CC BY
27
УДК 621. 98
О. I. Горбенко, канд. техн. наук I. I. Горбенко, д-р техн. наук В. В. Чигиринський,
канд. техн. наук В. I. Дубина
Запорiзький нацюнальний техычний уыверситет, м. Запорiжжя
АНАЛ1ТИЧНИЙ ОГЛЯД ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ СПОСОБ1В ГНУТТЯ ТРУБ ТА ПРОПОЗИЦП ЩОДО IX УДОСКОНАЛЕННЯ
Приведено аналгтичний огляд технологгчних способгв гнуття труб з висвгтленням переваг та недолтв кожного способу, а також пропозицИ щодо Их удосконалення. В основу запропонового нового способу поставлена задача, яка полягае у спрощеннг процесу гнуття, пгдвищення якостг виготовлених деталей та зниження гх собгвартостг. Ргшення задач1 виконуеться за допомогою запатентованого штампа для гнуття прямокутних труб.
Ключовi слова: гнуття, прямокутнг труби, штамп, кувальне штампувальне обладнання.
Виробництво автомоб№но!, альськогосподарсько!, ашацшно!, суднобущвно! технiки,залiзничного транспорту, зведення аша»в,навгав, козиршв, малих архггек-турних форм та таке шше зв'язане з застосуванням велико! кшькосп гнутих трубних деталей
У техтчнш лiтературi наводяться деяк1 засоби та спо-соби гнуття труб. А. Ю. Аверк1ев [1] показуе гнуття труб намотуванням,гнуття на конуснш оправцi з кри-волiнiйною вюсю та гнуття з мiсцевим на^ванням зони пластично! деформацi!.
Гнуття намотуванням здiйснюeться за допомогою iнструмента, конструктивна схема якого показана на рис. 1. Вона складаеться iз шаблона 1 у вигляд ролика з вмон-тованою в нього затискною колодкою 2, затискача 3, дорна 4 i опiрно! колодки 5. Такий iнструменг е складовою частиною специального верстату для гнуття труб.
Гнуття труб з застосуванням наведеного шструмен-ту виконуеться в такш послiдовностi. Труба надiваеться на дорн 4 ,встановлюеться в рiвчак згинаючого шаблону 1 i закрiплюеться за допомогою затискача 3. Попм ставиться опiрна колодка 5, яка притискуе трубу до шаблону в процеа гнуття. Пюля включення верстату шаблон повертаеться на необхщний кут гнуття, стягуючи при цьому трубу з дорну. Оск1льки одностороннiй зазор мiж рiвчаком шаблону i дорном набагато бшьше товщини стшки труби , складки в зош стиску не з'явля-ються . Верстати для гнуття труб, яш працюють за прин-
ципом намотування, призначенi для гнуття труб даамет-ром ввд 8 до 426 мм.
Гнуття з мюцевим нагрiванням зони пластично! де-формацi! застосовуеться для гнуття труб середнього та великого дiаметра на малi радiуси [2]. Для цього засто-совують названия вузько! к1льцево! дiлянки зони пластично! деформацп. Внаслiдок невелико! протяжносп зони нагрiвання ( порядку товщит дек1лькох спнок труби) складкоутворення в зонi стиску не настае, а проходить процес осадки натргго! дiльницi труби тд даею стис-куючих напружень, якi виникають при гнут.
Гнуття з мюцевим на^ванням здiйснюегься на спе-щальнш машинi для гнуття труб, схема яко! показана на рис. 2.
Рис. 1. Гнуття труб методом намотування
Рис. 2. Гнуття труб з мюцевим нагр1ванням зони пластично! деформацй
Машина складаеться з каретки 1 для подачi труби, направляючих роликов 2, iндуктора 3 i згинального ролика 4. Заготовка подаеться кареткою 1 через направля-ючi ролики 2 в iндуктор 3, де проходить мюцеве на-грiвання шльцево! дiльницi труби током високо! частота до температури 800-900 °С.При виходi iз iндуктора заготовка охолоджуеться повiтрям або водою за допомогою охолоджувального пристрою 5. Гнуття труби здшснюеться спецiальним згинальним роликом 4, мюцезнаходження якого установлюеться в залежносп ввд необх1дного радiуса гнуття. Гнуття труб з мюцевим на^ванням може застосовуватися в польових умовах,
© О. I. Горбенко, I. I. Горбенко, В. В. Чигиринський, В. I. Дубина, 2014 122
ТЕХНОЛОГИ ОТРИМАННЯ ТА ОБРОБКИ КОНСТРУКЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В
наприклад, при монтаж1 трубопровод1в,при цьому на-гр1вання здайснюеться газовою горшкою. Наведеш спо-соби гнуггя груб мають ряд недолЫв. Процеси гнуття маюгь високу трудом1стк1сть, потребують спещально-го устаткування та високих енерговитрат. Р. М. Мусаев [3] пропонуе споаб гнуття тонкостшних трубних заготовок, який включае операцп плющення центрально! дшянки трубно! заготовки, гнуття плющено! дшянки та
роздачу плющено! та гнуто! д1лянки у форму, под1бну тору. Сутшсть способу показана на рисунках 3-6. На рис. 3 показано початкове положення трубно! заготовки перед гнуттям з тдпором. На рис. 4 показано положения трубно! заготовки в момент зашнчення гнуття з тдпором. На рис. 5 показано положення трубно! сшрал1 тсля роздач1.
Рис. 3. Початкове положення трубно! заготовки перед гнуттям з тдпором
Рис. 4. Положення трубно! заготовки в момент заюнчення гнуття з тдпором
Рис. 5. Положення трубно! спiралi тсля роздачi
Запропонований споаб здшснюеться таким чином. Попередньо в1др1заеться в1д бухти трубна заготовка 1 розрахунково! довжини на юнуючому обладнанш 1 об-робляються шнт пвд розвальцювання. На один шнець труби над1ваеться гайка 2 та ншель 3, а на другий к1нець гайка 4 та ншель 5. Юнщ трубно! заготовки розвальцьо-вують на ушверсальному пристро! для розвальцювання В шпщдель 6 утверсального токарного верстата вста-новлюють оправку 7. На оправц 7 закршлений нерухо-мо кронштейн 8 з р1зьбовим штуцером 8 та вузлом фшсаци заготовки на оправщ, складений 1з скоби 10, упорного гвинта з з'емною рукояткою 11 та п'яти 12.
Один шнець розвальцьовано! трубно! заготовки 1 закр1плюють на штуцер1 9 гайкою 2. Другий шнець труб-
1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2014
123
но!' заготовки 1 з'еднують з насосною станщею гнуч-ким рукавом високого тиску 13 гайкою 3. Висовуючи п'яту 12, фшсують кшепь трубно! заготовки на оправщ 7. У р1зцетримач 14 токарного верстата встановлюють притискувач 15, виставляють його по трубнш заготовш 1 та закр1плюють гвинтами 16. В1д насосно! станци через гнучкий рукав 13 тдводять до трубно! заготовки робочу рщину. Шсля заповнення порожнини трубно! заготовки родиною 1 виходу повпря проводять гермети-зацш трубно! заготовки пробкою 17. Регулятор тиску установлюють на необхщну величину тиску тдпору <^п». Установлюють необхвдт оберти шпинделя верстата та необхвдний шаг навивки сшрал1.
Величина шагу навивки залежить в основному в1д пластичних властивостей матер1алу заготовки та выносного середнього рад1уса гнуття труби.
Вмикають привад обертання штнделя та подач1 р1зцетримача. Трубна заготовка 1 починае одночасно гнутися та плющитися на оправц 7 в трубну страль (див. рис. 3). Деформування проходить тд впливом обертального моменту в1д штнделя верстата, зусилля осьово! подач1 р1зцетримача, сили тертя м1ж притиска-чем 1 поверхнею трубно! заготовки 1 тиску тдпору.
Початковий круглий перер1з трубно! заготовки транс-формуеться в овал складно! форми (див. рис. 4, розр1з Б-Б): на дшянщ, що контакту е з оправкою, контур овала мае форму близьку до прямол1ншно!, а на решт1 д1лян-ки - випуклу форму перемшно! кривизни. Висота про-ф1лю «а» забезпечуеться величиною вщповвдного тиску тдпору <^п», тдбираеться експериментально з умо-ви ввдсутносп розриву на зовшшнш випуклш сторош. Чим менший ввдносний рад1ус вигину трубно! заготовки, тим менше висота проф1лю «а», тим менше вщпо-вщно 1 величина тиску тдпору <^п».
Шсля намотування на оправку необхвдно! шлькосп витк1в спрал1 вимикають привад верстата. Щдключають до рукава 13 мапстраль високого тиску насосно! станци 1 подають у середину трубчато! сшрал1 18 тиск кал1бру-вання <^к». При цьому цилшдичт кшьцев1 д1лянки трубчато! сшрал1 18 залишаються нерухомо закршленими на штуцер1 9 1 притиснутими п'ятою 12 та притискачем 15. Шд впливом тиску кал1брування <^к» проходить трансформування овально! форми поперечного пере-р1зу трубно! сшрал1 в круглу (рис. 5) з обмеженням пе-ремщення за д1аметром оправки.
Недолжом цього способу е його складшсть, висока трудомютшсть виготовлення деталей, необхщшсть ви-користання додаткових операц1й та обладнання для от -римання готово! детали
Горбенко I. I., Горбенко О. I., Оапчук Ю. В., Стрел-ковський В. В. [4, 5]. запропонували споаб та зааб од-ночасного сплющування та гнуття прямокутних труб-них заготовок. В основу запропонованого способу поставлена задача, що полягае у спрощенш процесу гнуття, тдвищення якосп виготовлюваних деталей та зниження !х соб1вартосп.
Задача вир1шуеться тим, що операшя сплющуван-
ня та гнуття виконуеться на штамт, при цьому труба розм1щуеться на отрних затискних роликах м1ж пере-дньою рухомою 1 задньою нерухомою б1чними стшка-ми, причому вщстань м1ж б1чними стшками встанов-люеться перестановкою передньо! рухомо! б1чно! стшки на максимальнш розм1р ширини труби, щоб центр гнуття труби знаходився на вертикальнш оа згинального пуансона, а згинальний пуансон посередиш рад1усно! поверхш виконуеться з виступом.
Запропонований споаб пояснюеться представлени-ми фцурами креслення (рис. 6-8). На рис. 6 зображено положення прямокутно! труби в момент початку проце-су гнуття.
2
.
V7
Рис. 6. Положення прямокутно! труби в момент початку процесу гнуття
Рис. 7. Перерiз А-А рис. 6
На рис. 8 зображено положення прямокутно! труби в процеа гнуття.
При гнут прямокутно! труби, пд впливом згинального зусилля в (рис. 6) на стшку А прямокутно! труби (рис. 7,перер1з А-А), волокна стшок В 1 Б, що знаходять-ся за осьовою лшею прямокутно! труби ближче до центра радуса гнуття, стискаються. Оск1льки зусилля, що необхщш для стискання спнки А прямокутно! труби, значно перевищуе зусилля, що необхвдне для згинання ст1нок В 1 Б, вони при гнут згинаються у напрямках, пер-пендикулярних напрямку прикладання згинаючого зусилля в (рис. 6), а спнка А зламуеться (рис. 7, перер1з А-А).
Для того, щоб уникнути зламування труби, необхвд-но запобити згинанню стшок В 1 Б, яке призводить для збшьшення початкового розм1ру ширини «В» проф-1лю труби (рис. 8), та задати попереднш прогин стшки А труби у середину профшю. Для цього матриця штампа виконуеться роз'емною, 1 до початку гнуття !! боков1 стшки затискують до розм1ру ширини проф1лю «В» за допомогою нар1зних з' еднань опрних затискних ролик1в (4) гайок (6) рис. 8. А попереднш прогин стшки А труби усередину проф1лю досягаеться завдяки наявносп ви-ступу на всш рад1уснш поверхш згинального пуансона.
ТЕХНОЛОГИ' ОТРИМАННЯ ТА ОБРОБКИ КОНСТРУКЦМНИХ МАТЕР!АЛ!В
Рис. S. Штaмп для гнуття пpямoкyгнoï труби
Пpoцес гнуття здшснюеться нa штaмпi (рис. S). Штaмп для гнуття пpямoкyтниx труб (1) мютить: зги-нaльний пyaнсoн 2, передню pyxoмy бiчнy стiнкy мaт-pицi (З), зaдню неpyxoмy 6íh^ стшку мaгpицi (S), чoти-ри oпipнi зaтискнi poлики (4), щo зaкpiпленi гaйкaми (6), згинaльнiй пyaнсoн (2) мae no всiй pa^y^m no-веpxнi виступ (7).
ШШгамп прив'язуеться нa гiдpaвлiчнiй прес. Зaпpo-noнoвaний сnoсiб здiйснюeться тaк: при poзкpитoмy штaмni штoк пpесa встaнoвлюeться у веpxнe noлoжен-ня, пpямoкyтнa тpyбa (1) poзмiщyeться нa oropro^a-тискaльниx poликax (5) мiж бiчними стiнкaми (З) i (4) тaким чинoм, щoб центр гнуття труби знaxoдився нa веpтикaльнiй oсi згинaльнoгo nyaнсoнa (2). Вiдстaнь мгж бiчними стiнкaми (З) i (S) дopiвнюe мaксимaльнiй ши-pинi «В»(тобто ïï нoмiнaльнoмy poзмipy плюс мaкси-мaльнiй дoпyск). При pyсi штoкa ^^a вниз виступ (7) згинaльнoгo пyaнсoнa (2) сnoчaткy в мiсцi дoтикy з тру-бoю вдaвлюe внутршню ïï стiнкy униз i, тaким чинoм, звoдить бoкoвi стшки дo гopизoнтaльнoï' oсi мaтpицi. При пoдaльшoмy pyсi згинaльнoгo пyaнсoнa (2) униз виступ (7) вдaвлюe внутршню стiнкy труби униз no всш свoïй paдiyснiй noвеpxнi, при цьoмy пpoвoдиться гнуття вну^ишнкй, бoкoвиx i зoвнiшньoï гpaней труби. Ош-paми при гнyттi e omprn зaтискнi poлики (5), no якм тpyбa не кoвзae, a перегочуеться, щo знaчнo noкpaщye yмoви пpoцесy вигoтoвлення детaлi. При вдaвлювaннi згинaльним nyaнсoнoм (2) труби в мaтpицю бiчнi спнки (З) i (S) nеpешкoджaють yтвopенню склaдoк нa бiчниx гpaняx труби тa дефopмaцiï ïï шперечшго nеpеpiзy.
При цьoмy, кут гнуття труби при зaпponoнoвaнoмy спoсoбi зaлежить вiд глибини вxoдження згинaльнoгo пyaнсoнa в детaль i мoже бути легкo poзpaxoвaний.
При гнут труби нa кут дo 60 ° глибинa втягyвaння без склaдкoyтвopення стaнoвить 7мм, нa кут дo 45 ° -S мм (рис. 9).
При зaкiнченнi пpoцесy гнуття труби штoк пpесa niднiмaeться у веpxнe noлoження i для безперешюдю-гo зняття гoтoвoï' детaлi з мaтpицi ïï передню pyxoмy стiнкy звiльняють шляxoм вiдгвинчyвaння гaйoк (6).
Пеpевaгaми зaпponoнoвaнoгo сnoсoбy гнуття пря-мoкyтниx труб е незмшне noлoження oсi центру гнуття, щo дae мoжливiсть викoнyвaти гнуття труби зa oднy onеpaцiю iз зaгoтoвки, щo вiдpiзaнa у юнцевий poзмip.
Зaстoсyвaння зaпponoнoвaнoгo сnoсoбy дoзвoляe вигoтoвити неoбxiднy детaль тoвapнoгo вигляду нa не-склaднiй oснaстцi при мiнiмaльнiй сoбiвapтoстi. Цей сnoсiб не виштое склaднoгo yстaткyвaння для нaгpiвaн-ня тa знaчниx енеpгoвитpaт.
Виводи
1. При гиyттi труб niд тискoм вииикaють дефopмвaльиi иanpyжеиия poзтягy ia стиску, у pезyльтaтi Horo вщбу-вaeться склaдкoyтвopення, виникнення трщин ia poз-рив труб.
2. Для уникнення дефopмyвaиия nonеpечиoгo пеpеpiзy oбpoблювaииx детaлей зaстoсoвyють склaдиi дopoгi npoцеси niдгoтoвки труб для гнуття, в тому чи^ з викopистaнням иanoвиювaчiв.
3. У теxиiчиiй лiтеpaтypi теxиoлoгiчиi сnoсoби тa зaсoби гнуття труб круптого перетину висвiтленi дoстaтньo.
4. Сnoсoби гнуття труб пpямoкyтнoгo перетину вивченi недoстaтньo i пoтpебyють noдaльшoгo теopетичнoгo тa ексnеpиментaльнoгo дoслiдження.
Список лтератури
1. Аверкиев Ю. А. Гибкa листoвoгo и пpoфильнoгo ме-тaллonpoкaтa: yчебнoе noсoбие пo курсу «Хoлoднaя штaмnoвкa» для студентов, oбyчaющиxся no сnециaль-нoсти «Maшины и теxнoлoгия oбpaбoтки метaллoв дaв-лением» / Аверкиев Ю.А. ; изд. 2-е пеpеpaб. и дoп. -Рoстoв-нa-Дoнy : РИСХM, 1977. - S5 с.
2. Гopбyнoв M. Н. Штaмпoвкa детaлей из тpyбчaтыx зaгo-тoвoк / Гopбyнoв M. H. - M. : Maшгиз, 1960. - 260 с.
3. Шт. 2210452 Po^fc^ Федеpaция, MПК В21D / 00.
гибки труб. / Myсaев P. M. ; зaявитель и пaнтен-тooблaдaтель Myсaев P. M. ; зaявл. 1S.07.01 ; onyбл. 20Ш.0З.
4. Пaт. 71660, Mm В21D7 / 00, В21D9 / 00. ШШгамп для гнуття пpямoкyтниx труб / Гopбенкo I. Г^рбенка О. I., Oсinчyк Ю. В., Стрелшвський В. В. ; зaявник i naтен-тoyтpимyвaч aвтopи ; зaявл. 1S.08.12 ; onyбл. 25.07.12, Бюл. № 14. - 4 с.
ISSN 1607-6SS5 Hовi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2014
125
5. Пат. Укра'ши на корисну модель № 78751 МПК B21D9 / 00.Споаб гнуття прямокутних труб / Горбенко I. I., Горбенко О. I., Осшчук Ю. В., Стрелковський В. В. ;
заявник i патентоутримувач автори ; заявл. 20.12.12 ; опубл. 25.03.13, Бюл. № 6. - 4 с.
Одержано 07.04.2014
Горбенко А.И., Горбенко И.И., Чигиринский В.В., Дубина В.И. Аналитический обзор технологических способов гибки труб и предложения по их усовершенствованию
Приведен аналитический обзор технологических способов гибки труб по освещению преимуществ и недостатков каждого способа, а также предложения по их совершенствованию. В основу предложенного нового способа поставлена задача, которая заключается в упрощении процесса гибки, повышения качества изготовленных деталей и снижения их себестоимости. Решение задачи осуществляется с помощью запатентованного штампа для гибки прямоугольных труб.
Ключевые слова: гибка, прямоугольные трубы, штамп, ковочное об штамповочное оборудование.
Gorbenko A., Gorbenko I., Chigirinskii V., Dubina V. Analytical review of process methods of pipe bending and proposals for their improvement
The analytical overview of the technological ways of pipes bending stressing advantages and disadvantages of each method, as well as suggestions for their improvement was given. The new method to simplify the process of bending, improving the quality of manufactured parts and reduce costs was proposed. The problem is performed using a patented stamp for bending of rectangular tubes.
Key words: bending, rectangular tube, stamp forging and punching equipment.
