RU2713899C2

RU2713899C2 - Method of pipes and machines bending for implementation of method

Info

Publication number: RU2713899C2
Application number: RU2018126625A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Вайцехович; Михаил Игоревич Долгополов; Вадим Викторович Емельянов; Алексей Юрьевич Журавлев; Виталий Александрович Корнилов; Леонид Михайлович Овечкин; Дмитрий Витальевич Панов; Максим Анатольевич Прусаков; Виталий Евгеньевич Харсеев
Original assignee: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш"
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2020-02-10
Also published as: RU2018126625A; RU2018126625A3

Abstract

FIELD: metal forming.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming, particularly, to pipe bending, and can be used for production of pipes of multilayer space. Prior to bending with twisting, bending zone is heated to temperature of hot deformation of pipe material, and during bending and twisting of heated bending zone counter pressure is applied to it, equal to 10–30 % of pipe supply pressure during its bending. Machine is equipped with inductor to heat tube bending zone to plastic deformation temperature and carrier mounted on carriage with possibility of transverse movement on bed. On the carrier there is a grip designed to fix the pipe end, installed on the carrier guides with the possibility of movement along them and fixation in the specified position, and carrier by means of axis with possibility of rotation is mounted on carriage installed on frame with possibility of transverse movement along it.

EFFECT: expanded technological capabilities and improved quality of bending due to elimination of corrugations and reduced ovalization.

2 cl, 2 dwg

Description

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением, в частности, к трубогибочному производству и может быть использована для изготовления труб многоколенной пространственной формы, на местах гиба которых недопустимо образование гофров и утонений стенок.The group of inventions relates to the processing of metals by pressure, in particular, to pipe-bending production and can be used for the manufacture of multi-pipe spatial form, in the places of bending which the formation of corrugations and thinning of the walls is unacceptable.

Известен трубогибочный станок с индукционным нагревом, содержащий установленные на станине каретку продольной подачи трубы, направляющие ролики, нагревательное устройство, закрепленное на оси с возможностью поворота первое водило с захватом, второе водило с захватом, связанное с первым, при этом оба водила снабжены механизмами регулировки длины и размещены на одной опоре перпендикулярно друг другу.A tube-bending machine with induction heating is known, comprising a longitudinal feed pipe carriage mounted on a bed, guide rollers, a heating device mounted on a pivotable axis, the first carrier with a gripper, the second carrier with a gripper associated with the first, both carriers are equipped with length adjustment mechanisms and placed on one support perpendicular to each other.

(см. А.С. СССР №984564, кл. B21D 7/02, 1982 г.).(see A.S. USSR No. 984564, class B21D 7/02, 1982).

Недостатком данного станка является низкое качество колена трубы, особенно при гибке труб с малым радиусом гиба, за счет того, что второй захват в процессе гибки не имеет возможность править трубу на заданный радиус, а только сохраняет приобретенную форму.The disadvantage of this machine is the low quality of the pipe bend, especially when bending pipes with a small bending radius, due to the fact that the second grip during bending does not have the ability to straighten the pipe to a given radius, but only retains its acquired shape.

Известен горячий способ гибки труб водилом, включающий индукционный нагрев трубы, последующее предварительное сжатие (подсадка) трубной заготовки за счет разности скоростей подачи трубы и поворота суппорта водила гибочного станка, замедляющего скорость перемещения переднего торца трубы относительно скорости перемещения заднего торца трубы (см. А.И. Гальперин «Машины и оборудование для гнутья труб», Москва, изд-во Машиностроение, стр. 134-135, рис. 76, схема станка для гнутья труб с подсадкой).There is a known hot method of bending pipes with a carrier, including induction heating of the pipe, subsequent preliminary compression (replanting) of the pipe billet due to the difference in the pipe feed speeds and rotation of the carrier of the bending machine, which slows down the movement speed of the front end of the pipe relative to the speed of movement of the rear end of the pipe (see A. I. Halperin “Machines and equipment for bending pipes”, Moscow, Mashinostroenie publishing house, pp. 134-135, Fig. 76, diagram of a machine for bending pipes with replanting).

Недостатком способа является невозможность получать колена труб малого радиуса

(где

- минимальный радиус гиба трубы, d_н - исходный наружный диаметр трубы), так как при создании противодавления перемещению трубы в осевом направлении путем удержания переднего конца трубы, труба, вследствие сдвига, на выходе трубы из зоны действия индуктора она изгибается не по заданному водилом радиусу, а по траектории произвольного эллипса. Заметное смещение траектории перемещения трубы происходит при угле гиба более 45°.The disadvantage of this method is the inability to obtain a bend of pipes of small radius

(Where

- the minimum bending radius of the pipe, d _n is the initial outer diameter of the pipe), since when creating a counterpressure to the movement of the pipe in the axial direction by holding the front end of the pipe, the pipe, as a result of a shift, bends at the pipe’s outlet from the inductor’s range not according to the radius specified by the carrier along the trajectory of an arbitrary ellipse. A noticeable displacement of the pipe trajectory occurs at a bend angle of more than 45 °.

Кроме того, в процессе гибки поперечное сечение стенки трубы испытывает знакопеременные внутренние напряжения и деформации - сжатие на внутреннем радиусе трубы и растяжении на внешнем радиусе и, с увеличением угла гиба, при тенденции сохранения знака деформации быстро исчерпывается ресурс пластичности материала заготовки, что приводит к существенному ограничению радиуса и величины угла гиба, т.е. ограничению технологических возможностей оборудования рамками величины радиуса и углом гиба.In addition, in the process of bending, the cross section of the pipe wall experiences alternating internal stresses and strains — compression on the inner radius of the pipe and tension on the outer radius and, with an increase in the bending angle, the tendency to preserve the sign of deformation quickly exhausts the plasticity resource of the workpiece material, which leads to a significant limiting the radius and magnitude of the bending angle, i.e. limiting the technological capabilities of the equipment with a radius and a bending angle.

Известен способ холодной гибки труб, включающий установку трубы в станок, фиксацию одного из ее концов и гибку трубы с помощью гибочной головки станка, причем в процессе гибки зону гибки трубы дополнительно подвергают скручиванию путем приложения скручивающего момента к трубе, составляющего от 0,1 до 0,75 предельной деформации кручения для материала трубы.A known method of cold bending pipes, including installing the pipe in the machine, fixing one of its ends and bending the pipe using the bending head of the machine, and during the bending process, the pipe bending zone is further subjected to twisting by applying a twisting moment to the pipe, comprising from 0.1 to 0 , 75 ultimate torsional strain for pipe material.

Станок для гибки труб, осуществляющий способ, содержит станину, установленные на ней гибочную головку, каретку продольной подачи трубы и цанговый патрон для зажима трубы, станок оснащен мотор-редуктором и размещенным на каретке продольной подачи трубы поводковым устройством для прикладывания к трубе в зоне ее гиба скручивающего момента, выполненным в виде корпуса, размещенной в нем червячной передачей с червячным колесом, скрепленным с цанговым патроном, и червяком, кинематически связанным с указанным мотор-редуктором.A pipe bending machine that implements the method comprises a bed, a bending head mounted on it, a longitudinal pipe feed carriage and a collet chuck for clamping the pipe, the machine is equipped with a gear motor and a drive device mounted on the pipe longitudinal pipe carriage for applying it to the pipe in the bending zone torsional moment, made in the form of a housing placed in it by a worm gear with a worm wheel fastened with a collet chuck, and a worm kinematically connected with the specified gear motor.

(см. патент РФ №2614975, кл. B21D 9/03, 2017 г.) - наиболее близкий аналог для способа и станка.(see RF patent No. 2614975, class B21D 9/03, 2017) is the closest analogue for the method and the machine.

Недостатком трубогибочного станка при гибке трубы на малый радиус является требование высоких значений давления развиваемое усилием прижима, при прижиме трубной заготовки к гибочному шаблону, что приводит к остаточной деформации в виде небольшой вмятины согнутой в колено трубы.The disadvantage of the bending machine when bending the pipe to a small radius is the requirement of high pressure values developed by the clamping force, when the pipe billet is pressed against the bending template, which leads to permanent deformation in the form of a small dent in the pipe bent into the knee.

Кроме того, необходимо отметить, что способ и станок предназначены для гибки металлов с пределом текучести (σ_т) не более 980 МПа, относительным удлинением (δ) более 20%. Поэтому, к недостатку данного способа и станка его реализующего, можно отнести невозможность гнуть трубы из высокопрочных, труднодеформируемых, жаропрочных материалов, так как указанные материалы имеют предел текучести (σ_т) более 1200 МПа, относительным удлинением (δ) менее 12% и поддаются деформированию при повышенных температурах нагрева от 600 до 1200°С.In addition, it should be noted that the method and the machine are designed for bending metals with a yield strength (σ _t ) of not more than 980 MPa, a relative elongation (δ) of more than 20%. Therefore, the disadvantage of this method and the machine that implements it is the impossibility of bending pipes made of high-strength, difficult-to-deform, heat-resistant materials, since these materials have a yield strength (σ _t ) of more than 1200 MPa, a relative elongation (δ) of less than 12% and are amenable to deformation at elevated heating temperatures from 600 to 1200 ° C.

Рассмотренные выше способы и, реализующие их конструкции трубогибочных станков, не обеспечивают требования по разнотолщинности поперечного сечения, величины утонения стенок колена трубы, овализации поперечного сечения изогнутой части трубы при гибке труб малого радиуса

вследствие знакопеременной деформации, на противоположно расположенных участков трубы, относящихся к внутреннему и внешнему радиусам изгиба. Растягиваясь, внешняя часть трубы стремится стать плоской. Стенки трубы начинают терять форму, и наружная стенка как бы «проваливается» внутрь трубы, и она в сечении стремится принять форму овала. Силы, действующие на стенки трубы на внутренней части гиба, сжимают металл, и, поскольку он не может сжиматься бесконечно, то в какой-то момент начитает собираться в «гармошку». Ситуация усугубляется тем, что основное усилие при гибке прикладывается к трубе в одной очень узкой зоне - по центру гиба. В ней и возникает основная масса дефектов. И если труба ломается, то перелом тоже возникает в этой зоне.The methods discussed above and the designs of pipe bending machines that implement them do not meet the requirements for the thickness difference of the cross section, the amount of thinning of the pipe bend walls, and ovalization of the cross section of the bent part of the pipe when bending pipes of small radius

due to alternating deformation, in opposite sections of the pipe related to the inner and outer bending radii. Stretching, the outer part of the pipe tends to become flat. The walls of the pipe begin to lose their shape, and the outer wall, as it were, “falls through” into the pipe, and in cross section it tends to take the shape of an oval. The forces acting on the walls of the pipe on the inside of the bend compress the metal, and since it cannot compress indefinitely, at some point it begins to gather in an “accordion”. The situation is aggravated by the fact that the main force during bending is applied to the pipe in one very narrow zone - in the center of the bend. In it, the bulk of defects arise. And if the pipe breaks, then a fracture also occurs in this zone.

Основным недостатком приведенных выше способов и реализующих устройств, являются дефекты в виде гофрообразования на внутреннем радиусе гиба, утонения на внешнем радиусе изгиба трубы и овализации поперечного сечения трубы.The main disadvantage of the above methods and implementing devices are defects in the form of corrugation on the inner bend radius, thinning on the outer bend radius of the pipe and ovalization of the pipe cross section.

Техническим результатом группы изобретений является расширение технологических возможностей гибки труб и повышения качества гибки.The technical result of the group of inventions is the expansion of technological capabilities of pipe bending and improving the quality of bending.

Расширение технологических возможностей выражается в обеспечении гибки труб малого радиуса из труднодеформируемых малопластичных материалов за счет создания в зоне изгиба трубы окружных сдвигов в условиях узкозонального нагрева.The expansion of technological capabilities is expressed in the provision of flexible pipes of small radius from difficult to deform low-plastic materials due to the creation of circumferential shears in the bending zone of the pipe under conditions of narrow-zone heating.

Улучшение качества структуры материала изогнутого колена трубы выражается в повышении точности размеров колена, в отсутствии наружных и внутренних дефектов в виде гофров, в уменьшении овализации и разностенности поперечного сечения трубы - утонения стенки по наружному радиусу и утолщения стенки по внутреннему радиусу, которые обеспечиваются за счет развития в зоне узкозонального нагрева осевой деформации, сопутствующей пластическому кручению трубной заготовки, которая вызывает круговые деформации, перераспределяя материал между зоной утонения и зоной утолщения за счет кольцевых напряжений.Improving the quality of the material structure of the bent pipe bend is expressed in increasing the accuracy of the bend size, in the absence of external and internal defects in the form of corrugations, in reducing the ovalization and the difference in the cross section of the pipe - thinning of the wall along the outer radius and thickening of the wall along the inner radius, which are provided due to the development in the zone of narrow-zone heating of axial deformation accompanying the plastic torsion of the tube stock, which causes circular deformations, redistributing the material between the thinning and a zone of thickening due to ring stresses.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе гибки труб, включающем установку подлежащей гибке трубы в трубогибочный станок, фиксацию одного из ее концов, и гибку трубы, в процессе которой зону гибки трубы подвергают скручиванию путем приложения к трубе скручивающего момента в диапазоне от 0,1 до 0,75 предельной деформации кручения для данного материала, новым является то, что перед гибкой со скручиванием осуществляют нагрев зоны гибки до температуры горячей деформации материала трубы, а в процессе гибки и скручивания нагретой зоны гибки, к ней прикладывают давление подсадки, равное 10% до 30% давления подачи трубы в процессе ее гибки.The specified technical result is ensured by the fact that in the method of bending pipes, including installing the pipe to be bent in a pipe bending machine, fixing one of its ends, and bending the pipe, during which the pipe bending zone is twisted by applying a twisting moment to the pipe in the range from 0, 1 to 0.75 of the ultimate torsion strain for a given material, it is new that before bending with twisting, the bending zone is heated to the temperature of hot deformation of the pipe material, and during bending and twisting agretoy bending zone applied thereto spiking the pressure of 10% to 30% of the supply pressure pipe during its bending.

В станке для гибки труб, содержащем станину, на направляющих которой расположена каретка, оснащенная механизмом продольного перемещения, цанговым патроном с механизмом захвата трубы и ее поворота вокруг продольной оси, новым является то, что станок оснащен водилом и индуктором, предназначенным для нагрева зоны гибки трубы до температуры пластической деформации, установленным на каретке, имеющей возможность поперечного перемещения на станине, на водиле размещен захват, предназначенный для фиксации конца трубы, установленный на направляющих водила с возможностью перемещения по ним и фиксации в заданном положении, а водило посредством оси с возможностью поворота смонтировано на своей каретке, установленной на станине с возможностью поперечного перемещения по ней.In a machine for bending pipes containing a bed, on the guides of which there is a carriage equipped with a mechanism for longitudinal movement, a collet chuck with a mechanism for gripping the pipe and turning it around the longitudinal axis, it is new that the machine is equipped with a carrier and an inductor designed to heat the pipe bending zone to the temperature of plastic deformation mounted on the carriage, which has the possibility of lateral movement on the bed, a carrier is placed on the carrier, designed to fix the end of the pipe, mounted on the guide carrier guides movably fixing them at a predetermined position, and the axis of the carrier means is rotatably mounted on its carriage mounted on the frame for transverse movement along it.

Сущность заявленной группы изобретений поясняется графическими материалами, где:The essence of the claimed group of inventions is illustrated by graphic materials, where:

- на фиг.1 - станок для гибки труб, вид спереди;- figure 1 - machine for bending pipes, front view;

- на фиг.2 - станок для гибки труб в процессе гибки трубы, вид сверху.- figure 2 - machine for bending pipes in the process of bending pipes, top view.

Станок для гибки труб содержит станину 1, на направляющих которой с возможностью продольного перемещения посредством привода 2, включающего винтовую пару 3, установлена каретка 4 продольной подачи.The machine for bending pipes contains a frame 1, on the guides of which with the possibility of longitudinal movement by means of a drive 2, including a screw pair 3, a carriage 4 of a longitudinal feed is installed.

Каретка 4продольной подачи оснащена цанговым патроном 5, механизмом захвата 6 и механизмом поворота 7 трубной заготовки 8.The longitudinal feed carriage 4 is equipped with a collet chuck 5, a gripping mechanism 6 and a turning mechanism 7 of the tube stock 8.

На станине 1 расположен коллектор 9 спрейерного водо-воздушного охлаждения, охватывающий индуктор 10 или пристыкованный к его внешней боковой поверхности.On the bed 1 is a manifold 9 spray air-water cooling, covering the inductor 10 or docked to its outer side surface.

Индуктор 10 установлен на каретке 11, и имеет возможность перемещения в плоскости перпендикулярной продольной оси трубной заготовки для совмещения своей оси с осью трубной заготовкой (например, при изменении наружного диаметра трубной заготовки ее ось, в плоскости перпендикулярной поперечному сечению трубы, меняет свое положение по вертикали, пропорционально величине разницы величин радиусов наружных диаметров труб).The inductor 10 is mounted on the carriage 11, and has the ability to move in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the tube stock to align its axis with the axis of the tube stock (for example, when changing the outer diameter of the tube blank, its axis in the plane perpendicular to the pipe cross section changes its vertical position , in proportion to the difference in the values of the radii of the outer diameters of the pipes).

Каретка 11 закреплена на опоре 12 в котором установлена направляющая втулка (на фиг не показана) для ориентации трубной заготовки 8 в кольцевом зазоре индуктора 10. Рядом с коллектором спрейерного водо-воздушного охлаждением 9 расположено водило 13, снабженное захватом 14, представляющее собой зажимной патрон по типу патрона токарного станка.The carriage 11 is mounted on a support 12 in which a guide sleeve is installed (not shown in FIG.) For orienting the tube billet 8 in the annular gap of the inductor 10. Next to the collector of the spray-air-water-cooled 9 there is a carrier 13 equipped with a gripper 14, which is a clamping chuck type of lathe chuck.

Водило 13 установлено на смонтированной на станине каретке поперечной подачи 15, с которой соединено осью 16, вокруг которой имеет возможность поворачиваться на угол 180°. Водило 13 имеет две направляющие 17 по которым его захват 14 имеет возможность перемещаться вдоль водила в сторону оси 16, приближаясь или удаляясь от нее за счет винтовой пары (на фиг. не показано) гайка которой закреплена в нижней части захвата, а винт расположен параллельно направляющим 17, при этом гайка имеет возможность фиксировать положение винта стопором.The carrier 13 is mounted on a carriage mounted on a bed of a transverse feed 15, to which it is connected by an axis 16, around which it can be rotated through an angle of 180 °. The carrier 13 has two guides 17 along which its grip 14 has the ability to move along the carrier towards the axis 16, approaching or moving away from it due to a screw pair (not shown in Fig.) Whose nut is fixed at the bottom of the gripper, and the screw is parallel to the guides 17, while the nut has the ability to fix the position of the screw stopper.

Таким образом, каретка 15 имеет возможность перемещать ось 16, соединяющую водило 13 с кареткой поперечной подачи 15 поперек направляющих станины, а винтовая пара водила 13, имеет возможность перемещать захват 14 в направлении к оси 16 и от нее, что в сумме позволяет менять расстояние от оси трубной заготовки 8 до центра оси 16, которое в процессе гибки становится радиусом гиба колена трубной заготовки 8.Thus, the carriage 15 has the ability to move the axis 16 connecting the carrier 13 with the transverse feed carriage 15 across the guides of the bed, and the screw pair of the carrier 13 has the ability to move the gripper 14 in the direction to and from the axis 16, which in total allows you to change the distance from the axis of the tube stock 8 to the center of the axis 16, which during bending becomes the bending radius of the knee of the tube stock 8.

Каждый механизм перемещения исполнительных органов станка: перемещения каретки продольной подачи 4, поворота цангового патрона 5 вокруг продольной оси трубной заготовки 8 и поворота водила 13 вокруг оси 16 включает серводвигатель в комплексе с сервоприводом, редуктором и периферийным модулем, подключенным к системе ЧПУ модели NCT 104/FS (на фиг. не показана), которая согласует их скорости перемещения между собой и регулирует отношение между ними в зависимости от темпа узокозонального нагрева стенки трубной заготовки 8 индуктором 10.Each mechanism for moving the executive organs of the machine: moving the longitudinal feed carriage 4, turning the collet chuck 5 around the longitudinal axis of the tube stock 8 and turning carrier 13 around axis 16 includes a servomotor in combination with a servo drive, gearbox and peripheral module connected to the NCT 104 / CNC model FS (not shown in Fig.), Which matches their speed of movement between each other and regulates the ratio between them depending on the rate of narrow-gap heating of the wall of the tube 8 by inductor 10.

Согласованная работа этих механизмов способствуют созданию в узкой зоне индукционного нагрева стенки трубной заготовки 8, сложного очага деформации, при котором сложение действующих на заготовку напряжений в совокупности создает синергетический эффект, расширяющий технологические возможности трубогибочного оборудования, обеспечивая повышение качества поперечного сечения изогнутой в колено трубы, а именно уменьшение степени разнотолщинности поперечного сечения, величины утонения стенок колена трубы, овализации поперечного сечения изогнутой части трубы при гибке труб малого радиуса.The coordinated work of these mechanisms contributes to the creation in the narrow zone of induction heating of the tube billet wall 8, a complex deformation zone, in which the addition of the stresses acting on the billet together creates a synergistic effect that extends the technological capabilities of the tube bending equipment, ensuring an increase in the quality of the cross section of the pipe bent into the elbow, and namely, a decrease in the degree of thickness variation of the cross section, the amount of thinning of the walls of the pipe elbow, and ovalization of the cross section I bent part of the pipe when bending pipes of small radius.

ЧПУ данной модели конфигурировано по двухуровневому принципу:The CNC of this model is configured according to a two-level principle:

- верхний, оперативный, уровень работает под управлением операционной системы WINDOWS NT/2000/XP, что позволяет наиболее полно использовать преимущества данной системы без привлечения дорогих программных средств;- the upper, operational, level is running the WINDOWS NT / 2000 / XP operating system, which allows you to fully use the advantages of this system without involving expensive software;

- нижний, исполнительный уровень, выполняет задачами реального времени (интерполяции, управление приводами и другими устройствами электроавтоматики) и управляется ядром реального времени.- the lower, executive level, performs real-time tasks (interpolation, control of drives and other devices of electroautomatics) and is controlled by the real-time core.

Система ЧПУ адаптируется к станку с помощью программы электроавтоматики, разветвленной системы параметров, а также поставки дополнительных программных модулей, учитывающих специфику и тип станка.The CNC system is adapted to the machine with the help of an electric automation program, an extensive system of parameters, as well as the supply of additional software modules that take into account the specifics and type of machine.

Модуль управления (МУ) трубогибочного станка имеет базовое программно-математическое обеспечение (ПМО) с открытой архитектурой на основе СОМ-технологии. Это позволяет ускорить процесс разработки и модификации ПМО МУ за счет использования уже отработанных решений, а также расширить технологические возможности МУ непосредственно самим заказчиком, не прибегая к услугам разработчика.The control module (MU) of the pipe bending machine has a basic software and mathematics (PMO) with an open architecture based on COM technology. This allows you to speed up the process of development and modification of software for MU by using already proven solutions, as well as to expand the technological capabilities of MU directly by the customer, without resorting to the services of a developer.

Системы электрооборудования и ЧПУ трубогибочного станка обеспечивают включение исполнительных механизмов при гибке со скручиванием и осуществление процесса гибки по заданной программе.Electrical systems and CNC pipe bending machine provide the inclusion of actuators during bending with twisting and the implementation of the bending process according to a given program.

Заявленный способ, посредством приведенного выше станка, осуществляют следующим образом.The claimed method, by means of the above machine, is as follows.

Трубную заготовку 8 (фиг.1) продевают через индуктор 10, направляющую втулку опоры 12 и жестко фиксируют в цанговом патроне 5.The tube stock 8 (Fig. 1) is threaded through the inductor 10, the guide sleeve of the support 12 and rigidly fixed in the collet chuck 5.

Включают привод каретки 4 который перемещает ее по направляющим станины 1, перемещая цанговый патрон 5, вместе с трубной заготовкой 8, до того момента, пока длина вылета трубы пройдет срез торца индуктора 10 и передний конец трубной заготовки 8 войдет в контакт с захватом 14 водила 13.The drive of the carriage 4 is turned on, which moves it along the guides of the frame 1, moving the collet chuck 5, together with the tube stock 8, until the length of the tube extends through the cut of the end face of the inductor 10 and the front end of the tube stock 8 comes into contact with the gripper 14 of the carrier 13 .

Захватом 14 водила 13 жестко фиксирует передний конец трубной заготовки 8, после чего устанавливают заданный радиус изгиба трубы посредством одновременного перемещения захвата 14 по направляющим 17 водила 13 и каретки 15 вдоль торца станины 1, перпендикулярно оси трубной заготовки 8 на заданный размер, при этом, центр захвата 14 водила 13 находится на одной оси с центром цангового патрона 5, удерживающего задний конец трубной заготовки 8.The grip 14 of the carrier 13 rigidly fixes the front end of the tube stock 8, after which a predetermined bending radius of the pipe is set by simultaneously moving the gripper 14 along the guides 17 of the carrier 13 and the carriage 15 along the end of the bed 1, perpendicular to the axis of the tube stock 8 by a predetermined size, while the center capture 14 carrier 13 is located on the same axis with the center of the collet chuck 5, holding the rear end of the pipe billet 8.

Таким образом, захват 14 водила 13 остается на месте контакта с трубной заготовкой 8, а перемещением каретки 15 устанавливают заданный радиус гиба R_г.Thus, the capture 14 of the carrier 13 remains at the point of contact with the pipe billet 8, and by moving the carriage 15 set a predetermined bending radius R _g .

Далее включают спрейерное водо-воздушное охлаждение 9 трубной заготовки 8 и индуктор 10.Further include spray-air-water cooling 9 of the tube stock 8 and the inductor 10.

При достижении участка стенки трубной заготовки 8 температуры деформации (для стали 12Х18Н10Т составляет 900…1000°С) трубу, кареткой продольной подачи 4, начинают проталкивать с подсадкой 10…30% от усилия проталкивания. Усилие подсадки создается и регулируется за счет разности скоростей перемещения начала и конца трубной заготовки.When the section of the wall of the tube billet 8 reaches a deformation temperature (for steel 12X18H10T it is 900 ... 1000 ° C), the pipe, the longitudinal feed carriage 4, begin to push with an insertion of 10 ... 30% of the push force. The force of replanting is created and regulated due to the difference in the speeds of movement of the beginning and end of the pipe billet.

Цанговый патрон 5 поворачивают механизмом поворота 7 на заданный угол, отчего величина деформации нагретой стенки трубной заготовки 8 не превышает заданные параметры предельной деформации на кручение материала, нагретого до температуры гибки. Угловая деформация закрутки зоны гиба трубной заготовки, в первом приближении, находится в диапазоне предельной деформации

:The collet chuck 5 is rotated by the rotation mechanism 7 by a predetermined angle, so that the amount of deformation of the heated wall of the tube stock 8 does not exceed the specified parameters of the ultimate torsional deformation of the material heated to the bending temperature. To a first approximation, the angular deformation of the twist of the bending zone of the pipe billet is in the range of ultimate strain

:

Предельная деформация

при кручении трубной заготовки определяются с помощью стандартных испытаний на кручение.Ultimate strain

during torsion of a tube billet are determined using standard torsion tests.

При угловой деформации γ_i<0,1 величина деформации скручивания не достаточна для возникновения эффекта осевой деформации Δε_l.When the angular deformation γ _i <0.1, the magnitude of the twisting strain is not sufficient for the occurrence of the effect of axial deformation Δε _l .

При угловой деформации γ_i>0,75 величина осевой деформации увеличивает риск разрушения материала трубной заготовки при изгибе.When the angular deformation γ _i > 0.75, the magnitude of the axial deformation increases the risk of destruction of the material of the billet during bending.

Каретка продольной подачи 4 перемещает трубу со скоростью (ϑ_пп) в сторону индуктора 10 при этом водила 13 поворачивается вокруг оси 16 с линейной скоростью

на заданный угол.The longitudinal feed carriage 4 moves the pipe at a speed (ϑ _pp ) towards the inductor 10, while the carrier 13 rotates around axis 16 with a linear speed

at a given angle.

Разность скоростей перемещения каретки продольной подачи 4 и линейной скорости от вращения водила 13 вокруг оси 16 больше нуляThe difference in the speeds of movement of the carriage of the longitudinal feed 4 and the linear velocity from the rotation of the carrier 13 around the axis 16 is greater than zero

что создает осевое давление подсадки (Р_пр) равное 10 до 30% от давления подачи (Р_г), данное соотношение скоростей в процессе гибки, поддерживают в заданном диапазоне:which creates an axial pressure of the feed (P _CR ) equal to 10 to 30% of the supply pressure (P _g ), this ratio of speeds in the bending process is maintained in a given range:

Р_пр=(0,1…0,3)Р_г P _ol = (0.1 ... 0.3) R _g

Давление подачи Р_г определяется отношением изгибающего момента гибки (М_из) на радиус гиба (r₀): Supply Pressure P_g determined by the ratio of the bending moment of bending (M_of) by bending radius (r₀):

где r₀ - относительный средний радиус изгиба детали, равный среднему радиусу детали R₀, отнесенному к ее диаметру D,

М_из - изгибающий момент вычисляют по формуле:

where r ₀ is the relative average bending radius of the part equal to the average radius of the part R ₀ related to its diameter D,

M _from - bending moment is calculated by the formula:

где W - момент сопротивления поперечного сечения заготовки, σ_т - предел текучести; σ_т - предел текучести (физический), К₁ - коэффициент профиля поперечного сечения трубной заготовки, определяется в зависимости от профиля трубной заготовки и вида изгиба выбирают по таблице литературного источника (Ковка и штамповка. Справочник под редакцией Е.И. Семенова, Т. 2, 592 с), К₀ - относительный модуль упрочнения на начальном участке кривой упрочнения, выбирали равный модулю упрочнения, по уравнению:where W is the moment of resistance of the cross section of the workpiece, σ _t is the yield strength; σ _t - yield strength (physical), K ₁ - profile coefficient of the cross section of the pipe billet, is determined depending on the profile of the pipe billet and the type of bending is selected from the table of the literature (Forging and stamping. Reference edited by EI Semenova, T. 2, 592 s), K ₀ is the relative hardening modulus in the initial portion of the hardening curve, which is equal to the hardening modulus, according to the equation:

где σ_в - предел прочности материала трубы, σ_0,2 - условный предел текучести при величине остаточной деформации 0,2%; δ_s - относительное удлинение пятикратной длины образца; α - величина уменьшения диаметра трубы после гнутья.where σ _in is the tensile strength of the pipe material, σ _0.2 is the conditional yield strength with a residual strain of 0.2%; δ _s - elongation of five times the length of the sample; α is the value of reducing the diameter of the pipe after bending.

В случае, когда усилие противодавления Р_пр меньше 0,1 усилия проталкивания трубы Р_г изменения толщины стенок - утонение или утолщения не намного превышают пределы погрешности измерений.In the case when the back pressure P _{pr is} less than 0.1, the force pushing the pipe P _g changes in wall thickness - thinning or thickening do not significantly exceed the limits of measurement error.

В случае, когда усилие противодавления Р_пр больше 0,30 усилия проталкивания трубы Р_г (Р_пр>0,3⋅Р_г) происходит заметное смещение изгиба трубы за счет сдвига.In the case where the counter force F _ave greater pushing force of 0.30 _{g of} the pipe P (P _ave> 0,3⋅R _g) there is a marked shift of the pipe due to shear bending.

Давление, создаваемое в зоне подсадки приводит к пластической деформации стенки трубной заготовки 8 в зоне ее нагрева, достаточного для расчетного набора металла в поперечного сечения трубной заготовки 8, но не превышает продольной устойчивости отрезка трубы, подвергаемого кручению.The pressure created in the replanting zone leads to plastic deformation of the wall of the pipe billet 8 in the zone of its heating, sufficient for the calculated set of metal in the cross section of the pipe billet 8, but does not exceed the longitudinal stability of the pipe section subjected to torsion.

Скорость перемещения каретки продольной подачи 4 согласуется со скоростями вращения цангового патрона 5 и водила 13 в месте начала образования колена трубы и регулируется темпом нагрева стенки трубной заготовки 8 в зоне индукционного нагрева.The movement speed of the longitudinal feed carriage 4 is consistent with the rotational speeds of the collet chuck 5 and carrier 13 at the start of pipe elbow formation and is controlled by the rate of heating of the tube billet wall 8 in the induction heating zone.

В процессе гибки трубная заготовка 8, выходя за пределы направляющей втулки опорного узла 12, испытывает изгибающий момент между опорным узлом 12 и захватом 14 водила 13 и в зоне ширины нагрева Δ гнется под действии изгибающего (М_из) и скручивающего моментов (М_кр).In the process of bending, the tube billet 8, going beyond the guide sleeve of the support unit 12, experiences a bending moment between the support unit 12 and the gripper 14 of the carrier 13 and bends under the action of bending (M _out ) and torsional moments (M _cr ) in the heating width zone Δ.

По окончании изгиба колена трубной заготовки 8 водило 13 фиксируют в конечном положении, проводят разжим захвата 14 водила 13 и отводят водило 13 в сторону, фиксируя его нейтральном положении.At the end of the bend of the knee of the tube billet 8, the carrier 13 is fixed in the final position, the gripper 14 is expanded, carrier 13 is carried out and the carrier 13 is moved to the side, fixing it in a neutral position.

Таким образом, гибка трубной заготовки 8 происходит в зоне действия индукционного узкозонального нагрева, ширина которой устанавливается равной (1…5)⋅s - толщины стенки трубной заготовки 8 в зависимости от технологических параметров гибки, связанных с темпом нагрева, скоростью охлаждения части трубной заготовки на выходе из зоны действия индуктора 10, скорости каретки продольной подачи.Thus, bending of the tube billet 8 takes place in the zone of influence of induction narrow-zone heating, the width of which is set equal to (1 ... 5) ⋅s - wall thickness of the tube billet 8 depending on the technological parameters of bending associated with the heating rate, the cooling rate of part of the tube billet exit from the range of the inductor 10, the speed of the longitudinal feed carriage.

Таким образом, скорость поворота водила 13 задает траекторию перемещения переднего конца трубной заготовки 8 и, вместе с шириной зоны нагрева Δ формирует радиус гиба.Thus, the rotation speed of the carrier 13 sets the trajectory of the front end of the tube stock 8 and, together with the width of the heating zone Δ forms a bending radius.

Отношение скоростей

перемещения каретки 4 продольной подачи (ϑ_пп) и линейной скорости

механизма поворота водила 13 вокруг оси 16 задает величину заданной степени деформации - подсадки участка трубы, нагретого индуктором 10 до температуры гибки.Speed ratio

carriage movement 4 longitudinal feed (ϑ _PP ) and linear speed

the mechanism of rotation of the carrier 13 around the axis 16 sets the value of the specified degree of deformation - replanting the pipe section heated by the inductor 10 to the bending temperature.

Сдвиговая деформация (γ_кр) созданная поворотом трубной заготовки 8 цанговым патроном 5, посредством механизма вращения 7, обеспечивает деформацию кручения в пределах от 0,1 до 0,75 предельной деформации на кручение материала, нагретого индуктором до температуры пластической деформации гибки позволяет получить зону гибки высокого качества.Shear deformation (γ _cr ) created by turning the billet 8 with a collet 5, by means of a rotation mechanism 7, provides torsional deformation in the range from 0.1 to 0.75 of the ultimate torsional deformation of the material heated by the inductor to the temperature of plastic deformation of the bend allows to obtain a bending zone High Quality.

Пример осуществления способаAn example of the method

Станок с числовым программным управлением (ЧПУ) снабжен механизмами поворота цангового патрона 5, водила 13 и перемещения каретки 4 продольной подачи, включающими серводвигатель (Mitsubishi Hg-SR7024) и сервоусилитель (MR-Y7-700A4-RJ), планетарный редуктор (Dynamic Oil) мощностью от 20 до 50 кВт, устройством индукционного нагрева трубы до температуры 980 - 1200°С и периферийными модулями связанные с системной платой управления ЧПУ станка.The numerical control machine (CNC) is equipped with mechanisms for turning the collet chuck 5, carrier 13 and moving the carriage 4 along the longitudinal feed, including a servo motor (Mitsubishi Hg-SR7024) and a servo amplifier (MR-Y7-700A4-RJ), planetary gearbox (Dynamic Oil) power from 20 to 50 kW, a device for induction heating of a pipe to a temperature of 980 - 1200 ° C and peripheral modules connected to the CNC control board of the machine.

Станок обеспечивает усилие проталкивания 120 кН, максимально допустимая длина трубы от зажима цангового патрона до индуктора не превышает 2000 мм.The machine provides a pushing force of 120 kN, the maximum allowable pipe length from the clamp of the collet chuck to the inductor does not exceed 2000 mm.

Давление подсадки зоны изгиба трубы равно 20-30% давления подачи.The pressure in the bending zone of the pipe is 20-30% of the supply pressure.

Трубная заготовка из высокопрочной стали 03Х12Н10МТР-ВД (ВНС-25), диаметр d_н=36 мм, толщина стенки s=2,0 мм

общая длина трубы L=6000 мм. Относительный радиус гиба R_г=72 мм, угол гиба 90°.Tubular billet from high-strength steel 03X12H10MTR-VD (VNS-25), diameter d _n = 36 mm, wall thickness s = 2.0 mm

total pipe length L = 6000 mm. The relative bending radius R _g = 72 mm, the bending angle of 90 °.

Технические параметры материала трубы: в холодном состоянии, при комнатной температуре осевой момент инерции трубы J=3,7 см⁴; момент сопротивления трубы W=2,0 см³, площадь поперечного сечения трубы - 2,13 см², допустимое усилие сжатия трубы Р_сж ~ 110 кН, временное сопротивление (σ_в) составляет 1180 МПа, относительное удлинение (δ) менее 12%.Technical parameters of the pipe material: in cold condition, at room temperature, the axial moment of inertia of the pipe J = 3.7 cm ⁴ ; pipe resistance moment W = 2.0 cm ³ , pipe cross-sectional area 2.13 cm ² , allowable pipe compression force P _cr ~ 110 kN, temporary resistance (σ _in ) is 1180 MPa, elongation (δ) less than 12% .

При температуре нагрева 1000°С временное сопротивление (σ_в) составляет 68,6 МПа. Ширина зоны прогрева Δ=5 мм или 2,5 s.At a heating temperature of 1000 ° C, the temporary resistance (σ _in ) is 68.6 MPa. The width of the heating zone Δ = 5 mm or 2.5 s.

Радиус гиба трубы составляет удвоенный диаметр трубы - 2⋅d_н или R_г=72 мм. Величина деформации составляла ε_max=0,33, при скорости деформации в зоне действия индуктора ξ_н=0,06 с^-1.The bending radius of the pipe is twice the diameter of the pipe - 2⋅d _n or R _g = 72 mm. The magnitude of the deformation was ε _max = 0.33, at a strain rate in the zone of action of the inductor ξ _n = 0.06 s ^-1 .

Изгибающий трубу момент можно представить уравнением:The pipe bending moment can be represented by the equation:

где σ_s - предел текучести.

where σ _s is the yield strength.

Этап №1. Цанговым патроном 5 жестко фиксируют трубную заготовку 8 и перемещением каретки 4 выставляют передний конец трубной заготовки 8 на заданный вылет от среза переднего торца индуктора 10.Stage number 1. The collet chuck 5 rigidly fixes the tube billet 8 and by moving the carriage 4 expose the front end of the tube billet 8 to a predetermined offset from the cut of the front end of the inductor 10.

Закрепляют трубную заготовку 8 в захвате 14 водила 13, выставляя при этом нужный радиус изгиба колена трубной заготовки 8.Fix the tube stock 8 in the grip 14 of the carrier 13, while setting the desired bend radius of the knee of the tube stock 8.

Этап №2. Включают спрейерное водо-воздушное охлаждение 9 и индуктор 10 и нагревают поверхность трубной заготовки 8 до температуры горячего деформирования в диапазоне 900…1000°С.Stage number 2. Turn on spray water-air cooling 9 and inductor 10 and heat the surface of the pipe billet 8 to a hot deformation temperature in the range of 900 ... 1000 ° C.

Каретка продольной подачи начинает перемещать трубу со скоростью 50 мм/мин, при этом изгибающий момент гибки трубной заготовки составляет - М_из=981 Н/мм² The longitudinal feed carriage begins to move the pipe at a speed of 50 mm / min, while the bending moment of bending of the tube stock is - M _of = 981 N / mm ²

Момент подпора на водиле составляет - М_под=202 Н⋅м, усилие сжатия зоны нагрева трубы - P_сж=9,4 кН.Currently backwater on the carrier it is - _under M = 202 Nm, the heating zone of the pipe compression force - P = 9.4 kN _{compression channel.}

Максимальна деформация трубы в зонах внешнего и внутреннего радиусов гиба ε_max=±0,33. Скорость деформации рассчитывалась по уравнению:The maximum pipe deformation in the zones of external and internal bending radii is ε _max = ± 0.33. The strain rate was calculated by the equation:

где ε_i - длина очага деформация, Н - ширина прогрева, ϑ_н - линейная скорость, ξ_y=0,06 с^-1;where ε _i is the length of the deformation zone, N is the heating width, ϑ _n is the linear velocity, ξ _y = 0.06 s ^-1 ;

В процессе установившегося режима нагрева темп (скорость) узкозонального нагрева наружной стенки трубы, в зависимости от ширины зоны прогрева (Δ=2…5 мм), находится в диапазоне от 400 до 160 град/сек, при времени его нагрева от 2,4 до 6 сек.In the process of a steady-state heating mode, the rate (speed) of narrow-zone heating of the outer wall of the pipe, depending on the width of the heating zone (Δ = 2 ... 5 mm), is in the range from 400 to 160 deg / s, with its heating time from 2.4 to 6 sec

Скорость сдвиговой деформации от кручения соответствовала 7⋅10^-4 с^-1, а угловая деформация закрутки

The rate of shear deformation from torsion corresponded to 7⋅10 ^-4 s ^-1 , and the angular deformation of the twist

Этап №3. По окончании изгиба колена трубы индуктор отключается, водило 13 фиксируется в конечном положении и производят разжим захвата 14 водила 13. Далее водило 13 механизмом вращения 16 отводят в сторону и фиксируют в нейтральном положении. Каретку продольной подачи 4 перемещают в сторону индуктора 10 и отрезают механическим или другим, например электроэрозионным, лазерным способом, согнутую деталь от трубной заготовки 8.Stage number 3. At the end of the bend of the pipe bend, the inductor is turned off, the carrier 13 is fixed in the final position and the gripper 14 is expanded by carrier 13. Further, the carrier 13 is turned to the side by the rotation mechanism 16 and fixed in the neutral position. The carriage of the longitudinal feed 4 is moved towards the inductor 10 and cut off by a mechanical or other, for example, electrical discharge, laser, bent part from the tube stock 8.

После указанных манипуляций станок вновь готов к работе.After these manipulations, the machine is again ready for operation.

В результате исследования полученных образцов колен труб было установлено, что основные контролируемые параметры изогнутых труб не выходили за пределы допустимых значений:As a result of the study of the obtained pipe bend samples, it was found that the main controlled parameters of the bent pipes did not go beyond the acceptable values:

- колено трубы не имело отклонение по радиусу гиба 72 мм

выходящее за пределы допусков не более 3%, в зоне сжатия трубной заготовки складкообразования не было обнаружено;- the pipe bend did not have a deviation along the bend radius of 72 mm

going beyond tolerances of not more than 3%, no folding was detected in the compression zone of the tube billet;

- утонение составляло не более 18%;- thinning was not more than 18%;

- в зоне растяжения утонение носило допустимый характер и не превышало 18%,- in the tensile zone, the thinning was acceptable and did not exceed 18%,

- овальность в зоне изгиба трубы при индукционном нагреве не превышала 8%.- ovality in the bending zone of the pipe during induction heating did not exceed 8%.

Claims

1. A method of bending pipes, including installing the pipe to be bent into a pipe bending machine, fixing one of its ends, pushing the pipe and bending it, during which the pipe bending zone is twisted by applying a twisting moment to the pipe in the range from 0.1 to 0, 75 ultimate torsion strain for a given material, characterized in that before bending with twisting, the bending zone is heated to the hot deformation temperature of the pipe material, and in the process of bending and twisting of the heated bending zone, they are applied to the pipe rotivodavlenie of 10 ... 30% of the effort of pushing.

2. Machine for bending pipes, containing a bed, on the guides of which there is a carriage equipped with a mechanism for longitudinal movement, a collet chuck with a mechanism for capturing the front end of the pipe and turning it around the longitudinal axis, characterized in that it is equipped with an inductor for heating the pipe bending zone to a temperature plastic deformation mounted on the carriage, made with the possibility of movement in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the pipe, and a carrier with a gripper for fixing the other end of the pipe mounted on the axis with the possibility of rotation on the carriage mounted on the bed of the transverse feed, and the capture is made with the possibility of movement along the carrier towards the axis on which the carrier is mounted, along the guides and fixing in a predetermined position.