RU2113305C1

RU2113305C1 - Method for article straightening by rolls

Info

Publication number: RU2113305C1
Application number: RU97110355/02A
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Алекперов; Ю.И. Блинов; А.М. Козловский; В.А. Шуринов; С.И. Пыхов
Original assignee: Открытое акционерное общество "УралЛУКтрубмаш"
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: plastic metal working, in particular, straightening of rolled products by contraflexion. SUBSTANCE: method includes rolling of article between drag and backup rolls. In so doing, curvature of article is measured along its entire length and article is acted upon by drag roll in each section with force determined by the expression given in the invention description. EFFECT: reduced hardening of article material in the course of straightening and excluded sharply bent section. 6 dwg , 1 tbl

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к правке проката противоизгибом. The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to the editing of rolled anti-bend.

Известен способ правки изделий, заключающийся в противоизгибе изделия, размещенного на опорах, поперечной силой [1]. A known method of editing products, which consists in anti-bending of the product placed on the supports, transverse force [1].

Основной недостаток способа заключается в том, что при противоизгибе изделия деформации концентрируются вблизи сечения изгибающей силы, что приводит к образованию на выправляемом изделии крутоизогнутых участков. Таким образом, исправление одного параметра кривизны - "максимального отклонения от оси", приводит к ухудшению другого параметра - "минимального радиуса кривизны участков изделия". The main disadvantage of this method is that when the product is bent, deformations are concentrated near the bending force section, which leads to the formation of steeply curved sections on the product being straightened. Thus, the correction of one parameter of curvature - the "maximum deviation from the axis" leads to the deterioration of another parameter - the "minimum radius of curvature of the product sections".

Наиболее близким по технической сущности является способ валковой правки изделий, включающий прокатку изделия между нажимным и опорными валками в трехвалковой правильной машине [2]. Выправляемое изделие - пруток, трубу - обкатывают с изгибом между опорными и нажимным валками. Прогиб задают смещением нажимного валка относительно опорных валков. Эффект правки получают за счет многократного знакопеременного изгиба изделия в каждом сечении путем обкатки его по винтовой линии. The closest in technical essence is the method of roll dressing, including rolling the product between the pressure and backup rolls in a three-roll straightening machine [2]. The straightened product - a bar, a pipe - is run in with a bend between the backup and pressure rolls. Deflection is set by the offset of the pressure roll relative to the backup rolls. The effect of editing is obtained due to multiple alternating bending of the product in each section by rolling it along a helix.

Недостатком способа является существенное упрочнение материала изделия в процессе правки за счет знакопеременной пластической деформации в каждом сечении. Другим недостатком является наведение на изделии крутоизогнутых участков винтовой кривизны с шагом обкатки. The disadvantage of this method is the substantial hardening of the material of the product during the dressing process due to alternating plastic deformation in each section. Another disadvantage is the guidance on the product of steeply curved sections of helical curvature with a break-in step.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении упрочнения материала изделия в процессе правки и в повышении качества правки за счет исключения эффекта наведенной кривизны - крутоизогнутых участков. The technical problem solved by the invention is to reduce the hardening of the product material during the dressing process and to improve the quality of dressing by eliminating the effect of induced curvature - steeply curved sections.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе валковой правки изделий, включающем прокатку изделия между нажимным и опорными валками, согласно изобретению, непрерывно измеряют кривизну изделия по всей длине и воздействуют на изделие нажимным валком в каждом сечении с усилием, определяемом из выражения

где
h - высота профиля, м;
E - модуль упругости материала, Н/М²;
W - момент сопротивления изгибу профиля в направлении изгиба, м³;
l - межопорное расстояние, м;
1/r_y - кривизна упругой отдачи, м^-1.The problem is solved due to the fact that in the method of straightening products, including rolling the product between the pressure and backup rolls, according to the invention, the curvature of the product is continuously measured along the entire length and the product is pressed with a pressure roll in each section with a force determined from the expression

Where
h is the height of the profile, m;
E is the modulus of elasticity of the material, N / M ² ;
W is the moment of resistance to profile bending in the bending direction, m ³ ;
l is the inter-support distance, m;
1 / r _y is the curvature of the elastic recoil, m ^-1 .

На фиг. 1 представлена схема устройства для правки изделий по предлагаемому способу; на фиг. 2 приведен в качестве примера типичный вариант исходной кривизны оси изделия; на фиг. 3 - характерная кривизна после косовалковой правки; на фиг. 4 - характерная кривизна после прессовой правки; на фиг. 5 - схема валковой правки; на фиг. 6 - схема изгиба изделия на прессе для снятия характеристики упруго-пластического изгиба. In FIG. 1 shows a diagram of a device for editing products according to the proposed method; in FIG. 2 shows as an example a typical variant of the initial curvature of the axis of the product; in FIG. 3 - characteristic curvature after Kosovalkovy editing; in FIG. 4 - characteristic curvature after press dressing; in FIG. 5 is a diagram of roll dressing; in FIG. 6 is a diagram of a bending of a product on a press for recording characteristics of an elastic-plastic bending.

Кривизна длинномерных изделий характеризуется двумя параметрами - отклонением от прямой линии на базовой длине или на всей длине изделия и радиусом искривления участков профиля. Как правило, на практике исправление одного параметра приводит к ухудшению другого. Так, при правке труб и прутиков с исходной кривизной в виде дуги с допустимым радиусом r и превышающим допуск отклонением от прямой на базовой длине l, равным ±Δ (фиг. 2), после правки на косовалковой машине получают характерное искривление оси изделия, лежащее в двух плоскостях с отклонением оси от прямой линии ±Δ_G, лежащим в поле допусков, и радиусом искривления r_min≤r (фиг. 3). Таким образом, кривизна изделия по параметру "радиус искривления" существенно возросла. При правке изделия с той же кривизной на прессе (фиг. 4), вследствие локального приложения нагрузки и концентрации деформаций изгиба в сечениях правки, имеет место еще большее, чем при косовалковой правке, ухудшение параметра "радиус искривления" (r_min≤r). Кроме того, в результате правки изделия получают существенную остаточную деформацию наружных слоев по всей длине при правке на косовалковых машинах или в локальных участках при правке на прессах, достигающую 20 - 30%. При изготовлении ряда ответственных изделий величина остаточного наклепа и его неравномерность по длине изделия специально оговаривается, что исключает возможность использования правки холодной деформацией, а требует применения дорогостоящих способов устранения кривизны при термообработке в печах - использования вертикальных печей, специальных схем нагрева и охлаждения и т.п.The curvature of long products is characterized by two parameters - the deviation from a straight line at the base length or the entire length of the product and the radius of curvature of the sections of the profile. As a rule, in practice, correction of one parameter leads to a deterioration of another. So, when editing pipes and rods with the initial curvature in the form of an arc with an acceptable radius r and exceeding the tolerance deviation from a straight line at the base length l equal to ± Δ (Fig. 2), after editing on a Kosovalkovy machine, a characteristic curvature of the product axis lying in two planes with the axis deviating from the straight line ± Δ _G lying in the tolerance field and the curvature radius r _min ≤r (Fig. 3). Thus, the curvature of the product by the parameter "radius of curvature" has increased significantly. When dressing a product with the same curvature on the press (Fig. 4), due to local application of load and concentration of bending deformations in the dressing sections, there is an even greater deterioration in the parameter "curvature radius" (r _min ≤r) than with Kosovalk dressing. In addition, as a result of dressing the product, significant residual deformation of the outer layers along the entire length is obtained when dressing on Kosovalkovy machines or in local areas when dressing on presses, reaching 20 - 30%. In the manufacture of a number of critical products, the value of residual hardening and its unevenness along the length of the product is specially stipulated, which excludes the possibility of using dressing by cold deformation, and requires the use of expensive methods of eliminating curvature during heat treatment in furnaces — the use of vertical furnaces, special heating and cooling schemes, etc. .

Согласно предлагаемому способу осуществляется правка изделия с исправлением обоих параметров кривизны за счет выпрямления искривленных участков по всей длине. Схема правки приведена на фиг. 5. Изделие 1 прокатывается между опорными 2 и нажимным 3 валками. Допустим, изделие имеет исходную кривизну радиусом r и подается в валки выпуклостью вверх. Нажимной валок 3 прижимает изделие 1 к опорным валкам 2, создает противоизгиб на величину упругой (возвратной) и пластической (остаточной) составляющих и выправляет изделие по всей длине. Условием выправления изделия по прямолинейной оси является равенство остаточной деформации противоизгиба деформации исходной кривизны радиусом r. Вследствие того, что деформация противоизгиба распределяется по всей длине изгиба, а не локализуются в отдельных сечениях, как это имеет место при правке на прессах, уровень остаточных напряжений существенно, в 5 - 10 раз ниже, чем при прессовой правке, и еще ниже, чем при правке многократным упруго-пластическим противоизгибом, например на косовалковых машинах. Предлагаемое математическое выражение обеспечивает необходимую для правки зависимость усилия прижатия прижимного ролика от радиуса исходной кривизны r, параметров изделия и базы правки l. According to the proposed method, the product is corrected with the correction of both curvature parameters due to the straightening of the curved sections along the entire length. The editing scheme is shown in FIG. 5. The product 1 is rolled between the support 2 and pressure 3 rolls. Suppose a product has an initial curvature of radius r and is fed upward in the rolls. The pressure roll 3 presses the product 1 against the support rolls 2, creates a counterbending by the amount of elastic (return) and plastic (residual) components and straightens the product along the entire length. The condition for straightening the product along the rectilinear axis is the equality of the residual strain of the anti-bending strain of the initial curvature of radius r. Due to the fact that the anti-bending deformation is distributed along the entire length of the bend, rather than being localized in separate sections, as is the case with dressing on presses, the level of residual stress is significantly 5–10 times lower than with press dressing and even lower than when editing with multiple elastic-plastic anti-bending, for example on Kosovolkovy machines. The proposed mathematical expression provides the correlation necessary for the pressure of the pressing roller pressure on the radius of the initial curvature r, product parameters and the base of editing l.

Обоснование математического выражения. Justification of mathematical expression.

Момент, обеспечивающий деформацию, необходимую для устранения кривизны в данном сечении [1, с. 62]. The moment that provides the deformation necessary to eliminate the curvature in this section [1, p. 62].

где
W - момент сопротивления изгибу, м³;

- относительная деформация упругого перегиба.

Where
W is the moment of resistance to bending, m ³ ;

- relative deformation of the elastic bend.

Усилие нажимного ролика, обеспечивающее данный момент

где
l - база правки, м.The momentum force of the pressure roller

Where
l - editing base, m.

Относительная деформация устраняемой кривизны (там же, с. 61)

где

h - высота профиля поперечного сечения изделия, м;
r - радиус устраняемой кривизны, м.Relative deformation of eliminated curvature (ibid., P. 61)

Where

h is the height of the cross-sectional profile of the product, m;
r is the radius of eliminated curvature, m

Очевидно соотношение

где
1/r_y - кривизна упругой отдачи, м^-1.Obvious ratio

Where
1 / r _y is the curvature of the elastic recoil, m ^-1 .

Решая совместно уравнение 1 - 4, получим

Кривизну упругой отдачи 1/r_у определяют по уравнениям пластического изгиба с учетом конкретных характеристик изделия - геометрических размеров, деформационных характеристик материала, в частности характера упрочнения. Аналитическое определение затруднено и не обеспечивает необходимой точности, поэтому кривизну упругой отдачи рекомендуется определять по экспериментально снятой для данного типоразмера изделия зависимости.Solving equation 1 - 4 together, we obtain

The curvature of the elastic recoil 1 / r _y is determined by the equations of plastic bending taking into account the specific characteristics of the product - geometric dimensions, deformation characteristics of the material, in particular the nature of hardening. The analytical determination is difficult and does not provide the necessary accuracy, therefore, it is recommended to determine the curvature of the elastic recoil from the dependence experimentally removed for a given size of the product.

h/r_у = f (h/r) 6
Снятие зависимости (6) производят путем упруго-пластической гибки образца изделия на прессе по схеме, приведенной на фиг. 6. Гибка осуществляется двумя равными силами, расположенными на расстоянии l₂ одна от другой симметрично относительно опор. Из эпюры изгибающих моментов М видно, что на участке l₂ изгибающий момент практически постоянен - имеет место "чистый изгиб" изделия по дуге окружности. Измеряя индикатором 4 стрелу прогиба изделия 1 на участке l₂ под нагрузкой и после снятия нагрузки по формуле

где
y - стрела прогиба на участке l₂, определяют радиус изгиба изделия. Имея в виду, что

где
r_c - радиус прогиба изделия под нагрузкой, строят искомую зависимость.h / r _y = f (h / r) 6
Dependence (6) is removed by elasto-plastic bending of the product sample on the press according to the scheme shown in FIG. 6. Bending is carried out by two equal forces located at a distance l ₂ from one another symmetrically with respect to the supports. From the diagram of the bending moments M it can be seen that in the area l _{2 the} bending moment is almost constant - there is a "pure bending" of the product along an arc of a circle. By measuring indicator 4, the arrow of the deflection of the product 1 in the area l ₂ under load and after unloading according to the formula

Where
y is the deflection arrow in the area l ₂ , determine the bending radius of the product. Bearing in mind that

Where
r _c is the radius of the deflection of the product under load, build the desired dependence.

На фиг. 1 приведена схема правки кривизны изделий, лежащей в одной плоскости. Устройство для правки изделия 1 включает обоймы 5 и 6 опорных валков и обойму 7 нажимных валков. Обойма нажимных валков снабжена гидроцилиндром 8, обеспечивающим прижатие прокатываемого изделия к верхним или к нижним опорным валкам в зависимости от характера искривления - выпуклостью вверх или вниз. Устройство снабжено датчиком криволинейности 9, вычислительным устройством 10 и электрогидравлическим преобразователем 11. Вычислительное устройство снабжено задатчиком 12. Работа устройства происходит следующим образом. Образец изделия подвергается изгибу на прессе, и снимается характеристика упруго-пластического изгиба (6). С помощью задатчика 12 характеристика вводится в вычислительное устройство (ЭВМ) 10, туда же заносятся данные в соответствии с выражением 5. Изделие задается в правильные валки; при этом оно проходит датчик криволинейности 9, который передает информацию в вычислительное устройство 10. Сигнал с вычислительного устройства через временную задержку Т поступает на электрогидравлический преобразователь 11, который посредством гидроцилиндра 8 обеспечивает усилие на нажимном ролике (верхнем или нижнем), рассчитанное вычислительным устройством. Временная задержка T выбрана с учетом скорости перемещения изделия и равна времени перемещения сечения полосы от точки измерения до оси нажимных роликов. Тем самым обеспечивается адекватность воздействия нажимного воздействия нажимного ролика измеренной датчиком кривизны. Очевидно, что данное устройство обеспечивает кривизну изделия в одной плоскости. Для правки в двух плоскостях необходим второй пропуск с поворотом на 90^o, либо принудительный поворот изделия в процессе правки в соответствии с формой пространственной кривизны.In FIG. 1 shows a diagram for editing the curvature of products lying in one plane. A device for editing the product 1 includes clips 5 and 6 of the backup rolls and a clip 7 of the pressure rolls. The cage of the pressure rolls is equipped with a hydraulic cylinder 8, which ensures that the rolled product is pressed against the upper or lower support rolls depending on the nature of the curvature - convexity up or down. The device is equipped with a curvature sensor 9, a computing device 10 and an electro-hydraulic converter 11. The computing device is equipped with a setter 12. The device operates as follows. A sample of the product is subjected to bending on the press, and the characteristic of elastic-plastic bending is taken (6). Using the setter 12, the characteristic is entered into the computing device (computer) 10, the data are entered there in accordance with expression 5. The product is set in the correct rolls; at the same time, it passes a curvature sensor 9, which transmits information to the computing device 10. The signal from the computing device through a time delay T is supplied to the electro-hydraulic converter 11, which by means of the hydraulic cylinder 8 provides the force on the pressure roller (upper or lower) calculated by the computing device. The time delay T is selected taking into account the speed of movement of the product and is equal to the time of movement of the strip section from the measurement point to the axis of the pressure rollers. This ensures the adequacy of the impact of the pressure of the pressure roller measured by the curvature sensor. Obviously, this device provides the curvature of the product in one plane. For editing in two planes, a second pass is required with a rotation of 90 ^o , or a forced rotation of the product during the editing process in accordance with the shape of the spatial curvature.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа осуществлялась путем сопоставления результатов правки на прессе и в валках по заявляемому способу. В качестве объекта правки использовали заготовку цилиндра штангового глубинного насоса из стали 22ГЮ диаметром 57х7,0. Для простоты заготовки подобраны с однообразной кривизной типа "серповидность" примерно одинакового радиуса по длине заготовки. Каждую заготовку разрезали на две равные части, и одну часть привили на прессе до криволинейности ±0,1 мм/м, другую - в валках, по предлагаемому способу. Результаты приведены в таблице. Experimental verification of the proposed method was carried out by comparing the results of editing on the press and in the rolls of the claimed method. As the object of editing, we used a cylinder billet of a sucker rod pump made of 22ГУ steel with a diameter of 57x7.0. For simplicity, the workpieces are selected with a uniform curvature of the "sickle" type of approximately the same radius along the length of the workpiece. Each preform was cut into two equal parts, and one part was grafted onto the press to curvature ± 0.1 mm / m, the other in rolls, according to the proposed method. The results are shown in the table.

Из таблицы видно, что после прессовой правки на заготовке наведены крутоизогнутые участки. It can be seen from the table that, after press dressing, steeply curved sections are induced on the workpiece.

Минимальный радиус изгиба профиля уменьшился в 15 - 20 раз. Из этого следует, что после правки параметр кривизны "минимальный радиус изгиба" резко ухудшился - кривизна (1/r) возросла в 15 - 20 раз. The minimum bending radius of the profile decreased by 15 - 20 times. It follows from this that after editing the curvature parameter “minimum bending radius” sharply worsened - the curvature (1 / r) increased by 15–20 times.

После валковой правки минимальный размер изгиба увеличился по сравнению с заготовкой в 7 10 раз (отношение r_исх/r_min = 0,10 - 0,14), во столько же раз снизилась кривизна заготовки.After roll dressing, the minimum bending size increased by 7 10 times compared with the workpiece (ratio r _ref / r _min = 0.10 - 0.14), the curvature of the workpiece decreased by the same amount.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет повысить качество правки и понизить уровень остаточных напряжений в изделии. Использование способа предлагается на ОАО "УралЛУКтрубмаш" при правке цилиндров глубинных штанговых насосов для нефтедобычи. Thus, the use of the proposed method can improve the quality of dressing and lower the level of residual stresses in the product. The use of the method is proposed at OJSC "UralLUKtrubmash" when dressing cylinders of deep-well sucker-rod pumps for oil production.

Claims

The method of roll dressing products, including rolling the product between the pressure and backup rolls, characterized in that continuously measure the curvature of the product along the entire length and act on the product by a pressure roll in each section with a force determined from the expression

where h is the height of the cross-sectional profile of the products, m;
E is the modulus of elasticity of the material, N / m ² ;
W is the moment of resistance in the bending direction, m ³ ;
l is the inter-support distance, m;
1 / r _y is the curvature of the elastic recoil, m ^-1 .