RU2446905C2

RU2446905C2 - Pipe-end upset male die

Info

Publication number: RU2446905C2
Application number: RU2010117694/02A
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Баричко (RU); Борис Владимирович Баричко; Анна Владимировна Зинченко (RU); Анна Владимировна Зинченко; Валентин Игоревич Чурбанов (RU); Валентин Игоревич Чурбанов; Ярослав Игоревич Космацкий (RU); Ярослав Игоревич Космацкий
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2012-04-10
Also published as: RU2010117694A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming, namely, to pipe rolling. Proposed male die comprises conical shape section, upsetting flange and stem fitted on upsetting device actuator rod. Said conical-shape section with upsetting flange is jointed with stem by coupling and arranged in stem to turn relative to coupling relative to its axis through 10-30 degrees.

EFFECT: ease of withdrawing made mould.

5 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к трубопрокатному производству, и может быть использовано при производстве труб с высаженными концами из различных металлов и сплавов.The invention relates to the processing of metals by pressure, namely to pipe production, and can be used in the manufacture of pipes with upset ends from various metals and alloys.

Известен пуансон для формообразования концов труб, содержащий жестко связанные между собой хвостовик, формообразующий (рабочий) и фланцеобразующие участки (А.с. СССР №1640874, B21D 41/02, опубл. 20.03.2005, БИ №8). В известной конструкции хвостовик пуансона жестко закреплен на штоке исполнительного механизма, например гидроцилиндра высадочного пресса, осуществляющего осевое перемещение пуансона при высадке. Таким образом, вся конструкция пуансона является монолитной и жестко связана со штоком пресса, при этом проста в исполнении и используется в процессах высадки труб различного сортамента.Known punch for shaping the ends of the pipes containing rigidly interconnected shank, forming (working) and flange-forming sections (AS USSR No. 1640874, B21D 41/02, publ. 20.03.2005, BI No. 8). In a known construction, the punch shank is rigidly fixed to the actuator rod, for example, a cylinder of the upset press, which axially moves the punch during upsetting. Thus, the entire design of the punch is monolithic and is rigidly connected with the press rod, while it is simple in execution and is used in the processes of planting pipes of various assortments.

Однако известное техническое решение имеет ряд недостатков. Монолитная конструкция пуансона предусматривает его использование при высадке концов труб в матрицу с рабочей полостью заданного диаметра, определяемого диаметром фланцеобразующего участка (высадочного фланца).However, the known technical solution has several disadvantages. The monolithic design of the punch provides for its use when landing the ends of the pipes in the matrix with a working cavity of a given diameter, determined by the diameter of the flange-forming section (upsetting flange).

Известно, что осуществление процесса высадки требует приложения значительных усилий к пуансону как при прямом ходе (высадка конца трубы в полость матрицы), так и при обратном ходе (извлечение пуансона из оковывающего его высаженного конца трубы), что приводит к преждевременному износу оборудования, инструмента для высадки и снижает качество высаженных концов труб. Кроме того, ухудшение условий трения на контактной поверхности вследствие изменения свойств смазки в процессе действия высокой температуры или ее выгорания также приводит к увеличению усилия при извлечении пуансона (Кузнецов В.И. Оценка влияния вида технологической смазки на силовые параметры высадки концов бурильных труб / В.И.Кузнецов, Б.В.Баричко, Н.П.Самкова, Р.Н.Фартушный, А.В.Зинченко // Труды XVII Международной научно-практической конференции «Трубы-2009», Челябинск, 2009 Челябинск: ОАО «РосНИТИ» - 2009. - С.237-238).It is known that the upsetting process requires considerable effort to be applied to the punch both during the forward stroke (upsetting the end of the pipe into the die cavity) and during the reverse stroke (removing the punch from the upsetting pipe end encircling it), which leads to premature wear of equipment and tools for upsetting and reduces the quality of upset pipe ends. In addition, the deterioration of the friction conditions on the contact surface due to changes in the properties of the lubricant during high temperature or burnout also leads to an increase in force when removing the punch (Kuznetsov V.I. Evaluation of the effect of the type of technological lubricant on the power parameters of the drill pipe ends / V. I. Kuznetsov, B.V. Barichko, N.P. Samkova, R.N. Fartushny, A.V. Zinchenko // Proceedings of the XVII International Scientific and Practical Conference "Pipes-2009", Chelyabinsk, 2009 Chelyabinsk: OJSC RosNITI "- 2009. - S.237-238).

Известен пуансон для высадки концов труб, в котором формообразующий участок и хвостовик выполнены единым конструктивным элементом, а фланцеобразующий участок выполнен в виде съемного кольца, устанавливаемого на пуансоне (Матвеев Ю.М. Отделка труб / Ю.М.Матвеев, М.Я.Кричевский, под редакцией Н.А.Тихонова. - М.: Металлургиздат, 1954. - С.331-334). Данное техническое решение, выбранное в качестве прототипа, позволяет использовать пуансон при высадке концов труб в матрицы с различным диаметром рабочей полости, что расширяет технологические возможности рабочего инструмента для высадки.A known punch for upsetting the ends of the pipes, in which the forming section and the shank is made by a single structural element, and the flange forming section is made in the form of a removable ring mounted on the punch (Matveev Yu.M. Pipe finish / Yu.M. Matveev, M.Ya. Krichevsky , edited by N.A. Tikhonov. - M.: Metallurgizdat, 1954. - S.331-334). This technical solution, selected as a prototype, allows you to use the punch when landing the ends of the pipes in the matrix with different diameters of the working cavity, which expands the technological capabilities of the working tool for upsetting.

Основным недостатком данного инструмента для высадки концов труб являются большие нагрузки, возникающие при высадке трубы и извлечении пуансона. Совместное исполнение хвостовика и формообразующего участка не обеспечивает поворота пуансона относительно своей оси (она же ось высадки), что не позволяет снизить осевые нагрузки и отрицательно сказывается на качестве высаженного конца трубы и работоспособности прессового оборудования.The main disadvantage of this tool for upsetting the ends of the pipes are the large loads that occur when upsetting the pipe and removing the punch. The joint execution of the shank and the forming section does not ensure the rotation of the punch relative to its axis (it is the axis of the upset), which does not reduce axial loads and adversely affects the quality of the upset end of the pipe and the performance of the press equipment.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении усилия извлечения пуансона при высадке концов труб.The technical problem solved by the invention is to reduce the force of extraction of the punch during the upsetting of the ends of the pipes.

Поставленная задача решается за счет того, что в пуансоне для высадки концов труб в полость разъемной матрицы, содержащем рабочий участок конической формы, высадочный фланец и хвостовик, закрепленный на штоке исполнительного механизма высадочного устройства, согласно изобретению рабочий участок конической формы с высадочным фланцем размещены в хвостовике с возможностью поворота относительно своей оси на 10÷30 градусов. Кроме того, рабочий участок конической формы с высадочным фланцем соединены с хвостовиком посредством втулки.The problem is solved due to the fact that in the punch for disembarking the ends of the pipes into the cavity of the detachable matrix containing the working section of the conical shape, the upsetting flange and the shank mounted on the actuator rod of the upsetting device, according to the invention, the working section of the conical shape with the upsetting flange is placed in the shank with the possibility of rotation about its axis by 10 ÷ 30 degrees. In addition, the working section of the conical shape with the upsetting flange is connected to the shank by means of a sleeve.

Обеспечение возможности поворота рабочего участка пуансона с высадочным фланцем в процессе извлечения пуансона из высаженного конца трубы позволяет уменьшить осевое усилие, возникающее в процессе выполнения данной операции (по экспериментальным данным - до 15÷20%). Соответственно, уменьшается вероятность искажения формы высаженного конца трубы за счет уменьшения утяжки горячего металла. Кроме того, уменьшение усилия положительно сказывается на ресурсе работы высадочного пресса и стойкости рабочего инструмента.Providing the ability to rotate the working section of the punch with the upsetting flange during the extraction of the punch from the upset end of the pipe allows to reduce the axial force that occurs during the operation (according to experimental data - up to 15 ÷ 20%). Accordingly, the likelihood of distorting the shape of the upset end of the pipe is reduced by reducing the stretching of the hot metal. In addition, a decrease in effort has a positive effect on the life of the landing press and the durability of the working tool.

Определенный диапазон значений угла поворота рабочего участка пуансона с высадочным фланцем в момент извлечения из высаженного конца трубы обусловлен тем, что при повороте на угол менее 10 градусов снижение величины продольного усилия незначительно (по экспериментальным данным - до 5%), а поворот на угол больше 30 градусов может приводить к скручиванию высаженного конца трубы вследствие создаваемого крутящего момента. Обеспечение возможности поворота рабочего участка пуансона с высадочным фланцем в процессе высадки может быть реализовано с помощью известных механизмов, позволяющих преобразовывать осевое перемещение одного элемента конструкции во вращательное движение другого элемента конструкции, например, за счет использования шлицевого винтообразного соединения элементов.A certain range of values of the angle of rotation of the working section of the punch with the upsetting flange at the time of extraction from the upset end of the pipe is due to the fact that when turning through an angle of less than 10 degrees, the decrease in the longitudinal force is insignificant (up to 5% according to experimental data), and the rotation is more than 30 degrees can lead to twisting of the upset pipe end due to the generated torque. The ability to rotate the working section of the punch with the upsetting flange during the upsetting process can be implemented using known mechanisms that convert the axial movement of one structural member into the rotational motion of another structural member, for example, through the use of a slotted screw connection of the elements.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан в разрезе общий вид пуансона, на фиг.2-5 показано положение пунсона на различных стадиях процесса высадки концов труб.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a sectional view of a general view of a punch, Figs. 2-5 show the position of a punch at various stages of the process of upsetting pipe ends.

Пуансон содержит рабочий участок 1, высадочный фланец 2 и хвостовик 3 (фиг.1). Один торец хвостовика 3 закреплен на штоке 4 исполнительного механизма - гидроцилиндра высадочного пресса (не показан), а другой торец выполнен полым, в виде цилиндра, на внутренней поверхности которого, в частности, размещены шлицы 5, выполненные по винтовой линии. В контакте с упомянутыми шлицами находятся шлицы, выполненные на наружной поверхности втулки 6, размещенной на оси 7 высадочного фланца 2 и рабочего участка 1. Втулка 6 жестко закреплена на оси 7 посредством, например, шайбы 8 с болтами 9 и снабжена, например, шпонкой 10, препятствующей повороту. На торце хвостовика 3 со стороны высадочного фланца 2 установлена, например, посредством резьбового соединения полая крышка 11 через дистанционную втулку 12, а резьбовое соединение имеет возможность фиксации, в частности, посредством болтов 13.The punch contains a working section 1, the upsetting flange 2 and the shank 3 (figure 1). One end of the shank 3 is mounted on the rod 4 of the actuator - the cylinder of the upsetting press (not shown), and the other end is made hollow, in the form of a cylinder, on the inner surface of which, in particular, slots 5 made along a helical line are placed. In contact with the mentioned slots are slots made on the outer surface of the sleeve 6, located on the axis 7 of the landing flange 2 and the working section 1. The sleeve 6 is rigidly mounted on the axis 7 by, for example, a washer 8 with bolts 9 and provided, for example, a key 10 obstructing the turn. At the end of the shank 3 from the side of the upsetting flange 2 is installed, for example, by means of a threaded connection, the hollow cover 11 through the spacer sleeve 12, and the threaded connection has the possibility of fixing, in particular by means of bolts 13.

Предлагаемая конструкция пуансона работает следующим образом. Высаживаемый конец трубы 14 (фиг.1), предварительно нагретый до температуры высадки, помещают между половинами матрицы 15, которые сдавливают штоком зажимного вертикального гидроцилиндра высадочного пресса (не показан). После этого штоком горизонтального (высадочного) гидроцилиндра осуществляют осевое перемещение всей конструкции пуансона в направлении матрицы с зажатой в ней трубой. В момент касания высадочным фланцем 2 торца трубы 14 начинается процесс высадки, который сопровождается появлением осевого усилия, препятствующего движению пуансона. В этот момент движение пуансона прекращается, а продолжающий поступательное движение хвостовик 3, например, через шлицевое зацепление вызывает вращательное движение втулки 6 и жестко связанного с ней рабочего участка 1 пуансона с высадочным фланцем 2. Это вращательное движение продолжается до того момента, пока крышка 11 не упрется в торец высадочного фланца 2. После этого вращение рабочим участком 1 пуансона с высадочным фланцем 2 прекращается, при этом поступательное осевое перемещение всей сборной конструкции пуансона продолжается. В результате этого движения происходит осадка трубы 14 высадочным фланцем 2 и постепенное заполнение нагретым металлом трубы полости между матрицей 15 и рабочим формообразующим участком 1 пуансона. Движение пуансона продолжается до тех пор, пока давление в высадочном гидроцилиндре не достигнет заданного значения, определяемого технологией высадки. Положение рабочего инструмента в конечной стадии процесса высадки показано на фиг.2. Поворот рабочего участка пуансона с высадочным фланцем в начальной стадии процесса высадки не оказывает влияния на форму высаженного конца трубы, поскольку в момент начала высадки контакт осаживаемого металла с рабочим участком пуансона носит локальный характер (явление бочкообразования при осадке), т.е. площадь контактной поверхности мала и создаваемый пуансоном крутящий момент не ведет к скручиванию отрезка трубы, зажатого в матрице.The proposed design of the punch works as follows. The upsetting end of the pipe 14 (FIG. 1), preheated to the upsetting temperature, is placed between the halves of the matrix 15, which are pressed by the rod of the vertical clamping cylinder of the upsetting press (not shown). After that, the stock of the horizontal (upset) hydraulic cylinder axially moves the entire punch structure in the direction of the matrix with the pipe clamped in it. At the moment when the upsetting flange 2 touches the end of the pipe 14, the upsetting process begins, which is accompanied by the appearance of an axial force that impedes the movement of the punch. At this moment, the movement of the punch is stopped, and the shank 3, which continues to move forward, for example, through spline engagement causes the rotational movement of the sleeve 6 and the working portion 1 of the punch with the upsetting flange 2 rigidly connected to it. This rotational movement continues until the cover 11 rests against the end face of the landing flange 2. After that, the rotation of the working section 1 of the punch with the landing flange 2 is stopped, while the translational axial movement of the entire prefabricated structure of the punch continues. As a result of this movement, the pipe 14 is upset by the upsetting flange 2 and the cavity is gradually filled with heated pipe metal between the matrix 15 and the working forming section 1 of the punch. The movement of the punch continues until the pressure in the upsetting hydraulic cylinder reaches a predetermined value determined by the upsetting technology. The position of the working tool in the final stage of the landing process is shown in figure 2. The rotation of the working section of the punch with the upsetting flange in the initial stage of the upsetting process does not affect the shape of the upset end of the pipe, since at the time of upsetting, the contact of the deposited metal with the working section of the punch is local (the phenomenon of barrel formation during upset), i.e. the area of the contact surface is small and the torque created by the punch does not lead to twisting of the pipe section sandwiched in the matrix.

По окончании высадки к пуансону от гидроцилиндра пресса прикладывают усилие в направлении, обратном направлению движения пуансона при высадке. При этом движение хвостовика 3 пуансона сопровождается вращением втулки 6 и, соответственно, поворотом рабочего участка 1 пуансона с высадочным фланцем 2, который продолжается до упора крышки 11 в торец втулки 6. После этого поворот рабочего участка пуансона с высадочным фланцем прекращается (фиг.3), и он совершает только осевое поступательное перемещение в направлении, обратном направлению движения при высадке.At the end of the landing, a force is applied to the punch from the hydraulic cylinder of the press in the direction opposite to the direction of movement of the punch during the landing. In this case, the movement of the shank 3 of the punch is accompanied by rotation of the sleeve 6 and, accordingly, the rotation of the working section 1 of the punch with the upsetting flange 2, which continues until the stop of the cover 11 at the end of the sleeve 6. After this, the rotation of the working section of the punch with the upsetting flange is stopped (Fig. 3) , and he performs only axial translational movement in the direction opposite to the direction of movement during landing.

Оптимальный угол поворота рабочего участка пуансона с высадочным фланцем - 10÷30 градусов можно регулировать за счет изменения размера дистанционной втулки 12.The optimum angle of rotation of the working section of the punch with the upsetting flange - 10 ÷ 30 degrees can be adjusted by changing the size of the distance sleeve 12.

Замену пуансона предлагаемой конструкции при его износе или переходе на новый типоразмер высаживаемой трубы производят следующим образом. Всю конструкцию пуансона отсоединяют от штока горизонтального гидроцилиндра высадочного пресса, после чего отворачивают болты 13, снимают крышку 11, извлекают из хвостовика 3 рабочий участок 1 пуансона с высадочным фланцем 2 совместно с втулкой 6, отворачивают болты 9 и снимают втулку 6 с оси 7. Установку другого пуансона производят в обратной последовательности.The replacement of the punch of the proposed design when it is worn or moving to a new size of the planted pipe is made as follows. The whole structure of the punch is disconnected from the rod of the horizontal cylinder of the upsetting press, after which the bolts 13 are unscrewed, the cover 11 is removed, the working section 1 of the punch with the upsetting flange 2 is removed from the shank 3 together with the sleeve 6, the bolts 9 are unscrewed and the sleeve 6 is removed from the axis 7. Installation another punch is produced in the reverse order.

Выполнение пуансона предлагаемой конструкции для высадки концов труб обеспечивает снижение усилия при высадке труб и извлечении пуансона.The implementation of the punch of the proposed design for the upsetting of the ends of the pipes provides a reduction in force when upsetting the pipes and removing the punch.

Конструкция пуансона была опробована на испытательном гидравлическом прессе ППП-125 с максимальным усилием 1,25 МН.The punch design was tested on a PPP-125 hydraulic press with a maximum force of 1.25 MN.

Конец полой заготовки, выполненной из меди M1, с наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 2 мм высаживали при комнатной температуре пуансоном с коническим рабочим участком длиной 50 мм, максимальным диаметром 19 мм и конусностью 3° в разъемную матрицу с диаметром рабочей полости 25 мм (высадка внутрь). В качестве смазки использовали Литол-24. Для сравнения высадку проводили пуансоном известной (монолитной) конструкции и предлагаемой, обеспечивающей поворот рабочего участка пуансона с высадочным фланцем при извлечении из высаженного конца трубы. В обоих случаях коэффициент усадки составлял λ=1,3, усилие высадки составляло 46÷48 кН. Извлечение пуансона осуществляли на специальном растяжном устройстве, оборудованном системой измерения тянущего усилия с точностью ±0,5 кН. При извлечении пуансона монолитной конструкции величина тянущего усилия составила 31,5 кН; при извлечении пуансона предлагаемой конструкции - 27,5 кН. Поверхность участков высадки полученных образцов труб не содержала трещин, задиров или других дефектов.The end of a hollow billet made of M1 copper with an outer diameter of 25 mm and a wall thickness of 2 mm was planted at room temperature with a punch with a conical working section 50 mm long, with a maximum diameter of 19 mm and a taper of 3 ° into a split matrix with a working cavity diameter of 25 mm ( landing inside). As a lubricant used Litol-24. For comparison, the landing was carried out by a punch of a known (monolithic) design and the proposed one, which ensures rotation of the working section of the punch with the upsetting flange when removing the pipe from the upset end. In both cases, the shrinkage coefficient was λ = 1.3, the upsetting force was 46 ÷ 48 kN. The extraction of the punch was carried out on a special stretching device equipped with a system for measuring the pulling force with an accuracy of ± 0.5 kN. When removing the monolithic punch, the pulling force was 31.5 kN; when removing the punch of the proposed design - 27.5 kN. The surface of the landing sections of the obtained pipe samples did not contain cracks, scoring or other defects.

Использование предлагаемой конструкции пуансона позволит уменьшить усилие извлечения пуансона при высадке концов труб, что обеспечит увеличение ресурса работы высадочных прессов, уменьшение износа рабочей поверхности пуансонов и повышение качества внутренней поверхности высаженных концов труб, а также снижение вероятности искажения их формы.Using the proposed design of the punch will reduce the force of extraction of the punch when upsetting the ends of the pipes, which will increase the service life of the upsetting presses, reduce wear on the working surface of the punches and improve the quality of the inner surface of the upset ends of the pipes, as well as reduce the likelihood of distortion of their shape.

Claims

A punch for disembarking the ends of the pipes into the cavity of the detachable matrix containing a working section of a conical shape, a upsetting flange and a shank mounted on a rod of the actuator of the upsetting device, characterized in that the working section of a conical shape with a upsetting flange is connected to the shank by means of a sleeve and placed in a shank with the possibility of rotation about its axis by 10 ÷ 30 °.