RU2030934C1

RU2030934C1 - Method and device for manufacturing large-diameter tubes and enclosures

Info

Publication number: RU2030934C1
Application number: SU5057113/02A
Authority: RU
Inventors: н Владимир Михайлович Дру; Владимир Михайлович Друян; Ua]; Елена Яковлевна Лезинская; Елена Яковлевна Лезинска; Эдуард Моисеевич Липовецкий; Григорий Израилевич Милов; Виктор Вольфович Перчаник
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "РКМ"
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: working of metal. SUBSTANCE: method involves deformation of hollow billet in die pass by means of driven rollers of rotating casing. Operating profile of die and roller shape are chosen such that counteraction to motion of deformed metal in the zones of contact is minimum. EFFECT: increased efficiency of method and high quality of tubes and enclosures. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству тонкостенных длинномерных труб и оболочек большого диаметра в холодном или теплом состоянии. The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular the production of thin-walled long pipes and shells of large diameter in a cold or warm state.

Известны способ и устройство для изготовления труб и оболочек большого диаметра, в которых деформацию труб из алюмомагниевых сплавов и малопластичных сталей диаметром до 3 м и длиной до 7 м осуществляют в холодном состоянии методом внутренней раскатки в неподвижном цилиндрическом контейнере рабочими роликами, установленными во вращающейся головке, за счет принудительной осевой подачи заготовки, а также во вращающемся цилиндрическом контейнере с заготовкой при принудительной осевой подаче неподвижной во вращении головки с роликами [1]. A known method and device for the manufacture of pipes and shells of large diameter, in which the deformation of pipes from aluminum-magnesium alloys and low-ductility steels with a diameter of up to 3 m and a length of up to 7 m is carried out in the cold state by the method of internal rolling in a stationary cylindrical container with working rollers installed in a rotating head, due to forced axial feeding of the workpiece, as well as in a rotating cylindrical container with the workpiece during forced axial feeding of a stationary head with rotation of the rollers [1].

Основным недостатком известных способа и устройства является относительно малая деформационная способность за счет течения металла только вдоль образующей трубы, подобно методу обратного прессования. Диаметр заготовки должен быть равен внутреннему диаметру цилиндрического контейнера, т.е. практически диаметру готового изделия, а толщина стенки обжимается за один проход на 60% без промежуточных отжигов за счет схемы всестороннего сжатия с высоким гидростатическим давлением. The main disadvantage of the known method and device is the relatively low deformation capacity due to the flow of metal only along the generatrix of the pipe, similar to the backpressure method. The diameter of the workpiece should be equal to the inner diameter of the cylindrical container, i.e. almost the diameter of the finished product, and the wall thickness is crimped in one pass by 60% without intermediate annealing due to the all-round compression scheme with high hydrostatic pressure.

Таким образом в известном способе и устройстве принудительного формоизменения не используется возможности свободного течения металла, где высокие в несколько раз деформации по стенке с увеличением диаметра достигаются последовательным набором малых частных деформаций в узкой контактной зоне. Thus, in the known method and apparatus of forced shaping, the free metal flow is not used, where several times high deformations along the wall with increasing diameter are achieved by a sequential set of small partial deformations in a narrow contact zone.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления труб круглого и фасонного сечения и стан для осуществления способа [2], сущность которого заключается в том, что толстостенную гильзу-заготовку обрабатывают в калибре, образованном профилирующей рабочей поверхностью неподвижной плиты и валками вращающейся обоймы, производя одновременное расширение и уменьшение толщины стенок по диаметру. The closest in technical essence to the invention is a method for manufacturing pipes of circular and shaped sections and a mill for implementing the method [2], the essence of which is that a thick-walled billet sleeve is processed in caliber formed by the profiling working surface of a fixed plate and rolls of a rotating cage, producing simultaneous expansion and reduction of wall thickness in diameter.

Недостатком этого способа является отсутствие связи между величиной деформации по стенке и получающимся при этом диаметре трубы, что может приводить либо к переполнению калибра неподвижной плиты с потерей устойчивости формы круга и образованием складок на обрабатываемом изделии, либо к нарушению контакта между трубой и калибром неподвижной плиты во внеконтактных зонах с появлением растягивающих напряжений в промежутках между валками вращающейся обоймы, что ограничивает марочный состав обрабатываемых сталей. The disadvantage of this method is the lack of a relationship between the strain on the wall and the resulting pipe diameter, which can either lead to overflow of the gauge of the fixed plate with loss of stability of the shape of the circle and the formation of wrinkles on the workpiece, or to disruption of contact between the pipe and the caliber of the fixed plate in non-contact areas with the appearance of tensile stresses in the spaces between the rolls of the rotating cage, which limits the grade composition of the steels being processed.

В известном способе отсутствуют решения по стабилизации размеров готового изделия, соответствующих нестационарным режимам заполнения и освобождения очага деформации, в связи с чем диаметры переднего и заднего концов трубы могут существенно отличаться от диаметра средней части, полученной в стационарном режиме формоизменения. Отсутствуют также новые решения по выбору размеров и взаимного расположения валков вращающейся обоймы, а также установки их осей относительно обрабатываемого изделия, что не позволяет оптимизировать энергозатраты и износостойкость технологического инструмента. In the known method there are no solutions for stabilizing the dimensions of the finished product corresponding to non-stationary modes of filling and releasing the deformation zone, and therefore the diameters of the front and rear ends of the pipe can significantly differ from the diameter of the middle part obtained in the stationary mode of forming. There are also no new solutions for the selection of sizes and relative positions of the rolls of the rotating cage, as well as the installation of their axes relative to the workpiece, which does not allow optimizing the energy consumption and wear resistance of the technological tool.

К недостаткам конструкции стана по реализации способа следует отнести непрерывное, во время всего процесса, действие подающих и удерживающих механизмов, и, что особенно усложняет технологию производства длинномерных труб, наличие переднего подающего и удерживающего от вращения трубу механизма при обработке заднего конца заготовки. Без создания рациональной схемы сжатия в калибре неподвижной плиты возможен срыв процесса при скольжении обрабатываемого металла или потеря формы удерживаемой от вращения готовой тонкостенной трубы. Отсутствие специальных средств поддержки обрабатывающих валков вызывает увеличение размеров их опорных узлов, что в свою очередь ограничивает сортамент применяемых заготовок в области малых размеров. The disadvantages of the design of the mill for the implementation of the method include the continuous, during the whole process, the action of the feeding and holding mechanisms, and that especially complicates the production technology of long pipes, the presence of the front feeding and holding the pipe from rotation mechanism when processing the rear end of the workpiece. Without creating a rational compression scheme in the gauge of a fixed plate, the process can be disrupted when the processed metal is sliding or the shape of the finished thin-walled pipe kept from rotation is lost. The lack of special tools to support the processing rolls causes an increase in the size of their support nodes, which in turn limits the assortment of used workpieces in the field of small sizes.

Задачей изобретения является получение высококачественных длинномерных тонкостенных труб и оболочек большого диаметра из малопластичных сталей и сплавов в холодном или теплом состоянии путем гарантированного обеспечения схемы всестороннего сжатия во всем объеме деформированного металла за счет регламентированной принципом наименьшего сопротивления связи между деформациями в направлении свободных зон формоизменения при принятом режиме частных деформаций по толщине стенки. The objective of the invention is to obtain high-quality long thin-walled pipes and shells of large diameter from low-ductility steels and alloys in a cold or warm state by guaranteeing a comprehensive compression scheme in the entire volume of the deformed metal due to the principle of least bond resistance between deformations in the direction of free forming zones in the adopted mode partial deformations along the wall thickness.

Задачей также является создание устойчивого процесса формоизменения при стабильной подаче заготовки без переполнения калибра и потери устойчивости профиля или нарушения сплошности деформируемого объема металла в стационарном и нестационарном режимах заполнения и освобождения очага деформации, обеспечение при этом высокой точности по диаметру и толщине стенки по всей длине и периметру готовой трубы. The objective is also to create a stable process of forming with stable feeding of the workpiece without overflowing the gauge and loss of profile stability or breaking the continuity of the deformable metal volume in the stationary and non-stationary modes of filling and releasing the deformation zone, while ensuring high accuracy in diameter and wall thickness along the entire length and perimeter finished pipe.

Задачей также является обеспечение необходимого режима частных деформаций, а также условий свободного формоизменения в контактной зоне с минимальными энергозатратами и относительным скольжением за счет рационального взаимного расположения и необходимой установки осей раскатного технологического инструмента. The task is also to provide the necessary regime of partial deformations, as well as the conditions of free form change in the contact zone with minimal energy consumption and relative slip due to the rational relative position and the necessary installation of the axes of the rolling technological tool.

Задачей также является создание компактного прокатного оборудования с высокой надежностью, обеспечивающего все технологические режимы формоизменения при относительной простоте изготовления, сборки, настройки и эксплуатации. The task is also to create a compact rolling equipment with high reliability, providing all technological modes of forming with the relative simplicity of manufacture, assembly, configuration and operation.

Это решается тем, что в способе изготовления труб и оболочек большого диаметра, в котором производят деформацию полой заготовки в калибре матрицы с помощью неприводных роликов вращающейся обоймы, рабочий профиль матрицы и конфигурацию роликов выбирают из условия обеспечения наименьшего сопротивления относительному перемещению деформируемого объема в контактных зонах при принятом режиме частных деформаций. При этом раскатку производят с изменением размеров калибра в нестационарных режимах заполнения и освобождения очага деформации, и без изменения калибра - в стационарном режиме. This is solved by the fact that in the method of manufacturing pipes and shells of large diameter, in which the hollow workpiece is deformed in the matrix gauge using non-driven rollers of a rotating cage, the working profile of the matrix and the configuration of the rollers are selected from the condition of providing the least resistance to the relative movement of the deformable volume in the contact zones at accepted mode of private deformation. In this case, rolling is carried out with a change in the size of the caliber in non-stationary modes of filling and releasing the deformation zone, and without changing the caliber in the stationary mode.

Задачи решаются также тем, что изменение калибра в нестационарных режимах заполнения и освобождения очага деформации осуществляют путем соответственно уменьшения и увеличения прокатной щели за счет относительного перемещения сепаратора с роликами и матрицы под нагрузкой с обеспечением расчетных размеров калибра в стационарном режиме, а размеры прокатной щели выбирают из условия наименьшего сопротивления относительному перемещению неполного деформируемого объема металла в контактной зоне переменной длины при неизменной конфигурации матрицы. The problems are also solved by the fact that the caliber is changed in non-stationary modes of filling and releasing the deformation zone by respectively reducing and increasing the rolling gap due to the relative movement of the separator with rollers and the matrix under load, while ensuring the calculated caliber dimensions in the stationary mode, and the sizes of the rolling gap are selected from conditions of least resistance to relative displacement of an incomplete deformable metal volume in a contact zone of variable length with a constant configuration tion matrix.

Задачи решаются также тем, что раскатные ролики устанавливают по периметру друг от друга на расстоянии, не превышающем 3-х - 6-ти кратной длины зоны внеконтактной сдвиговой деформации, а ось вращения раскатного ролика располагают относительно оси вращения опорного конуса таким образом, что они пересекаются в зоне, близкой к точке пересечения общей образующей ролика и опорного конуса с осью прокатки. The problems are also solved by the fact that the rolling rollers are installed along the perimeter at a distance not exceeding 3 to 6 times the length of the zone of non-contact shear deformation, and the axis of rotation of the rolling roller is positioned relative to the axis of rotation of the support cone so that they intersect in the zone close to the intersection of the common generatrix of the roller and the support cone with the axis of rolling.

Кроме того, необходимую величину частных деформаций по стенке обеспечивают установкой неприводных роликов на соответствующий угол подачи, а наружный диаметр деформируемого объема металла в каждом поперечном сечении принимают на величину 0,1-0,5% больше диаметра калибра матрицы в том же сечении. In addition, the required amount of partial deformations along the wall is provided by installing non-driven rollers at the appropriate feed angle, and the outer diameter of the deformable metal volume in each cross section is taken to be 0.1-0.5% larger than the diameter of the matrix gauge in the same section.

В устройстве для производства труб и оболочек большого диаметра, содержащем матрицу, расположенный соосно внутри нее сепаратор с раскатными роликами и приводной вал с силовым приводом, рабочий профиль матрицы и конфигурация поверхности раскатных роликов выполнены криволинейными, исходя из условия обеспечения наименьшего сопротивления относительному перемещению деформируемого металла в контактных зонах при заданном режиме частных деформаций. При этом рабочая поверхность раскатного ролика находится в контакте со вновь введенным опорным конусом, установленным соосно с сепаратором, а сепаратор выполнен состоящим из двух ведущих узлов, расположенных на общем шлицевом валу. In a device for the production of pipes and shells of large diameter, containing a matrix, a separator with rolling rollers located coaxially inside it and a drive shaft with a power drive, the working profile of the matrix and the surface configuration of the rolling rollers are made curved, based on the condition of providing the least resistance to relative movement of the deformable metal in contact zones for a given regime of partial deformations. In this case, the working surface of the rolling roller is in contact with the newly introduced support cone, mounted coaxially with the separator, and the separator is made up of two drive units located on a common splined shaft.

Задачи решаются также тем, что в месте крепления приводного вала установлен клиновой механизм, изменяющий положение сепаратора с роликами относительно матрицы под нагрузкой, а одна из опор раскатного ролика выполнена регулируемой в осевом направлении. The tasks are also solved by the fact that a wedge mechanism is installed in the place of mounting of the drive shaft, which changes the position of the separator with rollers relative to the matrix under load, and one of the supports of the rolling roller is made adjustable in the axial direction.

Сущность предлагаемого изобретения базируется на том, что при свободном течении металла в контактной зоне принятый режим частных высотных деформаций определяет соотношение продольного и поперечного формоизменения в соответствии с принципом наименьшего сопротивления для каждого элементарного объема металла. При этом в мгновенном очаге деформации за счет уменьшения стенок происходит увеличение периметра и образующей заготовки в зависимости от местоположения элементарного объема в контактной зоне. Например, в середине контактной зоны вследствие большого сопротивления от сил трения увеличения образующей элемента незначительно и почти вся высотная деформация переходит в увеличение периметра, а в начале и конце контактной зоны картина обратная - идет интенсивное увеличение образующей при малом изменении периметра. Таким образом режим частных высотных деформаций элементарного объема по мере прохождения им контактной зоны определяет накопленную по указанному принципу величину периметра заготовки и нарастающую длину образующей. The essence of the invention is based on the fact that with the free flow of metal in the contact zone, the adopted regime of partial high-altitude deformations determines the ratio of longitudinal and transverse shaping in accordance with the principle of least resistance for each elementary volume of metal. At the same time, in the instantaneous deformation zone, due to the decrease in the walls, the perimeter and the forming blank increase, depending on the location of the elementary volume in the contact zone. For example, in the middle of the contact zone, due to the great resistance from the friction forces, the increase in the generatrix of the element is insignificant and almost all of the vertical deformation transforms into an increase in the perimeter, and at the beginning and at the end of the contact zone the picture is opposite - an intensive increase in the generatrix with a small change in the perimeter. Thus, the regime of partial altitudinal deformations of the elementary volume as it passes through the contact zone determines the value of the perimeter of the workpiece and the growing length of the generatrix accumulated by the indicated principle.

В контактной зоне элементарный объем деформируется по схеме всестороннего сжатия, а при переходе в следующую контактную зону напряженное состояние его определяется профилем неподвижной матрицы, если периметр профиля больше периметра деформируемой заготовки, то контакт материала с матрицей отсутствует и появляются растягивающие тангенциальные напряжения. Если периметр матрицы меньше периметра заготовки, то за счет силового контакта с матрицей обеспечиваются, во-первых, условия всестороннего сжатия элементарного объема, а во-вторых, благоприятное силовое поле для осевого перемещения материала в зоне формоизменения. В последнем случае во избежание неконтролируемого нарушения формы (образование складчатости между контактными зонами) превышение периметра заготовки над периметром матрицы также должно регламентироваться. In the contact zone, the elementary volume is deformed according to the all-round compression scheme, and when moving to the next contact zone, its stress state is determined by the profile of the fixed matrix, if the perimeter of the profile is larger than the perimeter of the workpiece to be deformed, then there is no contact of the material with the matrix and tensile tangential stresses appear. If the perimeter of the matrix is less than the perimeter of the workpiece, then due to force contact with the matrix, firstly, conditions of comprehensive compression of the elementary volume are ensured, and secondly, a favorable force field for axial movement of the material in the forming zone. In the latter case, in order to avoid uncontrolled shape distortion (the formation of folding between the contact zones), the excess of the workpiece perimeter over the matrix perimeter should also be regulated.

Таким образом достигается высокая суммарная деформация стенки трубчатой заготовки с помощью большого количества малых частных деформаций каждого элемента без существенного увеличения длины и значительного при этом увеличения диаметра. Режим частных деформаций обеспечивается профилем матрицы, соответствующим принципу наименьшего сопротивления при свободном течении металла в контактной зоне, и непрерывной подачей материала в зону формоизменения за счет фрикционного взаимодействия с раскатным инструментом (ролики, расположенные под углом подачи) при благоприятном силовом взаимодействии в полуконтактных зонах с опорным инструментом (матрицей). При этом создается схема всестороннего сжатия каждого обрабатываемого элемента в контактных и полуконтактных зонах за счет того, что диаметр трубы не меньше диаметра матрицы в каждом поперечном сечении зоны обработки. С целью предотвращения потери формы в полуконтактных зонах и исключения проскальзывания металла за счет деформации раскатным инструментом превышение диаметра трубы над диаметром матрицы в каждом сечении зоны обработки не должно превышать 0,1-0,5%. Thus, a high total deformation of the wall of the tubular billet is achieved with the help of a large number of small private deformations of each element without a significant increase in length and a significant increase in diameter. The mode of partial deformations is ensured by the profile of the matrix, which corresponds to the principle of least resistance with the free flow of metal in the contact zone, and by the continuous supply of material to the shape changing zone due to frictional interaction with the rolling tool (rollers located at an angle of feed) with favorable force interaction in the semi-contact zones with support tool (matrix). In this case, a scheme is created for the comprehensive compression of each processed element in the contact and semi-contact zones due to the fact that the pipe diameter is not less than the diameter of the matrix in each cross section of the processing zone. In order to prevent loss of shape in the semi-contact zones and to prevent metal slippage due to deformation by the rolling tool, the excess of the pipe diameter over the diameter of the matrix in each section of the processing zone should not exceed 0.1-0.5%.

Важными элементами предлагаемого способа является регламентация нестационарных режимов заполнения и освобождения очага деформации, в которых ширина контактной зоны переменна и при неизменной в каждом сечении величине высотной деформации меняется соотношение между продольной и поперечной деформациями также в соответствии с принципом наименьшего сопротивления. При этом изменяется величина накопленной деформации по периметру и при неизменном профиле матрицы возможно появление растягивающих напряжений во внеконтактных зонах, приводящее к разрушению малопластичных материалов, либо неконтролируемое переполнение размеров калибра с потерей формы в полуконтактных зонах, вызывающее появление складок в очаге деформации, поломку рабочего инструмента или остановку процесса раскатки. Important elements of the proposed method is the regulation of non-stationary modes of filling and releasing the deformation zone, in which the width of the contact zone is variable and the height deformation is constant in each section, the ratio between longitudinal and transverse deformations also changes in accordance with the principle of least resistance. In this case, the magnitude of the accumulated deformation along the perimeter changes and, with a constant profile of the matrix, tensile stresses can appear in non-contact zones, leading to the destruction of low-plastic materials, or uncontrolled overflow of gauge sizes with loss of shape in semi-contact zones, causing wrinkles in the deformation zone, breakage of the working tool or stopping the rolling process.

Даже если нестационарные режимы не приводят к указанным недостаткам процессов заполнения и освобождения очага деформации, размеры готового изделия (передний и задний концы труб и оболочек) будут отличаться от размеров средней части, полученной в стационарном режиме заполненного очага формоизменения. В связи с этим предлагается вести раскатку с изменением размеров калибра в нестационарных режимах заполнения и освобождения очага деформации путем увеличения или уменьшения прокатной щели, изменяя режим частных высотных деформаций в соответствии с принципом наименьшего сопротивления относительному перемешению неполного деформируемого объема металла в контактной зоне переменной длины при неизменной конфигурации профиля матрицы и оставляя постоянным размер прокатной щели в стационарном режиме. Even if non-stationary modes do not lead to the indicated drawbacks of the processes of filling and releasing the deformation zone, the dimensions of the finished product (front and rear ends of pipes and shells) will differ from the sizes of the middle part obtained in the stationary mode of the filled deformation zone. In this regard, it is proposed to roll with a change in gauge size in non-stationary modes of filling and releasing a deformation zone by increasing or decreasing the rolling gap, changing the mode of partial height deformations in accordance with the principle of least resistance to relative mixing of an incomplete deformable metal volume in a contact zone of variable length with a constant configurations of the matrix profile and leaving the rolling gap size constant in a stationary mode.

Неравномерность распределения продольных и поперечных деформаций в контактной зоне, обусловленная принципом наименьшего сопротивления, вызывает дополнительные напряжения и сдвиговые деформации во внеконтактных зонах, компенсирующие эту неравномерность по мере перехода деформируемого материала в жесткое состояние. Протяженность зон внеконтактной сдвиговой деформации, не изменяющей формы пластической компоненты взаимодействия, составляет 1,5-2,5 длины контактной зоны на входе и на выходе в очаг деформации. Поэтому принятая в способе регламентация установки раскатных роликов по периметру не позволяет металлу в полуконтактных зонах перейти в жесткое состояние, что снижает дополнительные энергозатраты при раскатке. The uneven distribution of longitudinal and transverse deformations in the contact zone, due to the principle of least resistance, causes additional stresses and shear deformations in non-contact zones, compensating for this unevenness as the deformable material goes into a rigid state. The length of the zones of non-contact shear deformation, which does not change the shape of the plastic component of the interaction, is 1.5-2.5 of the length of the contact zone at the entrance and exit to the deformation zone. Therefore, adopted in the method of regulation of the installation of the rolled rollers around the perimeter does not allow the metal in the contact areas to go into a hard state, which reduces additional energy consumption during rolling.

Те же задачи снижения энергозатрат и повышения стойкости технологического инструмента за счет уменьшения относительного проскальзывания решает метод установки оси вращения раскатного ролика, рабочий профиль которого определен конфигурацией калибра матрицы и принятым режимом частных деформаций по стенке. Этот же рабочий профиль ролика и положение оси его вращения определяет профиль опорного конуса, причем оси ролика и конуса не пересекаются, а перекрещиваются вследствие разворота оси ролика на угол подачи. Общая образующая ролика и конуса криволинейна и также перекрещивается с осью прокатки. Тем не менее максимальное сближение зон перекрещивания осей и условно спрямленной общей образующей на оси прокатки обеспечивает минимум проскальзывания фрикционной пары ролик-опорный конус во взаимном вращении. The same task of reducing energy consumption and increasing the durability of the technological tool by reducing the relative slippage is solved by the method of setting the axis of rotation of the rolling roller, the working profile of which is determined by the configuration of the matrix gauge and the adopted regime of partial deformations along the wall. The same working profile of the roller and the position of the axis of its rotation determines the profile of the support cone, and the axis of the roller and cone do not intersect, but intersect due to the rotation of the axis of the roller at the feed angle. The common generatrix of the roller and cone is curved and also intersects with the rolling axis. Nevertheless, the maximum convergence of the zones of intersection of the axes and the conditionally rectified common generatrix on the rolling axis provides a minimum of slipping of the friction pair of the roller-bearing cone in mutual rotation.

Устройство для реализации способа обеспечивает необходимые технологические операции процесса формоизменения. Главными рабочими элементами устройства являются матрица, профиль которой обеспечивает наименьшее сопротивление относительному перемещению металла в контактных зонах при заданном режиме частных деформаций, сепаратор с холостыми роликами малого диаметра на ведущих подшипниковых опорах и приводной вал, обеспечивающий вращение сепаратора. A device for implementing the method provides the necessary technological operations of the forming process. The main working elements of the device are a matrix, the profile of which provides the least resistance to the relative movement of the metal in the contact zones at a given regime of partial deformations, a separator with idle small diameter rollers on the leading bearing bearings and a drive shaft that ensures the rotation of the separator.

Для компенсации нормальных усилий раскатки в устройство введен опорный конус, свободно вращающийся на оси сепаратора. Нестационарные режимы заполнения и освобождения очага деформации обеспечиваются клиновым механизмом в месте крепления приводного вала. Для удобства сборки и настройки сепаратор выполнен составным, опорные узлы его расположены на общем шлицевом валу. Одна из опор ролика выполнена регулируемой в осевом направлении для обеспечения беззазорной работы подшипниковых узлов. To compensate for the normal rolling forces, a support cone is introduced into the device and rotates freely on the axis of the separator. Non-stationary modes of filling and releasing the deformation zone are provided by a wedge mechanism at the attachment point of the drive shaft. For ease of assembly and adjustment, the separator is made integral, its support nodes are located on a common spline shaft. One of the bearings of the roller is made adjustable in the axial direction to ensure clearance-free operation of the bearing assemblies.

На фиг.1-3 изображен пример конкретного исполнения способа; на фиг.4 и 5 - схема расположения главных рабочих элементов устройства для его реализации. Figure 1-3 shows an example of a specific implementation of the method; figure 4 and 5 is a layout of the main working elements of the device for its implementation.

На фиг.1 показано продольное сечение очага деформации заготовки диаметром D_o с толщиной стенки h_o в трубу диаметром D₁ с толщиной стенки h₁. К схеме привязаны две системы координат - основная XYZ, оси которой совпадают с главными осями изделия, а начало - с плоскостью, в которой начинается формоизменение, и расчетная xyz, оси которой близки по направлению к главным осям свободной деформации, а начало в точке раздела однонаправленного относительного перемещения металла в контактной зоне. Обе системы координат неподвижны и связаны между собой известными геометрическими соотношениями в соответствии с принятыми обозначениями.Figure 1 shows a longitudinal section of the deformation zone of the workpiece with a diameter of D _o with a wall thickness of h _o into a pipe with a diameter of D ₁ with a wall thickness of h ₁ . Two coordinate systems are attached to the diagram - the main XYZ, the axes of which coincide with the main axes of the product, and the beginning - with the plane in which the forming begins, and the calculated xyz, the axes of which are close in direction to the main axes of free deformation, and the beginning at the interface is unidirectional relative movement of metal in the contact zone. Both coordinate systems are motionless and interconnected by known geometric relationships in accordance with the accepted notation.

Перемещается в направлении ОХ деформируемый металл (стрелка V) на величину S_x за полный оборот роликовой системы вокруг точки x. Ось ОХ ориентирована в направлении ширины контакта металла с роликом углом β относительно оси ОХ, а точка 0, разделяющая зоны однонаправленного относительного перемещения металла, расположена примерно на половине ширины контакта 2b. Пунктиром показано распределение частных высотных деформаций Δh_x по ширине раскатываемой полосы.The deformable metal (arrow V) moves in the OX direction by the value of S _x for the full revolution of the roller system around the point x. The OX axis is oriented in the direction of the width of the contact of the metal with the roller by an angle β relative to the OX axis, and the point 0, dividing the zones of unidirectional relative movement of the metal, is located approximately half the width of the contact 2b. The dotted line shows the distribution of partial height deformations Δh _x along the width of the rolled strip.

На фиг.2 приведено поперечное сечение очага деформации на расстоянии Х от начала координат системы XYZ, в котором раскатные ролики показаны условно. Обозначены объемы высотной деформации Δh_x по стенке (участок тирк) и зоны контакта с роликом (дуга тк) и матрицей (дуга пр), а также полуконтактная зона (дуга Ph₁) взаимодействия металла с матрицей в межроликовом пространстве.Figure 2 shows the cross section of the deformation zone at a distance X from the origin of the XYZ system, in which the rolling rollers are shown conditionally. The volumes of the vertical deformation Δh _x along the wall (the section of the pipe) and the contact zone with the roller (arc mk) and the matrix (arc pr), as well as the half-contact zone (arc Ph ₁ ) of the interaction of the metal with the matrix in the interwell space are indicated.

К центру вращения ролика радиусом ρ_x приложено усилием М, обеспечивающее движение роликовой обоймы вокруг оси ОХ по стрелке W и вращение его с угловой скоростью ω вокруг собственной оси, обеспечивающее раскатку объема ТИРК в матрице. В нейтральном сечении дуги контакта ТК приблизительно посередине, расположена точка x расчетной системы координат и ось XZ ориентирована углом α относительно оси XZ главной системы координат.A force M is applied to the center of rotation of the roller with a radius ρ _x , which ensures the movement of the roller cage around the OX axis along the arrow W and its rotation with an angular velocity ω about its own axis, which ensures rolling of the TIRK volume in the matrix. In the neutral section of the contact arc of the TC, approximately in the middle, there is a point x of the calculated coordinate system and the XZ axis is oriented by an angle α relative to the XZ axis of the main coordinate system.

На фиг.3 показана контактная зона металла с роликом в расчетной системе координат XYZ, ограниченная линиями контакта ТТ в начале и КК в конце процесса деформации по стенке. Ось координат ОХ и OY разделяют площадь контакта на четыре зоны, где стрелками I, II, III и IV показано направление относительного перемещения в результате взаимодействия металла с роликом. На расстоянии х от начала расчетной системы координат показана элементарная площадка с размерами Δх и Δу, которая после деформации на величину Δh_x изменяет свои размеры на d_x и d_yсоответственно.Figure 3 shows the contact zone of the metal with the roller in the calculation coordinate system XYZ, limited by the contact lines of the CT at the beginning and CC at the end of the wall deformation process. The coordinate axis OX and OY divide the contact area into four zones, where arrows I, II, III, and IV show the direction of relative displacement as a result of the interaction of the metal with the roller. At a distance x from the beginning of the calculated coordinate system, an elementary area with dimensions Δx and Δy is shown, which after deformation by the value Δh _x changes its dimensions by d _x and d _y, respectively.

Конкретное выполнение предлагаемого способа включает прежде всего выбор режима частных деформаций f(Δh _x) и фиксированной длины контактной зоны в стационарном режиме, обеспечивающем последовательное обжатие стенки заготовки h_o до величины стенки готовой трубы h₁ таким образом, что

f(Δh_x)d_x = h_o-h₁.A specific implementation of the proposed method includes, first of all, the choice of the partial deformation mode f (Δh _x ) and the fixed length of the contact zone in the stationary mode, which ensures consistent compression of the billet wall h _o to the size of the finished pipe wall h ₁ so that

f (Δh _x ) d _x = h _o -h ₁ .

Далее производится приближенное определение границ контактной зоны (в частности, длины дуги контакта 2l) и границы раздела относительного перемещения металла. Это дает возможность с учетом распределения продольных d_y и поперечных d_x деформаций в соответствии с принципом наименьшего сопротивления определить накопленный периметр раскатки в расчетной системе координат в зависимости от изменения коэффициента вытяжки элементарного объема в любом х-вом сечении по ширине очага деформации.Next, an approximate determination is made of the boundaries of the contact zone (in particular, the length of the contact arc 2l) and the interface of the relative displacement of the metal. This makes it possible, taking into account the distribution of longitudinal d _y and transverse d _x deformations, in accordance with the principle of least resistance, to determine the accumulated rolling perimeter in the calculated coordinate system depending on the change in the elongation coefficient of the elementary volume in any xth section along the width of the deformation zone.

Один из методов приближенной формализации принципа наименьшего сопротивления позволил связать относительное удлинение элемента (частного коэффициента вытяжки) λ_x= 1 +

с местоположением его в контактной зоне:
λ_x =

, где b и l - параметры (ширина и длина) контактной зоны однонаправленного относительного скольжения металла;
Δh и h_x - абсолютная деформация и высота полосы в рассматриваемом сечении.One of the methods of approximate formalization of the principle of least resistance made it possible to relate the relative elongation of the element (partial drawing coefficient) λ _x = 1 +

with its location in the contact zone:
λ _x =

where b and l are the parameters (width and length) of the contact zone of the unidirectional relative slip of the metal;
Δh and h _x - absolute deformation and strip height in the considered section.

В таком случае накопленный в результате многократных деформаций элемента периметр определяется соотношением:
П_x=П_o

λ_xd_x, где П_о - периметр в начале расчетной системы координат.In this case, the perimeter accumulated as a result of repeated deformations of the element is determined by the ratio:
P _x = P _o

λ _x d _x , where П _о is the perimeter at the beginning of the calculated coordinate system.

Далее производится построение профиля матрицы и очага деформации с учетом изменения системы координат, разработка конструктивных элементов раскатки и параметров установки роликов, обеспечивающих принятый режим деформации. Затем выполняется коррекция геометрических элементов контактной зоны с учетом создания схемы сжатия в полуконтактных зонах и уточняющий расчет распределения деформаций по свободным направлениям. Next, the matrix profile and the deformation zone are constructed taking into account changes in the coordinate system, the development of the rolling structural elements and the installation parameters of the rollers ensuring the adopted deformation mode are made. Then, the geometric elements of the contact zone are corrected taking into account the creation of a compression scheme in the semi-contact zones and a refinement calculation of the distribution of deformations in free directions.

Все эти этапы в сочетании с силовым расчетом взаимодействия металла с инструментом в стационарном режиме формоизменения позволяют построить рабочий профиль матрицы и раскатных роликов как это показано на фиг.4, где 1 - заготовка, 2 - готовая труба, 3 - матрица, 4 - раскатный ролик, 5 - опорный конус, 6 - сепаратор, 7 - приводной вал, 8 - другое возможное расположение приводного вала. All these stages, combined with the force calculation of the interaction of the metal with the tool in a stationary mode of change, allow you to build a working profile of the matrix and the rolling rollers as shown in figure 4, where 1 is the workpiece, 2 is the finished pipe, 3 is the matrix, 4 is the rolling roller 5 - support cone, 6 - separator, 7 - drive shaft, 8 - another possible location of the drive shaft.

Стрелкой М показано направление вращения приводного вала для передачи момента в очаг формоизменения. В нестационарных режимах заполнения и освобождения очага деформации размеры прокатной щели находят обратным методом - заданным является размер калибра матрицы, т.е. величина периметра П_х в любой точке переменной длины контактной зоны. На участке, заполненном металлом, определяются значения λ_x = f_n(П_х) для соответствующих параметров контактной зоны b_x и l_x1, зависящих от степени заполнения или освобождения всего очага деформации, определяется режим частных деформаций

и соответственно размеры прокатной щели.The arrow M shows the direction of rotation of the drive shaft for transmitting torque to the center of shape change. In non-stationary modes of filling and releasing the deformation zone, the dimensions of the rolling gap are found by the inverse method - the size of the matrix gauge is specified, i.e. the perimeter value P _x at any point of a variable length of the contact zone. In the area filled with metal, the values λ _x = f _n (П _х ) are determined for the corresponding parameters of the contact zone b _x and l _x1 , depending on the degree of filling or release of the entire deformation zone, the mode of partial deformations is determined

and, accordingly, the dimensions of the rolling gap.

Последовательный расчет -

для О ≅ В_х ≅ В определяет режим изменения прокатной щели при заполнении и освобождении очага деформации, обеспечивающий также условие формоизменения, как и в стационарном режиме, т.е. соблюдение закона наименьшего сопротивления при создании схемы всестороннего сжатия в контактных и полуконтактных зонах.Sequential Settlement -

for О ≅ В _х ≅ В determines the mode of change of the rolling gap when filling and releasing the deformation zone, which also provides the condition of form change, as in the stationary mode, i.e. compliance with the law of least resistance when creating a comprehensive compression scheme in contact and semi-contact zones.

Изобретение регламентирует параметры установки раскатных роликов по периметру и положение их осей в пространстве, что в сочетании с особенностями конструкции опорных узлов на сепараторе определяет размеры и конфигурацию профиля роликов для построенного в соответствии с принципом наименьшего сопротивления профиля матрицы. The invention regulates the installation parameters of the rolled rollers around the perimeter and the position of their axes in space, which, in combination with the design features of the support nodes on the separator, determines the dimensions and configuration of the roller profile for the matrix profile constructed in accordance with the principle of least resistance.

На фиг. 2 протяженность полуконтактной зоны km₁, не должна быть больше 3-х - 5-ти длин ТК контактной зоны, величина которой в свою очередь определяется количеством раскатных роликов и разворотом их на угол подачи в плоскости XOY (фиг. 1), т. е. заданным режимом частных высотных деформаций и радиусом ролика R_x.In FIG. 2 the length of the semi-contact zone km ₁ should not be more than 3 to 5 lengths of the contact zone TC, the value of which in turn is determined by the number of roll rollers and their rotation by the feed angle in the XOY plane (Fig. 1), i.e. . a given mode of partial altitudinal deformations and a radius of the roller R _x .

Установка угла раскатки в плоскости ZOX (фиг.1) определяется положением системы координат, характеризуемой углом β между осями ох и ОХ. Поскольку ось ох совпадает с положением усредненной образующей ролика, то точка пересечения ее с осью ОХ определяет центр зоны, вблизи которой должны пересекаться ось ролика и образующая опорного конуса в соответствии с поставленной задачей уменьшения относительного проскальзывания во взаимодействии. Setting the rolling angle in the ZOX plane (FIG. 1) is determined by the position of the coordinate system, characterized by the angle β between the axes oX and OX. Since the axis oX coincides with the position of the averaged generatrix of the roller, the point of its intersection with the axis OX determines the center of the zone near which the axis of the roller and the generatrix of the support cone should intersect in accordance with the task of reducing the relative slip in the interaction.

На фиг.5 показаны схемы конструктивных решений главным рабочим элементом устройства для реализации способа, где 6 и 8 - составные узлы сепаратора, размещенные на шлицевом валу участка 10 приводного вала 7, скрепленные гайкой 11, регулируемая передняя опора ролика 9 и опорный конус 5, размещенный в корпусе сепаратора на подшипниках. Figure 5 shows a diagram of the structural solutions of the main working element of the device for implementing the method, where 6 and 8 are the components of the separator located on the spline shaft of the section 10 of the drive shaft 7, fastened with a nut 11, an adjustable front bearing of the roller 9 and the supporting cone 5, placed in the cage of the bearings.

Предлагаемые решения упрощают изготовление, сборку и настройку главных рабочих элементов устройства. Клиновой механизм для регулировки размеров прокатной щели находится в месте крепления приводного вала. The proposed solutions simplify the manufacture, assembly and configuration of the main working elements of the device. The wedge mechanism for adjusting the dimensions of the rolling gap is located at the mounting location of the drive shaft.

Кроме главных рабочих элементов оборудование для реализации способа включает силовой привод, соответствующий необходимой работе деформации, а также механизмы, обеспечивающие подачу заготовки в зону деформации и выдачу изделия. In addition to the main working elements, the equipment for implementing the method includes a power drive corresponding to the required work of deformation, as well as mechanisms for supplying the workpiece to the deformation zone and the delivery of the product.

Возможны два варианта реализации способа - с приводом раскатного инструмента и неподвижной матрицей (как это показано на фиг.4), либо с приводом матрицы при неподвижном сепараторе. В первом случае обрабатываемое изделие имеет только осевое, а во втором случае - винтовое перемещение. There are two options for implementing the method - with the drive of a rolled tool and a fixed matrix (as shown in Fig. 4), or with a drive of a matrix with a stationary separator. In the first case, the workpiece has only axial, and in the second case - screw movement.

Перед началом работы производится установка угла подачи раскатных роликов, обеспечивающего принятый режим частных высотных деформаций, которая осуществляется с помощью поворота составной части сепаратора (8) относительно установленной на шлицевом участке вала части сепаратора 6 в направлении, обеспечивающем втягивающие фрикционные усилия при работе раскатных роликов. Before starting work, the pitch angle of the roll rollers is set, which ensures the adopted regime of partial high-altitude deformations, which is carried out by turning the separator component (8) relative to the separator 6 mounted on the splined portion of the shaft in the direction that provides retracting frictional forces during operation of the roll rollers.

Составные части сепаратора жестко скрепляются гайкой 11 и с помощью регулировочных механизмов 9 выбираются зазоры в опорных узлах роликов. Устанавливаются размеры прокатной щели, соответствующие нестационарному режиму заполнения очага деформации, и приводится во вращение приводной вал 7 с сепаратором или матрица 3 в зависимости от принятого варианта работы устройства. The components of the separator are rigidly fastened with a nut 11 and using the adjusting mechanisms 9, the gaps in the supporting nodes of the rollers are selected. The dimensions of the rolling gap are set, corresponding to the unsteady mode of filling the deformation zone, and the drive shaft 7 with a separator or matrix 3 is driven into rotation, depending on the accepted version of the device.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Трубчатая заготовка 1 вводится в приемный конус матрицы до встречи с раскатными роликами 4. За счет кратковременного осевого усилия происходит раздача заготовки и соприкосновение ее с рабочим профилем матрицы. Во время нестационарного процесса заполнения калибра заготовка удерживается от вращения (первый вариант) или вращается вместе с матрицей (второй вариант). По мере заполнения очага деформации с помощью клинового механизма размеры прокатной щели уменьшаются и в момент появления готовой трубы (2) устанавливается постоянный размер калибра, соответствующий стационарному режиму формоизменения. The tubular billet 1 is inserted into the receiving cone of the matrix before meeting with the rolling rollers 4. Due to the short-term axial force, the billet is distributed and comes into contact with the working profile of the matrix. During the non-stationary process of filling the caliber, the workpiece is kept from rotation (the first option) or rotates with the matrix (second option). As the deformation zone is filled with the help of the wedge mechanism, the dimensions of the rolling gap decrease and, at the time of the appearance of the finished pipe (2), a constant gauge size corresponding to the stationary mode of change is established.

При заполненном калибре (стационарный режим) внешнего воздействия на заготовку не требуется - непрерывная подача материала и соответственно режим частных деформаций обеспечиваются фрикционным взаимодействием с косорасположенными роликами. When the gauge is filled (stationary mode), external action on the workpiece is not required - a continuous supply of material and, accordingly, the mode of partial deformations are ensured by frictional interaction with skew-positioned rollers.

В первом варианте технологии планетарное движение роликов относительно обрабатываемого изделия обеспечивается приводным сепаратором, а рабочие поверхности их контактируют со свободно вращающимся опорным конусом. Во втором варианте сепаратор неподвижен, раскатка обеспечивается вращением матрицы с обрабатываемым изделием, которое приводит во вращение раскатные ролики и, соответственно, опорный конус. In the first version of the technology, the planetary movement of the rollers relative to the workpiece is provided by a drive separator, and their working surfaces are in contact with a freely rotating support cone. In the second embodiment, the separator is stationary, rolling is provided by rotating the matrix with the workpiece, which drives the rolling rollers and, accordingly, the support cone.

Усилия в контактной и в полуконтактной зонах способствуют непрерывной осевой подаче и создают схему всестороннего сжатия в очаге формоизменения. Efforts in the contact and in the semi-contact zones contribute to continuous axial flow and create a comprehensive compression scheme in the center of change.

В конце процесса, по мере освобождения очага деформации от металла размеры калибра вновь увеличивают с помощью клинового механизма, обеспечивая постоянный по длине диаметр готового изделия с некоторым увеличением толщины стенки. At the end of the process, as the deformation zone is freed from the metal, the size of the caliber is again increased by the wedge mechanism, providing a diameter of the finished product with a constant length along with a slight increase in the wall thickness.

Наиболее рациональная область применения заявляемого способа и устройства - производство длинномерных тонкостенных труб и оболочек диаметром 500-3000 мм с минимальной толщиной стенки 1,0 мм, длиной до 10 м из трубчатых заготовок диаметром 250-350 мм с толщиной стенки более 7,0 мм такой же длины методом холодной или теплой раскатки в матрице. Возможно производство этих изделий с малопеременными по длине диаметром и толщиной стенки за счет изменения размеров калибра в стационарном режиме формоизменения. The most rational scope of the proposed method and device is the production of long thin-walled pipes and shells with a diameter of 500-3000 mm with a minimum wall thickness of 1.0 mm, a length of up to 10 m from tubular blanks with a diameter of 250-350 mm with a wall thickness of more than 7.0 mm such the same length by cold or warm rolling in the matrix. It is possible to manufacture these products with diameters and wall thicknesses that are slightly variable in length due to a change in the size of the caliber in the stationary mode of change.

Claims

METHOD FOR PRODUCING PIPES AND SHELLS OF LARGE DIAMETER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION.

1. A method of manufacturing pipes and shells of large diameter, in which the hollow workpiece is deformed in the matrix gauge using non-driven rollers of a rotating cage, characterized in that the working profile of the matrix and the configuration of the rollers are selected from the condition of providing the least resistance to the relative movement of the deformable volume in the contact zones at the selected mode of partial deformations, while rolling is performed with a change in the size of the caliber in non-stationary modes of filling and releasing the deformation zone AI and without changing the caliber - in stationary mode.

2. The method according to claim 1, characterized in that the change in caliber in non-stationary modes of filling and releasing the deformation zone is carried out, respectively, by decreasing and increasing the rolling gap by moving the separator with rollers, while reducing the rolling gap by moving the separator with rollers towards the deformable workpiece , and increase - moving the same separator in the opposite direction.

3. A device for the production of pipes and shells of large diameter, containing a matrix, a separator located coaxially inside it with rolling rollers and a drive shaft with a power drive, characterized in that the working profile of the matrix and the surface configuration of the rolling rollers are made curved, based on the condition of providing the lowest resistance relative movement of the deformable metal in the contact zones at a given mode of partial deformations, while the working surface of the rolling roller is in contact a support cone mounted coaxially with the separator.

4. The device according to claim 3, characterized in that one of the supports of the rolling roller is made adjustable in the axial direction.