Калибровка инструмента для производства бесшовных труб

Раздел: Учебники

Трубы и прутки, полученные прокаткой, волочением или прессованием в горячем состоянии, обычно после изготовления имеют определенную кривизну. Поэтому необходимо их править.

При транспортировке по рольгангам и холодильникам трубы и прутки, подвергнутые горячей правке, вновь искривляются в той или иной мере вследствие неравномерного охлаждения. Из-за этого требуется также правка их в холодном состоянии, являющаяся уже процессом холодной деформации. При этом происходит изменение свойств металла: частично желательное (повышение прочности), частично нежелательное (старение). Однако значительной холодной деформации во всяком случае приходится избегать. В связи с этим в тех случаях, когда получается большая кривизна, необходимо производить горячую правку с тем, чтобы избежать значительной холодной деформации в процессе холодной правки.

Применение специальных охладительных столов, которые благодаря равномерному вращению холодных труб обеспечивают ровный отвод от металла тепла и уменьшают кривизну, позволяют во многих случаях обойтись без холодной правки. Трубы, полученные холодной прокаткой и холодным волочением, также искривляются после отжига и нуждаются в правке.

Для правки труб и прутков применяются: штемпельные правильные прессы, роликовые правйльные машины, косовал- ковые правйльные станы, правйльные 1мапшны с вращающейся обоймой, правйльные прессы с внутренним гидравлическим давлением и машины для правки растяжением.

Выбор того или иного метода правки должен быть произведен на основе ряда соображений. Так, например, роликовые правйльные машины, косовалковые (правйльные станы и пра- вильные машины с вращающейся обоймой применяются в тех случаях, когда требуется высокая скорость правки. Для правки же длинных и очень тонкостенных труб следует использовать машины с изогнутой обоймой, которые имеют значительные преимущества.

Для сварных труб большого диаметра и малой толщиной стенки применяют правку гидравлическим внутренним давлением. Правка в этом случае сопровождается также калибровкой трубы и некоторым (заданным) изменением прочностных характеристик материала. Последнее особенно хорошо достигается при правке растяжением.

В тех случаях, когда приходится избегать изменения механических свойств материала, производится правка на штемпельных прессах, позволяющих осуществить этот процесс с минимальной деформацией.

Для выбора типа правильной машины имеет большое значение форма поперечного сечения трубы. Можно утверждать, что наибольшее искривление профиля происходит в направлении, перпендикулярном плоскости минимального момента сопротивления. Поэтому для некруглых труб и фасонных профилей требуется еще и правка в соответствующем направлении. В этом случае наиболее целесообразны правйльные прессы и роликовые правйльные машины.

Для ^правки круглых труб и прутков, имеющих симметричную форму и искривление скоторых возможно в любом направлении, наиболее целесообразны косовалковые правйльные станы.

В правильных машинах, в которых вращается обойма (сама клеть) с числом оборотов п^ соответствующие зависимости легко получить из  76, если принять обойму как основную систему.

При втором типе машин труба, подвергающаяся правке, вращается с числом оборотов, обратно пропорциональным диаметру трубы. Возникающие при этом удары опасны и могут вызывать повреждение наружной поверхности или скручивание трубы, особенно тонкостенной. Такая зависимость между диаметром d правящейся трубы и числом ее оборотов пг ограничивает применение таких машин для труб малого диаметра.

В машине первого типа труба вращается вследствие вращения клети. Числа оборотов здесь находятся в более удовлетворительных соотношениях, чем в машинах с неподвижной рабочей клетью. Причиной этого является то, что абсолютное число оборотов валков слагается из двух составляющих. Первая составляющая представляет собой число оборотов валков относительно оси правящейся трубы, т. е. число оборотов Пк рабочей клети, а вторая составляющая есть число оборотов валка относительно собственной оси. 

Полученный частный результат относится к роликовым правильным машинам ( 80), в которых все валки или только часть из (Них являются приводными. Преимуществом правильных устройств этого типа является отсутствие вращения трубы, а недостатком — несовпадение плоскости искривления трубы с плоскостью правки.

Как уже указывалось, круглые профили, в том числе и трубы, обычно искривляются в любом направлении, и иоэто- 8 П. Грюнер          113

му для качественной правки их требуется возможность изгибов профиля в процессе правки перпендикулярно оси трубы. В роликовых правильных машинах это требование не может быть выполнено, так как они максимально изгибают трубу только в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

На  81 показана зависимость скорости правки от диаметра или поперечного сечения правящейся трубы для машин первого и второго типов.

В машинах с неподвижной рабочей клетью скорость правки зависит от размеров и расположения валков, а также их числа оборотов.

Для машин с вращающейся рабочей клетью скорость правки зависит от диаметра правящейся трубы. Так, например, если диапазон правящихся труб составляет 30—90 мм , а скорость правки при диаметре труб 30 мм равна 100 м/мин, то для машин с вращающейся рабочей клетью при диаметре трубы 90 мм скорость правки будет уже 163 м/мин. В то же время в машине с неподвижной клетью скорость правки (100 м/мин) будет постоянной при всех .диаметрах, в том числе и при диаметре 90 мм.

В противоположность машинам с косорасположенными валками в роликовых правйльных машинах валки имеют параллельные оси. При этом изделия, подвергающиеся правке, проходят через ролики без вращения. Правильные ролики охватывают здесь круглый профиль таким образом, что ме- 114 талл, соприкасаясь с роликами в двух точках, правится в вертикальной плоскости ( 82), имея касание с валками в четырех точках. В машине же, показанной на  83, труба правится в диагональных плоскостях.

Вторая машина предпочтительна перед первой, поскольку здесь процесс правки может осуществляться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях одновременно. Поэтому машины такого типа вследствие их универсальности применяются для правки профильных труб и сортового металла.

На  81 была приведена зависимость между скоростью правки и поперечным сечением правящихся прутков. Обычно на прокатных и трубопрокатных станах часовая производительность для проката данного размера является величиной постоянной, т. е. произведение осевой скорости ^о на поперечное сечение F трубы есть величина постоянная: v- F = const.

В интересах более экономичного использования правильных машин и избежания потерь в их производительности это условие следует соблюдать и в процессе правки. Однако данное условие, как это следует из приведенных выше графиков, не может быть выполнимо для правйльных машин обоих типов. Вследствие этого необходимо иметь регулируемый привод. Для этой цели используются либо двигатели постоянного тока, либо специальные регулируемые передачи.

Выше указывалось, что правка труб и круглых профилей осуществляется за счет их многократного изгиба в различных направлениях перпендикулярно продольной оси проката. Так как эти многократные изгибы в некоторых случаях совершаются с переходом границ пластической деформации, необходимо знать количество оборотов <г трубы при передвижении ее на длину I пластически деформированного участка правящегося материала. Величина 2 может быть получена из зависимостей между скоростью движения трубы и числом оборотов трубы. Для правки круглых профилей и труб в настоящее время применяют исключительно машины с косорасположенными валками. Для хорошей правки и полировки поверхности валки таких машин должны иметь профиль, который должен обеспечить соприкосновение валка возможно по всей длине правящейся трубы. Раньше обычно применяли правйльные валки, имеющие форму гиперболоида, основываясь на том, что поверхность гиперболоида может быть построена двумя системами прямых линий. Считалось также возможным осуществить соприкосновение между гиперболоидом и цилиндром по прямой линии. Однако все эти соображения оказались ошибочными.

Если образующая цилиндра совпадает с одной из прямых линий, создающих поверхность гиперболоида, то поверхности обоих этих тел пересекаются. Соприкосновение двух поверхностей по одной линии возможно лишь тогда, когда эта линия принадлежит обеим поверхностям, тангенциальные плоскости которых имеют одинаковое направление в каждой точке кривой соприкосновения. Это легко видеть из  84 и 85, так как сечением валка являются концентрические окружности, сечением цилиндра (трубы) — эллипсы. Поэтому точка соприкосновения Q между цилиндром ли гиперболоидом должна находиться на проекции оси цилиндра, т. е. на малой оси "эллипса. Однако окружность М валка с радиусом 5 будет пересекать поперечное сечение цилиндра. Радиус валка х, обеспечивающий касание с цилиндром, будет меньше величины S и, следовательно, соприкосновение трубы и валка не произойдет по образующей цилиндра. Также и для всех остальных сечений точка соприкосновения Р" будет в стороне от точки Q", лежащей на проекции оси цилиндра.

По полученным зависимостям можно рассчитать или графически построить меридиальную кривую по способу, описанному ниже. Из  86 имеем:

S = M'F\ Z-sina = £Mg<p; S + R = U/cos <?.

Координатами точки соприкосновения металла с валком, повернутой вокруг меридиана, являются расстояния х и у. Между этими координатами имеется зависимость:

Из произведенного -анализа следует, что фактический профиль валка тем больше приближается к форме гиперболоида, чем меньше диаметр цилиндра, подвергающегося правке. Отсюда вытекает также простой геометрический способ построения меридиальной кривой

Поскольку форма валка зависит от диаметра цилиндра, подвергающегося правке, то для труб различных диаметров нужно иметь валки, профилированные соответствующим образом. Однако благодаря возможности изменения угла а наклона валков относительно правящегося цилиндра возможно применять валки одного и того же профиля для сравнительно большого диапазона правящихся труб.

В этих уравнениях принято, что определенному значению расстояния / соответствует определенное значение радиуса 5, которое остается постоянным в процессе вращения.

Таким образом, угол наклона валков к трубе зависит от отношения диаметра правящихся труб и найденного выше коэффициента k. По полученным данным можно сделать следующие выводы.

1.         При профилировании валков следует исходить из наибольшего диаметра труб, подвергаемых правке.

2.         Длина валков зависит от угла их наклона к трубе. Чем меньше угол наклона, тем меньше длина правйльных валков.

3.         Для улучшения качества правки желательно иметь небольшой диапазон изменений диаметра труб.

Максимальный диаметр правильного валка и требование применения валков возможно малой длины ограничиваются конструктивными причинами. На практике малые углы наклона валков не применяют, поскольку они приводят к уменьшению скорости правки и к большим скоростям вращения трубы.

В целях повышения экономичности работы правильных машин желательно иметь возможно малое отношение D/D0.

Возникает вопрос, для какого конкретного диаметра валка и диапазона работы стана следует выполнять калибровку, чтобы при всех диаметрах труб, входящих в диапазон правки на данной машине, обеспечивалось возможно хорошее соприкосновение валка и трубы.

Соприкосновение валка и трубы может быть только в трех точках, которыми являются место наименьшего диаметра валка и еще две точки, располагающиеся симметрично относительно этого места. Поэтому необходимо определить, где и при каких условиях происходит пересечение поверхностей обоих тел.

В этом случае трубу меньшего диаметра D можно привести в соприкосновение с валком в точках cS = S0nS = flii без того, чтобы оба эти тела пересекались во всех остальных местах. Лучшего правящего и полирующего действия валков можно достичь при меньших значениях б. Отсюда вытекают уже отмеченные ранее основные положения, требуемые для повышения качества процесса правки:

а)         малая длина валков;

б)         возможно большее отношение диаметра валка к диаметру трубы;

в)         малый угол наклона валков.

Определим теперь критическое число оборотов цилиндрического тела, подвергающегося правке. Собственная частота колебания балки, закрепленной на одном конце,

Фактически для труб данного размера расстояние между валками обычно не превышает 330 мми Ввиду того, что одни и те же правйльные машины обычно используются для правки как труб, так и круглых прутков, критические числа оборогов определяют из условия — = 0, так как оно дает минимальную критическую длину, при которой машина всегда работает со скоростями ниже критических.

Рассмотрим, выдержано ли условие I < 4р для процесса правки всего диапазона труб.

Так как одна и та же машина используется для правки как труб, так и сплошных прутков, для расчета следует принимать наименьшую длину.

Анализируя последнее выражение, можно сделать вывод о необходимости применения регулируемого привода.

Таким образом, при изменении диаметра трубы в четыре с лишним раза скорость правки меняется почти в 20 раз. В случае, если число оборотов привода не регулируется, машина должна быть настроена таким образом, чтобы расстояние между валками было значительно меньше допустимой длины соприкосновения

Следовательно, когда скорость правки регулируется в соответствии с общей производительностью цеха, что наиболее выгодно по экономическим соображениям, критическая длина соприкосновения пропорциональна квадрату диаметра.

Как правило, числа оборотов двигателей постоянного тока регулируют в соотношении 1:2. Таким образом, при наличии регулируемого двигателя фактическую длину соприкосновения трубы необходимо иметь меньше минимальной критической с тем, чтобы при любом диаметре правящейся трубы критическое число оборотов не было достигнуто.

Рассмотрим теперь зависимость между углом наклона валков а, диаметром валков и диаметром правящейся трубы. Этот угол определяется из предположения, что труба и валок соприкасаются в двух точках с координатами

Если теперь выбрать на валке точку с другой координатой (диаметром) S, то следует рассмотреть вопрос, будет ли значение S', которое получится для нового диаметра трубы и принятого ранее для той же точки угла наклона а, равно» больше или меньше S.

Таким образом, гипербола при определенном значении S = S' должна пересекать соответствующую ось.

Калибровку валков до настоящего времени рассчитывали исходя из допущения, что оси валков и трубы в горизонтальной плоскости параллельны между собой. Однако это допущение для большинства конструкций правйльных машин не выполняется. Фактически ось трубы бывает наклонена по отношению к оси валков вследствие изгиба трубы.

Рассмотрим, как влияет угол р изгиба трубы на калибровку валков. Этот угол, заключенный между осью трубы и осью валка, измеряется направлением касательной к кривои изгиба трубы в точке соприкосновения ее с валком.

Таким образом, учет нелараллельности осей валков и трубы приводит к изменению диаметра валка при калибровке лишь примерно на 1%. Характер изменения формы валка из-за изгиба трубы показан на  97.

Несмотря на то, что отклонение формы валка невелико, рассмотрение влияния этого отклонения имеет большое значение. Если валки изготовлены так, как описано выше, то защемление трубы в валках может рассматриваться в этом случае как свободное. Это означает, что в точках соприкосновения трубы с валками не возникают реактивные моменты, вследствие чего максимальный изгибающий момент будет здесь больше, чем в случае полного закрепления концов трубы с сохранением горизонтального направления касательной.

Для того чтобы процесс правки протекал нормально и не было у трубы повреждений наружной поверхности, валки должны быть тщательно отшлифованы. Шлифовку производят таким образом, что направление вращения шлифовального диска совпадает с направлением вращения движения трубы в процессе правки. Диаметр шлифовального диска принимают равным диаметру трубы, для которого рассчитана калибровка валка. Таким образом, поверхность обработанного валка полностью соответствует предъявляемым требованиям.

Рассмотрим теперь динамику процесса правки. Как уже указывалось, правка сплошных и полых тел осуществляется главным образом вследствие их изгиба. Так кале тела, подвергающиеся правке, искривлены, то для рассмотрения действующих усилий и напряжений положена в основу теория изгиба кривого бруса (балки) малой кривизны. Основные положения, принятые для составления уравнений процесса изгиба, следующие.

1.         Поперечное сечение бруса имеет ось симметрии в плоскости, совпадающей с изгибающим моментом.

2.         Поперечное сечение бруса в процессе гибки остается ллоским и перпендикулярным оси изпибаемого тела. (Тем самым [пренебрегаем напряжениями сдвига.)

3.         Деформации пропорциональны напряжениям.

4.         Механические свойства материала при сжатии и растяжении одинаковы.

Поэтому можно вполне свободно пренебречь членом, содержащим величину — . Следовательно, получающееся дифференциальное уравнение аналогачно соответствующему уравнению для прямых балок: 140

Рассмотренные выше зависимости относятся к чистому упругому изгибу.

Ниже разберем случай изгиба балки при наличии частичной остаточной (пластической) деформации и на основе ряда упрощений найдем значения действующих усилий и напряжений.

В дополнение к указанным ранее допущениям, относящимся к чистому упругому изгибу, примем, что диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями имеет вид, показанный на  103.

Каждый из интегралов должен быть равен нулю. Это возможно тогда, когда:

а)         нейтральная линия проходит через центр тяжести упруго деформированного участка поперечного сечения;

б)         участки пластически деформированного поперечного сечения в зоне растяжения и в зоне сжатия одинаковы.

Таким образом, дифференциальное уравнение частично пластически деформированной балки зависит от формы ее поперечного сечения.

Для прямоугольного поперечного сечения зависимость между величинами Р9 —е- и с0 может быть легко найдена аналитически

Аналогичные зависимости могут быть найдены при соответствующих допущениях также для круглого поперечного сечения. Величины пластически деформируемых участков для различных поперечных сечений указаны на  110.

Как видно, с увеличением отношения диаметров длина этих участков сокращается. Наиболее неблагоприятный случаи отмечается при — = 1.

В последних выражениях величина хе соответствует значениям 1\ и /2 в уравнениях. Тем самым создается возможность определить величины z. 146. Для пластически деформированного участка R(x + dx) — R(x) = 0\ т — 0.

Таким образом, по принятой ;на  103 кривой зависимости между напряжениями и деформациями сдвигающие напряжения в пластически деформированных участках равны нулю.

На участке, подвергающемся чистому упругому изгибу, необходимо принять за основу следующие основные уравнения вследствие пренебрежения сдвигающими напряжениями.

На упруго деформированном участке бруса сдвигающие напряжения превосходят изгибающие. При определенном значении характеристических напряжений аг будет превзойден также предел текучести материала. Посредине изгибаемого бруса изгибающие напряжения малы, а сдвигающие напряжения велики.

Зависимость между величинами р и А показана на  114. Таким образом, в изгибаемом брусе существуют две отделенные друг от друга области пластических деформаций. Одна из них находится на его наружной поверхности, где сг = а/, а другая — вблизи нейтральной линии, где х = Т/.

Вследствие того, что действующее напряжение превосходит предел текучести при сдвиге, пластическая деформация в середине бруса может рассматриваться как фактор, умень-

шающий сопротивление изгибу и увеличивающий прогиб. Изделие, подвергающееся правке, должно деформироваться таким образом, чтобы после снятия нагрузки оно приняло прямую форму благодаря пружинению (обратной упругой деформации).

Следовательно, необходимо перегнуть изделие ниже горизонтальной линии на величину пружинения sr.

Снятие нагрузочных напряжений происходит почти линейно, поэтому при заданном распределении напряжений величина пружинения может быть определена на основе законов пластической деформации.

При правке трубы на прессе довольно просто добиться такого общего прогиба, что fr = q. При правке же на косовал- ковых станах величина q является постоянной, так как величина р9 как правило, переменна. Тогда общий прогиб' вдоль изделия, подвергающегося правке, будет различен. Но если определенному прогибу соответствует определенное напряженное состояние, характеризуемое с0, пружинение имеет различную величину и не всегда равно величине q.

Таким образом, теоретически не представляется возможным получить при правке на косовалковых машинах совершенно прямое изделие.

Следовательно, изделие, подвергнутое правке, имеет форму винтовой линии с шагом h и углом наклона arctg fi. Однако отклонения от прямой незначительны и ими можно пренебречь (частично или можно пренебречь также вследствие их периодичности).

Величина пружинения зависит от формы поперечного сечения, расстояния между опорами, механических свойств металла и имеющегося напряженного состояния.

Если принять с0 = 0, то, пренебрегая величиной пружинения, возникающего вследствие сдвига, получаем: для сплошных круглых изделий для полых круглых изделий (труб)

Процесс изгиба был исследован по специальным опытам, в которых использовали прямоугольные брусья размерами 30 X 30 мм из стали St 50.11 в нормализованном состоянии. Исследования проводились на испытательной машине типа TESTA U5.

Благодаря применению роликовых подшипников влияние трения в точках опор было здесь исключено. В качестве пуансона пресса применяли цилиндр диам. 20 мм.

Изменение прогиба производили специальными точными приспособлениями. Зависимость между нагрузкой и прогибом была получена экспериментально и сравнена с расчетными данными по  115. Отмеченные расхождения между опытными и расчетными данными объясняются тем, что принятая величина сг/, характеризующая напряженное состояние, при этом не была стабильной.

При переходе через определенное значение напряжения начинается пластическая деформация. Область этой деформации расширяется по поперечному сечению бруса в зависимости от величины действующих усилий и продолжительности их действия. В пластической области прогиб снова зависит от действующих усилий и времени их действия. Влияние этих факторов, однако, не изучалось в рамках настоящего исследования. Тем не менее можно утверждать, что чем больше скорость нагрузки, тем больше опытные данные приближаются по своим значениям к расчетным.

Влиянием продолжительности действия усилий можно пренебречь, если учесть, что длительность опытов измеряется величиной порядка 100 сек., в то время как процессу правки соответствует время, измеряющееся величиной порядка 1 сек.

Влияние упрочнения в первом приближении можно охарактеризовать наклоном линий изгиба в пластической области. Расчетная кривая Р = ф(/) имеет горизонтальную асимптоту, наличие которой объясняется пренебрежением упрочнения в соответствии с диаграммой напряжения на  103.

Доказательством возможности пренебрежения упрочнением является одинаковый наклон линий, полученных экспериментально и теоретически ( 117). Однако отношение сил друг к другу в этом случае составляет

Верхняя кривая представляет собой, очевидно, предельные значения для очень больших скоростей нагружения. Нижняя же кривая характеризует граничные значения для малых скоростей.

Показатель степени п находят опытным путем.

На  118 сравниваются упругие пружинения, полученные опытным (1) и расчетным (2) путем.

Следует отметить, что пружинение увеличивается здесь меньше и при достаточно больших усилиях довольно значительно отличается от величины прогиба, соответствующего данным усилиям. Поэтому можно считать, что пружинение не зависит от величины прогиба.

Если этот вывод перенести на процесс правки, то это означает, что при больших первоначальных искривлениях усилия для правки будут незначительны и вследствие этого величина пружинения будет сильно зависеть от первоначального искривления. Поэтому в указанном случае выдержать условие q = fr — const значительно труднее. Зависимость усилий от прогиба для трех прутков с различным первоначальным искривлением показана на  119.

Из рассмотрения полученных данных следует, что характер кривой Р = ф(/) не зависит в значительной степени от первоначального искривления. Таким образом, величина усилий, возникающих в процессе правки, примерно пропорциональна первоначальному прогибу.

Работа, затрачиваемая на осуществление правки, включает в себя отдельные составляющие, которыми являются виды работ:

а)         на деформацию изделия, подвергающегося правке;

б)         на трение;

в)         на трение изделия о поверхность валков;

г)         на потери в приспособлениях для передачи усилий;

д)         потери в приводе;

е)         потери в двигателе.

Усилие К возникает потому, что при прохождении через пару валков изделие деформируется, так как поперечное сечение его не соответствует точно форме калибра, образуемого валками. Коэффициент juio, входящий в уравнение (180), является коэффициентом трения скольжения изделия в точках соприкосновения его с валками.

Из этого выражения следует, что более тяжелые, сплошные изделия, подвергающиеся правке, требуют большего коэффициента трения, чем более легкие, полые изделия.

Практически это подтверждается тем, что при правке труб поверхность валков и труб смазывают маслом, в то время как при правке тяжелых штанг необходимо тщательно удалять масло, которое случайно может попасть на них или на валки, так как в противном случае могут возникнуть нарушения процесса правки.

а) Работа для, перемещения изделия, подвергающегося правке. Работа, необходимая для перемещения в валках правящегося изделия, состоит из работы для его осевого перемещения и из работы для его вращательного движения.

Следует иметь в виду, что мощность, требующаяся для перемещения изделия, развивается двигателем не одновременно с той мощностью, которая затрачивается на правку и преодоление сил трения. Поэтому при расчете общей мощности можно и не учитывать всю рассмотренную составляющую.

При правке, представляющей собой деформацию пластического изгиба, возникают вредные внутренние напряжения, схема возникновения которых показана на  125. 

напряжения, возникающие в этом случае после снятия нагрузки, видны из  125, в.

Остаточные внутренние напряжения удовлетворяют следующим условиям: а) их сумма равна нулю; б) сумма действующих изгибающих моментов также равна нулю.

Требование возможно большей экономии веса и материала, особенно легированных сталей и цветных металлов, приводит к необходимости применения труб больших диаметров и с малой толщиной стенки. При правке таких труб возможны повреждения на их наружной поверхности.

Характер напряжений на поверхности труб определяется выбором принципа правки, осуществляемой путем изгиба и прикладывания на профиль поперечных усилий. Усилия, применяемые при правке, в целях обеспечения хорошего качества поверхности труб должны соответствовать способности трубы подвергаться изгибу. Поэтому при правке окажутся возможными очень большие силы, могущие вызвать повреждения поверхности металла.

Факторами, которые существенно влияют на процесс правки, являются:

а)         Pk — усилие, необходимое для определенного состояния

деформации, т. е. усилие, которое может быть применено без опасности повреждения наружной поверхности трубы;

б)         Gk —соответствующее напряжение;

в)         D — наружный диаметр трубы;

г)         d — внутренний диаметр трубы;

д)         I — расстояние между опорами;

е)         Е — модуль упругости;

ж)        а/—предел текучести;

з)         форма и размеры приспособления, передающего усилие правки.

Чтобы выяснить все факторы, влияющие на качество поверхности в процессе правки, были проведены специальные опыты. Машина и приспособления, которые использовались при этом, показаны на  127, 128 и 129. Длина образцов была выбрана такой, чтобы не было заметно видимого изменения формы конечных поперечных сечений, т. е. трубу с достаточной точностью можно было рассматривать как бесконечную. При всех опытах форма штемпеля пресса и величина скорости деформации соответствовали применяемым на практике и были одинаковыми. При проведении опытов испытывали холоднотянутые отожженные трубы из стали St 35. 29 размерами 60 X 2; 45 X 1,5; 40 X 2 и 40 X 1 мм.

Величину усилий, действующих при правке, определяли по шкале самопишущего устройства, которое давало графическую кривую зависимости между силами и прогибом. Одна из таких кривых показана «а  130.

Для того, чтобы избежать случайных отклонений, все опыты выполняли на трех образцах. Результаты проведенных опытов видны из  131, 132, 133, 134 и 135.

На прямолинейном участке кривой до начала ее перегиба можно выделить силу Рк, при которой деформация происходит почти упруго. Эта сила зависит не от отношения — , а только от поперечного сечения трубы и формы штемпеля пресса.

С возрастанием нагрузки при испытании увеличивается у трубы деформация по поперечному сечению и уменьшается момент сопротивления. При Р = Рм труба полностью теряет сопротивление изгибу.

Усилие Рв> необходимое для осуществления эффекта правки, лежит в заштрихованной области. Нижняя кривая этой области рассчитана для а = 4, т. е. для условий, когда в наружных слоях а = cry.

Таким образом, имеется возможность выбрать расстояние / по диаметру D трубы, подвергающейся правке, и от отношения Следовательно, прогиб стенки тонкостенной трубы не произойдет.

Фактические соотношения, имевшие место при правке труб, несколько отличаются от теоретических величин, приведенных на  136.

 Считаем, что при изгибе трубы соприкосновение между валком и трубой происходит только в двух точках. Усилие правки Рв принимаем приложенным посередине между обеими этими точками. Схема действующих усилий в плоскости, перпендикулярной оси трубы, показана на  137. Из рисунка видно, что 2 a + R 2

Усилия К приближаются по величине к условиям, замеренным в опытах.

Зависимость прогиба стенки трубы от формы и размеров штемпеля пресса настолько многообразна, что ее следует рассмотреть особо при рассмотрении результатов опытов. Во избежание слишком больших деформаций поверхность соприкосновения между штемпелем и трубой должна быть как можно большей с тем, чтобы при определенном усилии напряжения на поверхности соприкосновения были возможно меньшими. Поэтому следует применять правйльные валки большого диаметра и с большими радиусами закругления на концах.

С точки зрения избежания образования вдавлин на поверхности труб следует также рассмотреть вопрос, нужно ли предъявлять к правильной (машине для правки труб из цветных металлов такие же требования, как к машине, предназначенной для правки стальных труб. Данный вопрос является вопросом выяснения подобия зависимостей, имеющих место при правке труб из различных материалов.

Соответствующее условие подобия состоит, очевидно, из геометрического подобия расположения правильных средств и поведения самих материалов. Геометрическое подобие будет полностью обеспечено при применении одних и тех же машин для правки труб одинаковых размеров как из стальных, так и из цветных металлов.

Условие подобия свойств металлов, видимо, заключается в подобии их диаграммы зависимости напряжений от деформаций. При этом для нашего случая считается, что волокна 172

изогнутой трубы имеют только напряжения растяжения. Тем самым данное условие имеет свое ограничение, так как предполагается, что свойства металла при сжимающей и растягивающей нагрузке подобны. В основу рассмотрения вопросов подобия принята диаграмма зависимости напряжений от удлинений, показанная на  103.

На  139 представлены три кривых зависимости напряжений от удлинений для случая, соответствующего условию чистого подобия. Обычно условие чистого подобия для таких диаграмм уже соблюдается, особенно при сравнении стали с цветными металлами. Это объясняется тем, что цветные металлы не имеют определенного модуля упругости и точно выраженного предела текучести.

Однако для того чтобы можно было использовать указанное выше условие подобия, диаграмму зависимости напряжений от удлинений для различных материалов приходится упрощать, как это представлено схематически на  140. При этом стремятся к тому, чтобы сумма заштрихованных площадей была минимальной. Для такой идеальной кривой условия подобия вполне могут быть применены. Насколько принятая идеализация кривой допустима, можно установить только практикой.

Таким образом, если между двумя различными материалами одинаковых размеров имеются требуемые условия подобия, то процесс их правки можно производить на одних и тех же машинах. Если при правке труб из одного металла не происходит образования вмятин, то этого не произойдет и при правке труб из другого подобного материала. Если условия подобия не соблюдаются, то нельзя сделать никаких заключений о возможности качественных изменений формы профиля в процессе правки.

Приведенные выше методы установления подобия механических свойств имеют большое практическое значение, поскольку в настоящее время получено много данных о процессе правки труб из многих материалов и размеров. Так что в каждом случае, когда приходится судить о возможности правки вновь применяемого материала, можно вначале установить характер подобия будущего процесса к уже известному процессу правки трубы из другого материала и принять нужное решение.

Допущение о том, что в волокнах изогнутой трубы действуют только напряжения растяжения, весьма приближенно. В процессах правки, при которых нагружение материала осуществляется сосредоточенным усилием, возникают также и напряжения сдвига. Фактически здесь имеет место объемное напряженное состояние. Материал ведет себя в данном случае по-иному, чем при одноосном растяжении, соответствующем указанным выше зависимостям между напряжениями и удлинениями.

Фактическая величина допускаемого усилия Рк может быть установлена лишь при принятии определенного состоя- 174

ния деформации, которое, однако, трудно определить, так как практически оно зависит от требований, предъявляемых к качеству трубы после правки.

Влияние скорости деформации v на величину усилий при гибке размерами трубы 45 X 1,5 мм. (Длина образца 30 мм; расстояние между опорами 225 мм: Рн = 610/620 кг)

Точная граница стабильности условий появления вмятин также не может быть найдена. Приблизительно в качестве усилия, вызывающего вмятины, выбирается сила, при которой общая деформация происходит примерно по линейному закону. Как следует из  130, это усилие может быть найдено по точке, где начинают появляться остаточные деформации. Для определения величины остаточных деформаций в точке соприкосновения тел закладывают между штемпелем и трубой лист бумаги. При определенном давлении может быть найдена на этой бумаге примерная величина вмятины, которая при Р = Pk составляет всего лишь несколько мм2.

При переносе опытных данных на рабочий процесс правки можно пренебречь влиянием компонента Т, так как при коротких валках величина s0 отличается от а очень незначительно.

Влияние скорости деформации на образование вмятин было исследовано различными опытами. Результаты этих опытов показывают, что скорость деформации здесь не оказывает существенного влияния.

Вследствие большого давления валков на металл и неоднородности материала при правке труб большого диаметра происходит местное выпучивание наружу стенки трубы.

Другим существенным недостатком, возникающим в процессе правки, является получение сечения трубы не абсолютно круглой, а овальной формы, особенно в случае, когда правка осуществляется двумя валками. Как овальность трубы, так и выпучивание последней происходят только на трубах большого диаметра толщина стенки которых сравнительно невелика.

Чтобы избежать этих дефектов, разработаны конструкции правильных машин, в которых по периметру (правящейся трубы расположены не два, а три валка; благодаря этому труба подвергается более равномерному давлению. Однако вследствие сравнительно сложной конструкции и высокой стоимости машины такого типа в настоящее время широкого распространения не получили.