Способ изготовления сменных вкладышей к формовочному устройству стана спиральношовных труб

Авторы патента:

C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

B21C37/12 - изготовление труб или металлических шлангов со спирально-расположенными швами

t. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ смЕншх вкттмЕй к ФО|«ОВОЧНОМУ УСТРОЙСТВУ СТАНА СПИРАЛЬНО-ШОВНЫХ ТРУБ, включающий упрочнение рабочей поверхности заготовки, механическую обработку и гибку по радиусу заготовки , закалку и отпуск вкладаша, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости рабочей поверхности и упрощения изготовления, упрочнение производят цементацией на глубину не менее половины допуска на диаметр изготавливаемой спирально-шовной трубы, 2.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что после цементации производят нормализацию. 3.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что механическую обработку проводят путем удаления цементированного слоя с нерабочих поверхностей. 4. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что гибку заготовки проводят по радиусу, который определяют по формуле относительный радиус где Р -гизгиба; R радиус изгиба вклаг дрлоа, HHt h толщина вкладыша, мм; Гд«-- относительный радиус вкладаша; ROрадиус вкладыша, мм; впредел текучести материала вкладалпа, кг/мм ; Е модуль упругости матеDO риала вкладыша, кг/мм ; :л 5 статический момент поперечного сечения вкладьппа, мм ; W - момент сопротивления поперечного сечения вкладьппа, мм ; П, - модуль упрочнения материала вкладьш1а при малых пластических деформа . циях, кг/мм.

аа 01) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ORllllNO

РЕСПУБЛИН

4(51) С 21 Х) 1/78; В 21 С 37/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;:, ti *а РС о c V (21) 3587643/22-02 (22) 28.04.83 (46) 23.01.85. Бюл. Ф 3 (72) Л.П..Васильковский, Н.А. Грум-Гржимайло и Ю.Н.Трофименко (71) Всесоюзный ордена Ленина научноисследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения (53) 621.785.79:621 778.23(088.8) (56) 1. Каталог фирмы "Демаг", Дуйсбург, ФРГ, Ф 62.2.1 9-69 1500, СЗ..

2. Патент ClHA В 338488, кл. 219-62, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР

В 599884, кл. В 21 С 37/ 12, 1975. (54)(57) 1. СПОСОБ ИЭГОТОВЛЕНИЯ

СИКННЦХ ВКЛАДЫШЕЙ К ФОРМОВОЧНОМУ

УСТРОЙСТВУ СТАНА СПИРАЛЬНО-ШОВНЫХ ТРУБ, включающий упрочнение рабочей поверхности заготовки, механическую .обработку и гибку по радиусу заготовки, закалку и отпуск вкладьппа, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости рабочей поверхности и упрощения изготовления, упрочнение производят цементацией на глубину не менее половины допуска на диаметр изготавливаемой спирально-шовной трубы, 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что после цементации производят нормализацию.

3. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что механическую обработку проводят путем удаления

1 r0

R где

Г а вЂ”вЂ” о а

Ra б

ГОСУДАРСТВЕННЫ1 НОМИТЕТ COOP

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ИЛИИ И ОТКРЫТИЙ цементированного слоя с нерабочих поверхностей.

4. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что гибку заготовки проводят по радиусу, который: определяют по формуле относительный радиус изгиба; радиус изгиба вклад дыша, мм, толщина вкладыша, мм; относительный радиус вкладыша; радиус вкладьппа, мм; предел текучести материала вкладыша, кгlмм модуль упругости материала вкладыша, кг/мм статический момент поперечного сечения вкладьппа, мм ; момент сопротивления поперечного сечения вкладыша, мм ; модуль упрочнения материала вкладыша при малых пластических деформациях р кг/мм, 6 2

Однако твердый сплав марки ЦН-14 при закалке дает твердость, которая не превышает HR(: «< 51-53, что ограничивает долговечность работы формовочного устройства из-за износа рабочей поверхности сменных вкладышей. Твердосплавные электроды ЦН-14 серийно промышленностью не выпускаются, а изготавливаются малыми партиями по спецзаказам, т.е. эти электроды остродефицнтный материал.

Многопереходной является технология изготовления вкладышей, в которой, наплавка твердого сплава весьма трудоемкая операция, так как она ведется ручной электродуговой сваркой.

Цель изобретения вЂ” повышение иэносостойкости рабочей поверхности и упрощение изготовления.

Цель достигается тем, что согласно способу изготовления сменных вкладышей к формовочному устройству стана спирально-шовных труб, включающему упрочнение рабочей поверхности заготовки, механическую обработку и гибку по радиусу заготовки, закалку и отпуск вкладыша, производят упрочнение цементацией на глубину не менее половины допуска на диаметр изготавливаемой спиральношовной трубы.

После цементации производят нормализацию.

Механическую обработку проводят путем удаления цементированного слоя с нерабочих поверхностей.

Гибку заготовки проводят по радиусу, который определяют по формуле го

R где r =вЂ”

h g0

P a о

1 113577

Изобретение относится к производству электросварных труб, а точнее к способу изготовления формовочного инструмента для производства спирально-шовных труб и может быть исполь7

5 эовано на станах для изготовления спирально-шовных труб.

Известен способ изготовления сменных износостойких элементов, при котором рабочую поверхность исходной заготовки в виде длинных брусков наплавляют твердым сплавом, отжигают, подвергают механической обработке, закаливают, устанавливают в корпус .формовочного устройства и совместно расшлифовывают но внутреннему диаметру .Я.

Недостатком такого способа является то, что для обработки точного круглого калибра большого диаметра необходимо наличие уникальных крупногабаритных металлообрабатывающих

CV8HE08 °

Известен также способ изготовления

6менных износостойких элементов к формовочному устройству, при котором заготовки этих элементов в виде шолуколец вырезают из листа, .наплавляют твердым сплавом, отжигают, обтачивают по наружному и внутреннему диаметрам, закаливают наплавленный твердый сплав рабочей поверхности, шлифуют по обоим диаметрам и устанавливают в проточки корпуса формовочного устройства $2) .

Несмотря на то, что по сравнению З5 с расшлифовкой формовочного устройства в сборе. механическая обработка отдельных колец может вестись на более простом оборудовании, эта операция является достаточно сложной 4О . и дорогостоящей. Сложной также является и закалка крупногабаритных колец.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достига- 4> емому результату является способ изготовления сменных износостойких вкладышей, согласно которому на рабочую поверхность исходной заготовки.4аалавляют, твердый сплав

ЦН-1, отжигают ее, а затем после полной механической обработки произ водят гибку о радиусу и осуществляют закалку в специальном приспособлении. Способ позволяет иснольэовать простое механическое оборудование, которым обычно оснащена ремонтная служба каждого завода (3) . относительный радиус изгиба; радиус изгиба вкладыша, мм; толщина вкладыша, мм; относительный радиус вкладьппа; радиус вкладыша,, мм; предел текучести материала вкладьппа, кг/мм2 ° модуль упругости материала вкладьппа, кг/мм2 °

3 1135

5 вЂ” статический момент попе

50 речного сечения вкла2 дыша, мм; и вЂ” момент сопротивления поперечного сечения вкладыша, мм ;

П1 вЂ” модуль упрочнения мате риала вкладьппа при малых пластических деформациях, кг/мм . О

Такой способ изготовления позволяет значительно повысить твердость рабочей поверхности вкладыша и тем самым увеличить долговечность его работы. Упрощается технологический процесс изготовления, а гибка с учетом упругого пружинения материала повышает точность геометрических размеров вкладыша (радиус готового иэделия}.

Это достигается путем применения материалов (например, стали марок

20Х; 12ХНЗА; 20ХНЗА), способных подвергаться химико-термической операции цементации с последующей закалкой.

Благодаря этой операции удается получить очень высокую твердость (835= бО-б2), причем в сочетании с механической обработкой, которая проводится после цементации перед гибкой и закалкой вкладьппа и в результате кото.рой полностью удаляется цементируемый слой с его нерабочих поверхностей, эту твердость приобретает только ра бочая часть вкладыша. Глубина цемен,тации определяется иэ условий, поз, воляющих обеспечить изготовление труб в пределах допуска при полном износе цементированного слоя рабочей поверхности вкладьппа.

Исходя иэ этих условий, минимальная глубина цементации должна быть не меньше половины допуска на диаметр изготовляемой трубы. Это следует из. соображений максимального использования вкладыша по условиям износа его рабочей поверхности, т.е. полный износ цементированного слоя (толщины износостойкого слоя) вкладыша не должен вывести диаметр изготавливаемой трубы за пределы допуска. Так как номинальный размер изготовить практически невозможно, поэтому и принято условие, что глубина цементации должна быть не менее половины допуска на диаметр трубы (фиг. 1), т.е. должно быть выполнено условие . 3,„„ О,58„, 776 4 где и „ вЂ” глубина цементации вкла,цыша, мм вЂ” допуск на диаметр трубы, мм.

Верхний предел глубины цементации определяется экономическими соображениями: чем ближе к номиналу, тем дешевле, что обеспечивается техническими возможностями оборудования для химико-термической обработки и квалификацией обслуживающего персонала.

Использование предлагаемого способа изготовления позволяет создать конструкцию вкладьппа, в которой очень высокая твердость рабочей поверхности сочетается с небольшой твердостью всех остальных поверхностей вкладыша.

Такая конструкция значительно облегчает проведение ремонта по восстановлению формовочного устройства, так как сверление крепежных отверстий во вкладышах может производиться после закалки, а подгонка этих отверстий может выполняться по месту установки каждого вкладыша в отдельности.

Гибку производят с учетом упругого пружинения по радиусу, что позволяет получить вкладыш с точным радиусом рабочей поверхности. Это достигается тем, что заготовка вкладыша изгиба-, ется в приспособлении на меныпий радиус, величина которого определяется в зависимости от материала и формы поперечного сечения вкладьппа.

Пример. Изготавливайт вкладыши к формовочному устройству для высокочастотной сварки тонкостенных спирально-шовных труб диаметром

Р 530+2 мм с толщиной стенки 1 5 мм.

Пластины из стали 20Х размером

205х130х16 мм помещают в термическую печь для цементации на глубину, превьппающую половину допуска на диаметр трубы, т.е. более 1,0 мм.

Глубина цементации заготовки вкладьппа 1,2-1,5 мм; карбюризатор при цементации вЂ” керосин; расход карбюриэатора 30 кг/т; температура о, 920-10 С; время выдержки 7-8 ч. После цементации производят нормализацию при 870+10 С. Время выдержки 2 ч; охлаждающая среда вЂ” воздух.

Нормализованные заготовки.подвергают механической обработке, причем технологический маршрут составляют таким образом, чтобы в полностью обработанном вкладыше глубина . цементированного слоя составляла не менее 1,0 мм для рабочей поверхности, 3 1135776 6 а на остальных поверхностях полностью Определяем, относительный радиус гиба,. отсутствовала. вкладыша:

Далев производят гибку заготовки вкладыша в приспособлении. Средний относительный радиус гиба определяется:

20,13 20,13 г=, =17, 38

1 2179 34 1 0,1198 ъ 1042015

Средний радиус гиба вкладыша

R 13,5 ° 17,98 242,7 мм. го

"о Е Я 2го ь

Радиус пуансона и матрицы приспособления

13,5

2 242,Z- вЂ” а 236мм

Для упрощения расчета преобразуют формулу (1), сделав замену:

К вЂ - - коэффициент профиля

П(К вЂ - - относительный модуль о упрочиения;

К0 м*М вЂ” вЂ” относительный изгиба2г

0 ющий момент. (125 6,17 -125-Т5)(Ь 0 1бз+Я (13 5-6,Я) з

1, Относительный изгибающий момент

После преобразоваиия получаем: (%)

1 2 "ъ вЂ” о

Исходные данные для расчета радиуса гиба вкладапа, имеющего форму поперечного сечения {фиг. 2).

Диаметр изготавливаемой трубы Э„, 530 + 2 мм; материап вкладышавЂ” сталь 20 (б® " 34 кг/мм ;

Е 2 10 кг/мм ; 11, 600 кг/мм среднее .значение); геометрические размеры вкладыша: Ъ = 125 мм;

75 мм; h * 13,5 мм, hf 10 мм, 1 с 6,17.

Относительный радиус (средний) вкладыша, З /2+ 4!2 530И И,ÇI2 =Paè, о .КоэФФициент профиля вкладьппа

SA (Ь-1Д а ъ©ъ-ъ,Д(ь,-ь,) +ъ,(h- ь,)

1,5 13,5т5(13,g-e,fg)

52, h 13.5

f5 11м "+ <=242 t + вЂ” -„-25омм

Согнутые по радиусу вкладыши для уменьшения температурных поводок при термообработке собирают попарно в пакеты и подвергают закалке путем нагрева в печи до 800+10 С, выдержки

25-30 мин/шт. и охлаждения в масло с последующим отпуском при 200 С в течение 5 ч.

Твердость рабочей поверхности вкладыша после цементации с закалкой

НИС > 60.

После термообработки вклад ши готовы для установки в расточке корпуса формовочного устройства.

30 Предлагаемый способ изготовления сменных элементов к формовочным устройствам станов для производства спирально-шовных труб по сравнению с другими способами позволяет упростить технологию изготовления сменных износостойких вкладышей и повысить твердость их рабочей поверхности. Вследствие этого становится возможным снизить себестоимость изготовления

4О сменного технологического инструмента и повысить долговечность его работы.

Испытания предлагаемого способа изготовления вкладышей к формовочному устройству для сварки труб ф 530 мм с толщиной стенки 1,5 мм показали, что применение способа позволяет зна чительно упростить технологию изготовления вкладышей, на 25-ЗОХ повысить долговечность работы формовочного устройства и на 40-457. снизить затраты на сменный инструмент.

1135776

Фаг. Г

ВНЮШИ Заказ 10247/17 Тиеаи 552 . Подиисыое

Филиал ППП "Патвиа", г.Уигород, ул.Вроеитиая, 4