RU2477664C2

RU2477664C2 - Device for making helical section tubes

Info

Publication number: RU2477664C2
Application number: RU2011120570/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Паршин
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2013-03-20
Also published as: RU2011120570A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming, particularly, to production of helical section tubes. Proposed device case comprises two holders with shaped rings mounted along tube axis. One said holder may de driven about its axis while another holder is fixed relative to case axis. Note here that aforesaid rings are shaped to initial tune section. Said case comprises translation drive with return drive.

EFFECT: expanded range of produced tubes.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и, в частности, к трубопрофильному производству.The invention relates to the field of metal forming and, in particular, to tube production.

Известно устройство для получения труб с винтовым профилем методом кручения (см. Каргин В.Р. Процессы получения винтовых профилей и труб. М.: Металлургия, 1994, стр.73, рис.39). Устройство содержит неподвижный корпус, в котором на подшипниках качения установлено зубчатое колесо, приводимое во вращение от электродвигателя. В ступице этого колеса с помощью гайки закреплена неподвижная профильная волока. Вращение колеса с волокой приводит к скручиванию трубы и получению винтового профиля.A device for producing pipes with a screw profile by the method of torsion is known (see Kargin V.R. Processes for producing screw profiles and pipes. M: Metallurgy, 1994, p. 73, Fig. 39). The device comprises a fixed housing in which a gear wheel is mounted on the rolling bearings, driven into rotation by an electric motor. In the hub of this wheel, with the help of a nut, a fixed profile wire is fixed. The rotation of the wheel with the drag leads to twisting of the pipe and obtaining a screw profile.

Недостатками такой конструкции являются непостоянство шага и угла закручивания винтового профиля по длине отрезка трубы, т.к. с удалением тянущей тележки от волоки изменяется крутильная жесткость трубного профиля, трудность изменения угла закручивания, связанная с необходимостью точного определения скорости вращения зубчатого колеса.The disadvantages of this design are the inconsistency of the pitch and the angle of rotation of the screw profile along the length of the pipe segment, because with the removal of the pulling trolley from the die, the torsional rigidity of the pipe profile changes, the difficulty of changing the twist angle, associated with the need to accurately determine the speed of rotation of the gear.

Известна конструкция устройства (патент США 2006/010189 A1 от 18.05.2006), в котором получение трубы с винтовым профилем производится на основе использования двух зажимных головок, одна из которых неподвижна, а другая приводится во вращение вокруг продольной оси трубы. Вращение приводной головки обеспечивает получение винтового профиля трубы.A known device design (US patent 2006/010189 A1 of 05/18/2006), in which the production of a pipe with a screw profile is made using two clamping heads, one of which is stationary, and the other is rotated around the longitudinal axis of the pipe. The rotation of the drive head provides a screw profile of the pipe.

Недостатком такой конструкции является наличие значительных растягивающих напряжений в трубе, связанное со скручиваем трубного профиля (и, как следствие, укорачиванием отрезка трубы) в неподвижных в осевом направлении зажимных головках, расположенных на концах трубы. Кроме того, такое устройство неприменимо для закручивания длинных отрезков труб, т.к. при этом не сохраняется постоянство угла закручивания по всей длине готовой трубы.The disadvantage of this design is the presence of significant tensile stresses in the pipe, associated with twisting the pipe profile (and, as a consequence, shortening the length of the pipe) in axially stationary clamping heads located at the ends of the pipe. In addition, such a device is not suitable for twisting long pipe sections, because however, the angle of twist along the entire length of the finished pipe is not maintained.

Известно устройство, содержащее две последовательно установленные профильные волоки (а.с. СССР №386539, БИ №48, 1982). Получение винтового профиля ведется последовательно в двух этих волоках, причем первая по ходу трубы волока имеет эллиптическое выходное сечение, а вторая - эллиптическое входное сечение. Первая волока выполнена принудительно вращаемой. Такая конструкция позволяет получать внутренний и наружный винтовой профиль на трубной заготовке.A device is known that contains two sequentially installed profile dies (AS USSR No. 386539, BI No. 48, 1982). Obtaining a screw profile is carried out sequentially in these two dies, the first along the pipe dragging has an elliptical output section, and the second is an elliptical input section. The first draw is made forcibly rotated. This design allows you to get the inner and outer screw profile on the pipe billet.

Недостатком устройства является избыточный уровень деформаций, возникающих при последовательном превращении исходного профиля в эллиптический и эллиптического - в конечный. Кроме того, представляет сложность изготовление волок, имеющих сложный цилиндро-эллиптический переход профиля. При осуществлении волочения в подобном устройстве возникает многократное изменение траектории течения металла, которое может приводить к ряду типичных для этого явления последствий, вплоть до критического снижения ресурса пластичности материала трубы и разрушения. Кроме того, представляет сложность переход на другой типоразмер получаемой трубы.The disadvantage of this device is the excessive level of deformations arising from the successive transformation of the original profile into an elliptical and elliptical to the final one. In addition, it is difficult to manufacture dies having a complex cylinder-elliptical profile transition. When drawing in such a device, a multiple change in the trajectory of the metal flow occurs, which can lead to a number of typical consequences for this phenomenon, up to a critical decrease in the ductility resource of the pipe material and fracture. In addition, it is difficult to switch to a different size of the resulting pipe.

Известно устройство по а.с. SU 130481 A, B21D 11/14, 02.12.1960. Устройство содержит корпус, в котором установлены два держателя с профильными кольцами, расположенные вдоль оси закручивания, причем один из держателей имеет возможность вращения относительно другого посредством поворотного механизма. Привод механизма осуществляется от гайки, поворачиваемой вручную специальным настроечным ключом. Порядок профилирования включает вывинчивание установочной гайки и совмещение просветов колец, подачу трубы в устройство, ручное закручивание установочной гайки с трубой, фиксацию держателей и дальнейшее волочение.A device is known by A.S. SU 130481 A, B21D 11/14, 12/02/1960. The device comprises a housing in which there are two holders with profile rings located along the axis of twisting, one of the holders being able to rotate relative to the other by means of a rotary mechanism. The mechanism is driven by a nut that is manually rotated with a special tuning key. The profiling procedure includes unscrewing the installation nut and aligning the gaps of the rings, feeding the pipe into the device, manually tightening the installation nut with the pipe, fixing the holders and further drawing.

Недостатками устройства является значительная сложность настройки угла подъема винтового профиля, связанная с несколькими операциями, нестабильность этого угла у партии труб, связанная с возможными ошибками ручной регулировки, физическая трудность закручивания трубы вручную при крупных типоразмерах профилируемых труб.The disadvantages of the device are the significant difficulty in adjusting the angle of elevation of the screw profile associated with several operations, the instability of this angle in the batch of pipes, associated with possible errors in manual adjustment, the physical difficulty of twisting the pipe manually with large sizes of profiled pipes.

Известна оправка для профилирования труб (патент RU 2347637 от 27.02.2009, Бюл. №6), содержащая корпус, профилирующие ролики, установленные с возможностью свободного вращения вокруг собственных осей, отличающаяся тем, что оправка снабжена пустотелыми плунжерами с выступами, служащими роликодержателями для профилирующих роликов, корпус выполнен с радиальными расточками цилиндрической формы в виде гидравлических цилиндров для установки в них упомянутых пустотелых плунжеров, а также с осевыми и радиальными каналами для подачи рабочей жидкости под упомянутые плунжеры, причем плунжеры выполнены с возможностью регулировки по углу установки ролика относительно оси оправки и неподвижной фиксации на выбранном угле установки.Known mandrel for profiling pipes (patent RU 2347637 from 02.27.2009, Bull. No. 6), comprising a housing, profiling rollers installed with the possibility of free rotation around their own axes, characterized in that the mandrel is equipped with hollow plungers with protrusions serving as roller holders for profiling rollers, the casing is made with radial bores of cylindrical shape in the form of hydraulic cylinders for installation of the mentioned hollow plungers in them, as well as with axial and radial channels for supplying working fluid under said plungers, the plungers being configured to adjust the angle of installation of the roller relative to the axis of the mandrel and fixed fixation at a selected angle of installation.

Недостатком устройства является наличие относительно узких роликов, что ограничивает сортамент получаемых винтовых труб. Кроме того, значительные габариты устройства (связанные с наличием поперечно установленных цилиндров) не позволяют использовать его для получения винтовых труб небольших размеров.The disadvantage of this device is the presence of relatively narrow rollers, which limits the range of obtained screw pipes. In addition, the significant dimensions of the device (associated with the presence of transversely mounted cylinders) do not allow it to be used to obtain small screw pipes.

В качестве прототипа принято устройство для производства труб с винтовым профилем по патенту RU 2342209 C1 от 27.12.2008, бюл. №36, содержащее корпус, два держателя с профильными кольцами, установленные последовательно вдоль оси трубы, один из которых выполнен подвижным с возможностью поворота вокруг своей оси при помощи поворотного средства, отличающееся тем, что второй держатель выполнен неподвижным, упомянутое поворотное средство подвижного держателя выполнено с возможностью перемещения вдоль оси трубы и поворота относительно нее в виде установленных в корпусе двух кольцевых гидроцилиндров с поршнями, подвижный держатель выполнен в виде перемычки с кольцевой расточкой, соединяющей штоки поршней кольцевых гидроцилиндров, и имеет радиальные выступы, а корпус выполнен с направляющими копирами для перемещения в них упомянутых радиальных выступов подвижного держателя.As a prototype, a device for the production of pipes with a screw profile according to the patent RU 2342209 C1 dated December 27, 2008, bull. No. 36, comprising a housing, two holders with profile rings mounted sequentially along the axis of the pipe, one of which is movable with the possibility of rotation around its axis by means of a rotary means, characterized in that the second holder is stationary, said rotary means of the movable holder is made with the ability to move along the axis of the pipe and rotate relative to it in the form of two annular hydraulic cylinders with pistons installed in the housing, the movable holder is made in the form of a jumper with rings howl bore connecting the annular piston rods of hydraulic cylinders, and has radial projections, and the housing is formed with guide cams for moving them in said radial protrusions of the movable holder.

Недостатками прототипа являются невозможность закручивания тонкостенных труб на относительно большие углы (это связано с возможностью потери устойчивости профиля), необходимость заковки конца трубы для пропуска в профильные кольца.The disadvantages of the prototype are the impossibility of twisting thin-walled pipes at relatively large angles (this is due to the possibility of loss of profile stability), the need for forging the end of the pipe for passage into the profile rings.

Задачей изобретения является создание конструкции, обеспечивающей закручивание трубы на требуемых ее участках, имеющей возможность профилирования труб большой протяженности, в том числе и тонкостенных с малым диаметром описанной окружности профиля, а также позволяющей снизить риск потери устойчивости профиля трубы с последующим искажением формы готового профиля.The objective of the invention is to provide a design that ensures twisting of the pipe in its required sections, with the possibility of profiling large pipes, including thin-walled with a small diameter of the described circumference of the profile, as well as reducing the risk of loss of stability of the pipe profile with subsequent distortion of the shape of the finished profile.

Задача решается созданием устройства для производства профильных труб, содержащего корпус, два держателя с профильными кольцами, установленные последовательно вдоль оси трубы, один из которых выполнен подвижным с возможностью поворота вокруг своей оси при помощи поворотного средства, а второй выполнен неподвижным относительно корпуса. Новым в устройстве является то, что корпус снабжен средством сообщения поступательного движения с возвратной пружиной для подачи устройства внутрь трубы, профильные кольца выполнены с наружным профилем, соответствующим профилю исходной трубы.The problem is solved by creating a device for the production of shaped pipes containing a housing, two holders with shaped rings mounted in series along the axis of the pipe, one of which is movable with the possibility of rotation around its axis using a rotary means, and the second is made stationary relative to the housing. New in the device is that the housing is equipped with means for communicating translational motion with a return spring for feeding the device into the pipe, profile rings are made with an external profile corresponding to the profile of the source pipe.

Приведенное техническое решение позволяет получать трубы с широким сортаментом винтовых профилей при снижении опасности потери устойчивости профиля трубы из-за скручивания, что дает возможность получать трубы с относительно большими углами закручивания, а также закручивать тонкостенные трубы. Кроме того, устройство обладает небольшими габаритами, что позволяет обрабатывать трубы малого диаметра.The above technical solution allows to obtain pipes with a wide range of screw profiles while reducing the risk of loss of stability of the pipe profile due to twisting, which makes it possible to obtain pipes with relatively large twisting angles, as well as to twist thin-walled pipes. In addition, the device has small dimensions, which allows you to process pipes of small diameter.

Устройство для получения профильных труб показано на фиг.1, вид слева на узел профильного кольца (вид А по фиг.1) показан на фиг.2. Устройство для получения профильных труб содержит корпус 1, внутри которого установлен поршень 2 с уплотнительными элементами и штоком. На шток надета возвратная пружина 3. Шток поршня 2 имеет на своей поверхности винтовой профиль с большим углом подъема, не обеспечивающий самоторможения при перемещении штока. Винтовой профиль на штоке 2 сопряжен с гайкой 4, которая посредством шпонки 5 и фиксирующей гайки 8 закреплена в корпусе 1 от поворота и смещения. На корпусе 1 также закреплено от поворота и смещения профильное кольцо 6 при помощи шпонки 7 и фиксирующей гайки 8. Профильное кольцо 9 такой же конструкции закреплено на штоке 2 при помощи промежуточной втулки 10, шпонок 11 и 12 и фиксирующей гайки 13. Кольцо 9 также не имеет возможности поворота или смещения относительно штока поршня 2. Корпус устройства 1 соединен на резьбе с полым стержнем 14.A device for producing profile pipes is shown in figure 1, a left view of the profile ring assembly (view A in figure 1) is shown in figure 2. A device for producing profile pipes comprises a housing 1, inside of which a piston 2 with sealing elements and a rod is installed. A return spring 3 is put on the rod. The piston rod 2 has a screw profile with a large angle of elevation on its surface, which does not provide self-braking when the rod moves. The screw profile on the rod 2 is coupled to a nut 4, which is secured in the housing 1 by means of a key 5 and a fixing nut 8 against rotation and displacement. The profile ring 6 is also fixed on the housing 1 from rotation and displacement by means of a key 7 and a fixing nut 8. A profile ring 9 of the same design is fixed to the stem 2 with an intermediate sleeve 10, keys 11 and 12 and a fixing nut 13. The ring 9 is also not has the ability to rotate or shift relative to the piston rod 2. The housing of the device 1 is connected on a thread with a hollow rod 14.

Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени шток 2 находится в крайнем правом положении, что соответствует совпадающим положениям профильных колец 6 и 9. При помощи полого стержня 14 устройство подается внутрь трубы 15 с прямолинейным профилем, соответствующим форме профильных колец (на фиг.2 в качестве примера показана квадратная форма профильного кольца - соответственно, в качестве исходной используется труба 15 квадратного сечения). Исходный профиль трубы может быть получен, например, волочением в профильной волоке. После того как устройство достигло точки начала профилирования, в полость стержня 14, а затем и в корпус 1 подается повышенное давление жидкости, что приводит к перемещению поршня 2 с одновременным его поворотом вокруг собственной оси за счет взаимодействия с гайкой 4, неподвижно закрепленной в корпусе 1. Закрепленное на штоке 2 профильное кольцо 9 также поворачивается вместе с ним. При таком перемещении кольца 6 и 9 разворачиваются друг относительно друга на определенный угол, задаваемый углом подъема винтовой линии в паре «винт-гайка». Включают привод перемещения и вращения устройства, при этом устройство на стержне начинает вывинчиваться из трубы 15, формируя винтовой ее профиль.The device operates as follows. At the initial time, the rod 2 is in the extreme right position, which corresponds to the coincident positions of the profile rings 6 and 9. Using a hollow rod 14, the device is fed into the pipe 15 with a straight profile corresponding to the shape of the profile rings (figure 2 shows an example of a square the shape of the profile ring - accordingly, a pipe of 15 square sections is used as the source). The initial pipe profile can be obtained, for example, by drawing in a profile die. After the device has reached the start point of profiling, an increased fluid pressure is supplied to the cavity of the rod 14, and then to the housing 1, which leads to the movement of the piston 2 with its simultaneous rotation around its own axis due to the interaction with the nut 4, fixedly mounted in the housing 1 The profile ring 9 fixed on the stem 2 also rotates with it. With this movement, the rings 6 and 9 are turned relative to each other by a certain angle, defined by the angle of the helix in the screw-nut pair. The drive for moving and rotating the device is turned on, while the device on the rod starts to be unscrewed from the pipe 15, forming its screw profile.

После того как определенная ранее длина трубы будет закручена, привод перемещения и вращения выключают, давление в полости корпуса 1 снижают, и возвратная пружина 3 возвращает поршень 2 со штоком и профильные кольца 6 и 9 в исходное совпадающее положение. Возможна также подача устройства в обратную сторону, что обеспечивает возврат профильных колец 6 и 9 в исходное положение за счет сил сопротивления со стороны трубы 15.After the previously determined pipe length is twisted, the drive of movement and rotation is turned off, the pressure in the cavity of the housing 1 is reduced, and the return spring 3 returns the piston 2 with the rod and the profile rings 6 and 9 to their original matching position. It is also possible to feed the device in the opposite direction, which ensures the return of the profile rings 6 and 9 to their original position due to the resistance forces from the pipe 15.

После того как обеспечено совпадение профильных колец 6 и 9, устройство свободно извлекается из трубы 15 и готово к последующему применению.After the coincidence of the profile rings 6 and 9, the device is freely removed from the pipe 15 and is ready for subsequent use.

Следует отметить, что для снижения износа профильные кольца 6 и 9 могут быть выполнены из материалов с повышенной твердостью - инструментальной стали, карбида вольфрама и др. Кроме того, возможно применение смазочных составов, наносимых перед проведением процесса на внутреннюю поверхность трубы 15 или наружную поверхность профильных колец 6 и 9. Кольца выполнены заменяемыми и одинаковой конструкции, что облегчает их смену при износе или переходе на другой типоразмер профилируемой трубы. Кроме того, для смены угла подъема винтовой линии трубы возможна замена гайки 4 и сопряженного с ней штока 2 на другие, с иным углом подъема винта.It should be noted that to reduce wear, the profile rings 6 and 9 can be made of materials with increased hardness - tool steel, tungsten carbide, etc. In addition, it is possible to use lubricating compositions applied before the process to the inner surface of the pipe 15 or the outer surface of the profile rings 6 and 9. The rings are interchangeable and of the same design, which facilitates their replacement during wear or switching to another standard size of the profiled pipe. In addition, to change the angle of elevation of the helix of the pipe, it is possible to replace the nut 4 and the associated rod 2 with others, with a different angle of elevation of the screw.

Таким образом, устройство позволяет получать трубы широкого сортамента с незакрученными хвостовыми участками, а также с произвольным чередованием закрученных и прямолинейных участков. Угол подъема винтовой линии может быть выбран из диапазона углов, не обеспечивающих самоторможения для выбранного материала трубы и применяемой смазки. Относительно малые габариты устройства позволяют профилировать трубы небольшого диаметра. Кроме того, наличие в устройстве профильных колец, выполняющих роль оправок, в значительной степени снижает опасность потери устойчивости профиля трубы при закручивании, что могло бы привести к недопустимому искажению формы профиля.Thus, the device allows to obtain pipes of a wide assortment with untwisted tail sections, as well as with an arbitrary alternation of twisted and straight sections. The helix elevation angle can be selected from a range of angles that do not provide self-braking for the selected pipe material and the lubricant used. The relatively small dimensions of the device allow you to profile pipes of small diameter. In addition, the presence of profile rings in the device, which play the role of mandrels, significantly reduces the risk of loss of stability of the pipe profile during twisting, which could lead to unacceptable distortion of the profile shape.

Claims

A device for producing pipes with a helical profile, comprising a housing, profile rings made with the possibility of installation in series along the axis of the original pipe on two holders, one of which is movable with the possibility of rotation around its axis by means of a rotary means, and the second is made stationary relative to the housing, characterized in that it is provided with means for communicating translational motion with a return spring for supplying the housing inside the original pipe, and the profile rings are made with an external profile lem corresponding to the profile of the source pipe.