 1 в состоянии окончания высадки;
фиг. 8 - вид в разрезе по фронтальной вертикальной плоскости с положением узлов перед вводом трубы для второй высадки.
Предложенный на фиг. 1 пресс для высадки конца металлической трубы состоит из станины 1, на которой смонтированы каретка 2 с гидроцилиндром 3 для ее вертикального перемещения, гидроцилиндр 4 для перемещения пуансонов, и зажим 5 для удержания трубы от проскальзывания при высадке. Зажим 5 установлен соосно с гидроцилиндром 4 на направляющих штангах 6 и 7 и имеет гидроцилиндры 8 для его перемещения. На каретке 2 закреплены направляющие гильзы 9 и 10, в которых размещены ползуны 11 и 12 с пуансонами 13 и 14, имеющие тонкие части - оправки 15 и 16. Ползуны 11 и 12 снабжены головками 17 и 18 для соединения со штоком гидроцилиндра 4 посредством рейки 19 с Т-образным пазом. В каретке 2 на направляющих штангах 20, 21 (фиг. 2) установлены параллельные прижимные плиты 22, 23, в которых выполнены гнезда для крепления сменных полуматриц 24 и 25, образующих матрицу для первой высадки, а также полуматриц 26 и 27, образующих матрицу для второй высадки. Для прижатия полуматриц пресс имеет два гидроцилиндра 28 и 29 с поршнями 30 и 31, максимальный ход которых составляет 5 мм. Штоки поршней 30 и 31 соединены клиньями 32 и 33 с плитами 22 и 23 посредством башмаков 34 и 35. Для перемещения клиньев 32 и 33 пресс оснащен гидроцилиндрами 36 и 37 (фиг. 3). Штоки поршней 30 и 31, клинья 32 и 33, башмаки 34 и 35, и плиты 22 и 23 соединены между собой посредством контакта поверхностей Т-образных пазов и Т-образных выступов.
Корпус зажима 5 имеет элементы фиксации его относительно станины в виде канавок 38 и 39 в прижимных плитах 22 и 23 и кольцевого бурта 40 на корпусе зажима 5.
Пресс на фиг. 1÷3 показан в исходном состоянии перед началом первой высадки, при котором производится подача трубы в полость между разведенными полуматрицами 24, 25 первой высадки. В этом положении оправка 15 пуансона 13 находится в полости между матрицами, а торец пуансона 13 - на входе в матрицу. Зажим 5 в исходном состоянии отведен от блока матриц.
Предлагаемый пресс для высадки конца металлической трубы работает следующим образом.
Цикл высадки начинается с подачи нагретого конца трубы 41 в полость между полуматрицами 24, 25 (фиг. 4). Подача трубы 41 осуществляется механизмом (на фиг. 4, 5 не показан) в осевом направлении, обеспечивающим точную установку ее торца в плоскости Р торца матриц.
В этом положении производится фиксация трубы 41 в зажиме 5, который обеспечивает удержание от проскальзывания при высадке. Затем зажим 5 по направляющим штангам 6 и 7 (фиг. 1) перемещается гидроцилиндром 8 на весь ход гидроцилиндра, обеспечивая вход в полость трубы оправки 15 пуансона 13 с преодолением возникающего при этом сопротивления. В конечном положении зажима 5 (фиг. 5) торец трубы не доходит 3÷5 мм до торца пуансона 13, при этом бурт 40 на корпусе зажима 5 располагается в одной плоскости с канавками 38 и 39 в прижимных плитах 22, 23.
Производится смыкание полуматриц 24 и 25, образующих матрицу, путем сведения прижимных плит 22 и 23 друг к другу воздействием на башмаки 34 и 35 гидроцилиндрами 36 и 37 через клинья 32 и 33 (фиг. 6).
При смыкании плит 22 и 23 осуществляется фиксация зажима 5 относительно плит 22, 23, а, следовательно, и станины 1 за счет входа буртов 40 в канавки 38 и 39. При полном соприкосновении полуматриц 24, 25 подается давление в поршневые полости гидроцилиндров 28, 29 для прижатия полуматриц с усилием, исключающим их расхождение при высадке. При этом клинья 32 и 33 удерживаются от выдавливания гидроцилиндрами 36, 37, а также силами трения. Затем подается давление в поршневую полость гидроцилиндра 4, который перемещает ползун 11 с пуансоном 13, деформируя нагретый конец трубы 41, металл которой заполняет свободную полость между матрицей, образованной полуматрицами 24, 25, и оправкой 15 пуансона 13. Труба 41 от выдавливания из образованной матрицы удерживается силами трения в зажиме 5. Поскольку усилие создаваемое гидроцилиндрами 8 меньше усилия выдавливания трубы 41 из матрицы, зажим 5, в свою очередь, для гарантированной фиксации трубы 41 удерживается от смещения за счет взаимодействия бурта 40 на корпусе зажима 5 с канавками 38 и 39 в плитах 22 и 23.
Положение деталей и узлов пресса в момент окончания деформации и вид деформированного конца трубы 41 показаны на фиг. 7.
По завершению деформации гидроцилиндр 4 переключается на обратный ход до крайнего положения поршня, обеспечивая частичное извлечение оправки 15 пуансона 13 из полости трубы. Затем производится разведение полуматриц 24, 25, что осуществляется снятием давления в гидроцилиндрах 28, 29 и отводом клиньев 32, 33 гидроцилиндрами 36, 37. При отводе клиньев 32 и 33 за счет взаимодействия поверхностей Т-образных пазов и Т-образных выступов на них, на башмаках 34 и 35 и на штоках цилиндров 28 и 29 прижимные плиты 22 и 23 возвращаются в исходное положение (фиг. 3). Далее гидроцилиндр 8 возвращает зажим 5 совместно с трубой 41 в исходное положение, в котором производится его открытие (фиг. 1, 3). После открытия зажима 5 труба выводится из полости пресса для подогрева подающим механизмом (на фиг. 6÷8 не показан).
Для выполнения второй высадки каретка 2 поднимается цилиндром 3 в верхнее положение (фиг. 8), при котором ось ползуна 12 с пуансоном 14 совпадает с осью гидроцилиндра 4.
Далее выполняется цикл второй высадки аналогично первой.
Таким образом, представленный гидравлический высадочный пресс обеспечивает высадку концов труб в два перехода без уменьшения внутреннего диаметра, имеет компактные габариты, а его гидравлическая система имеет малые потоки рабочей жидкости и низкое энергопотребление.
Особенностью заявляемого пресса для высадки конца металлической трубы является то, что зажим трубы выполнен с возможностью осевого смещения относительно станины гидроцилиндром, что позволяет осуществлять при необходимости подачу трубы после ее зажатия в зажиме с усилием, достаточным для преодоления сопротивления входу оправки пуансона в полость трубы, даже если диаметр оправки больше (на 1÷2 мм) внутреннего диаметра трубы.
Другая особенность заявляемого пресса - снабжение пресса элементами фиксации зажима относительно станины пресса -канавками в прижимных плитах и буртом на корпусе зажима для сопряжения с канавками в плитах. Это, во-первых, гарантированно предотвращает осевое смещение зажима с трубой при высадке, а, во-вторых, дает возможность применения гидроцилиндра для перемещения зажима с меньшим усилием, но достаточным для ввода оправки пуансона в полость трубы с меньшим внутренним диаметром, чем диаметр оправки, т.е. позволяет значительно уменьшить диаметр гидроцилиндра для перемещения зажима по сравнению с диаметром гидроцилиндра для перемещения пуансонов.
Последнее связано с тем, что усилие сопротивления вводу оправки пуансона в полость трубы в 5÷7 раз меньше усилия необходимого для высадки, и поэтому гидроцилиндр перемещения зажима имеет площадь поршня меньшую в 5÷7 раз площади поршня гидроцилиндра перемещения пуансонов. Гидроцилиндр перемещения зажима таких размеров не требует больших потоков жидкостей, и пресс будет иметь энергетические характеристики, отличающиеся от прототипа не существенно.
Заявляемый пресс может найти широкое применение в области обработки металлических изделий давлением, в частности, для высадки концов предварительно нагретых металлических труб для нефтяной и газовой промышленности. Например, заявляемый пресс для высадки конца металлической трубы апробирован в ООО «КТИАМ» (г. Челябинск) для высадки концов насосно-компресссорных труб по ГОСТ.