SU1648606A1 - Способ обжати труб - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к обработке металлов давлением, а точнее к способам калибровки концов труб роликовым инструментом . Цель изобретени  - повышение производительности за счет увеличени  обжатий трубы по наружному диаметру за оборот . Способ обработки труб включает обжатие их концевых участков неприводными роликами с определенными радиальными погонными услови ми на один ролик, определ емыми приведенными математическими зависимост ми. Количество роликов также определ етс  по приведенной зависимости . При применении данного способа обжати  труб снижаетс ; брак. 7 ил.

Description

Изобретение относитс  к обработке металлов давлением, в частности к производству тонкостенных труб нефт ного1 сортамента.

Цель изобретени  - повышение производительности за счет увеличени  обжатий трубы по наружному диаметру за один оборот .

На фиг. 1 изображена схема обкатки концевого участка трубы холостыми валками; на фиг. 2 - схема приложени  сил; на фиг. 3 - физическа  модель процесса; на фиг. 4 - эпюра распределени  величины изгибающего момента по периметру заготовки; на фиг. 5 - эпюра распределени  величины тангенциальной силы; на фиг. 6 - стадии работы характерных сечений заготовки; на фиг. 7 - расчетна  схема к определению радиусов кривизны средней линии заготовки.

Обработка труб ocyiuecTBflj тс  следующим образом.

Труба 1, перемеща сь, взаимодействует с роликами 2. которые расположены в кассете 3. Ролики 2  вл ютс  холостыми. С помощью губок 4 осуществл ют зажим трубы 1. Кассету 3 вращают и перемещают в осевом направлении, производ  обкатку конца трубы 1. После окончани  обкатки кассета 3 возвращаетс  в исходное положение , и губки 4 освобождают трубу 1.

Обкатку концевого участка трубы осуществл ют с обжатием Р, наход щимс  в интервалеРмин Р Рмакс.рассчитанных по формулам

Ё

О

00

о о о

Г« иМ

Am

f 3Ј мЦГып Ј

ДО

в.- -f

где D - наружный диаметр трубы, мм; S - толщина стенки трубы, мм; От- предел текучести металла трубы, Па,

Важнейшим показателем, определ ющим основные параметры процесса обжати ,  вл етс  режим частных деформаций, т.е. деформаций трубы за оборот. Величина деформации при калибровании определ етс  усили ми, прикладываемыми к наружной поверхности трубы. Величина этих усилий ограничена услови ми устойчивого протекани  процесса без разрушени  трубы и искажени  профил  ее поперечного сечени . Дл  определени  оптимальных условий нагружени  трубы рассмотрим кольцо единичной ширины с наружным диаметром О и толщиной стенки S, соответствующими ре- альной трубе. Принимают, что кольцо нагружено системой точечно приложенных сил, расположенных с равным шагом по периметру кольца (фиг. 2). Материал кольца считают упругопластическим.

При нагружении кольца по прин той схеме в каждом его поперечном сечении возникают следующие силовые факторы (фиг. 3); изгибающий момент

М

-

ас тангенциальна  сжимающа  сила

а р )

14Ji t Ж

радиальна  перерезывающа  сила

Т

itrt 2vn

Ifcti

(2)

(3)

i. 0)

где Р - радиальна  сжимающа  сила;

п - количество приложенных сил (роликов );

а- текущий угол.

Поскольку кольцо  вл етс  тонким, т.е. размеры поперечного сечени  его малы по сравнению с диаметром (дл  тонкостенных труб нефт ного сортамента), и деформации

10

при этом оптимальное количество деформирующих роликов определ етс  с округлением в большую сторону из выражени 

9 ЯГ

5 0 5 0

сдвига, на которых производит работу перерезывающа  сила, тоже очень малы, то в дальнейшем вли нием силы Т можно пренебречь .

Анализ эпюр распределени  изгибающего момента М и тангенциальной силы N по периметру кольца (фиг. 4, 5) позвол ет выделить три типа характерных сечений, в которых действуют экстремальные значени  этих силовых факторов:

сечени  1, в которых приложены силы (зоны контактных деформаций), положение этих сечений определ етс  угловой координатой ф - 0;

сечени  2 (зоны внеконтактных деформаций ), положение которых определ етс  координатой/v, Г.

2 а/

сечени  3 (зоны внеконтактных деформаций ), положение таких сечений определ етс  условием

Ј-о/сс -W

5

0

%

$

з - а

В сечени х 1 действуют нормальные напр жени  Ом от изгибающего момента и сжимающие напр жени  ON, созданные тангенциальной силой. Величины этих напр жений определ ютс  выражени ми

()sf (5)

(6)

где у - рассто ние от нейтральной линии сечени .

Суммарна  эпюра нормальных напр жений от момента и тангенциальной силы в упругой стадии работы сечений 1 представлена на фиг. 6-1а. На наружных волокнах, дл  которых у S/2, знаки 7М1 и окцсовпа- дают (оба напр жени  сжимающие) и вели- чина результирующего напр жени  определ етс  уравнением

(7)

Увеличение силы Р приводит к росту момента и тангенциальной силы N, следовательно , к росту напр жений в сечени х. При некотором значении силы Р на наиболее нагруженных наружных волокнах сечений величина результирующих напр жений достигает предела текучести От (фиг. 6-16). Такое значение силы определ етс  из выражени  25 S

т(8)

()4Scigf

Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к по влению пластической области в сжатой зоне сечений и ее росту. При этом напр жени  в раст нутой зоне стрем тс  к пределу текучести и достигают его. С этого момента в сечени х существуют две области пластичности, разделенные упругой областью (фиг. 6-1 в).

Соотношение между размерами пластических и упругой областей определ етс  известной системой уравнений (2)

L.yqi

S И

3 М.

Jf s.

L - i(t.) 157 zl OT Ы a, l s ffr

о, ( Л 6. , К) ЗЙГ Г Т( о, V/ ,

2а 1/ЗЛ И)

Т 1М1 #1

f-1 S 2 Г

.). ) ЗМ2 3 2Г бг/ 1Г вЈ/

Предельна  нагрузка в этом сечении оп- 55 редел етс  уравнением

23Г

Рпрг -26,iin  

fc- hH-si

Я

0

5

0

5

0

В предельном случае напр женное состо ние сечени  кольца описываетс  эпюрой в виде двух пр моугольников (фиг. 6-1 г) - образуетс  так называемый пластический шарнир. В этом случае высота упругой зоны равна нулю, т.е.

з Л„Й)- -О

V Щ1 S26r Реша  это уравнение с учетом (1) и (6), получают предельную нагрузку в сечени х 1.

1 ) (Ю)

В сечени х 2 действуют отрицательный изгибающий момент, вызывающий раст жение наружных и сжатие внутренних волокон , и тангенциальна  сила, вызывающа  напр жение сжати  по всему сечению. Характер работы этих сечений аналогичен.

Эпюры напр женного состо ни  представлены на фиг. 6 -2. Нормальные напр жени  от момента и тангенциальной силы опоедел ютс  выражени ми

.(-ik)sr. «

к Р 6 fce2§

L.

m{

П.

(12)

Величина силы, вызывающа  напр жение текучести на наиболее нагруженных волокнах сечений 2

(,з)

т,

(-ifo)

ил л

Система уравнени  (9) можетбыть записана в виде

ЗМа

згб-т

-)ЗМ2 I б / S2ffT

4)

i

-f. 5f

(«5)

В сечени х 3 действует только тангенциальна  сжимающа  сила, создающа  однородное состо ние линейного сжати  (фиг. 6-За). Предельным дл  таких сечений будет состо ние,при котором напр жени  оы до- стигают предела текучести (фиг. 6-36). Усилие , вызывающее такое состо ние, определ етс  уравнением

Ј п

Рпо, - 26VS

фз

Об)

Сравнение выражений (10), (15) и (16) показывает, что при любом числе деформирующих РОЛИКОВ П РпрЗ Рпр2 Рпр1.

Следовательно, состо ние пластических шарниров в сечени х 1 и 2 будет достигнуто при более низких нагрузках, чем состо ние пластического сжати  в сечени х 3.

Из приведенного анализа напр женного состо ни  следует, что вначале образуют- с  пластические шарниры в сечени х 1 (при усили х Pnpi). Кинематически возможными в этих сечени х  вл ютс  перемещени  только в направлении действи  нагрузки.

РМОКС 2бг 6-п

,J

Л 5in

6inf

Из анализа приведенных эпюр напр женного состо ни  при калибровании еле- 30 дует, что минимальна  нагрузка, при которой начинаетс  процесс пластического уменьшени  периметра, должна вызывать на средней линии сечений 2 суммарные намин

- 6V n2f|f,5D

л

Необходимым условием потери устойчивости при калибровании,  вл етс  обра- зование двух семейств пластических шарниров с различными направлени ми кинематически возможных перемещений.

Анализ условий образовани  шарниров и зависимости предельных нагрузок от количества деформирующих роликов (фиг. 7) показывает, что устойчивость процесса калибровани  определ етс  силовыми услови ми в зонах внеконтактных деформаций (сечени  2) и может быть обеспечена схемой

/ SW

0

5

0

Образование семейства пластических шарниров с одинаковыми кинематически возможными перемещени ми не исчерпывает несущей способности статически неопределимой системы - кольца, так как перемещени  в шарнирах ограничены действием упругих участков и, следовательно, возможно дальнейшее увеличение активных сил Р.

Повышение усилий до величины Рпр2 Рпр1 приводит к образованию пластических шарниров в сечени х 2. В этих шарнирах кинематически возможны перемещени  в направлени х разгрузки. В результате образовани  двух семейств пластических шар- ниров с различными кинематически возможными перемещени ми кольцо (конец трубы) превращаетс  в кинематически подвижную систему с большим числом степеней свободы, что приводит к образованию граненности по периметру. Следовательно, максимальные радиальные погонные усили  не должны превышать величины РПр2 т.е.:

И

(Т j/nf/ iirf

пр жени , равные пределу текучести. Величина этой нагрузки может быть определена из второго уравнени  системы (14) при условии /2. Тогда минимальные радиальные погонные усили  на один ролик должны быть не менее

2,25Г/

(Ј-dj)

нагружени , т.е. количеством деформирующих роликов. Очевидно, что наибольшую устойчивость обеспечивает схема нагружени , соответствующа  максимуму кривой РПр2 (фиг. 7). Тогда необходимое количество роликов можно определить из услови 

d Pnao л

--T-Ob-iO

После дифференцировани  получают уравнение дл  определени  оптимального количества деформирующих роликов

9f

4mf-

т г

fa COif-0

При выборе количеств деформирующих роликов из этого уравнени  используетс  следующий подход.

Так как функци  (п) имеет экстремум то, следовательно, производна  этой функции dP/dn будет мен ть знак. Причем увеличение количества роликов по восход щей ветви графика функции (nXdP / ) ведет к увеличению значений Рпр2.т.е. к повышению устойчивости поперечного сечени  обрабатываемой трубы , а на нисход щей ветви (dp/dn 0) - к снижению устойчивости профил . Так как количество роликов должно обеспечивать максимальную устойчивость трубы, то в качестве числа роликов, выбирают дающее наиболее близкое к нулю значение уравнени . Например, дл  труб 245 х 10 при значение уравнени  дл  оптимального количества роликов равно 0,0001136065, а при это значение составл ет минус 0,0001922250. Поэтому за оптимальное значение принимаетс  . Дл  трубы 146 х 7 при значение уравнени  равно 0,0000868432, а при минус 0,0001621188. Поэтому оптимальное значение .

Пример. Обработке предлагаемым способом подвергают партию труб размеР„„н -6,г

.nffl.5D/a--U ya.25B fe. )V3

I X IVJt л#/ i,

i№-$F&

где Рмин и Р макс - нижний и верхний пределы величины усили ,н/мм:

D - наружный диаметр трубы, мм;

S - толщина стенки трубы, мм;

где п - количество деформирующих роликов с округлением в большую сторону.

0

5

0

5

ром 146 х 7,7 мм из стали группы прочности D. По формулам определ ют величину радиальных погонных усилий на один ролик и оптимальное количество роликов.

Величина радиальных погонных усилий на один ролик дл  указанного диаметра трубы составл ет 1.25-1.31 н/мм, а величина относительной деформации трубы за оборот находитс  в пределах 1.2-1,5%. Количе-. ство деформирующих роликов должно быть равно 6. При этих услови х процесс калибровани  осуществл етс  устойчиво, без образовани  граненности.

Предлагаемый способ обработки труб позвол ет повысить производительность, снизить при этом брак труб по резьбе на 2-3%, брак по задирам и рискам на инструменте на 0,1-0,3%, а также увеличить обьем выпуска и расширить сортамент обсадных труб с упрочненными концами.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ обжати  труб путем обкатки их концевых участков неприводными роликами , отличающийс  тем, что. с целью повышени  производительности, обжатие осуществл ют с радиальными погонными усили ми на один ролик, наход щимис  в пределах от

   i№-$F&

   Ch- предел текучести материала трубы. Па;

   при этом количество деформирующих роликов определ етс  из выражени 

   зг

   Jf ; Jrf- Jri Я

   JD«

   c«f 0

   i A. 32

   Фиг. I

   фигг

   Фиг4

   Сечение f

   Сечение Z

   . 6T 6Т

   п. :Г ч.I О- 1

   сечение 1

   Фиг.5

   -Ст

   -6Г

   Фиг. 6

   Cevewez

   Фиг

   Сечение f