Результат интеллектуальной деятельности: ОПРАВКА ДЛЯ КАЛИБРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕГО КАНАЛА ТРУБ

Изобретение относится к обработке металлов давлением и используется в производстве труб при изготовлении особо точных труб по внутреннему диаметру, и может использоваться, например, при изготовлении биметаллических насосно-компрессорных труб, автомобильных амортизаторов, плунжеров и корпусов глубинных насосов и гидроцилиндров, а также при изготовлении труб для топливопровода высокого давления для дизельных двигателей и капиллярных труб.

Широко распространена оправка (Шевакин Ю.Ф. и др. Производство труб. М.: Металлургиздат, 1968), при раздаче на которой труба подвергается деформированию на рабочей части оправки, имеющей вид усеченного конуса с полууглом α при вершине = 8÷12° (фиг. 1). На фиг. 1 изображены: 1 - исходная труба с минимально допустимым внутренним диаметром; 2 - исходная труба с максимально допустимым внутренним диаметром; 3 - оправка с конической рабочей частью; 4 - калиброванная труба с максимальным внутренним диаметром; 5 - калиброванная труба с минимальным внутренним диаметром.

Особенностями процесса является малая величина степени раздачи (до 10-15%) по внутреннему диаметру, которая ограничивается максимально допустимыми растягивающими тангенциальными напряжениями. Недостатком этого способа являются низкая устойчивость оправки в очаге деформации из-за малой длины контакта l_k внутренней поверхности трубы с оправкой при установившемся процессе калибрования и повышенная протяженность зоны внеочаговой деформации. В зависимости от разброса значений радиусов внутренней поверхности исходных труб r_0min÷r_0max в процессе раздачи наблюдается различная степень внеконтактной раздачи на выходе из очага деформации h_min÷h_max и искажение размеров внутреннего диаметра на выходе, выражаемое диапазоном значений радиусов внутренней поверхности калиброванной трубы δ=r_max-r_min, вследствие чего не обеспечивается необходимая точность внутреннего канала калиброванных труб. При этом с повышением степени раздачи происходит увеличение степени внеконтактной деформации и снижение точности размеров труб. Кроме того, малая площадь контакта снижает устойчивость протекания процесса раздачи и может привести к появлению кривизны и непоправимому браку калиброванной трубы.

Известна сборная оправка для раздачи труб (патент SU 1574326 А1 от 30.06.90), принятая в качестве прототипа, позволяющая повысить устойчивость процесса раздачи и точность калиброванных труб, изображенная на фиг. 2. При протягивании, посредством элемента для соединения оправки с тяговым органом 8 через стержень 1 и гайку 2, через трубу сборной оправки с цилиндрическими направляющими 6, 7 и рабочими элементами 3-5, имеющих коническую поверхность, труба постепенно деформируется на участках 3-5. При этом цилиндрические направляющие 6, 7 расположены после рабочих элементов 3, 4 и 5. Рабочие элементы отделены друг от друга дистанционной втулкой 9. Разброс значений внутренних диаметров уменьшается за счет того, что требуемая степень раздачи дробится на несколько ступеней и на каждой ступени обеспечено снижение интенсивности внеконтактной деформации.

В прототипе для стабильного удержания сборной оправки на оси обрабатываемой трубы используются цилиндрические направляющие с отношением наружного диаметра D_н (d_н) к внутреннему диаметру трубы D_т (d_т) в зоне расположения направляющей, определяемой по следующей математической зависимости:

где σ_т - предел текучести материала трубы;

Е - модуль упругости материала трубы.

При отношении диаметров больше величины 1 + 0,8 σ_т/Е затруднено ведение процесса раздачи из-за появления задиров на внутренней поверхности трубы. При отношении диаметров меньше величины 1 - 0,8 σ_т/Е не обеспечивается устойчивое положение оправки и снижается точность внутреннего канала трубы по овальности и мелкопериодной кривизне. Эта зависимость показывает, что при определенных условиях внутренний диаметр калиброванной трубы может быть как меньше, так и больше диаметра калибрующего пояска (цилиндрической направляющей). При раздаче на конической оправке труб конструкционного назначения было отмечено, что для выполнения условия (1) степень раздачи должна быть ограничена до ~ 1%.

Перечисленным способам присущ один и тот же основной недостаток - малая протяженность контакта рабочей части оправки с внутренней поверхностью трубы и большая протяженность зоны внеочаговой деформации вследствие использования рабочих частей с конической поверхностью.

Задачей изобретения является повышение точности и качества внутреннего канала труб. Это достигается за счет того, что оправка для калибрования внутреннего диаметра труб, имеющая рабочую часть и расположенную за ней калибрующую часть в виде цилиндрического участка, отличается тем, что рабочая часть оправки выполнена в виде двух последовательно расположенных по оси оправки участков, первый их которых имеет параболическую форму поверхности, а расположенный за ним участок - коническую форму поверхности с полууглом при вершине, равным 1÷3°, а также тем, что оправка имеет входную направляющую втулку из эластичного материала.

Сущность изобретения поясняется схемой на фиг. 3, на которой изображена схема раздачи трубы оправкой, с предлагаемым профилем рабочей и направляющей части. Оправка 3 имеет входную направляющую втулку из эластичного материала 2, рабочий элемент, состоящий из участка 4 и 5, и калибрующий участок 6. Участок 4 имеет параболическую форму поверхности и предназначен для деформации труб при относительно больших степенях деформации, а участок 5 имеет коническую форму поверхности с полууглом α при вершине, равным 1-3° и предназначен для деформации труб при малых степенях деформации.

После установки трубы 1 в волочильный стан и нанесения смазки на внутреннюю поверхность, в полость трубы вводят оправку 3, соединенную через штангу с тяговым органом. Направляющая втулка из эластичного материала 2 обеспечивает равномерное распределение смазки по внутренней поверхности трубы, а также соосность процесса раздачи. В процессе раздачи труба последовательно деформируется по участкам 4-6, имеющим длину А, В и С. При этом исходная труба 1, имеющая значение внутреннего диаметра до раздачи d_вн0, деформируется сначала на участке 4, имеющем параболическую поверхность, затем на коническом участке 5 и после этого на калибрующем пояске 6 с диаметром наружной поверхности d_опр и на выходе из очага деформации, после упругой разгрузки калиброванная труба 7 имеет значение внутреннего диаметра d_вн1. Минимальное значение разброса значений внутреннего диаметра труб, и, следовательно, технический результат достигаются за счет осуществления деформации трубы сначала на параболическом участке 4, затем на коническом участке 5 и после этого на калибрующем пояске 6, что обеспечивает минимальную степень внеочаговой деформации.

Геометрические параметры параболической поверхности участка 4 подбираются в зависимости от диапазона значений внутренних диаметров исходных труб так, чтобы обеспечить максимальную длину контакта внутренней поверхности трубы с оправкой. Полуугол при вершине конического участка 5, равный 1-3°, обусловлен тем, что при меньшем значении полуугла возможны случаи отсутствия контакта внутренней поверхности трубы с коническим участком 5, а при большем не обеспечивается контакт внутренней поверхности трубы с калибрующим пояском 6.

Конкретный пример использования способа раздачи труб при калибровании трубы из углеродистой стали (ГОСТ Р 52203 - 2004) 73×5,5 на внутренний диаметр 62,5. У калиброванных труб фиксировались значения внутренних диаметров в двух взаимоперпендикулярных направлениях, а также значения микрошероховатости. Результаты контроля геометрических размеров и значений микрошероховатости приведены в таблице. В качестве критерия точности был принят коэффициент вариации внутреннего диаметра , где - среднее значение внутреннего диаметра, S - среднеквадратическое отклонение d_вн, которое рассчитывается по формуле . Этот показатель учитывает статистическое распределение размеров, поэтому является наиболее объективной формой оценки точности труб. Из рассчитанных показателей точности следует, что при калибровании труб по прототипу повышение точности достигается в 6,54 раза, а по предлагаемому способу - в 18,9 раза.