Узел инструмента для горячей обкатки концов трубчатых заготовок экна-3

 

Сущность изобретения: закрепленный на основании инструмент выполнен в виде двух изолированных брусков с профилированной рабочей поверхностью, подсоединенных к источнику тока: Рабочий профиль брусков содержит входной, основной и выходной участки, параметры которых выбираются на основе приведенных математических зависимостей . 16 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ,.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 21 0 41/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4859363/27 (22) 11.06,90 (46) 23.05.93. Бюл. М 19 (71) Краматорский индустриальный институт (72) В,Г.Капорович и С.А.Гончаров (56) Авторское свидетельство СССР

N 856621, кл. В 21 D 22/18, 20.04.77, (54) УЗЕЛ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ

ОБКАТКИ КОНЦОВ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК нЭКНА-3"

Изобретение относится к обработке металлов давлением.

Целью изобретения является повышенйе качества готового изделия за счет установления и поддержания оптимального температурного режима начала и конца пластической деформации, достигаемого возможностью ст)благого определения момента включения и выключения злектрическоготока нагрева заготовки, что дает возможность обеспечить надежный электрический контакт между заготовкой и инструментом и исключить искрение в контактной зоне, ускоренный электрозрозионный износ инструмента, налипание расплавленного металла поверхностного слоя заготовки на рабочую поверхность инструмента.

На фиг.1 изображен инструмент (вид со стороны рабочего профиля), входящий в состав узла инструмента для горячей обкатки кбнцов трубчатых заготовок: на фиг.2-7 показано взаимодействие заготовки с инстру, ментом в сечениях А — А, Б — Б, В-В, Г-Г, Д вЂ” Д, Е-Е по фиг.1; на фиг.8 — схема положений инструмента в процессе обкатки; на фиг.9инструмент в аксонометрии; фиг.10-12 иллюстрируютт получение теоретической фЬвисимости для определения углов си 3рабочей

„„Я2„, 1816527 Al с

{57) Сущность изобретения: закрепленный на основании инструмент выполнен в виде двух изолированных брусков с профилированной рабочей поверхностью, подсоединенных к источнику тока. Рабочий профиль брусков содержит входной, основной и выходной участки, параметры которых выбираются на основе приведенных математических зависимостей. 16 ил, поверхности инструмента; на фиг.13 приведена схема построения сечений рабочей поверхности выходного характерного участка инструмента; на фиг.14 — схема построения сечений рабочей поверхности выходного участка инструмента; на фиг,15 — основание, входящее в состав узла инструмента для горячей обкатки концов трубчатых заготовок; на фигЛ.6 — принципиальная схема узла инструмента для горячей обкатки концов QQ трубчатых заготовок. вЪ

Инструмент выполнен в виде двух про- О филированных брусков 1,2, изолированных у прокладкой 3; он устанавливается на основании 5, изолируется от него прокладками 7 и подкпючаетсв кисточникутока(вторичной . 4 обмотке сварочного трансформатора) б посредством токоподводящих шин 8.

Все основные параметры инструмента — а рассчитываются по входным данным, которыми являются частота вращения шпинделя обкатной машины п, мин; скорость перемещения суппорта с инструментом v, мм/с; наружный диаметр dz и толщина стенки S .. трубчатой заготовки, мм: материал заготовки.

Расчет инструмента в наиболее общем виде:

1816527

1. Определяют допускаемое обжатие

+p, /об, в зависимости от соотношения бг/S по диаграмме.

2. Определяют расчетный коэффициент

С. поворота касательной к образующей обкатываемой поверхности;

С ф —, /мм

3. Определяют длину рабочей части инструмента; L>=90 /С, мм.

4, Определяют длину эаходной части входного участка инструмента: L1=S, мм.

5. Определяют длину калибрующей части выходного участка инструмента:

L4=(1,5...1,7) S, мм, 6. Определяют полную длину инструмента: 1: — L1+Ln+L4, мм.

7. Рассчитывают продолжительность нагрева:, . гн

m100 СР Г2 — Т1} где m1oo — масСа нагреваемой заготовки дли ной 100 мм, кг.

Ср — средняя удельная теплоемкость материала заготовки в интервале температур нагрева, Дж (кг К);

Т1, Тг — соответственно начальная и конечная температуры деформируемого.конца трубчатой заготовки, К; а — средняя скорость выделения тепла в заготовке на 100 мм ее длины, Дж/с.

8; Определяют длину основного участка: L* тн ч,мм, 9. Определяют величину угла а;, град лв ч,ДД1 где o11 — предел текучести материала заготовки при начальной температуре, МПа;

Е1 — модуль упругости материала заготовки при начальной температуре, МПа; ,и1 — коэффициент Пуассона материала заготовки при начальной температуре;

r1, гг — соответственно относительный внутренний и относительный наружный радиусы трубчатой заготовки, причем

r1-г1/RT, гг=гг/RT, где r>, r2, Ит — соответственно внутренний радиус трубчатой заготовки, наружный радиус трубчатой заготовки и радиус трубчатой заготовки до срединной поверхности стенки, мм.

10, Определяют величину угла уф=2 а — у, Отг Q(1 — CZ + 1 + 2) г11

r= —, град жи Щ

5 где отг- предел текучести материала заготовки при конечной температуре, МПа;

Ег — модуль упругости материала заготовки при конечной температуре, МПа; ,иг — коэффициент Пуассона материала заготовки при конечной температуре, 11. Определяют коэффициент С1 поворота касательной к образующей обкатываемой поверхности на основном учаСтке:

С вЂ”, /rvrtMM

12. Определяют суммарную длину входного и основного участков без заходной части:

L2 ММ

С1

13. Определяют длину выходного участка без калибрующей части:

L3=L 1 1 L2 L4, мм.

Рабочая поверхность выходного участка инструмента без калибрующей ",асти проектируется следующим образом. Вычерчивают профиль поверхности тела вращения, кото35 рое требуется получить (Co, C1,...Ñ4), Выбирают геометрические размеры поперечного сечения заготовки инструмента

ВАо ЕС О* Д

Из точки О (в данном случае — из центра

40 сферы, которую требуется получить) под определенными углами o1, oz„... о4 проводят лучи ОС1, ОСг,...,ОС4до пересечения с профилем поверхности тела вращения, которое требуется получить. Как указано выше, 45 о1 =p14o4= 90 .

В точках Со, C1,....,Ñ4 проводят касательные к профилю поверхности тела вращения, которое требуется получить.

Точки пересечения касательных со сто50 ронами ВЕ и ЕО* заготовки инструмента

А1, Аг,.... А4-С определяют геометрические, размеры поперечных сечений рабочей поверхности выходного участка инструмента без калибрующей части.

55 Если число указанных сечений стремится к бесконечности, а расстояние между ними — к нулю, то получится непрерывная рабочая поверхность.

На всем протяжении инструмента грань

СОС* Д выполняется закругленной с радиу1816527 сом закругления Rs=-(1,5...1,7) ° $, где S— толщина стенки обрабатываемой трубчатой заготовки,мм, Отметим, что заходная часть входного участка инструмента имеет лимейчатую рабочую поверхность с постоянным углом наклона, равным Оо, а рабочая поверхность калибрующей части выходного участка инструмента проектируется аналогично рабочей поверхности выходного участка, причем величина угла о остается постоянной и равной 90О.

Узел инструмента работает следующим образом (фиг.8). Перед началом обкатки инструмент 1,2,3 в составе узла инструмента устанавливается перпендикулярно оси трубчатой заготовки 4. Для деформирования заготовки приводится в действие суппорт обкатной машины, на котором устанавливается узел инструмента. Промежуточное положение инструмента показано на фиг.8 штриховой линией.

Инструмент входит в контакт с заготовкой и деформирует ее нахолодно на протяжении. входного участка. Заходная часть входного участка инструмента выступает как ловитель заготовки.

На границе между входным и основным участками при достижении заготовкой угла а включается ток нагрева, и заготовка п родолжает деформироваться, одновременно нагреваясь за счет прохождения электрического тока через части 1,2 инструмента и заготовку. Осуществляется электроконтактный нагрев заготовки. При достижении заготовкой границы между основным и выходным участками, т.е. угла Р, ток нагрева выклю- чают и продолжают деформировать заготовку до требуемой формы без нагрева (за счет остаточной теплоты в заготовке). Калибрующая часть выходного участка инструмента придает деформируемому концу заготовки точную форму, которую необходимо получить.

В случае выполнения рабочей поверхности инструмента с углами а и ф отличающимися от номинальных (расчетных), поставленная цель не достигается. При выполнении угла а с отклонением в сторону уменьшения нарушается надежный электрический контакт между заготовкой и инструментом, что приводит к искрению в зоне контакта, ускоренному электроэрозионному иэнрсу инструмента, налипанию расплавленного металла заготовки на рабочую поверхность инструмента и, следовательно, к ухудшению качества готового иэделия.

При выполнении угла а больше номинального происходит резкое повышение деформи30

40

55 и = — — — ()1 — p)/))т+)1+/г) rt /Вг), мм

E (f$ — Я) 5

25 рующего усилия на заготовку и ))нструменч в холодном состоянии, что приводит к ускоренному износу рабочей поверхности инструмента (вплоть до поломки последнего). в также к браку готовых иэделий (скручиванию заготовки и т.n.).

При выполнении угла /3 меньше номинального нарушается надежный электрический контакт между заготовкой и инструментом, что ведет к последствиям. указанным выше. При выполнении угла Р больше номинального возможно необратимое нарушение геометрических размеров деформируемого конца заготовки, в результате чего форма готового изделия получается отличающейся от требуемой, Зависимость. используемая для определения углов а и Р рабочей поверхности инструмента, получена теоретически на основании положений курса сопротивления материалов (см.Писаренко Г.С. и др. Справочник по сопротивлению материалов)

Г.С,Писаренко, А,П.Яковлев, В.В.Матвеев.

2-е изд., перераб. и доп. — Киев: Наукова думка, 1988).

Рассмотрим длинную трубу, нагруженную внешним давлением. Из курса сопротивления материалов известно, что предел упругого сопротивления однослойного полого цилиндра или трубы, работающей как моноблок (без учета влияния дна), подверженных внутреннему (наружному) давлению, при расчете по 4-й теории прочности как наиболее подходящей в данном случае, определяется зависимостью

Ркр =ot, МГ1а

6 Я 34+ л где от — предел текучести материала трубы при данной температуре, МПа; г, г — соответственно относительный внутренний и относительный наружный радиусы трубы, причем г1=г /Вт, гг=ггlйт, где г), r2, Вт — соответственно внутренний радиус трубы. наружный радиус трубы и радиус трубы до срединной поверхности стенки, мм.

Радиальное перемещение ж стенки трубы на ее торце под воздействием давления, равного пределу упругого сопротивления, определяется по формуле где Š— модуль упругости материалв трубы при данной температуре, Mfla;

1816527,и — коэффициент Пуассона материала трубы при данной температуре.

Рассмотрим прямоугольный треугольник АВС, в котором АВ = го — радиальное перемещение торца трубы, мм; ВС= X йт/2 5 - длина деформируемого конца трубы, мм; а- искомый угол, град. Очевидно, что

АВ 20) =агс ВС к.ят

После всех подстановок и сокращений получим окончательную зависимость для определения угла a:

--" 15

8 а =агСС, град л Е З.r +г

Формула изобретения

Узел инструмента для горячей обкатки концов трубчатых заготовок, содержащий З5 основание, установленный на нем инструмент, выполненный в виде двух изолированных и подсоединенных к источнику тока профилированных брусков, образующих рабочий профиль с переменным сечением по 40 длине, отличаю щийсятем, что,сцелью повышения качества готового изделия, рабочий профиль инструмента выполнен в виде входного, основного и выходного участков, из которых входной участок имеет линейчатую рабочую поверхность с иэменеГТ

Применение предлагаемого узла инструмента позволяет повысить стойкость инструмента. до первой переточки на 15% снизить брак заготовок на 15 — 20%, в том числе практически полностью исключить такие виды брака, как оплавление поверхностного слоя заготовки и глубокие кольцевые риски на поверхности изделия, причиной возникновения которых является налипание металла заготовки на рабочую поверхность инструмента. 30 нием угла наклона от Оо на входе до угла а, определяемого соотношением

От1 3 з 4+Л град где (тт1- предел текучести материала заготовки при начальной температуре, МПа;

Е1 — модуль упругости материала заготовки при начальной температуре; МПа;

p> — коэффициент Пуассона материала заготовки при начальной температуре; г1, r2 — соответственно относительные внутренний и наружный радиусы трубчатой заготовки г1=г1/Вт, г2=ю/Рт, где r>, г2. Ят— соответственно внутренний и наружный радиусы трубчатой заготовки и радиус трубчатой заготовки до серединной поверхности стенки, мм; основной участок имеет линейную рабочую поверхность с изменением угла наклона от угла а на входе до угла

P = 2а — у. где угол у определяется соотношением, град

K Ez з +r где о- предел текучести материала заготовки при конечной температуре, МПа;

Е2 — модуль упругости материала заготовки при конечной температуре, МПа;

pz — коэффициент Пуассона материала заготовки при конечной температуре; а рабочая поверхность выходногоучастка образована сопряжением последовательно расположенных участков поверхностей тел вращения и задается сечениями, перпендикулярными направлению перемещения инструмента, профиль которых определяется углом о между касательной к образующей обкатываемой поверхности и осью вращения трубчатой заготовки, величина которого изменяется от O =P на входе до о4=90 на выходе, 1616527

183 6527 с

1816527

1816527

1

1816527

1816527

Составитель С. Гончаров

Техред M.Moðãåíòàë Корректор О. Кравцова

Редактор Г. Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 1695 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5