PL241720B1

PL241720B1 - Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych

Info

Publication number: PL241720B1
Application number: PL436434A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Kut
Original assignee: Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-11-28
Also published as: PL436434A1

Abstract

Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych prowadzi się tak, że profil wyjściowy o przekroju okrągłym umieszcza się pomiędzy dwoma walcami kształtującymi (1, 2) narzędzia mającymi profil roboczy (3) V-kształtny z dwoma wybraniami (4) na każdej jego powierzchni, z których każde utworzone jest od naroża tego profilu roboczego (3) do jego środkowej części pod kątem (α) ostrym o wartości od 3° do 6°. Poprzez działanie tych walców kształtujących (1, 2) formuje się profil wstępny, który umieszcza się następnie pomiędzy dwoma walcami i poprzez ich działanie na profil wstępny formuję się rurę.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych o przekroju kwadratowym, prowadzony z wykorzystaniem narzędzi mających postać walców.

Z opisu patentowego KR10138115B1 znana jest rura o przekroju kwadratowym i zaokrąglonych narożach, których promień krzywizny wynosi od 8 do 20.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku JPH03285713A znany jest sposób wytwarzania rury o przekroju kwadratowym, w którym rurę o przekroju okrągłym umieszcza się pomiędzy dwoma matrycami z wnękami o kształtach kątów prostych i tymi matrycami działa się na rurę. Następnie tę rurę obraca się o 90° i ponownie matrycami działa się na rurę. Czynność powtarza się. Ostateczny kształt rury uzyskuje się na prasie.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku JP2007044761A znany jest sposób wytwarzania rury o przekroju kwadratowym, w którym rurę o przekroju okrągłym umieszcza się pomiędzy matrycą jednownękową górną i matrycą jednownękową dolną, przy czym wnęki matryc są V-kształtne i poprzez działanie tych matryc na rurę o przekroju okrągłym, kształtowana jest rura o przekroju kwadratowym.

Znane obecnie rury o przekroju kwadratowym są wytwarzane zwłaszcza poprzez gięcie na walcach z wykorzystaniem profilarek do rur lub poprzez gięcie przez przeciąganie. W tych znanych sposobach wsad dostarczany jest najczęściej w postaci pasów blachy rozwijanych z kręgów. Te znane sposoby wykorzystywane są do wytwarzania rur ze szwem, w szczególności zgrzewanych lub spawanych. Innym znanym ze stosowania sposobem wytwarzania rur o przekroju kwadratowym jest profilowanie na walcach, który został przedstawiony schematycznie na pos. I-IV. W tym znanym sposobie wykorzystywany jest wsad do profilowania, który stanowi rura o przekroju okrągłym o odpowiednio dobranej średnicy zewnętrznej i grubości ścianki. Ten znany sposób umożliwia profilowanie rur zarówno ze szwem jak i bez szwu. Na pos. V pokazano profil rury o przekroju okrągłym przed profilowaniem i rury o przekroju kwadratowym wytworzonej z tej rury o przekroju okrągłym. Do prowadzenia sposobu profilowania na walcach wykorzystywane są profilarki wielowalcowe, na których prowadzi się stopniową zmianę kształtu profilu formowanego w kolejnych klatkach walcowniczych w wyniku zmniejszania odległości pomiędzy osiami walców. Możliwe jest profilowanie z wykorzystaniem walcarki z jedną klatką walcowniczą, wówczas rura profilowana jest w kilku przejściach, przy czym po każdym przejściu zmniejszana jest odległość pomiędzy osiami walców, aż do uzyskania pożądanego kształtu profilu rury. Znane walce do profilowania mają profil roboczy w kształcie rowka V-kształtnego o prostoliniowym zarysie i kącie wierzchołkowym wynoszącym 90°.

Znane ze stosowania sposoby profilowania rur na walcach mają duże ograniczenia i nie zawsze mogą być stosowane. Skuteczność tych znanych sposobów zależy od geometrii profilu, zwłaszcza od współczynnika cienkościenności t/a, gdzie: t - grubość ścianki rury, a - wysokość rury, oraz od ilorazu R/t, gdzie: R - promień zaokrąglenia naroży rury. Znane dotychczas sposoby profilowania rur na walcach prowadzone są poprawnie tylko, jeśli współczynnik cienkościenności t/a wynosi co najmniej 0,16, zaś iloraz R/t jest równy 2. Zwiększając wartość ilorazu R/t, prawidłowy wyrób może zostać uzyskany przy zastosowaniu nieznacznie mniejszych wartości współczynnika cienkościenności. Jednak przy mniejszych wartościach współczynnika cienkościenności, poszczególne ścianki rury tracą stateczność i następuje ich wygięcie do wewnątrz, co zostało pokazane na pos. VI.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego sposobu profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, który będzie miał zastosowanie do wytwarzania rur, których współczynnik cienkościenności jest mniejszy od 0,16.

Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych prowadzony z wykorzystaniem dwóch walców z profilem roboczym V-kształtnym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że profil wyjściowy o przekroju okrągłym umieszcza się pomiędzy dwoma walcami kształtującymi narzędzia mającymi profil roboczy V-kształtny z dwoma wybraniami na każdej jego powierzchni, z których każde utworzone jest od naroża tego profilu roboczego do jego środkowej części pod kątem ostrym o wartości od 3° do 6°, przy czym poprzez działanie tych walców kształtujących formuje się profil wstępny, który umieszcza się następnie pomiędzy dwoma walcami i poprzez ich działanie na profil wstępny formuje się rurę.

Korzystnie pod koniec prowadzenia formowania profilu wstępnego, walce kształtujące ustawia się w stosunku do siebie na odległość pomniejszoną o wielkość równą iloczynowi połowy wielkości współczynnika zależnego od wielkości współczynnika cienkościenności oraz ilorazu promienia zaokrąglenia naroży oraz grubości ścianki rury, wartości wysokości profilu oraz tangensa kąta wybrania.

PL 241 720 Β1

Nowy sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, stosowany jest w profilarkach wielowalcowych lub zwykłych walcarkach jednoklatkowych. Dzięki wybraniom w profilach roboczych walców kształtujących możliwe jest prowadzenie profilowania rur w zakresie wartości współczynnika cienkościenności t/a od 0,02 do 0,16 oraz ilorazu promienia zaokrąglenia naroży rury R do grubości ścianki rury t od 2 do 5 bez utraty stateczności i bez wygięcia ścianek bocznych rury do wewnątrz. Ten nowy sposób, według wynalazku pozwala na eliminację niekorzystnego zjawiska przegięcia ścianek rury do wewnątrz i stosowany jest on do profilowania wstępnego rur, które następnie poddawane są kalibracji na walcach znanych ze stanu techniki. Podczas prowadzenia profilowania rur na profilarkach wielowalcowych jednocześnie może być wykorzystanych kilka narzędzi według wynalazku w poszczególnych klatkach walcowniczych.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym pos. I—IV przedstawia znany sposób wytwarzania rur o przekroju kwadratowym w widoku schematycznym, pos. V - profil rury o przekroju okrągłym i profil rury o przekroju kwadratowym wytworzonej z tej rury o przekroju okrągłym, pos. VI - rurę o przekroju kwadratowym z wygiętymi do wewnątrz ścianami, fig. 1 - walce kształtujące narzędzia do profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych w przekroju poprzecznym, fig. 2 - profil wyjściowy umieszczony pomiędzy walcami kształtującymi w przekroju porzecznym, fig. 3 - formowanie profilu wstępnego pomiędzy walcami kształtującymi w przekroju poprzecznym, fig. 4 - ostatni etap formowania profilu wstępnego pomiędzy walcami kształtującymi w przekroju poprzecznym, fig. 5 - formowanie rury pomiędzy walcami w widoku poprzecznym, natomiast fig. 6 - wykres zależności współczynnika μ od współczynnika cienkościenności t/a.

Do stosowania sposobu profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych wykorzystywane jest narzędzie, które ma postać dwóch walców kształtujących 1, 2: walca kształtującego górnego 1 oraz walca kształtującego dolnego 2. Każdy z tych walców kształtujących 1, 2 ma profil roboczy 3 V-kształtny, który na każdej z jego powierzchni ma dwa wybrania 4, z których każde utworzone jest od naroża profilu roboczego 3 do jego środkowej części pod kątem a o wielkości od 3° do 6°. Średnica φϋ walca kształtującego 1, 2 jest pomniejszona o wielkość równą iloczynowi połowy wielkości współczynnika μ zależnego od wielkości współczynnika cienkościenności t/a oraz ilorazu promienia zaokrąglenia naroży R oraz grubości ścianki rury t, wartości wysokości profilu a oraz tangensa kąta a:

X -—μ^α-tga gdzie:

X - wielkość dodatkowego przemieszczenia narzędzia skutkująca zmniejszeniem odległości pomiędzy osiami walców uzyskiwana w wyniku pomniejszenia średnicy φϋ walca 1 oraz 2 o wartość równą tej wielkości;

μ - współczynnik zależny od wielkości współczynnika cienkościenności t/a oraz ilorazu promienia zaokrąglenia naroży R oraz grubości ścianki rury t;

a - wysokość rury;

a - kąt ostry wybrania 4.

Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, według wynalazku, w pierwszym przykładzie realizacji prowadzi się tak, że profil wyjściowy 5 umieszcza się pomiędzy walcem kształtującym górnym 1 a walcem kształtującym dolnym 2 i poprzez działanie tych walców kształtujących 1,2 na profil wyjściowy 5 formuje się profil wstępny 6. Po wyjęciu profilu wstępnego 6 z narzędzia z walcami kształtującymi 1, 2 umieszcza się go pomiędzy walcem górnym 7 a walcem dolnym 8, z których każdy ma profil roboczy kalibrujący 9 V-kształtny i formuję się rurę o przekroju kwadratowym.

Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, według wynalazku, w drugim przykładzie realizacji, prowadzi się tak, jak w przykładzie pierwszym, z tym że aby wykonać rurę, której wysokość wynosi a = 50 mm, grubość ścianki rury t = 3 mm, zaś promień zaokrąglenia naroży R = 6 mm oblicza się średnicę zewnętrzną φd profilu wyjściowego 5 z zależności:

^ = 1-(4«-8Λ + 2λΛ) = — - (4 50 - 8 - 6 + 12π·) - 60,38 mm

Następnie oblicza się wartość współczynnika cienkościenności t/a:

PL 241 720 Β1 t/a = 3/50 = 0,06

Po czym oblicza się iloraz R/t:

R/t = 6/3 = i

Następnie określa się wartość współczynnika μ. Początkowo sporządza się wykres zależności współczynnika μ od współczynnika cienkościenności t/a, pokazany na fig. 6, na którym położenie punktów określa się na podstawie wyników modelowania numerycznego metodą elementów skończonych tak, że przy zachowaniu stałych wartości parametrów R/t = 2 oraz a = 3° sporządza się modele numeryczne procesu profilowania rury dla ośmiu wartości współczynnika cienkościenności t/a leżących w zakresie 0,02 do 0,16. Dla każdej z badanych wartości współczynnika cienkościenności t/a wykonuje się szereg obliczeń numerycznych, analizując wpływ dodatkowego zagłębienia X, aż do momentu określenia wartości X, przy której ściany rury nie ulegają przegięciu w podczas kształtowania. Następnie oblicza się wartość współczynnika μ dla poszczególnych współczynników cienkościenności i sporządza się wykres zależności współczynnika μ od współczynnika cienkościenności. Wykres ten w analogiczny sposób sporządza się na podstawie prób eksperymentalnych.

Kolejno określa się wartość współczynnika μ, który dla zadanych parametrów t/a, R/t oraz wartości kąta a równego 3° wynosi 1,2.

Następnie oblicza się wartość X, o którą należy zwiększyć przemieszczenie walców kształtujących 1,2:

Ύ = | 1,2 · 50 /g(3*) 1,57' mm

Pod koniec prowadzenia formowania profilu wstępnego 6 na walcach kształtujących 1,2, te walce kształtujące 1, 2 ustawia się w stosunku do siebie na odległość pomniejszoną o 1,57 mm, przy czym każdy z walców ma średnicę zewnętrzną φϋ pomniejszoną o co najmniej 1,57 mm.

Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych według wynalazku, w trzecim przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie pierwszym, z tym, że kąt a ostry wybrania wynosi 4°.

Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, według wynalazku, w czwartym przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie drugim, z tym, że kąt a ostry wybrania wynosi 6°, zaś pod koniec prowadzenia formowania profilu wstępnego 6 na walcach kształtujących 1, 2, te walce kształtujące 1,2 ustawia się w stosunku do siebie na odległość pomniejszoną o 3,15 mm, przy czym każdy z walców kształtujących 1,2 ma, średnicę zewnętrzną φϋ pomniejszoną o co najmniej 3,15 mm.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, prowadzony z wykorzystaniem dwóch walców z profilem roboczym V-kształtnym, znamienny tym, że profil wyjściowy (5) o przekroju okrągłym umieszcza się pomiędzy dwoma walcami kształtującymi (1, 2) narzędzia mającymi profil roboczy (3) V-kształtny z dwoma wybraniam! (4) na każdej jego powierzchni, z których każde utworzone jest od naroża tego profilu roboczego (3) do jego środkowej części pod kątem (a) ostrym o wartości od 3° do 6°, przy czym poprzez działanie tych walców kształtujących (1, 2) formuje się profil wstępny (6), który umieszcza się następnie pomiędzy dwoma walcami (7, 8) i poprzez ich działanie na profil wstępny (6) formuje się rurę.
2. Sposób profilowania rury, znamienny tym, że pod koniec prowadzenia formowania profilu wstępnego (6), walce kształtujące (1, 2) ustawia się w stosunku do siebie na odległość pomniejszoną o wielkość równą iloczynowi połowy wielkości współczynnika (μ) zależnego od wielkości współczynnika cienkościenności (t/a) oraz ilorazu promienia zaokrąglenia naroży (R) oraz grubości ścianki rury (t), wartości wysokości profilu (a) oraz tangensa kąta (a) wybrania (4).