RU2016683C1

RU2016683C1 - Method and apparatus for bending pipes

Info

Publication number: RU2016683C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Медведев; Н.М. Ахметзянов; А.А. Гончаров
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: metal working. SUBSTANCE: pipes are bent by forcing pipe workpiece through curvilinear die by rotatable roller. Part of the pipe is offset away from the center of bending by moving end of the workpiece on the inner generating line of bending. Mathematical dependence for determining the value of offset is cited in full description of the invention. Apparatus for carrying out the method has pusher member, die, and rotatable roller. The die includes two half-dies with rectilinear and curvilinear passages. Shaped passage of the roller has holder to retain the workpiece on inner generating line of bending. Axis of curvilinear passage is offset relative to the axis of rectilinear passage. Roller is mounted so as to form an intermediate zone whose axis extends at an angle to axes of passages of the half-dies. EFFECT: enhanced efficiency of the method and apparatus. 1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности гибке трубных заготовок в штампах, и может быть использовано в различных областях промышленности для изготовления элементов трубопроводов. The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular bending pipe blanks in dies, and can be used in various industries for the manufacture of pipeline elements.

Известны способы и устройства для изготовления отводов проталкиванием трубных заготовок через криволинейную матрицу. Known methods and devices for the manufacture of bends by pushing tube blanks through a curved matrix.

Существующие способы гибки проталкиванием заготовок через криволинейный канал матрицы и устройства, предназначенные для их осуществления, имеют ограниченные технологические возможности и не обеспечивают гибку трубных элементов с радиусом гиба менее 1,5 D (D - диаметр заготовки) и относительной толщиной стенки

.Existing bending methods by pushing workpieces through a curved channel of the matrix and devices designed for their implementation have limited technological capabilities and do not provide bending of tube elements with a bending radius of less than 1.5 D (D is the diameter of the workpiece) and the relative wall thickness

.

Известен способ гибки труб проталкиванием через криволинейный канал матрицы трубной заготовки с эластичным наполнителем под давлением. A known method of bending pipes by pushing through a curved channel matrix of the tube stock with elastic filler under pressure.

Известное устройство для гибки труб, выполненное в качестве прототипа, содержит толкатель, криволинейную матрицу и поворотный ролик. На выходе матрицы установлена кольцевая фильера, имеющая не менее двух расположенных последовательно усеченных конусов, обращенных меньшими основаниями в сторону прямолинейного отвода матрицы. В криволинейном канале матрицы и полости, прилегающей к кольцевой фильере, размещают эластичный (полиуретановый) буж. The known device for bending pipes, made as a prototype, contains a pusher, a curved matrix and a rotary roller. An annular die is installed at the matrix output, which has at least two consecutively truncated cones facing with smaller bases toward a rectilinear matrix outlet. In the curved channel of the matrix and cavity adjacent to the annular die, an elastic (polyurethane) bougie is placed.

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают качественной гибки тонкостенных и особотонкостенных труб с углом гиба до 180^о. Это объясняется тем, что при проталкивании заготовка по внутренней образующей гиба испытывает более сложную схему нагружений и деформаций, чем по наружной образующей. По наружной образующей металл испытывает растягивающие деформации и утоняется. По внутренней образующей металл подвергается деформации сжатия, получает утолщение и перемещается в направлении, обратном движению толкателя. На участке от толкателя до зоны деформации заготовка находится в сжатом состоянии, перемещение "лишнего" металла в толщину или вдоль заготовки весьма затруднено, поэтому металл начинает перемещаться во внутрь заготовки, образуются гофры. При проталкивании в зону деформации заготовка, контактируя одновременно с рабочей поверхностью ролика и полуматрицы, изгибается. В результате изгиба сечение заготовки свализируется, наружные волокна, растягиваясь, приближаются к нейтральной оси, последняя смещается в сторону сжатых волокон, т.е. к центру гиба. Причем смещение нейтральной оси возрастает при уменьшении радиуса гиба и толщины стенки изгибаемой трубы.The disadvantage of this method and device is that they do not provide high-quality bending of thin-walled and especially thin-walled pipes with a bending angle of up to 180 ^about . This is due to the fact that when pushing the workpiece along the inner generatrix of the bend, it experiences a more complex loading and deformation pattern than on the outer generatrix. On the outer generatrix, the metal experiences tensile deformations and is thinned. Along the inner generatrix, the metal undergoes compression deformation, receives a thickening and moves in the direction opposite to the movement of the pusher. In the area from the pusher to the deformation zone, the workpiece is in a compressed state, it is very difficult to move the "excess" metal in thickness or along the workpiece, so the metal begins to move inside the workpiece, corrugations are formed. When pushing into the deformation zone, the workpiece, bending simultaneously with the working surface of the roller and the semi-matrix, bends. As a result of bending, the cross section of the preform collapses, the outer fibers, stretching, approach the neutral axis, the latter is shifted towards the compressed fibers, i.e. to the center of the bend. Moreover, the offset of the neutral axis increases with decreasing bending radius and wall thickness of the bent pipe.

Вообще по внутренней образующей процесс гибки можно разделить на следующие этапы. На I этапе заготовка по внутренней образующей гиба в районе точки В начинает отходить от рабочей поверхности матрицы и ее входной конец начинает постепенно сплющиваться (фиг.1). Участок заготовки между точками А и В представляет собой ствол с углом гиба примерно 30^о. На этапе II площадь контакта заготовки с матрицей растет, также нарастает усилие проталкивания вследствие увеличения трения торможения заготовки, а на внутренней образующей появляется "утяжка". В зоне деформации имеет место изгиб с осевым подпором от толкателя до тех пор, пока входной конец заготовки не достигнет точки С (фиг.2).In general, according to the internal generatrix, the bending process can be divided into the following stages. At stage I, the workpiece along the inner generatrix of the bend in the region of point B begins to move away from the working surface of the matrix and its input end begins to gradually flatten (Fig. 1). The section of the workpiece between points A and B is a barrel with a bending angle of about 30 ^about . At stage II, the contact area of the workpiece with the matrix increases, the pushing force also increases due to increased braking friction of the workpiece, and a “drag” appears on the inner generatrix. In the deformation zone there is a bend with axial support from the pusher until the input end of the workpiece reaches point C (figure 2).

На данном этапе усилие, складывающееся из усилия гибки заготовки и усилия преодоления сил трения, достигает максимума и уравновешивается за счет напряжений, возникающих в очаге деформации. На III этапе основное усилие деформирования воспринимает участок заготовки в районе сечения I-I. Здесь интенсивное перераспределение напряжений и деформаций. Если на этапах I и II входной конец заготовки имеет достаточную против гофрообразования жесткость благодаря своей ориентации относительно осевого сжимающего усилия Р, то на этапе III несущая способность заготовки преодолевается и начинается процесс гофрообразования по внутренней образующей (фиг.3). В сечении I-I имеют место следующие нагрузки: нагибающий момент Мизг и усилие осевого сжатия Р₁ (фиг.4). Под действием указанных нагрузок заготовка в сечении I-I теряет устойчивость. После того, как заготовка потеряла устойчивость, усилие гибки падает до некоторого значения и практически не изменяется до конца процесса проталкивания, а гофрообразование распространяется от сечения I-I в сторону толкателя практически на всю заготовку. Гибка заготовки заканчивается непосредственно за опасным сечением I-I и далее ее входной конец свободен от усилий и напряжений и продолжает движение под действием тех участков, которые последовательно проходят зону деформации. При малой жесткости поперечного сечения заготовки (тонкостенная заготовка) процесс гибки имеет крайне неустойчивый характер. В зоне гибки такая заготовка испытывает деформации, искажающие ее профиль и ведущие к браку изделия.At this stage, the force, consisting of the efforts of bending the workpiece and the efforts to overcome the friction forces, reaches a maximum and is balanced by the stresses arising in the deformation zone. At stage III, the bulk of the deformation is perceived by the preform section in section II. Here is an intense redistribution of stress and strain. If in stages I and II the input end of the preform has sufficient rigidity against corrugation due to its orientation with respect to the axial compressive force P, then in stage III the load-bearing capacity of the preform is overcome and the process of corrugation along the inner generatrix begins (Fig. 3). In section II, the following loads occur: bending moment Miesg and axial compression force P ₁ (Fig. 4). Under the action of these loads, the workpiece in section II loses stability. After the workpiece has lost stability, the bending force drops to a certain value and practically does not change until the end of the pushing process, and the corrugation extends from section II towards the pusher to practically the entire workpiece. The bending of the workpiece ends immediately after the dangerous section II and then its input end is free of forces and stresses and continues to move under the action of those sections that sequentially pass the deformation zone. With low stiffness of the cross section of the workpiece (thin-walled workpiece), the bending process is extremely unstable. In the bending zone, such a workpiece experiences deformations that distort its profile and lead to the rejection of the product.

Использование специальных поддерживающих устройств или внутренних наполнителей, как в прототипе, позволяет удержать профиль заготовки от потери устойчивости и незначительно расширить номенклатуру изгибаемых труб. Однако это значительно усложняет процесс так же, как и создание противодавления для предотвращения гофрообразования. Трудоемкость процесса возрастает и экономически он не эффективен. The use of special supporting devices or internal fillers, as in the prototype, allows you to keep the workpiece profile from stability loss and slightly expand the range of bent pipes. However, this greatly complicates the process, as well as the creation of back pressure to prevent corrugation. The complexity of the process increases and it is not economically efficient.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса и обеспечение качественной гибки труб, в том числе и особотонкостенных с углом гиба до 180^о.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the process and ensure high-quality bending of pipes, including especially thin-walled pipes with a bending angle of up to 180 ^about .

Это достигается тем, что в способе гибки труб проталкиванием трубной заготовки через криволинейную матрицу при вращении поворотного ролика, согласно изобретению часть заготовки перед зоной изгиба принудительно смещают в направлении от центра изгиба путем сдвига при фиксации конца заготовки по внутренней образующей гиба и заданной величине смещения. This is achieved by the fact that in the method of bending pipes by pushing the tube stock through a curved matrix during rotation of the rotary roller, according to the invention, a part of the blank before the bending zone is forcibly shifted away from the center of the bend by a shift when fixing the end of the blank along the inner bending generatrix and a predetermined offset value.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для гибки труб, содержащем толкатель, криволинейную матрицу с прямолинейным каналом и поворотным роликом, согласно изобретению ролик снабжен оправкой, расположенной в его профильном канале, и установлен со смещением относительно прямолинейного канала на величину, определяемую эксцентриситетом осей прямолинейного и криволинейного канала с образованием переходной зоны между каналами, в которой ось прямолинейного канала сопрягается под углом с осью криволинейного канала, а эксцентриситет, определяемый по формуле: ограничен нулевым значением, где
ε =

(1-K)
ε - эксцентриситет осей прямолинейного и криволинейного каналов матрицы, мм;
R - радиус гиба трубы, мм;
α - угол гиба трубы, рад;
S - толщина стенки заготовки, мм;
D - диаметр трубной заготовки, мм;
К - коэффициент, характеризующий устойчивость входного конца заготовки, выбирается в пределах 0,2-0,9 и определяется значением косинуса предельного угла, при котором заготовка не теряет устойчивость.The goal is also achieved by the fact that in the device for bending pipes containing a pusher, a curvilinear matrix with a straight channel and a rotary roller, according to the invention, the roller is equipped with a mandrel located in its profile channel, and is installed with an offset relative to the straight channel by an amount determined by the eccentricity of the axes rectilinear and curvilinear channel with the formation of the transition zone between the channels, in which the axis of the rectilinear channel is mated at an angle with the axis of the curvilinear channel, and ntrisitet defined by the formula: is limited to a zero value, wherein
ε =

(1-K)
ε is the eccentricity of the axes of the rectilinear and curvilinear channels of the matrix, mm;
R is the bending radius of the pipe, mm;
α is the bending angle of the pipe, rad;
S is the wall thickness of the workpiece, mm;
D is the diameter of the tube billet, mm;
K is a coefficient characterizing the stability of the input end of the workpiece, is selected in the range of 0.2-0.9 and is determined by the cosine of the limit angle at which the workpiece does not lose stability.

Способ иллюстрируется на фиг. 1-7. The method is illustrated in FIG. 1-7.

Оправка ролика, расположенная в его профильном канале, позволяет осуществлять фиксацию конца заготовки по внутренней образующей гиба. Качество и точность геометрических параметров отводов зависят от взаимодействия трубной заготовки в процессе гиба с рабочими органами штампа. Заготовка контактирует в основном по наружной образующей гиба, т.е. силы трения скольжения действуют на площади контакта заготовки с полуматрицей. The mandrel of the roller, located in its profile channel, allows you to fix the end of the workpiece on the inner generatrix of the bend. The quality and accuracy of the geometric parameters of the bends depend on the interaction of the tube stock during the bending process with the working bodies of the stamp. The workpiece contacts mainly along the outer generatrix of the bend, i.e. sliding friction forces act on the contact area of the workpiece with the semi-matrix.

По внутренней же образующей гиба трения скольжения не наблюдается, так как заготовка, контактируя с поворотным роликом, совершает вместе с ним круговое движение. Как отмечалось выше, заготовка при проталкивании в зону деформации получает изгиб, при котором ее сечение свализируется. т.е. заполнение гибочного профиля неполное (фиг.5). Поэтому обеспечение качественной гибки напрямую связано с обеспечением более полного заполнения криволинейного канала матрицы, что возможно при создании условий равновесия в зоне изгиба. As for the internal generatrix of the bending friction, sliding is not observed, since the workpiece, in contact with the rotary roller, makes a circular motion with it. As noted above, when the workpiece is pushed into the deformation zone, it receives a bend at which its cross section collapses. those. filling the bending profile is incomplete (figure 5). Therefore, ensuring high-quality bending is directly related to ensuring more complete filling of the curved channel of the matrix, which is possible when creating equilibrium conditions in the bending zone.

Такие условия можно создать, осуществив принудительное перераспределение металла. В этой связи принудительное смещение нейтрального слоя заготовки перед зоной изгиба в сторону полуматрицы исключает его естественное смещение непосредственно при изгибе, направленное к центру гиба, рис. 6. Such conditions can be created by forced redistribution of the metal. In this regard, the forced displacement of the neutral layer of the workpiece in front of the bending zone towards the half-matrix eliminates its natural displacement directly during bending, directed toward the center of the bend, Fig. 6.

Устройство для осуществления способа (фиг.7) состоит из толкателя 1, профильной матрицы 2 с прямолинейным 3 и криволинейным 4 каналами и поворотным роликом 5. Ролик установлен со смещением относительно прямолинейного канала на величину эксцентриситета ε, определяемого по формуле:
ε =

(1-K)
Ролик 5 размещен с образованием переходного участка 6 между каналами 3, 4 и снабжен оправкой с упором 7 в его профильном канале. Ось переходного участка 6 расположена под углом α к оси криволинейного канала 4, при этом на выходе из зоны участка 6 эксцентриситет ε = 0.The device for implementing the method (Fig.7) consists of a pusher 1, a profile matrix 2 with rectilinear 3 and curved 4 channels and a rotary roller 5. The roller is installed with an offset relative to the rectilinear channel by the amount of eccentricity ε, determined by the formula:
ε =

(1-K)
The roller 5 is placed with the formation of the transition section 6 between the

channels

3, 4 and is equipped with a mandrel with a stop 7 in its profile channel. The axis of the transition section 6 is located at an angle α to the axis of the curved channel 4, while the eccentricity ε = 0 at the exit from the zone of section 6.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Заготовка 8 - труба диаметром D = 45 мм с толщиной стенки S = 3 мм, размещенная в прямолинейном канале 3 матрицы 2, под действием толкателя 1 получает перемещение по каналу 3. В процессе перемещения заготовка 8 входит в контакт с роликом 5 в момент, когда конец заготовки со стороны внутренней образующей гиба фиксируется упором 7 оправки ролика 5. После этого при дальнейшем движении толкателя 1 заготовка 8 перемещается в зону переходного участка 6, где получает за счет эксцентриситета ε = 3 мм перемещение со сдвигом в сторону полуматрицы до тех пор, пока ε не станет равным нулю, т. е. до совмещения оси переходного участка с осью криволинейного канала 4. Billet 8 - a pipe with a diameter of D = 45 mm with a wall thickness of S = 3 mm, placed in the straight channel 3 of the matrix 2, under the action of the pusher 1 receives movement along the channel 3. In the process of moving the workpiece 8 comes into contact with the roller 5 at the moment when the end of the workpiece from the side of the inner generatrix of the bend is fixed by the stop 7 of the mandrel of the roller 5. After this, with further movement of the pusher 1, the workpiece 8 moves to the area of the transition section 6, where due to the eccentricity ε = 3 mm, it moves with a shift towards the half-matrix until ε will not be equal to zero, i.e., until the axis of the transition section coincides with the axis of the curved channel 4.

В канале 4 заготовка 8 получает изгиб на заданный угол и радиус α = 180^о, радиус гиба для заготовки диаметром 45 мм при

=0,666 составляет 60 мм.In the channel 4 receives the preform 8 by a predetermined angle bend and the radius α = ¹⁸⁰ °, bending radius of 45 mm diameter preform at

= 0.666 is 60 mm.

Практическое применение заявляемого технического решения не требует специального оборудования кроме гидравлического пресса простого действия, позволит организовать работу по гибке отводов в автоматическом режиме, с автоматизацией лишь загрузки и подачи заготовок в рабочую зону пресса, а также создать в конечном счете поточную линию с горизонтальной схемой штамповки. При использовании изобретения появляется возможность заменить трудоемкие способы изготовления отводов, такие как литье и штампосварной способ. The practical application of the proposed technical solution does not require special equipment other than a simple hydraulic press, it will allow organizing the work of bending bends in automatic mode, with automation of only loading and feeding workpieces into the working area of the press, and ultimately creating a production line with a horizontal stamping pattern. When using the invention, it becomes possible to replace the laborious methods of manufacturing bends, such as casting and stamping method.

Claims

1. A method of bending pipes by pushing the tube stock through a curved matrix by means of a rotary roller, characterized in that a part of the tube stock in front of the bending zone is shifted away from the center of the bend by a shift while fixing the end of the tube stock along the inner bending generatrix, the value of ε offset being chosen equal to
ε =

(1-K), mm ,,
where R is the bending radius of the pipe, mm;
α is the bending angle of the pipe, mm;
S is the wall thickness of the workpiece, mm;
D is the diameter of the tube billet, mm;
K is a coefficient characterizing the stability of the input end of the workpiece, is selected in the range of 0.2 - 0.9 and is determined by the value of the cosine of the limiting angle at which the workpiece does not lose stability.

2. A device for bending pipes, containing a pusher, a matrix consisting of two half-matrices with straight and curved channels, respectively, as well as a rotary roller with a profile channel, characterized in that it is equipped with a mandrel-limiter fixed in the profile channel of the roller, fixing the workpiece by of the inner bending generatrix, the axis of the curved channel is offset relative to the axis of the rectilinear channel of the corresponding semi-matrices in the direction from the center of the bend, and the roller is mounted with the formation together with lumatritsey having a rectilinear passage, the transition zone, which is located at an angle to the axis of axes jaws channels.