Стаття Формоутворення трубних профілів із журналу CADmaster №5(55) 2010 (додатковий)
Формоутворення трубних профілів
Короткий огляд способів формування труб великого діаметру для отримання якісного профілю при безперервному валковому формуванні.
Завантажити статтю у форматі PDF - 178 Кбайт
CADmaster » CADmaster №5(55) 2010 (додатковий) » Машинобудування Формоутворення трубних профілів
У цій статті ми пропонуємо вашій увазі короткий огляд способів формування труб великого діаметру для отримання якісного профілю при безперервному валковому формуванні.
Нині зростає потреба у зварних трубах великого діаметра для газо- та нафтопроводів. Однак досі не існує універсальної методики аналізу — особливо це стосується труб діаметром 530 мм і вище, — що дозволяє на стадії проектування процесу формоутворення та в ході експлуатації обладнання проаналізувати хід формування та спрогнозувати якість продукту.
Одним із основних принципів формоутворення різних трубних профілів є забезпечення максимальної формозміни в кожному технологічному переході. Це необхідно скорочення числа переходів, тобто зменшення кількості робочих клітей стану і, цим, його довжини. Вибір числа операцій гиба, рівних числу пар валків, залежить в основному від складності конфігурації профілю та його розмірів, а також від необхідних допусків на розміри, співвідношення товщини та ширини заготовки, конфігурації окремих ділянок профілю, механічних властивостей матеріалу, необхідних радіусів закруглення [1] .
Формоутворення можна здійснювати у різний спосіб. Традиційним способом є валкове формування (рис. 1), що здійснюється у формувальних станах, що входять в обладнання трубоелектрозварювальних агрегатів.
Процесформування легко уявити за допомогою "квітки" (рис. 2), який дає наочне уявлення про процес формоутворення, зокрема, про отримання форми профілю в кожній з клітей формувального стану. По раніше розробленому «квітці» проводять аналіз можливості здійснення процесу формоутворення необхідного профілю. Існують різні схеми та варіанти отримання необхідного перерізу труби. Процес формування буде стійким при плавності траєкторії крайньої точки заготівлі [2].
Можна запропонувати безліч способів одержання кінцевої форми профілю. Однак багато в чому вибір способу залежить від напружено деформованого стану заготовки під час процесу формування. У МДТУ ім. н.е. Баумана на кафедрі МТ-10 «Обладнання та технології прокатки» розроблено математичну модель процесу безперервного формування прямошовних труб на базі спеціалізованого програмного комплексу COPRA RollForm, за допомогою якої можна проаналізувати кожен етап формування, розглядаючи осередок деформації заготівлі у валках, та передбачити виникнення дефектів. вдаючись до виготовлення обладнання [3].
Розглянемо способи формування з використанням цієї моделі. На рис. 1, 3 і 5 представлено кілька варіантів формування при однорадіусному калібруванні формуючих валків, але з різною кривизною середньої лінії трубної заготовки.
Формування при постійній нижній точці
На рис. 2-3 представлена формування листа в циліндричну трубну заготовку за умови, що дно смуги, що формується, не змінює свого положення по вертикалі (при постійній нижній точці). На рис. 2 видно, що максимальне розтягування кромок смуги у цьому випадку становить 3,8%, що призводить до одержання зварного шва незадовільної якості.
0-7 - послідовність переходів формування; 0 - вихідназаготівля; 1-7 - форма калібру у відповідній кліті; а - траєкторія крайньої точки заготівлі
Формування при постійній верхній точці
На рис. 4-5 представлена схема формування листа в циліндричну трубну заготовку за умови, що кромки заготовки, що формується, лежать у горизонтальній площині (при постійній верхній точці). На рис. 5 видно, що максимальне подовження країв заготовки становить 2,8%. Як і слід було очікувати, при обраній схемі формування максимальне розтягування листа припадає на дно трубної заготовки, що може призвести до отримання труби, що не відповідає вимогам ГОСТ або ТУ.
0-7 - послідовність переходів формування; 0 - вихідна заготівля; 1-7 - форма калібру у відповідній кліті
«Природне» формування
Численні розрахунки, виконані на кафедрі «Обладнання та технології прокатки» за допомогою зазначеної вище математичної моделі [3], показали, що в порівнянні з розглянутими раніше способами найкращі умови формоутворення досягаються, якщо середня лінія є кривою, проведеною через точки, що є центрами тяжіння кожного розглянутого перерізу калібру (рис. 6-7). Саме таке формування називається «природним» [1]. У цьому випадку значно зменшується напруга в трубній заготовці, менше розтягуються кромки (максимальне подовження кромок становить 2,5%).
0-7 - послідовність переходів формування; 0 - вихідна заготівля; 1-7 - форма калібру у відповідній кліті
Висновок
Ми представили короткий огляд способів безперервного валкового формування труб великого діаметра, виконаного за допомогою математичної моделі, створеної на базі спеціалізованого програмного комплексу для аналізу процесу валкового формування COPRA RollForm. Результатидосліджень показали, що з формуванні доцільно використовувати «природне» формоутворення, у якому розтягування кромок мінімально, що необхідною умовою під час виробництва високоякісного профілю.