RU2008116C1

RU2008116C1 - Method of pipe bending

Info

Publication number: RU2008116C1
Authority: RU
Inventors: Э.П. Ажгиревич; С.В. Сериков; М.К. Сафонов; И.А. Ройтман
Original assignee: Ажгиревич Эдуард Петрович; Сериков Сергей Владимирович; Сафонов Михаил Константинович; Ройтман Игорь Алексеевич
Priority date: 1992-06-03
Filing date: 1992-06-03
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: machining. SUBSTANCE: machinable pipe is longitudinally fed at a speed of V_p relative to a burnishing tool with a bending moment applied to the opposite end in pure bending scheme. The speed of length feed of the pipe is determined from a relation V_p=R×W_n where R is the specified radius of pipe bending; W_n is the angular speed of its rotation. EFFECT: facilitated manufacture. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии гибки труб с использованием локальной упруго-пластической деформации материала стенки трубы в холодном состоянии и может быть использовано при строительстве трубопроводов, в частности при изготовлении соединительных отводов. The invention relates to a technology for bending pipes using local elastic-plastic deformation of the material of the pipe wall in the cold state and can be used in the construction of pipelines, in particular in the manufacture of connecting bends.

Известна гибка труб методом пластического шарнира [1] , где с целью снижения наклепа от холодной деформации при гибке и энергозатрат процесса оптимизированы конструктивные параметры раскатной головки и величина натяга, соотношение осевой и в кольцевом направлении деформации в зависимости от величины натяга роликов раскатника, числа роликов, угловой скорости вращения, усилия перемещения трубы, расстояния между опорными роликами и плоскостью симметрии раскатной головки. Known pipe bending by the method of plastic hinge [1], where in order to reduce cold work hardening during bending and energy consumption of the process, the design parameters of the rolling head and the interference value are optimized, the ratio of the axial and annular deformation direction depending on the interference tension of the rollers, the number of rollers, angular rotation speed, pipe displacement forces, distance between the support rollers and the plane of symmetry of the rolling head.

Известен способ гибки труб [2] , где перед раскаткой трубу подвергают овализации протяжкой через калибр, большая ось которого размещена в плоскости изгибающего усилия, что позволяет компенсировать неравномерность по сечению трубы деформаций сложнонапряженного состояния при гибке, чем значительно меньшать гофры, складки, овальность и т. п. дефекты. A known method of bending pipes [2], where before rolling the pipe is subjected to ovalization by pulling through a gauge, the major axis of which is placed in the plane of the bending force, which allows you to compensate for uneven cross-section of the pipe strains of difficult stress during bending, which significantly reduce corrugations, folds, ovality, etc. p. defects.

Известно устройство для гибки труб [3] , где с целью расширения номенклатуры и повышения качества гибки труб проводят дополнительно деформацию овализацией в калибре, валки которого взаимно перпендикулярны валкам клети овального калибра, и гибочный ролик выполнен следящим за осью трубы. A device for bending pipes is known [3], where, in order to expand the range and improve the quality of pipe bending, deformation is additionally carried out by ovalization in caliber, the rolls of which are mutually perpendicular to the rolls of the oval-shaped stand, and the bending roller is made to follow the axis of the pipe.

Таким образом, известные способы гибки труб с озданием пластического шарнира за счет совместной деформации трубы в валковых калибрах и раздачей раскатной головкой позволяют изгибать тонкостенные трубы в холодном сосстоянии. Изгиб трубы плоскости большой оси предварительно сформированного овала трубы валковым калибром повышает ее качество. Оптимизированное соотношение скоростей перемещения трубы и вращения раскатной головки обеспечивает максимальную производительность процесса при удовлетворительном качестве гиба. Thus, the known methods of bending pipes with the creation of a plastic hinge due to the joint deformation of the pipe in roll gauges and the distribution of the roll head allow bending of thin-walled pipes in a cold state. The bending of the pipe of the plane of the major axis of the preformed oval of the pipe with a roll gauge increases its quality. The optimized ratio of pipe moving speed and rolling head rotation ensures maximum process performance with satisfactory bending quality.

Однако, в известных способах изгибная деформация в сечении трубы возникает под действием поперечных сил, создаваемых гибочным роликом, что служит причиной образования концентраторов напряжения. При этом происходит значительное утонение стенок и потеря устойчивости сечения в виде овала при наличии складок, гофр и т. п. дефектов геометрии трубы. Это недопустимо для эксплуатации в нагруженных и ответственных системах, например, в магистральных продуктопроводах, коммуникациях высокого даления, химическом производсте, рекператорах ядерного реактора и т. п. However, in the known methods, bending deformation in the pipe section occurs under the action of the transverse forces created by the bending roller, which causes the formation of stress concentrators. In this case, there is a significant thinning of the walls and the loss of stability of the cross section in the form of an oval in the presence of folds, corrugations, etc. defects in the geometry of the pipe. This is unacceptable for operation in loaded and critical systems, for example, in trunk pipelines, high-pressure communications, chemical production, nuclear reactors, etc.

Кроме того, создание изгибающего момента в зоне пластического шарнира посредством опорного и гибочного роликов ограничивает использование способа для изготовления соединительных отводов из мерной трубной заготовки. In addition, the creation of a bending moment in the area of the plastic hinge by means of support and bending rollers limits the use of the method for the manufacture of connecting bends from a measured tube billet.

Известен способ гибки труб, основанной на схеме чистого изгиба, при котором один конец трубной заготовки закрепляют в опорах, а к другому концу прикладывают изгибающий момент, незначительный по величине, и создают участок гиба посредством продольной подачи вращающейся раскатной головки (раскатника), имеющей со стенкой заданный натяг. Сложнонапряженное состояние материала трубы за пределами упругих деформаций пластического шарнира перемещается по всей длине гиба [4] . A known method of bending pipes, based on a clean bending scheme, in which one end of the billet is fixed in supports, and a bending moment is applied to the other end, is insignificant in size, and a bending section is created by means of longitudinal feeding of a rotating rolling head (rolling mill) having a wall preset interference. The difficult stress state of the pipe material beyond the elastic deformations of the plastic hinge moves along the entire length of the bend [4].

Недостатком известного способа является его специализация и ограничения по использованию как по созданию кольцевой пластической зоны для различных типоразмеров труб; раскаткой для тонкостенных, обкатной для протяженных или обкаткой-раскаткой для толстостенных, так и по фиксированным радиусам гиба, что требует набора оборудования для применяемой номенклатуры труб, т. е. увеличивает капитальные вложения в строительство трубопрово- дов и ограничивает мобильность по использованию в полевых условиях. The disadvantage of this method is its specialization and restrictions on the use of how to create an annular plastic zone for various pipe sizes; rolling for thin-walled, rolling for long or rolling-rolling for thick-walled, and for fixed bending radii, which requires a set of equipment for the applied range of pipes, that is, it increases capital investment in the construction of pipelines and limits mobility for use in the field .

Способ не обеспечивает получения переменного радиуса трубы и изменения крутизны гиба во время процесса по заданной программе. The method does not provide a variable radius of the pipe and changes in the steepness of the bend during the process according to a given program.

Целью изобретения является создание универсального способа гибки труб различных типоразмеров с регулируемым радиусом гиба. The aim of the invention is to create a universal method of bending pipes of various sizes with adjustable bending radius.

Это достигается тем, что в известном способе гибки труб, включающем создание с помощью вращающегося разжимного роликового раскатника кольцевой пластической зоны, перемещаемой вдоль закрепленной со стороны раскатника трубной заготовки, к противоположному концу которой прикладывают изгибающий момент, трубную заготовку перемещают относительно раскатника со скоростью, определяемой из соотношения: V_т = R x ω_n, где V_т - скорость подачи трубной заготовки, (м/с); R - заданный радиус гибки, (м); ω_n - скорость поворота изгибаемого конца трубной заготовки, (с^-1).This is achieved by the fact that in the known method of bending pipes, which includes creating, using a rotating expanding roller, an annular plastic zone that is moved along a tube billet attached to the roll side, a bending moment is applied to the opposite end of the tube, the tube billet is moved relative to the roller with a speed determined from ratios: V _t = R x ω _n , where V _t - feed rate of the tube stock, (m / s); R is the specified bending radius, (m); ω _n - the speed of rotation of the bend end of the tube stock, (s ^-1 ).

На фиг. 1 изображена схема гибки трубы; на фиг. 2 - установка для гибки. In FIG. 1 shows a diagram of pipe bending; in FIG. 2 - installation for bending.

Обрабатываемую трубу устанавливают на раскатник 1 (фиг. 1) и фиксируют в подвижном, в продольном направлении патроне 2. Раскатник устанавливают с определенным натягом с внутренней стенкой трубы и сообщают вращательное движение. К свободному концу трубы прикладывают незначительный по величине изгибающий момент М_изг.The pipe to be machined is installed on the rolling mill 1 (Fig. 1) and fixed in the movable longitudinal direction of the cartridge 2. The rolling mill is installed with a certain tightness with the inner wall of the pipe and rotational motion is reported. To the free end of the tube is applied an insignificant largest bending moment M _mfd.

В локальной зоне раскатывания возникает сложнонапряженное состояние материала трубы за пределами упругих деформаций, так называемый пластический шарнир. При этом под действием изгибающего момента происходит изгибание трубы с угловой скоростью поворота ω_n . Осевое движение трубы со скоростью V_т обеспечивает последовательное перемещение пластического шарнира по всей длине гиба.In the local rolling zone, a complex stress state of the pipe material arises outside the elastic deformations, the so-called plastic hinge. In this case, under the action of a bending moment, the pipe bends with the angular velocity of rotation ω _n . The axial movement of the pipe with a speed of V _t provides a consistent movement of the plastic hinge along the entire length of the bend.

Реализация классической схемы чистого изгиба обеспечивает однозначную функциональную зависимость радиуса гиба от соотношения скоростей подачи трубы V_т и угловой поворота изгибаемого конца W_n: R=

.The implementation of the classical scheme of pure bending provides an unambiguous functional dependence of the bending radius on the ratio of the pipe feed speeds V _t and the angular rotation of the bending end W _n : R =

.

Промышленная осуществимость предложенного способа опробована в опытно-промышленной установке (фиг. 2). На станине 3 в направляющих 4 смонтирована гайка 5 ходового винта 6, связанного с 4-ступенчатым редуктором 7 (коробкой скоростей) привода осевой подачи трубы. На гайке 5 закреплен зажимной патрон 2, аксиально которому смонтирован вал 8 вращения роликовой раскатной головки (раскатника), связанный с вариатором 9. The industrial feasibility of the proposed method was tested in a pilot plant (Fig. 2). On the bed 3, in the guides 4, a nut 5 of the lead screw 6 is mounted, connected with a 4-speed gearbox 7 (gearbox) of the axial feed pipe drive. A clamping chuck 2 is fixed on the nut 5, axially to which a shaft 8 of rotation of the roller rolling head (rolling mill) is mounted, connected to the variator 9.

Поворотный патрон 10 смонтирован на пантографе, выполненном из спаренных шарнирных параллелограммов 11 и 12, установленных соответственно на патроне 10 и коромысле 13. На противоположном конце коромысла 13 выполнен зубчатый венец 14, который находится в кинематическом зацеплении с зубчатым венцом 15, делительная окружность которого в 3 раза больше приводного рычага 16. На рычаге выполнено три посадочных отверстия для крепления штока силового цилиндра 17, шарнирно установленного на станине 3. The rotary cartridge 10 is mounted on a pantograph made of paired articulated parallelograms 11 and 12 mounted respectively on the cartridge 10 and the beam 13. At the opposite end of the beam 13, a ring gear 14 is made that is kinematically engaged with the ring gear 15, the pitch circle of which is 3 times larger than the drive lever 16. On the lever there are three mounting holes for mounting the rod of the actuator 17 pivotally mounted on the bed 3.

В зависимости от необходимого значения радиуса гиба (R) трубы по тарировочной таблице сочетаний скоростей устанавливают одну из зубчатых передач коробки 7 скоростей и позицию крепления штока цилиндра 17 на рычаге 16. Для различных диаметров трубы, толщин стенки и материалов выбирают вариатором 9 требуемые скорость вращения раскатника 1 и натяг его роликов с внутренней стенкой трубы. Depending on the required value of the bending radius (R) of the pipe, one of the gears of the gearbox of 7 speeds and the mounting position of the cylinder rod 17 on the lever 16 are installed on the calibration table of the combination of speeds 16. For various pipe diameters, wall thicknesses and materials, the required rolling speed of the roll is selected by variator 9 1 and the interference of its rollers with the inner wall of the pipe.

Труба устанавливается и фиксируется в патроне 2, на свободном ее конце монтируется поворотный патрон 10. Далее включаются приводы вращения раскатника 1 и ходового винта 6, нагнетается рабочая жидкость в цилиндре 17. The pipe is installed and fixed in the cartridge 2, a rotary cartridge 10 is mounted on its free end. Next, the rotation drives of the rolling mill 1 and the lead screw 6 are turned on, the working fluid in the cylinder 17 is pumped.

Ходом штока цилиндра 17 в крайнее верхнее положение рычаг 16 зубчатым венцом 15 поворачивает через венец 14 (в три раза быстрее) коромысло 13. Равномерное движение коромысла 13 через пантограф передает изгибающий момент на патрон 10 без возникновения переpезывающих поперечных сил (по схеме чистого изгиба). Труба изгибается относительно пластического шарнира, образованного вращающимся раскатником. За счет продольной подачи трубы вдоль раскатника осуществляется ее гибка на заданные радиус и угол. By moving the cylinder rod 17 to its highest position, the lever 16 rotates the beam 15 through the ring 14 (three times faster) of the beam 13. The uniform movement of the beam 13 through the pantograph transmits the bending moment to the cartridge 10 without causing shear forces (according to the pure bending scheme). The pipe bends relative to the plastic hinge formed by the rotating rolling mill. Due to the longitudinal supply of the pipe along the reamer, it bends to the specified radius and angle.

Практически на установке опробована гибка трубы диаметром 159 мм с толщиной стенки 8 мм из стали 09Г2С. При регулировании скорости подачи трубы V_т в диапазона 40. . . 100 мм/с, а угловой скорости поворота патрона ω_n = 0,030. . . 0,125 рад/с получены радиусы гиба R = 320. . . 3300 мм.In practice, bending of a pipe with a diameter of 159 mm with a wall thickness of 8 mm from 09G2S steel was tested. When adjusting the pipe feed speed V _t in the range of 40.. . 100 mm / s, and the angular velocity of rotation of the cartridge ω _n = 0,030. . . 0.125 rad / s, bending radii R = 320 were obtained. . 3300 mm.

Различные соотношения скоростей позволяют при заданном постоянном радиусе гиба соединительных трубных отводов повысить производительность работ за счет увеличения скорости подачи трубной заготовки относительно раскатника. Different speed ratios allow for a given constant bending radius of the connecting pipe bends to increase work productivity by increasing the feed rate of the tube billet relative to the rolling mill.

Зависимость скорости подачи трубы и поворота изгибаемого ее конца при использовании схемы чистого изгиба позволяет расчетным путем определять параметры приводов при серийном производстве однотипных отводов заданного радиуса и создать универсальную установку, где возможно получать гибы различной крутизны регулировкой приводов. The dependence of the feed rate of the pipe and the rotation of its bent end when using the clean bend scheme allows us to calculate the parameters of the drives in the serial production of the same bends of a given radius and create a universal installation where it is possible to obtain bends of various steepness by adjusting the drives.

Кроме того, способ позволяет изменять радиус гиба во время процесса при автоматическом регулировании скоростей поворота и подачи по программе соответствующего пространственного профиля трубы. (56) 1. Белкин Н. М. и др. гибка труб методом пластического шарнира. Строительство трубопроводов, N 8, 1989, с. 37-39. In addition, the method allows you to change the bending radius during the process with automatic control of the turning and feeding rates according to the program of the corresponding spatial profile of the pipe. (56) 1. Belkin N.M. et al. Pipe bending using the plastic hinge method. Pipeline Construction, N 8, 1989, p. 37-39.

2. Авторское свидетельство СССР N 1342562, кл. В 21 D 9/14, 1987. 2. USSR author's certificate N 1342562, cl. B 21 D 9/14, 1987.

3. Авторское свидетельство СССР N 1516179, кл. В 21 D 9/14, 1989. 3. Copyright certificate of the USSR N 1516179, cl. B 21 D 9/14, 1989.

4. Авторское свидетельство СССР N 818707, кл. В 21 D 9/14, 1981. 4. Copyright certificate of the USSR N 818707, cl. B 21 D 9/14, 1981.

Claims

METHOD FOR PIPE BENDING, which includes creating, using a rotating expanding roller, an annular plastic zone that is moved along a tube billet fixed on the side of the reamer, a bending moment is applied to the opposite end of the tube, characterized in that the annular plastic zone is moved by axial movement of the tube billet relative to the reamer speed determined by the ratio
V _t = R × ω _n ,
where V _t - feed rate of the pipe billet, m / s;
R is the bending radius, m;
ω _n is the angular velocity of rotation of the bend end of the tube stock, s ^-1 .