[1]Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к производству труб волочением, преимущественно на монолитной самоустанавливающейся оправке, и может быть использовано при изготовлении холоднодеформированных труб из различных материалов, в частности труб малого внутреннего диаметра, предназначенных для машиностроения.
[2]Известен способ волочения труб на монолитной самоустанавливающейся оправке, включающий нанесение на поверхность трубной заготовки технологической смазки, последующее нанесение на некотором расстоянии от одного из торцов заготовки «забойки», установку с этого же торца заготовки монолитной самоустанавливающейся оправки, ее перемещение в полости заготовки до забойки посредством стержня вручную, извлечение стержня, формирование головки на заготовке и последующее волочение (Биск М.Б. Волочение труб на самоустанавливающейся оправке / М.Б. Биск, В.В. Швейкин. - М.: Металлургиздат, 1963. - С.108-109).
[3]Данный способ наиболее эффективен при изготовлении труб большой длины на станах барабанного типа с последующей смоткой труб в бунты. В случае изготовления труб на прямолинейных трубоволочильных станах способ характеризуется высокой трудоемкостью и малой производительностью ввиду необходимости выполнения операций нанесения технологической смазки и забойки, установки и перемещения монолитной самоустанавливающейся оправки и формирования головки для каждой трубы отдельно, так как пакетный способ обработки труб данным способом невозможен. В этом случае требуется большее число оправок одного типоразмера и использование вспомогательного технологического инструмента для каждой заготовки, что увеличивает затраты на волочильный инструмент.
[4]Известно волочение труб на монолитной самоустанавливающейся оправке, заключающееся в формировании головки на трубной заготовке, нанесении технологической смазки, установке и перемещении оправки посредством стержня в полости заготовки до основания головки и последующем волочении (А.с. СССР №988397, B21C 3/16, B21C 45/00, опубл. 15.01.1983). При волочении оправка жестко закреплена на гибком стержне, что позволяет сократить долю ручного труда и несколько увеличить производительность за счет исключения операции извлечения стержня перед волочением. Однако необходимость обеспечения крепления оправки к стержню, особенно при изготовлении оправок из твердосплавных материалов, увеличивает затраты на технологический инструмент.
[5]Наиболее близким решением, принятым за прототип, является способ волочения труб на монолитной самоустанавливающейся оправке, включающий формирование головки на трубной заготовке, нанесение технологической смазки, установку и перемещение оправки посредством стержня в полости заготовки до основания головки и последующее волочение (Паршин B.C. Холодное волочение труб / B.C. Паршин, А.А. Фотов, В.А. Алешин. - М.: Металлургия, 1979. - С.111-112, 152-153).
[6]В данном способе волочения труб монолитная самоустанавливающаяся оправка жестко закреплена на стержне, в частности посредством резьбового соединения, при одновременном закреплении другого конца стержня на трубоволочильном стане, что позволяет механизировать операции установки, перемещения и извлечения стержня с оправкой и снизить их трудоемкость. Однако использование стержней требует дополнительных затрат на их изготовление и наличия производственных площадей для их хранения. При использовании монолитной самоустанавливающейся оправки из твердосплавных материалов обеспечение жесткого крепления оправки со стержнем затруднено и требует дополнительных затрат на изготовление рабочего инструмента. При изготовлении труб малого внутреннего диаметра использование жесткого крепления оправки и стержня еще более затруднено ввиду малых размеров оправки и стержня. Поэтому при изготовлении труб малого внутреннего диаметра перемещение монолитной самоустанавливающейся оправки в полости трубной заготовки до головки осуществляют без крепления ее на стержне, с последующим извлечением стержня перед деформацией и осуществлением этих операцией вручную, что увеличивает трудоемкость и снижает производительность. Сложность применения стержней в процессе перемещения оправки в данном случае обусловлена потерей устойчивости тонкого стержня большой длины, что также увеличивает трудоемкость их использования.
[7]Для исключения возможности безоправочного волочения осуществляют подпор самоустанавливающейся оправки в начальный момент волочения посредством стержня вручную, что также трудоемко и нарушает требования безопасной работы на волочильном стане. Необходимость подпора обусловлена наличием у основания головки некоторого объема технологической смазки (так называемой «пробки»), которая препятствует продвижению оправки в очаг деформации в процессе волочения, что ведет к безоправочному волочению.
[8]Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в сокращении затрат на технологический инструмент, уменьшении трудоемкости операций по подготовке труб к волочению на монолитной самоустанавливающейся оправке и снижении количества брака.
[9]Поставленная задача по первому варианту решается за счет того, что в способе волочения труб, преимущественно малого диаметра, на монолитной самоустанавливающейся оправке, включающем формирование головки на трубной заготовке, нанесение технологической смазки, установку и перемещение оправки в полости заготовки до основания головки и последующее волочение, согласно изобретению, формирование головки проводят холодной деформацией, а перемещение оправки осуществляют подачей в полость заготовки сжатого воздуха, при этом величину давления воздуха определяют по следующей зависимости:
[10]
[11]где Р - давление воздуха, МПа;
[12]σт - предел текучести металла заготовки, МПа;
[13]D0, d0 - наружный и внутренний диаметры заготовки, соответственно, мм.
[14]Кроме того, перед подачей сжатого воздуха устанавливают пыж в полость заготовки.
[15]По второму варианту поставленная задача решается за счет того, что в способе волочения труб, преимущественно малого диаметра, на монолитной самоустанавливающейся оправке, включающем формирование головки на трубной заготовке, нанесение технологической смазки, установку и перемещение оправки в полости заготовки до основания головки и последующее волочение, согласно изобретению, перемещение оправки в полости заготовки осуществляют воздействием на оправку генератора импульсной нагрузки, при этом начальную скоростью движения оправки определяют по следующей зависимости: V=(55÷70)dD,(2)
[16]где V - начальная скорость движения оправки, м/с;
[17]D, d - наружный и внутренний диаметры трубы, соответственно, мм.
[18]Уменьшение трудоемкости операций по подготовке труб к волочению на монолитной самоустанавливающейся оправке достигается за счет сокращения времени и количества осуществляемых действий по перемещению оправки. Перемещение оправки за счет подачи сжатого воздуха обеспечивает ее требуемое позиционирование в полости трубы, исключая необходимость использования задающих стержней.
[19]Перемещение оправки подачей в полость заготовки воздуха давлением, указанным в зависимости (1), обеспечит достижение оправкой требуемого положения относительно основания головки - с некоторым вдавливанием оправки в металл основания головки, при этом величина деформации вдавливания не превышает области упругих деформаций, что обеспечивает стабильность последующего осуществления процесса волочения.
[20]В случае подачи в полость заготовки сжатого воздуха давлением, величина которого менее указанной в зависимости (1), имеется вероятность, что положение оправки перед волочением не будет соответствовать требуемому, что приведет к нарушению условий справочного волочения. Подача в полость заготовки сжатого воздуха давлением, величина которого более указанной в зависимости (1), может привести к искажению профиля трубной заготовки.
[21]Формирование головки на трубной заготовке холодной деформацией способствует сохранению внутренней полости по всей длине головки, обеспечивает качественное нанесение технологической смазки на внутреннюю поверхность трубной заготовки и уменьшает величину смазочной «пробки».
[22]Для гарантированного обеспечения требуемой величины давления воздуха, согласно зависимости (1), перед подачей сжатого воздуха устанавливают пыж в полость заготовки. Использование пыжа, размер которого определяют внутренним диаметром заготовки, позволит исключить возможные потери энергии и повысить эффективность предлагаемого решения за счет большей степени герметизации. Используемые в предлагаемом способе пыжи имеют, в сравнении с длинномерными стальными стержнями в способе-прототипе, небольшие габаритные размеры и относительно невысокую стоимость используемых для их изготовления материалов (например, войлок), что делает пыжи более простыми и удобными в эксплуатации и позволяет значительно сократить затраты на инструмент, в том числе за счет сокращения площадей для его хранения.
[23]Однако формирование головки на трубной заготовке часто осуществляют горячей деформацией, что нарушает целостность внутренней полости головки и исключает использование перемещения оправки за счет подачи сжатого воздуха. В этом случае по второму варианту предлагаемого изобретения перемещение оправки в полости заготовки осуществляют воздействием на оправку генератора импульсной нагрузки, при этом начальную скорость движения оправки определяют по следующей зависимости:
[24]
[25]где V - начальная скорость движения оправки, м/с;
[26]D, d - наружный и внутренний диаметры трубы, соответственно, мм.
[27]Перемещение оправки воздействием на нее генератора импульсной нагрузки позволяет обходиться без использования вспомогательного инструмента, что значительно сокращает затраты на инструмент, проведение вспомогательных операций по его использованию и обеспечивает повышение производительности.
[28]Следует отметить, что в случае воздействия на оправку генератора импульсной нагрузки независимо от способа формирования головки на трубной заготовке - холодной или горячей деформацией, величина начальной скорости движения оправки, согласно аналитической зависимости (2), учитывающей ряд параметров (массу и плотность материала оправки, механические свойства материала трубной заготовки, величину деформации вдавливания оправки и др.), является достаточной для пробивания смазочной «пробки» (если таковая имеется) и достижения оправкой требуемого положения относительно основания головки, что позволяет гарантированно исключить брак по причине безоправочного волочения.
[29]При начальной скорости движения оправки, менее указанной в зависимости (2), не будет обеспечено достижение оправкой требуемого положения относительно основания головки. А при начальной скорости движения оправки, более указанной в зависимости (2), может произойти повреждение носка оправки.
[30]Предлагаемый способ волочения реализуют следующим образом. Пакет обрабатываемых трубных заготовок укладывают на приемочный стол устройства для формирования головок, например ковочную машину, и осуществляют формирование головок холодной деформацией с сохранением внутренней полости по всей длине головки. Затем осуществляют нанесение технологической смазки на наружную и внутреннюю поверхность трубных заготовок с головками путем погружения пакета труб в ванну. Подготовленные таким образом заготовки подают на загрузочный стол линейного трубоволочильного стана. С противоположного от головки конца заготовки устанавливают оправку и перемещают ее подачей в полость заготовки сжатого воздуха. По мере достижения оправкой основания головки подачу воздуха прекращают. Заготовку задают головкой в волоку, захватывают клещами вытяжного устройства и осуществляют процесс волочения на требуемый размер. Кроме того, перед подачей сжатого воздуха в полость заготовки может быть установлен пыж.
[31]При реализации способа волочения по второму варианту формирование головок проводят холодной или горячей деформацией, а перемещение оправки осуществляют воздействием на оправку генератора импульсной нагрузки, например посредством устройства с пружинным механизмом.
[32]Предлагаемый способ был опробован на трубоволочильном стане усилием 80 кН при волочении стальных труб в количестве 20 штук по маршруту 15,0×1,65 мм → 12,0×1,50 мм. Для сравнения аналогичным образом было изготовлено 20 труб по способу-прототипу. Формирование головок обоих пакетов трубных заготовок осуществляли на ковочной машине В-242 холодной деформацией (10 труб каждого пакета) и на ковочной машине АВС-40 горячей деформацией (10 труб каждого пакета). Нанесение технологической смазки, например «Dexlube-498», на наружную и внутреннюю поверхность заготовок осуществляли погружением в ванну всех пакетов. В качестве устройства для подачи сжатого воздуха в полость заготовки использовали, в частности, пусковое пневматическое устройство CES 22, позволяющее создавать давление в системе до 1,0 МПа, и войлочные пыжи диаметром 11,75 мм и толщиной 3 мм.
[33]При реализации способа по второму варианту в качестве генератора импульсной нагрузки использовали, в частности, устройство в виде стопорной трубы с размещенными в ней рукояткой и пружинным механизмом. Обратным ходом бойка осуществляли сжатие пружины, после чего боек фиксировали специальным упором. Устройство устанавливали с противоположного от головки конца заготовки. Перемещение предварительно установленной в полость трубной заготовки оправки осуществляли путем освобождения бойка от упора, в результате чего под действием энергии распрямляющейся пружины боек ударял в торец оправки и сообщал ей требуемую начальную скорость движения. Параметры пружины были рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить начальную скорость движения оправки, равную 48 м/с, для достижения оправкой требуемого положения относительно основания головки.
[34]Полученные результаты опытного волочения свидетельствуют о том, что предлагаемое техническое решение при незначительных затратах на технологический инструмент позволяет сократить трудоемкость ряда вспомогательных операций, увеличить производительность трубоволочильного стана на 10÷15% и исключить брак по причине безоправочного волочения.
