способ изготовления труб
Классы МПК: | B21C37/06 труб или металлических шлангов; комбинированные способы изготовления труб |
Автор(ы): | Пышминцев Игорь Юрьевич (RU), Выдрин Александр Владимирович (RU), Баричко Борис Владимирович (RU), Чурбанов Валентин Игоревич (RU), Космацкий Ярослав Игоревич (RU), Луценко Дмитрий Викторович (RU), Восходов Валерий Борисович (RU), Андреев Владимир Степанович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-08-26 публикация патента:
20.02.2012 |
Изобретение предназначено для снижения расходного коэффициента при изготовлении труб, в частности котельных труб, методом прессования с последующим редуцированием. Способ изготовления труб включает прямое прессование на пресс-игле ступенчатой формы трубы-полуфабриката с центральным каналом, состоящим из полостей переменного сечения, сопряженных между собой, и последующее редуцирование. Устранение утолщения стенки на переднем и заднем участках трубы обеспечивается за счет того, что в процессе прямого прессования уменьшают толщину стенки на переднем и заднем участках трубы-полуфабриката на величину, соответствующую увеличению толщины стенки на этих участках при редуцировании, а пресс-иглу выполняют с дополнительным коническим участком с заданными соотношениями размеров ее участков. 2 ил.


Формула изобретения
Способ изготовления труб, включающий прямое прессование на пресс-игле ступенчатой формы трубы-полуфабриката с центральным каналом, состоящим из полостей переменного сечения, сопряженных между собой, и последующее редуцирование, отличающийся тем, что в процессе прямого прессования уменьшают толщину стенки на переднем и заднем участках трубы-полуфабриката на величину, соответствующую увеличению толщины стенки на этих участках при редуцировании, а пресс-иглу выполняют с дополнительным коническим участком со следующими соотношениями размеров:
где DИГ - максимальный наружный диаметр конических участков пресс-иглы, мм;
DM - калибрующий диаметр матрицы, мм;
DK - внутренний диаметр контейнера, мм; hP - разница между номинальной толщиной стенки и максимальным значением толщины стенки на переднем или заднем утолщенных участках трубы, мм;
LИГ - длины конических участков пресс-иглы, мм;
LP - длина утолщенного переднего или заднего участка редуцированной трубы, мм; - коэффициент вытяжки при прессовании трубы с номинальной толщиной стенки;
- коэффициент вытяжки при прессовании трубы с утоненной стенкой на переднем и заднем участках;
Р - коэффициент вытяжки при редуцировании.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении, в частности котельных труб, методом прессования с последующим редуцированием.
Известен способ изготовления труб, включающий получение исходной заготовки, прямое прессование трубы-полуфабриката и формирование из нее готовой трубы посредством редуцирования с натяжением (Манегин Ю.В. и др. Горячее прессование труб и профилей. - М.: Металлургия, 1980, с.249). Известно, что при редуцировании с натяжением условия деформации концов трубы отличаются от условий деформации середины трубы. При выходе трубы из редукционного прокатного стана концы трубы воспринимают лишь часть натяжения, в результате толщина стенки на заднем и переднем участках трубы увеличивается, что является недостатком известного способа.
В практике производства труб прессованием с последующей прокаткой известен способ изготовления труб, выбранный в качестве прототипа, включающий получение исходной трубчатой заготовки, горячее прямое прессование из нее трубы-полуфабриката с центральным каналом переменного сечения, состоящим из двух цилиндрических и промежуточной переходной полостей с заданными соотношениями их размеров, и получение из отпрессованного полуфабриката трубы-изделия посредством продольной безоправочной прокатки по заданным режимам (патент РФ № 2077967, B21C 37/00, B21C 37/06, опубл. 27.04.1997).
Недостатками прототипа являются сложность регулирования параметров конического участка пресс-иглы в зависимости от длины участка трубы с утолщенной стенкой и возможность затекания материала заготовки в пространство, образованное внутренней поверхностью пуансона и наружной поверхностью подвижной пресс-иглы, а также сложность конструкции, обусловленная установкой индивидуального привода для подвижной пресс-иглы.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в понижении расходного коэффициента при изготовлении труб за счет устранения утолщения стенки на переднем и заднем участках.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления труб, включающем прямое прессование на пресс-игле ступенчатой формы трубы-полуфабриката с центральным каналом, состоящим из полостей переменного сечения, сопряженных между собой, и последующее редуцирование, согласно изобретению, в процессе прямого прессования уменьшают толщину стенки на переднем и заднем участках трубы-полуфабриката на величину, соответствующую увеличению толщины стенки на этих участках при редуцировании, а пресс-иглу выполняют с дополнительным коническим участком со следующими соотношениями размеров:
где DИГ - максимальный наружный диаметр конических участков пресс-иглы, мм;
D M - калибрующий диаметр матрицы, мм;
D K - внутренний диаметр контейнера, мм;
hP - разница между номинальной толщиной стенки и максимальным значением толщины на переднем или заднем утолщенных участках трубы, мм;
LИГ - длины конических участков пресс-иглы, мм;
LP - длина утолщенного переднего или заднего участка редуцированной трубы, мм;
- коэффициент вытяжки при прессовании трубы с номинальной толщиной стенки;
- коэффициент вытяжки при прессовании трубы с утоненной стенкой на переднем и заднем участках;
P - коэффициент вытяжки при редуцировании.
Процесс прямого прессования трубы-полуфабриката осуществляют с использованием пресс-иглы с двумя коническими участками. При этом параметры конических участков пресс-иглы описываются полученными математическими зависимостями, изначально формирующими утоненную стенку на переднем и заднем участках трубы-полуфабриката. При последующем редуцировании с натяжением условия деформации как переднего, так и заднего участков трубы отличаются от условий деформации середины трубы, когда процесс прокатки уже стабилизировался. В процессе заполнения стана передний и задний участки трубы воспринимают лишь часть натяжения, а прокатка, например в первой клети до момента захода трубы во вторую клеть, проходит без натяжения. В результате утоненная стенка утолщается, что обеспечивает получение готовой трубы с одинаковой толщиной стенки по всей длине. Таким образом, устраняют утолщение стенки на переднем и заднем участках трубы.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция пресс-иглы, на фиг.2 схематично показан в разрезе утолщенный конец редуцированной трубы.
Рабочая часть пресс-иглы имеет четыре участка: конический участок 1, обеспечивающий плавное уменьшение толщины стенки на переднем участке прессованной трубы, цилиндрический участок 2, обеспечивающий получение трубы с номинальной стенкой; второй конический участок 3, обеспечивающий плавное уменьшение толщины стенки на заднем участке прессованной трубы и второй цилиндрический участок 4.
Способ изготовления труб осуществляют следующим образом. Нагретую до заданной температуры заготовку с осевым отверстием размещают в контейнере диаметром DK и подвергают прямому прессованию с использованием неподвижной пресс-иглы (фиг.1). В результате получают трубу-полуфабрикат с наружным диаметром DM, равным диаметру отверстия матрицы, формирующему полый профиль, и внутренним центральным каналом переменного сечения, состоящим из конической полости с максимальным диаметром D ИГ, уменьшающимся до диаметра DP, и двух цилиндрических полостей различных диаметров DP и DИГ, плавно сопряженных между собой переходной полостью, при этом DИГ>DP. Толщину стенки 5 на переднем и заднем участках трубы уменьшают на величину hP, являющуюся разницей между номинальной толщиной стенки hHOM и максимальным значением отклонения толщины стенки готовой трубы (фиг.2). Выражение для максимального диаметра конического участка пресс-иглы, обеспечивающего уменьшение толщины стенки трубы-полуфабриката на величину
hP и устранение утолщенного переднего и заднего участков редуцированных труб, имеет вид:
где DИГ - максимальный наружный диаметр конических участков пресс-иглы, мм;
D M - калибрующий диаметр матрицы, мм;
D K - внутренний диаметр контейнера, мм;
hP - разница между номинальной толщиной стенки и максимальным значением толщины на переднем или заднем утолщенных участках трубы, мм;
- коэффициент вытяжки при прессовании трубы с номинальной толщиной стенки;
- коэффициент вытяжки при прессовании трубы с утоненной стенкой на переднем и заднем участках.
Длину конических участков пресс-иглы определяют по формуле:
где LИГ - длина конических участков пресс-иглы, обеспечивающих плавное уменьшение стенки на переднем или заднем участках прессованной трубы, мм;
LР - длина утолщенного переднего или заднего участка редуцированной трубы, мм;
Р - коэффициент вытяжки при редуцировании.
Затем полученную трубу-полуфабрикат подвергают редуцированию с натяжением, в процессе которого ее наружный диаметр уменьшается, при этом толщина стенки уменьшается по всей длине, а на участках с утоненной стенкой - увеличивается из-за недостатка натяжения. Увеличение толщины стенки hР на переднем и заднем участках редуцированной трубы-изделия описывается линейной зависимостью:
где a, b - коэффициенты, зависящие от величины отклонения толщины стенки hP;
причем , b=
hP+hP.
В результате получают готовую трубу с одинаковой толщиной стенки по всей длине.
Способ изготовления труб был опробован в заводских условиях при получении опытно-промышленной партии труб. В результате исследования процесса редуцирования труб по маршруту 152×6
73×5,5 были получены готовые трубы с утолщениями стенки на переднем и заднем участках. Анализ данных об изменении толщины стенки на переднем и заднем утолщенных участках трубы показал, что длина этих участков составляет 1200 мм и 1400 мм соответственно. Толщина стенки трубы на этих участках увеличивается на величину 2,59 мм, тогда a=-0,0018 и b=8,09. Уравнение зависимости толщины стенки на переднем и заднем утолщенном участках от их длины для трубы-изделия, редуцированной по заданному скоростному режиму, имеет следующий вид:
Для реализации предлагаемого способа была изготовлена пресс-игла, рабочая часть которой выполнена с четырьмя участками: цилиндрическим, диаметром 148,1 мм, обеспечивающим получение трубы с номинальной толщиной стенки; двумя коническими, DИГ=147,9 мм, обеспечивающими плавное уменьшение толщины стенки на переднем и заднем участках прессованной трубы, и вторым цилиндрическим участком.
Цилиндрическую заготовку из стали марки Ст.20 диаметром 335 мм и длиной 500 мм с центральным осевым отверстием диаметром 155 мм, предварительно нагретую до температуры 1100°C, загружали в контейнер диаметром 341 мм. Затем проводили ее прессование на вертикальном гидравлическом прессе усилием 55 МН в отверстие матрицы диаметром 155,1 мм. В результате получили трубу-полуфабрикат длиной 13938 мм с наружным диаметром 152 мм и толщиной стенки 6 мм на длине 13344,8 мм и последующим уменьшением толщины стенки до 2,05 мм на переднем и заднем участках длиной 508,5 мм и 593,2 мм соответственно.
Полученную трубу-полуфабрикат подвергли редуцированию с натяжением на непрерывном многоклетьевом прокатном стане, в процессе которого уменьшили ее наружный диаметр, при этом толщина стенки уменьшилась по всей длине, а на участках с утоненной стенкой - увеличилась из-за недостатка натяжения. В результате была сформирована готовая труба с одинаковой толщиной стенки по всей длине.
Таким образом, при осуществлении способа была изготовлена труба длиной 32893,68 мм с наружным диаметром 73 мм и толщиной стенки 5,5 мм, одинаковой по всей длине. Реализация заявленного способа позволила устранить утолщение стенки 2,59 мм на переднем и заднем участках трубы длиной 1200 мм и 1400 мм, соответственно, что обеспечило до 8% экономии металла.
Использование предлагаемого способа изготовления труб методом прессования с последующим редуцированием обеспечит получение труб, например котельных, с одинаковой толщиной стенки по всей длине, что позволит снизить расходный коэффициент за счет устранения утолщения стенки на концах трубы.
Класс B21C37/06 труб или металлических шлангов; комбинированные способы изготовления труб