Способ изготовления витых труб

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении витых труб ковкой на радиально-ковочной машине. Круглую трубу устанавливают грейфером на ось ковки и производят ее радиальную ковку бойками ковочного блока. При этом вращающуюся трубу подают «из бойков». Профили соседних бойков, формирующие витую трубу, последовательно смещены вдоль оси ковки по винтовой линии в направлении вращения и подачи трубы на величину S×Z/K, где S - шаг витков витой трубы, мм, Z - число заходов витой трубы, K - число одновременно формирующих витую трубу бойков. Вращение трубы ведут с числом оборотов в минуту 60×V/(S×/Z), где V - скорость подачи трубы «из бойков», мм/с. При ковке используют два манипулятора, которые располагают по обе стороны от ковочного блока. При установке трубы на ось ковки один ее конец направляют в сторону ковочного блока, а второй - в сторону одного из манипуляторов. Затем посредством этого манипулятора трубу перемещают между бойками в направлении к другому манипулятору, посредством которого затем осуществляют подачу трубы «из бойков» и вращение. В результате обеспечивается повышение производительности ковки и расширение технологических возможностей при изготовлении витых труб. 6 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления труб сложной формы и переменного по длине сечения, например витых труб для теплообменных аппаратов.

Известен способ радиальной ковки витых профилей, в частности, с ребрами (выступами) квадратного или круглого сечения (Ковка на радиально-обжимных машинах / В.А. Тюрин, В.А. Лазоркин, И.А. Поспелов и др. - М.: Машиностроение, 1990, с. 182-184). Таким способом можно получать витые сплошные профили в виде четырехзаходной винтовой фигуры. Для реализации этого способа отсутствуют какие-либо технологические режимы, определяющие положение профилирующих частей бойков, формирующих винтовой профиль, которые позволяли бы получать другие профили, с другим числом заходов. Отсутствуют также рекомендации по кинематическим условиям подачи и вращения деформируемой заготовки, а также направлениям ее подачи манипуляторами.

Таким образом, недостатком указанного аналога является его ограниченные технологические возможности по сортаменту получаемых профилей и отсутствие технологических режимов получения витых профилей.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления витых труб (Способ изготовления витых труб типа «конфузор-диффузор», патент РФ №2542865, B21K 21/08, опубл. 27.10.2014), принятый в качестве прототипа.

При этом способе для изготовления витых труб используется, как указано в формуле, описании изобретения и реферате, ротационная ковка.

Ротационная ковка может осуществляться на ротационно-обжимных и радиально-обжимных машинах (радиально-ковочных машинах) (Ю.С. Радюченко. Ротационная ковка. - М.: Гос. науч.-техн. изд-во маш. лит-ры, 1962, с. 35, первый абзац сверху). Однако описанные технологические режимы в способе-прототипе могут обеспечить только радиально-ковочные машины. Принципиальные отличия радиально-ковочных машин от ротационно-ковочных машин показаны в работе (Ю.С. Радюченко. Ротационная ковка. - М.: Гос. науч.-техн. изд-во маш. лит-ры, 1962, с. 35, второй и третий абзацы сверху). В связи с этим далее при изложении характеристики прототипа и предлагаемого технического решения будут пользоваться термины «радиальная ковка» и «радиально-ковочная машина».

Однако представленные в способе изготовления витых труб согласно прототипу технологические режимы реализуют сложную технологическую схему производства, при которой отсутствует поточность производства. Технологические операции подачи исходной круглой трубы к ковочному блоку пересекаются с технологическими операциями выдачи готовой витой трубы из ковочного блока, что приводит к дополнительным затратам времени на их выполнение. Это связано с отсутствием передачи («перехвата») круглой трубы от одного манипулятора к другому перед началом процесса радиальной ковки, т.е. использование для реализации технологии получения витой трубы из круглой трубы только одного манипулятора. Такое положение усложняет технологию производства и в конечном итоге снижает производительность при изготовлении витых труб.

Кроме того, представленные в способе-прототипе технологические режимы позволяют получать витые трубы ограниченного размерного и марочного сортамента. В частности, применение «холодного режима протягивания» не позволяет получать витые трубы из труднодеформируемых, малопластичных металлов и сплавов, деформация которых в холодном состоянии может приводить к появлению трещин, сколов и т.п. разрушений металла витой трубы. Приведенные в способе-прототипе кинематические режимы радиальной ковки позволяют получить при ковке одновременно четырьмя бойками однозаходные витые трубы с шагом 40-53,2 мм. При этом смещение формирующих профилей соседних бойков вдоль оси ковки по винтовой линии должно быть равно 1/4 шага витой трубы.

Указанные в способе прототипе силовые условия радиальной ковки витых труб, при которых усилие ковки равно 5000 кгс, являются частным случаем ковки витых труб из конкретной марки стали, с заданным диаметром, толщиной стенки, при заданной скорости вращения 15-17 об/мин и скорости «протягивания» 0,6-0,8 м/мин. Обеспечить усилие ковки 5000 кгс при любом другом сочетании приведенных параметров невозможно даже теоретически. Отмеченное в способе-прототипе число ходов бойков 800-810 уд/мин не относится к технологическим параметрам, определяющим форму и размеры витого профиля. Оно влияет только на его качественные характеристики (шероховатость поверхности, присутствие неровностей и т.п.) и силовые условия ковки. Как известно, в данном случае при заданной кинематике движения круглой трубы (скорость вращения 15-17 об/мин и скорость «протягивания» 0,6-0,8 м/мин) с увеличением числа ходов шероховатость поверхности на готовом витом профиле улучшается, высота неровностей на нем уменьшается, усилие ковки снижается.

Следовательно, применение согласно способу-прототипу последовательности технологических операций и технологических режимов радиальной ковки не позволяет реализовать высокопроизводительную поточную схему производства витых труб и не дает возможности получать витые трубы широкого размерного и марочного сортамента.

Таким образом, основными недостатками способа-прототипа являются сложная технология, снижающая производительность, и ограниченные технологические возможности по сортаменту получаемых витых труб.

Задачей изобретения является повышение производительности и расширение технологических возможностей изготовления витых труб.

Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом способе изготовления витых труб ковкой на радиально-ковочной машине, содержащей ковочный блок с размещенными в нем бойками, выполненными с заданным профилем, формирующим витую трубу, включающий установку круглой трубы грейфером на ось ковки и ее радиальную ковку с одновременным формированием витой трубы бойками ковочного блока при одновременной подаче круглой трубы «из бойков» и ее вращении, согласно изобретению используют два манипулятора, которые располагают по обе стороны от ковочного блока, при установке круглой трубы на ось ковки один ее конец направляют в сторону ковочного блока, а второй - в сторону одного из манипуляторов, после чего посредством упомянутого манипулятора осуществляют свободное перемещение круглой трубы между бойками ковочного блока в направлении к другому манипулятору, посредством которого затем при радиальной ковке круглой трубы осуществляют ее подачу «из бойков» и вращение, при этом радиальную ковку ведут в ковочном блоке, профили соседних бойков которого, формирующие витую трубу, последовательно смещены вдоль оси ковки по винтовой линии в направлении вращения и подачи круглой трубы на величину S×Z/K, где S - шаг витков витой трубы, мм; Z - число заходов витой трубы; K - число одновременно формирующих витую трубу бойков, а вращение круглой трубы ведут с числом оборотов в минуту 60×V/(S×Z), где V - скорость подачи круглой трубы «из бойков», мм/с.

Использование двух манипулятора, которые располагают по обе стороны от ковочного блока, осуществление установки круглой трубы на ось ковки таким образом, что один ее конец направляют в сторону ковочного блока, а второй - в сторону одного из манипуляторов, выполнение упомянутым манипулятором свободного перемещения круглой трубы между бойками ковочного блока в направлении к другому манипулятору, посредством которого затем при радиальной ковке круглой трубы осуществляют ее подачу «из бойков» и вращение, позволяет организовать поточную технологическую схему производства с отсутствием пересечения технологической операции подачи круглой трубы к ковочному блоку с технологической операцией выдачи готовой витой трубы из ковочного блока. Этим упрощается технология производства с исключением дополнительных затрат времени на ее осуществление, что ведет к повышению производительности при изготовлении витых труб.

(В материалах способа-прототипа представлен процесс радиальной ковки, при котором для предотвращения процесса изгиба круглой и витой трубы, называемого потерей продольной устойчивости, последняя вытягивается из бойков. Такой процесс радиальной ковки принято называть коротко - подача заготовки (трубы) «из бойков», см., например, Ковка на радиально-обжимных машинах / В.А. Тюрин, В.А. Лазоркин, И.А. Поспелов и др. - М.: Машиностроение, 1990, с. 33.)

Применение режимов радиальной ковки в ковочном блоке, профили соседних бойков которого, формирующие витую трубу, последовательно смещены вдоль оси ковки по винтовой линии в направлении вращения и подачи круглой трубы на величину S×Z/K, обеспечивает образование бойками при ковке кругового калибра, формирующего при каждом ходе бойков элемент винтовой трубы с заданными параметрами S и Z.

Вращение круглой трубы с числом оборотов в минуту 60×V/(S×Z) устанавливает соотношение между скоростями поступательного и вращательного перемещения круглой трубы, обеспечивающее ее перемещение по винтовой линии с параметрами S и Z, точно соответствующей винтовой линии кругового калибра, образованного профилями одновременно деформирующих бойков. Цифровое значение 60 означает количество секунд в минуте и служит для приведения в соответствие единиц измерения об/мин и мм/с.

Осуществление указанных технологических режимов радиальной ковки позволяет получать витые трубы любого диаметра, с любой толщиной стенки, из любой марки материала, с любым заданным шагом S, любым заданным числом заходов Z витков при возможности использования радиально-ковочных машин с разным числом бойков K, одновременно деформирующих круглую трубу. Скорость подачи круглой трубы V принимается в зависимости от комплекса параметров, таких как требуемая производительность, качество поверхности витой трубы и ограничения по силовым условиям процесса радиальной ковки, с учетом числа ходов бойков радиально-ковочной машины в единицу времени.

Таким образом, применение предлагаемого способа в конечном итоге позволяет повысить производительность при изготовлении витых труб и расширить технологические возможности по их сортаменту.

Предложенный способ радиальной ковки изготовления витых труб проиллюстрирован на чертежах.

На фиг. 1 показан вид сбоку на ковочный блок, имеющий четыре одновременно деформирующих бойка с заданным для формирования витой трубы профилем, и манипуляторы после установки круглой трубы на ось ковки.

На фиг. 2 показан вид сбоку на ковочный блок, имеющий четыре одновременно деформирующих бойка с заданным для формирования витой трубы профилем, и манипуляторы после установки круглой трубы на ось ковки и удержания ее одним манипулятором.

На фиг. 3 показан вид сбоку на ковочный блок, имеющий четыре одновременно деформирующих бойка с заданным для формирования витой трубы профилем, и манипуляторы после перемещения круглой трубы, передачи ее другому манипулятору и удержании ее данным манипулятором.

На фиг. 4 показан вид сбоку на ковочный блок, имеющий четыре одновременно деформирующих бойка с заданным для формирования витой трубы профилем, во время радиальной ковки круглой трубы при ее подаче «из бойков» другим манипулятором с получением витой трубы.

На фиг. 5 показан разрез Б-Б с видом на ковочный блок, имеющий четыре одновременно деформирующих бойка с заданным для формирования витой трубы профилем, со стороны входа в них круглой трубы.

На фиг. 6 показан вид сбоку на ковочный блок, имеющий четыре одновременно деформирующих бойка с заданным для формирования витой трубы профилем, после получения витой трубы и удержания ее другим манипулятором.

С использованием фиг. 1-6 рассмотрим при применении предложенного способа технологический процесс изготовления витой трубы с шагом S при числе заходов витой трубы Ζ=1 из круглой трубы при ее радиальной ковке одновременно количеством бойков К=4 с заданным профилем, формирующим витую трубу.

Радиальная ковка осуществляется при следующей последовательности выполнения технологических операций. Круглая труба 1 в холодном или горячем состоянии грейфером (на рисунках не показано) подается на ось ковки (фиг. 1). Один конец круглой трубы 1 направлен в сторону ковочного блока с четырьмя бойками 2-5, установленными последовательно друг относительно друга под углом 90 град. На каждом из бойков выполнен заданный профиль, необходимый для формирования витой трубы. Причем заданный профиль на бойке 3 смещен вдоль оси ковки в сторону выходящей из бойков витой трубы 6 (фиг. 4) на величину M=S×Z/К=S×1/4=S/4 (фиг. 1) относительно заданного профиля на бойке 2. При этом боек 3 повернут вокруг оси ковки на угол 90 град относительно бойка 2 (фиг. 5). Заданный профиль на бойке 4 смещен вдоль оси ковки в сторону выходящей из бойков витой трубы (фиг .4) на величину M=S/4+S/4=S/2 относительно заданного профиля на бойке 2. При этом боек 4 повернут вокруг оси ковки на угол 90 град относительно бойка 3 (фиг. 5). Аналогично заданный профиль на бойке 5 (на рисунках не показано) смещен вдоль оси ковки в сторону выходящей из бойков витой трубы 6 (фиг. 4) на величину M=S/4+S/4+S/4=3×S/4 относительно заданного профиля на бойке 2. При этом боек 5 повернут вокруг оси ковки на угол 90 град относительно бойка 4 (фиг. 5). Т.е. заданные профили, формирующие витую трубу, соседних бойков ковочного блока смещены последовательно вдоль оси ковки по винтовой линии.

Другой конец круглой трубы 1 направлен в сторону манипулятора А. Расстояние между зажимными губками манипулятора А превышает диаметр круглой трубы (фиг. 1). Манипулятор А перемещают в сторону ковочного блока с бойками 2-5. При этом конец круглой трубы 1 заходит между зажимными губками манипулятора А. Расстояние между зажимными губками манипулятора А уменьшается и круглая труба 1 оказывается зафиксированной его зажимными губками (фиг. 2).

Далее осуществляется перемещение круглой трубы 1 манипулятором А в сторону манипулятора В (фиг. 3). При этом круглая труба 1 свободно проходит между бойками 2-5 ковочного блока, т.к. между ними и круглой трубой 1 имеются зазоры Δ. Расстояние между зажимными губками манипулятора В превышает диаметр круглой трубы 1 (на рисунке не показано). Конец круглой трубы 1 заходит между зажимными губками манипулятора В. Расстояние между зажимными губками манипулятора В уменьшается и круглая труба 1 оказывается зафиксированной его зажимными губками (фиг. 3). При этом расстояние между зажимными губками манипулятора А увеличивается и круглая труба 1 освобождается от фиксации ее конца губками манипулятора А. Манипулятор А возвращается в исходное положение, готовое для подачи на ось ковки другой круглой трубы (фиг. 4).

После этого бойки 2-5 ковочного блока сближаются, между их заданными профилями, формирующими витую трубу, образуется зазор, соответствующий поперечному сечению витой трубы. Одновременно манипулятор В начинает осуществление подачи круглой трубы «из бойков» со скоростью V и ее вращение с числом оборотов в минуту, равным n=60×V/(S×Z)=60×V/S, в направлении, показанном на фиг. 5, т.е. от бойка 2 к бойку 3 и т.д. Т.е. круглая труба перемещается по винтовой линии, совпадающей с направлением винтовой линии положения заданных профилей на одновременно формирующих витую трубу бойках 2-5.

В результате радиальной ковки в бойках с указанным положением заданного профиля, необходимого для формирования витой трубы, при заданной кинематике перемещения круглой трубы 1 манипулятором В из круглой трубы 1 формируется витая труба 6 (фиг. 4, 5).

После входа в бойки 2-5 конца круглой трубы 1 со стороны манипулятора А (фиг. 4) осуществляется загрузка на ось ковки грейфером следующей круглой трубы (на рисунках не показано) и начинается осуществление технологического процесса получения из следующей круглой трубы витой трубы.

Технологический процесс получения готовой витой трубы заканчивается ее уборкой с оси ковки другим грейфером (на рисунках не показано).

Следовательно, с применением предложенного способа, во-первых, организуется поточная технологическая схема производства с отсутствием пересечения технологической операции подачи круглой трубы к ковочному блоку с технологической операцией выдачи готовой витой трубы из ковочного блока. Благодаря этому существенно упрощается технология производства витых труб с исключением дополнительных затрат времени на ее осуществление, что ведет к повышению производительности при изготовлении витых труб.

Во-вторых, применение указанных технологических режимов радиальной ковки, определяющих на одновременно деформирующих бойках положение заданных профилей, формирующих витую трубу и устанавливающих кинематические условия перемещения круглой трубы, позволяет получать витые трубы любого диаметра, с любой толщиной стенки, из любой марки материала, с любым заданным шагом S, любым заданным числом заходов Ζ витков при возможности использования радиально-ковочных машин с разным числом бойков К, одновременно деформирующих круглую трубу.

С применением предложенного способа можно получать и витые сплошные изделия.

Таким образом, применение предлагаемого способа в конечном итоге позволяет повысить производительность при изготовлении витых труб и расширить технологические возможности по их сортаменту.

Практическая реализация предложенного способа планируется при получении толстостенных витых труб из специальных жаропрочных сталей, применяемых в системах авиационной и космической техники.

В настоящее время ведется разработка комплексной технологии и инструмента для получения на одном из предприятий г. Челябинска витых изделий широкого профильного сортамента с применением радиально-ковочной машины SКК-14 австрийской фирмы GFM.

Способ изготовления витых труб ковкой на радиально-ковочной машине, содержащей ковочный блок с размещенными в нем бойками, выполненными с заданным профилем, формирующим витую трубу, включающий установку круглой трубы грейфером на ось ковки и ее радиальную ковку с одновременным формированием витой трубы бойками ковочного блока при одновременной подаче круглой трубы «из бойков» и ее вращении, отличающийся тем, что используют два манипулятора, которые располагают по обе стороны от ковочного блока, при установке круглой трубы на ось ковки один ее конец направляют в сторону ковочного блока, а второй - в сторону одного из манипуляторов, после чего посредством упомянутого манипулятора осуществляют свободное перемещение круглой трубы между бойками ковочного блока в направлении к другому манипулятору, посредством которого затем при радиальной ковке круглой трубы осуществляют ее подачу «из бойков» и вращение, при этом радиальную ковку ведут в ковочном блоке, профили соседних бойков которого, формирующие витую трубу, последовательно смещены вдоль оси ковки по винтовой линии в направлении вращения и подачи круглой трубы на величину S×Z/K, где S - шаг витков витой трубы, мм; Z - число заходов витой трубы, K - число одновременно формирующих витую трубу бойков, а вращение круглой трубы ведут с числом оборотов в минуту 60×V/(S×/Z), где V - скорость подачи круглой трубы «из бойков», мм/с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения цилиндрических деталей с конической частью, в том числе тонкостенных.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных стальных поковок полукорпусов шаровых кранов и изделий подобной конфигурации, имеющих массу свыше одной тонны.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении цельных труб сложной формы и переменного сечения, например, для теплообменных аппаратов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении поковок с фланцем и глухой полостью, открытой со стороны фланца. Исходную заготовку нагревают и пластически деформируют на прессе за две операции.

Группа изобретений относится к области обработки металлов давлением и может быть использована при изготовлении корпусных деталей трубопроводной арматуры, в частности цельноштампованного полукорпуса шарового крана, имеющего фланец.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении осесимметричных штампованных заготовок типа стаканов и чаш из высокопрочного алюминиевого сплава системы Al-Zn-Mg-Cu, легированного скандием и цирконием.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении ступенчатых полых деталей. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей типа стакана с фланцем. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении ступенчатых поковок с осевым отверстием. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении осколочных оболочек боеприпасов. На внутренней поверхности трубчатой заготовки с дном формируют многозаходные спиральные рифли противоположного направления, образующие сетку выступов ромбической формы.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при радиальной ковке шестигранных полых профилей. Круглую полую заготовку подвергают обжатию одновременно двумя взаимно перпендикулярными парами бойков не менее чем за три прохода.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек с сеткой рифлей на внутренней поверхности. На внутренней поверхности полой заготовки формообразуют сетку рифленых канавок посредством матрицы для обжима с конической рабочей поверхностью с углом конусности 10-45° и центрального инструментального стержня с сеткой рифленых выступов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Производят обжатие круглой заготовки двумя взаимноперпендикулярными парами бойков.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении шестигранных профилей радиальной ковкой. Производят циклическое обжатие заготовки одновременно двумя взаимно перпендикулярными парами бойков.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении шестигранных профилей радиальной ковкой. Заготовку обжимают посредством двух взаимно перпендикулярных пар бойков.

Изобретения относятся к обработке давлением и могут быть использованы при изготовлении ребристых панелей, предназначенных для корпусов отсеков, перегородок, крыльев и других частей авиационно-космических летательных аппаратов.

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано при изготовлении высокоточного стрелкового оружия. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при профилировании труб. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении осколочных оболочек боеприпасов для формирования на внутренней поверхности трубчатых заготовок с дном многозаходных спиральных рифлей встречного направления.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении шестигранных профилей радиальной ковкой. Ковку ведут двумя взаимно перпендикулярными парами бойков, из которых одна пара имеет рабочую поверхность с плоским ручьем. Вторая пара имеет на рабочей поверхности вырезной ручей с боковыми поверхностями, наклоненными друг к другу под углом 120°. Рабочие поверхности бойков смещены относительно друг друга вдоль оси ковки на величину, превышающую длину рабочей поверхности бойка. Сначала осуществляют обжатие квадратной заготовки по диагонали парой бойков, имеющей на рабочей поверхности вырезной ручей, при чередовании с поворотом заготовки вокруг оси ковки на угол π/2. Получают восьмигранный профиль с углами при его соседних вершинах 120 и 150° и расстоянием между противолежащими ребрами, образованными гранями с углами между ними 150°, не менее диаметра описанной окружности шестигранного профиля. Затем восьмигранный профиль подвергают обжатию одновременно двумя взаимно перпендикулярными парами бойков после его поворота вокруг оси ковки на угол π/4. В результате обеспечивается снижение расхода энергии, увеличение производительности, повышение стойкости бойков и качества получаемых шестигранных профилей. 14 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении витых труб ковкой на радиально-ковочной машине. Круглую трубу устанавливают грейфером на ось ковки и производят ее радиальную ковку бойками ковочного блока. При этом вращающуюся трубу подают «из бойков». Профили соседних бойков, формирующие витую трубу, последовательно смещены вдоль оси ковки по винтовой линии в направлении вращения и подачи трубы на величину S×ZK, где S - шаг витков витой трубы, мм, Z - число заходов витой трубы, K - число одновременно формирующих витую трубу бойков. Вращение трубы ведут с числом оборотов в минуту 60×V, где V - скорость подачи трубы «из бойков», ммс. При ковке используют два манипулятора, которые располагают по обе стороны от ковочного блока. При установке трубы на ось ковки один ее конец направляют в сторону ковочного блока, а второй - в сторону одного из манипуляторов. Затем посредством этого манипулятора трубу перемещают между бойками в направлении к другому манипулятору, посредством которого затем осуществляют подачу трубы «из бойков» и вращение. В результате обеспечивается повышение производительности ковки и расширение технологических возможностей при изготовлении витых труб. 6 ил.

Наверх