SU1731333A1 - Способ изготовлени захватки под т нущий механизм дл прот гивани через волоку труб - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : введение в передний конец трубной заготовки полого прутка, редуцирование переднего конца до соприкосновени  его внутренней поверхности с поверхностью прутка и совместное обжатие переднего конца и прутка до получени  диаметра захватки, меньшего диаметра калибрующей части волоки. При этом длина прутка равна длине захватки, а диаметр и толщина соответственно св заны регламентированной зависимостью. 1 ил., 3 табл.

Description

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано при изготовлении холоднот нутых труб, преимущественно тонкостенных и особотонкостенных.

Известен способ заковки захваток на трубных заготовках с помощью ротационно- ковочной машины бойками, расположенными в рабочей головке, в которой механизм обжати  вращаетс , контактиру  с роликами неподвижного кольца.

Известна заковка с помощью радиаль- но-ковочной машины бойками с кантовкой трубной заготовки в паузах между ударами.

Известны также способы запрессовки захваток с помощью гидравлического пресса с одновременным давлением нескольких пуансонов, закрепленных на штоках гидроцилиндров .

Недостатком указанных способов  вл етс  то. что заковка (запрессовка) захваток на тонкостенных трубах при отношении толщины стенки к диаметру меньше 0.06 сопровождаетс  образованием на захватках продольных складок. Волочение трубных заготовок с такими захватками приводит к по влению продольных складок (ужимов) на готовых трубах.

Дл  подготовки захваток на тонкостенных трубах известен способ закатки вращающимис  роликами, которые перемещаютс  по копирам и за счет этого свод тс  к центру. Этот способ позвол ет избежать образовани  продольных складок на захватках, а также получить плавную форму перехода от трубы к захватке. При этом внутренн   поверхность захватки либо формируетс  свободно, либо обжимаетс  на оправке.

В первом случае толщина стенки захватки мало измен етс  по сравнению с исходной толщиной стенки трубы-заготовки. В то же врем , площадь поперечного сечени  захватки оказываетс  меньше, чем у прот гиваемой трубы, поскольку захватка имеет

VJ

СО

со со со

меньший диаметр. В результате при волочении на захватку действует большее по сравнению с трубой раст гивающее напр жение , равное отношению усили  волочени  к площади поперечного сечени . При высоких напр жени х волочени , близких к пределу текучески прот гиваемого металла, что характерно дл  волочени  тонкостенных и особотонкостенных труб, это обсто тельство обусловливает повышенную обрывность захваток. Дополнительным фактором, привод щим к росту обрывности,  вл етс  наличие концентраторов напр жений в виде морщин на внутренней поверхности , что  вл етс  неизбежным при свободном (без оправки) ее формировании в ходе обжати .

Во втором случае за счет использовани  закатки на оправке морщины на внутренней поверхности не по вл ютс . Однако при этом происходит утонение толщины стенки в захватке, что также дополнительно увеличивает раст гивающее напр жение в захватке при волочении и способствует росту обрывности,

Известен способ заковки захватки на кувшинчик -полый конец трубы специальной формы, необходимой дл  волочени  на длинной оправке с захватом за специальный хвостовик оправки.

Несмотр  на отсутствие складок полностью устранить повышенную обрывность захватки этот способ не может, так как обжатие осуществл етс  на специальной оправке и сопровождаетс  утонением толщины стенки заготовки в захватке.

Известно, что во избежание обрывов по захватке, забитой на кувшинчик, при волочении на длинной оправке капилл рных труб примен етс  одновременный зажим и за конец длинной оправки, и за захватку на трубе.

Известен способ волочени  труб, предусматривающий изготовление U-образ- ной захватки, частичное введение ее внутрь трубной заготовки и последующее соединение сваркой. Известно также использование в качестве захватки переднего конца из более дешевого материала, чем материал трубы. Известен способ подготовки к воло- чению захваток на трубах большого диаметра (более 250 мм), в котором передний конец трубной заготовки подготавливаетс  вырезкой секторов (ласок) по образующей поверхности конца трубы с последующими отгибкой их на коническую пробку и обжатием снаружи кольцом дл  надежного удержани  трубы на пробке.

Указанные способы непригодны дл  изготовлени  захваток на тонкостенных и особотонкостенных трубах, так как не обеспечивают надежного соединени  (механического или сваркой) захватки с тонкостенной трубной заготовкой. Волочение подготовленных таким образом труб приводит к обрывам захватки.

Известен способ изготовлени  захватки под т нущий механизм дл  прот гивани  через волоку профильных труб, включающий введение сплошного или полого прутка в передний конец трубной заготовки, редуцирование переднего конца до соприкосновени  его внутренней поверхности с поверхностью прутка и совместное обжатие переднего конца и прутка до получени  размера захватки, меньшего размера калибрующей части волоки.

Недостаток известного способа состоит в том, что при отсутствии регламентации размеров (диаметра и толщины стенки) прутка, а также материала, из которого он изготовлен, способ не обеспечивает высокого качества при изготовлении тонкостенных и особотонкостенных круглых труб. При редуцировании тонкостенной трубы до соприкосновени  ее внутренней поверхности с поверхностью прутка на захватке могут возникать продольные складки, причем образование складок происходит тем интенсивней , чем более тонкостенна  заготовка и чем больша  достигнута степень деформации редуцировани . Например, при подготовке захватки на трубах 10 х 0,2 мм складки возникают при степени деформации е 5% (табл.1).

При совместном обжатии переднего конца трубной заготовки и прутка, который обжимаетс  по диаметру на 0,1-0,5 мм, возможно утонение исходной толщины стенки заготовки. Утонение стенки приводит к увеличению раст гивающих напр жений, действующих в захватке во врем  последующего волочени , и, как следствие, к росту обрывности труб по захватке. Например, утонение толщины стенки захватки (табл,2) наблюдаетс  при любой величине обжати  прутка, если пруток изготовлен из материала с большим пределом текучести по сравнению с материалом трубы (т.е. при

W о™ 1)Полый пруток играет дво кую функцию. На передней части длины прутка осуществл етс  забивка захватки, длина этой части равна длине формируемой захватки. Кроме того, оставша с  часть длины прутка используетс  дл  размещени  на нем самоустанавливающейс  оправки, длина этой части прутка равна длине прот нутой трубы за вычетом длины захватки. Однако в этом

случае при волочении через волоку пропускаетс  часть прутка, не обжата  вместе с захваткой при ее забивке. Как следствие, при пропускании через волоку этого участка происходит дополнительное обжатие по стенке трубы между волокой и исходным недеформированным прутком. Дополнительное обжатие сопровождаетс  локальным увеличением Напр жени  волочени , что дл  тонкостенных и особотонкостенных труб становитс  причиной повышенной обрывности переднего конца.

Цель изобретени  - повышение качества поверхности за счет исключени  образовани  складок и увеличение производительности за счет исключени  обрывов захватки при прот гивании.

Длину полого прутка, вводимого в передний конец заготовки, назначают равной длине захватки, а диаметр и толщину стенки полого прутка назначают равными соответственно

Dn (5з/03)2 -253;

Sn 0,3 S3 ( (W Отп) при Огз/ CFrn 1,

где-D3.и S3 - диаметр и толщина стенки трубной заготовки;

Отз и а™ - пределы текучести материалов трубной заготовки и полого прутка.

Сущность изобретени  состоит в следующем .

При волочении тонкостенных (Sa/D3 0,02-0,05) и особотонкостенных (33/0з 0,02) труб на их внутренней поверхности наблюдаетс  возникновение ужимов, распростран ющихс  преимущественно от продольных складок, которые образуютс  за счет потери устойчивости поперечного профил  трубы при заковке захватки. Если при заковке захватки не превышена критическа  деформаци  и на захватке не возникает продольных складок, то за счет этого увеличиваетс  устойчивость поперечного профил , что позвол ет избежать образовани  ужимов на готовых трубах. Степень деформации редуцировани  заковываемого переднего конца трубной заготовки до соприкосновени  его внутренней поверхности с поверхностью полого прутка назначают , определ   диаметр полого прутка.

Указанна  формула дл  расчета диаметра полого прутка учитывает закономерности потери устойчивости поперечного профил  трубы при редуцировании (в виде квадратичной зависимости от относительной толстостенности трубной заготовки), а также включает экспериментально найденный коэффициент ki 100 90. Опыты показали , что выбор диаметра полого прутка в соответствии с указанным соотношением обеспечивает получение захваток без образовани  продольных складок.

Регламентаци  формулы дл  определени  толщины стенки полого прутка, вводимого внутрь трубной заготовки, позвол ет избежать при совместном обжатии захватки

0 и полого прутка недопустимых ситуаций. При совместном обжатии недопустимо утонение стенки трубы в захватке, что уменьшает площадь ее поперечного сечени  и приводит к обрывам захватки при волоче5 нии. При совместном обжатии захватки и полого прутка на поверхности тонкостенной захватки могут возникать сквозные поперечные надрывы за счет преимущественной выт жки прутка по сравнению с захваткой

0 при схватывании их поверхностей, что также недопустимо. Предлагаема  формула содержит экспериментально найденный коэффициент К2 0,3, учитывающий оба указанных ограничени . Вход щее в формулу

5 дополнительное условие, ограничивающее

допустимую область соотношений между

пределами текучести материалов захватки и

полого прутка Отэ/ о™ 1, св зано с необ . ходимостью выполнени  первого из указан0 ных ограничений, а именно при его невыполнении происходит утонение толщины стенки захватки при любом соотношении между толщинами стенки захватки и полого прутка. Эксперименты подтвержда5 ют правильность выбранной формулы дл  определени  толщины стенки полого прутка .

Ограничение длины полого прутка св зано с тем, что при использовании длины

0 прутка больше, чем длина захватки, за счет дополнительного обжати  при волочении стенки трубы между волокой и недеформированной в захватке частью прутка происходит локальное увеличение напр жени 

5 волочени . В результате этого дл  тонкостенных и особотонкостенных труб наблюдаетс  повышенна  обрывность переднего конца. Длина полого прутка не может быть назначена и меньше длины захватки, так как

0 в этом случае на части длины захватки при забивке возникают продольные складки, При последующем волочении труб от этих складок распростран ютс  ужимы.

Использованы известные технологиче5 ские приемы: введение в передний конец трубной заготовки полого прутка, редуцирование переднего конца трубной заготовки до соприкосновени  его внутренней поверхности с поверхностью полого прутка и совместное обжатие захватки и полого прутка

до получени  диаметра захватки, меньшего диаметра калибрующей части волоки. Отличительными признаками изобретени   вл ютс  услови , обеспечивающие возможность протекани  действий, составл ющих способ, а именно регламентаци  длины, толщины стенки и диаметра вводимого в захватку полого прутка. Эти услови  обеспечивают повышение качества труб. Таким образом, обеспечиваетс  возможность волочени  тонкостенных и особотон- костенных труб повышенного качества в результате исключени  образовани  продольных складок и обрывов захваток при волочении.

На чертеже показана последовательность операций по подготовке захватки с соответствующими размерами: а - после ввода полого прутка в передний конец трубной заготовки; б - после редуцировани  переднего конца до соприкосновени  его внутренней поверхности с поверхностью полого прутка; в - после совместного обжати  захватки и полого прутка и получени  захватки конечного диаметра.

На чертеже показана трубна  заготовка 1 (захватка), полый пруток 2, S3, D3 и Sn, Dn - толщина стенки и диаметр соответственно трубной заготовки и полого прутка; D3 - диаметр готовой захватки.,

Способ осуществл ют следующим образом .

Пусть необходимо подготовить захватку на трубе из стали 20 дл  безоправочного волочени  по маршруту 10 х 0,40 - 7 х х 0,42 мм. Внутрь переднего конца трубы- заготовки ввод т полый пруток длиной, равной длине захватки, например 40 мм. В качестве материала полого прутка выбирают материал с пределом текучести, не боль- шим, чем предел текучести материала захватки (трубы), т.е. Отз/ ovn 1.

Например, при получении труб из стали 20 ( Отз 260 МПа) в качестве материала полого прутка выбирают медный сплав Л68 ( ovn 104 МПа), Таким образом, Отз/ Отп 260/104 2,5 1. Толщину стенки полого прутка определ ют по формуле Sn 0,3 S3 ((W 0 0,30 мм. Диаметр полого прутка рассчитывают по формуле Dn (5з/0з) 7,76мм.

После введени  в передний конец трубной заготовки полого прутка осуществл ют обжатие переднего конца до получени  захватки с диаметром, меньшим диаметра калибрующей части волоки, например О 6,5 мм. Это обеспечивает в дальнейшем свободное введение захватки

в волоку перед волочением. Деформаци  обжати  состоит из двух стадий.

На первой стадии происходит редуцирование забиваемого переднего конца

трубной заготовки до соприкосновени  его внутренней поверхности с поверхностью полого прутка. С учетом того, что степень деформации на первой стадии относительно невелика, в св зи с чем можно пренебречь изменением толщины стенки захватки, степень деформации при редуцировании составл ет е- (D3-2S3-Dn)/D3 100% 14,4%. При анализе данных табл.1 определена зависимость предельно возможной

степени деформации е, при которой не происходит потери устойчивости трубчатого профил , от его относительной толстостен- ности S/D. Так дл  S3/D3 0,040 допустима  деформаци  не выше Ј- 0,9 (100 х

х0.040),4%.

На второй стадии имеет место плотное схватывание поверхностей захватки и введенного внутрь нее полого прутка, в св зи с чем происходит совместное обжатие захватки и полого прутка до получени  диаметра захватки, меньшего диаметра калибрующей части волоки и обеспечивающего свободное введение захватки в волоку перед волочением, а именно до диаметра

Оз 6,5 мм. Степень деформации на второй стадии составл ет Ј2 (Dn + 2S3-D|)/(Dn + + 2S3) 100% 24,1 %. Эта деформаци  также не превышает предельно допустимую, котора  дл  (S3 + Sn)/(Dn + 2S3) 0,082 составл ете 69 ,5%.

Дл  выбора рациональных диаметра и толщины стенки полого прутка, вводимого в захватку, провод т серию экспериментов. На ротационно-ковочной машине забивают

концы труб из стали 10 и латуни Л96 (их пределы текучести различаютс  между собой примерно в три раза) с различной исходной толстостенностью (S3/D3 0,02-0,10). В первой серии экспериментов став т

цель вы вить предельные степени обжати  трубы при редуцировании, достижение которых приводит к образованию в захватке продольных складок. Аналогичные зависимости предельной степени обжати  ототносительной толстостенности трубы при безоправочной прокатке и при безоправоч- ном волочении известны. Однако эти процессы отличаютс  от забивки захватки р дом особенностей: наличием раст гивающих продольных напр жений, меньшей дробностью деформации, услови ми трени  на контактной поверхности с инструментом и т.п. Поэтому известные зависимости не могут быть использованы дл  описани  закономерностей потери устойчивости при забивке захватки.

Предельные обжати  при заковке стальных и латунных труб оказались близкими, т.е. отсутствует зависимость от предела текучести материала. На основе экспериментальных данных (табл.1) определ ют, что зависимость предельной деформации бот относительной толстостенности S3/D3  вл етс  квадратичной

Ј ki(100S3/D3)2, %,

где 100- коэффициент, введенный в формулу дл  удобства характеристики тонкостенных и особотонкостенныхтруб;

ki - эмпирический коэффициент.

Чтобы избежать потери устойчивости захватки при забивке, этот коэффициент назначают меньше меньшего из эмпирических значений ki дл  труб всех размеров, но достаточным дл  того, чтобы существовал необходимый зазор дл  свободного введени  полого прутка внутрь трубной заготовки, например ki 0,9. Величину степени обжати  трубы при редуцировании переднего конца трубной заготовки до соприкосновени  его внутренней поверхности с поверхностью полого прутка определ ют, назнача  диаметр прутка

р -

D3 - 2S3 - Dn

D

100 % ,

откуда Dn (S3/D3). Опыты показали , что выбор диаметра полого прутка в соответствии с предлагаемым соотношением обеспечивает получение захваток без образовани  продольных складок.

Во второй серии экспериментов определ ют рациональное соотношение толщин стенок и пределов текучести материалов захватки и вводимого внутрь нее полого прутка . Забивают концы труб с введенными внутрь и плотно соприкасающимис  с их внутренней поверхностью полыми прутками . Толщины стенок и диаметры трубы (захватки ) и прутка до и после заковки фиксируют в восьми равноудаленных по периметру точках на инструментальном микроскопе с последующим их усреднением (табл.2).

В том случае, если полый пруток изготовлен из материала с большим пределом текучести, чем у материала трубы ( Отз/ 0тл) 1, сери  образцов 3), при заковке происходит утонение толщины стенки захватки (A S3/S3 0), что ведет к обрывам захватки

при последующем волочении. Таким образом , при подборе материала полого прутка необходимо выполнение услови  7m 1. Во всех остальных случа х существует

рациональный интервал изменени  толщин стенки полого прутка.

При этом толщина стенки полого прутка Sn должна быть тем больше, чем меньше предел текучести его материала,

т.е. рациональное соотношение толщин стенок полого прутка и захватки обратно пропорционально соотношению пределов текучести их материалов с коэффициентом

Пропорциональности К2

Sn k2S3(OT3/Orn).

При значении коэффициента К2 меньше 0,3 (дл  серий образцов 1 и 4) и 0,1 (дл 

серии 2) на захватке возникают сквозные поперечные надрывы, св занные с преимущественной выт жкой более м гкого или более тонкостенного прутка по сравнению с захваткой при плотном схватывании поверхностей прутка и захватки. Увеличение коэффициента k2 больше 1,0(дл  серий образцов 1 и 4) и 0,3 (дл  серии 2) также нецелесообразно, так как в этих случа х в процессе заковки происходит утонение

стенки трубы в захватке, что уменьшает площадь ее поперечного сечени  и приводит к обрывам захватки при волочении.

Во всех сери х образцов допустимые интервалы изменени  коэффициента пересекаютс  при значении К2 0,3. Таким образом , толщину стенки вводимого внутрь трубы полого прутка назначают из соотношени  Sn 0,35э(&тз/ Отп), причемОРгз/

От 1. Эксперименты подтвердили правильность выбора этого соотношени , обеспечивающего получение захватки без утонени  толщины ее стенки и без образовани  на ней поперечных надрывов.

Технико-экономическим преимущественно предлагаемого способа  вл етс  возможность повысить качество тонкостенных и особотонкостенных труб за счет исключени  образовани  продольных складок и обрывов захватки при волочении.

в качестве базового объекта выбран способ заковки с помощью ротационно-ко- вочной машины захваток дл  последующего безоправочного волочени  круглых труб. В этом случае допустимые (из услови  отсутстви  обрывов захватки) коэффициенты выт жки труб составл ют Я 1,2-1,4 при условии отсутстви  образовани  ужимов. При волочении тонкостенных и особотонкостенных труб предельный коэффициент выт жки определ етс  не прочностью захватки , а отсутствием образовани  ужимов, причем наличие продольных складок на захватке: способствует по влению ужимов на готовой трубе. Известно, что дл  базового варианта подготовки захваток к безоправочному волочению ужимы возникают при волочении со степенью обжати  по диаметру

ЮО % 2,8 (

D3

ЮО)2.

При меньших обжати х устойчивость профил   вл етс  переменной: на части труб ужимы возникают, на части - нет. С учетом обычного дл  техники 20%-го запаса на разброс в этой области переменной устойчивости имеем предельное условие отсутстви  образовани  ужимов

Рз DT ,3 (-

Da

ЮО)2.

ИЛИ От 03 1-230(3з/0з) .

Коэффициент выт жки при волочении рассчитываетс  по известной формуле

1 ( Рз - 33 ) 33

(DT-ST)ST

где D3, S3 и DT, ST - диаметр и толщина стенки трубы соответствен но до и после волочени .

При этом при безоправочном волочении толщина стенки трубы мен етс  мало, т.е. в прикидочных расчетах можно прин ть . С учетом указанных соотношений предельный коэффициент выт жки, при котором не по вл етс  ужимов, равен

Рз-S Dr-Sr

3

1 - (33/Рз)

1 - ( Зз/Оз ) - 230 ( S3/D3 f

Кроме того, предельный коэффициент выт жки, определ емый прочностью захватки , равен Я2 1,2-1,4. Тогда предельно допустимый коэффициент выт жки, учитывающий оба эти ограничени , равен наименьшему из двух найденных значений

А min{ AI ;Я2}.

Например, дл  трубы с исходными размерами 10 х 0,25 мм

А min{1,4;

1 -0,025

1 -230 0,0252 - 0,025

}

mln{1,4; 1,17} 1,17.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

При уточненном расчете учитываетс , что в результате безоправочного волочени  стенка тонкостенной трубы утолщаетс  на 0,01-0,02 мм. Дл  предлагаемого способа предельный коэффициент выт жки определ етс  только прочностью захватки и равен AI Я2 1,2-1,4.

Соответствующие результаты расчетов представлены в табл.3.

Из табл.3 видно, что использование предлагаемого способа позвол ет достичь больших коэффициентов выт жки при высоком качестве труб.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ изготовлени  захватки под т нущий механизм дл  прот гивани  через волоку труб, преимущественно тонкостенных и особотонкостенных, включающий введение в передний конец трубной заготовки полого прутка, редуцирование переднего конца до соприкосновени  его внутренней поверхности с поверхностью прутка и совместное обжатие переднего конца и прутка до получени  диаметра захватки , меньшего диаметра калибрующей части волоки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества поверхности за счет исключени  образовани  складок и увеличени  производительности за счет исключени  обрывов захватки при прот гивании , длину вводимого в передний конец заготовки полого прутка выбирают равной длине захватки, а диаметр и толщину полого прутка определ ют соответственно из соотношений

   Оп (3з/03)2 -23з;

   Зп 0,33з(0тз/0гп),

   где D3 и Зз диаметр и толщина стенки трубной заготовки, мм;

   Отз/ От - пределы текучести материалов трубной заготовки и полого прутка, МПа.

   Таблица 1

   Таблица 3

   Tk

   I

   --ч С