PL241721B1

PL241721B1 - Tool for profiling pipes, in paricular thin-walled pipes

Info

Publication number: PL241721B1
Application number: PL436436A
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: PL436436A1

Abstract

Narzędzie do profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych ma postać dwóch walców kształtujących (1, 2) z profilem roboczym (3) V-kształtnym. Profil roboczy (3) na każdej jego powierzchni ma dwa wybrania (4) z których każde utworzone jest od naroża tego profilu roboczego (3) do jego środkowej części pod kątem (α) ostrym o wielkości od 3° do 6°.The tool for profiling pipes, especially thin-walled ones, has the form of two shaping rollers (1, 2) with a V-shaped working profile (3). The working profile (3) has two recesses (4) on each of its surfaces, each of which is formed from the corner of this working profile (3) to its central part at an acute angle (α) of 3° to 6°.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do profilowania rur o różnej długości, zwłaszcza cienkościennych o przekroju kwadratowym.The subject of the invention is a tool for profiling pipes of various lengths, especially thin-walled pipes with a square cross-section.

Z opisu patentowego KR10138115B1 znana jest rura o przekroju kwadratowym i zaokrąglonych narożach, których promień krzywizny wynosi od 8 do 20.From the patent description KR10138115B1, a pipe with a square cross-section and rounded corners, the radius of curvature of which is from 8 to 20, is known.

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.From the description of the invention application JPH03285713A there is known a method for manufacturing a square pipe, in which a circular pipe is placed between two dies with right-angled cavities and these dies are acted on the pipe. This tube is then rotated 90° and dies are applied to the tube again. The action is repeated. The final shape of the pipe is obtained on the press.

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.From the description of the application of the invention JP2007044761A, there is known a method for manufacturing a square pipe, in which a round pipe is placed between the upper single-cavity die and the lower one-cavity die, the die cavities being V-shaped, and by the action of these dies on the round pipe, square tube is shaped.

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°.The currently known square tubes are produced in particular by roll bending using tube forming machines or by broach bending. In these known methods, the charge is most often supplied in the form of sheet metal strips unwound from coils. These known methods are used to produce welded, in particular welded or welded, pipes. Another known method of producing square tubes is roll profiling, which is shown schematically in FIG. I-IV. In this known method, a profiling charge is used, which is a round-section pipe with an appropriately selected external diameter and wall thickness. This known method makes it possible to profile both welded and seamless pipes. On pos. V shows the profile of a round tube before profiling and a square tube made from that round tube. To carry out the profiling process on rolls, multi-roll forming machines are used, on which a gradual change in the shape of the profile formed in subsequent rolling stands is carried out as a result of reducing the distance between the roll axes. It is possible to profile using a rolling mill with one rolling stand, then the pipe is profiled in several passes, and after each pass the distance between the roll axes is reduced until the desired shape of the pipe profile is obtained. Known profiling rollers have a working profile in the shape of a V-groove with a rectilinear outline and a point angle of 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.The known methods of profiling pipes on rolls have major limitations and cannot always be used. The effectiveness of these known methods depends on the geometry of the profile, in particular on the thin-wall coefficient t/a, where: t - pipe wall thickness, a - pipe height, and on the quotient R/t, where: R - pipe corner rounding radius. The hitherto known methods of profiling pipes on rolls are carried out correctly only if the thin-wall coefficient t/a is at least 0.16, and the quotient R/t is equal to 2. By increasing the value of the quotient R/t, the correct product can be obtained using slightly smaller thin-walled coefficient values. However, at lower values of the thin-wall coefficient, the individual walls of the pipe lose their stability and bend inward, which has been shown in Fig. VI.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego narzędzia do profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, który będzie miał zastosowanie w przypadku wytwarzania rur, w których współczynnik cienkościenności jest mniejszy niż 0,16.The aim of the invention is to develop a new tool for profiling pipes, especially thin-walled pipes, which will be used in the case of manufacturing pipes with a thin-walled coefficient of less than 0.16.

Narzędzie do profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, mające postać dwóch walców kształtujących z profilem roboczym V-kształtnym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że profil roboczy na każdej jego powierzchni ma dwa wybrania, z których każde utworzone jest od naroża tego profilu roboczego do jego środkowej części pod kątem ostrym o wielkości od 3° do 6°.A tool for profiling pipes, especially thin-walled ones, in the form of two shaping rollers with a V-shaped working profile, according to the invention, is characterized in that the working profile has two recesses on each of its surfaces, each of which is formed from the corner of this working profile to its middle parts at an acute angle of 3° to 6°.

Korzystnie średnica walca kształtującego jest pomniejszona 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 ostrego, przy czym wielkość współczynnika zależnego od wielkości współczynnika cienkościenności oraz ilorazu promienia zaokrąglenia naroży oraz grubości ścianki rury określana jest doświadczalnie albo określana jest na podstawie wyników modelowania numerycznego.Preferably, the diameter of the shaping roll is reduced by the value equal to the product of half of the coefficient depending on the size of the thin-wall coefficient and the quotient of the radius of rounding corners and the thickness of the pipe wall, the value of the profile height and the tangent of the acute angle, and the value of the coefficient depending on the size of the thin-wall coefficient and the quotient of rounding radius of corners and the thickness of the pipe wall is determined experimentally or is determined on the basis of numerical modeling results.

Nowe narzędzie do profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych stosowane jest w profilarkach wielowalcowych lub zwykłych walcarkach jednoklatkowych. Dzięki wybraniom w profilach roboczychThe new tool for profiling pipes, especially thin-walled ones, is used in multi-roll profiling machines or ordinary single-stand rolling mills. Thanks to the selections in the work profiles

PL241 721 Β1 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. To nowe narzędzie według wynalazku pozwala na eliminację niekorzystnego zjawiska przegięcia ścianek rury do wewnątrz i stosowane jest ono do profilowania wstępnego rur, które następnie poddawane są kalibracji na walcach znanych ze stanu techniki. Nowe narzędzie do profilowania rur złożone jest z dwóch walców kształtujących: walca kształtującego górnego i walca kształtującego dolnego, których profile kształtujące są takie same, przez co te walce kształtujące mogą być stosowane zamiennie. Podczas prowadzenia profilowania rur na profilarkach wielowalcowych jednocześnie może być wykorzystanych kilka narzędzi według wynalazku w poszczególnych klatkach walcowniczych.PL241 721 Β1 forming rolls, it is possible to profile pipes within the range of the thin-wall coefficient t/a from 0.02 to 0.16 and the quotient of the pipe corner radius R to the pipe wall thickness t from 2 to 5 without losing stability and without bending the side walls pipes inside. This new tool according to the invention allows for the elimination of the unfavorable phenomenon of inward bending of the pipe walls and is used for preliminary profiling of pipes, which are then calibrated on cylinders known from the state of the art. The new tube profiling tool consists of two shaping rolls: an upper shaping roll and a lower shaping roll, whose shaping profiles are the same, so that these shaping rolls can be used interchangeably. When profiling pipes on multi-roll forming machines, several tools according to the invention can be used simultaneously in individual rolling stands.

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 ze ścianami wygiętymi do wewnątrz, 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 przekroju poprzecznym, natomiast fig. 6 - wykres zależności współczynnika μ od współczynnika cienkościenności t/a.The subject of the invention has been presented in the examples of embodiment in the drawing, in which Fig. I-IV shows a known method of manufacturing square tubes in a schematic view, FIG. V - profile of a round tube and a profile of a square tube made of this round tube, Fig. VI - a square-section pipe with walls bent inwards, Fig. 1 - Shaping rollers of a tool for profiling pipes, especially thin-walled ones in cross-section, Fig. 2 - Output profile placed between shaping rollers in a cross-section, Fig. 3 - Forming of an initial profile between shaping rolls in a cross-section, Fig. 4 - the last stage of forming the initial profile between shaping rolls in a cross-section, Fig. 5 - forming a pipe between the rolls in a cross-section, and Fig. 6 - a diagram of the relationship between the μ coefficient and the thin-wall coefficient t/a .

Narzędzie do profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania, 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 tego profilu roboczego 3 do jego środkowej części pod kątem a ostrym o wielkości 4°.The tool for profiling pipes, especially thin-walled pipes, according to the invention, in the first embodiment, has the form of two shaping rollers 1, 2: the upper shaping roller 1 and the lower shaping roller 2. Each of these shaping rollers 1,2 has a working profile 3 V-shaped , which has two recesses 4 on each of its surfaces, each of which is formed from the corner of this working profile 3 to its central part at an acute angle a of 4°.

Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, tym nowym narzędziem do profilowania rur, prowadzi się tak, że w celu wykonania rury o przekroju kwadratowym o wysokości a 50 mm, grubości ścianek t 4 mm, zaokrągleniu naroży o promieniu R 12 mm 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 9 V-kształtny i formuje się rurę o przekroju kwadratowym.The method of profiling pipes, especially thin-walled ones, with this new tool for profiling pipes, is carried out in such a way that in order to make a pipe with a square cross-section with a height of a 50 mm, wall thickness t 4 mm, rounded corners with a radius of R 12 mm, the output profile 5 is placed between the upper shaping roll 1 and the lower shaping roll 2, and by the action of these shaping rolls 1, 2, a preform 6 is formed on the output profile 5. After the preform 6 is removed from the shaping roll tool 1,2, it is placed between the upper roll 7 and lower roll 8, each of which has a V-shaped working profile 9, and a square tube is formed.

Narzędzie do profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania, takie jak w przykładzie pierwszym z tym, że kąt a ostry wybrania 4 ma wartość 6°, zaś 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 ostrego wybrania 4:A tool for profiling pipes, especially thin-walled pipes, according to the invention, in the second embodiment, as in the first example, except that the acute angle a of the recess 4 has a value of 6°, and the diameter φϋ of the shaping roll 1, 2 is reduced by the value equal to the product of half the size of the μ coefficient depending on the size of the thin-wall coefficient t/a and the quotient of the corner rounding radius R and the pipe wall thickness t, the value of the profile height a and the tangent of the angle a of the acute recess 4:

X =-μ·α·!μ</ gdzie:X =-μ α!μ</ where:

X - wielkość dodatkowego przemieszczenia narzędzia skutkująca zmniejszeniem odległości pomiędzy osiami walców uzyskiwana w wyniku pomniejszenia średnicy φϋ walca kształtującego górnego 1 oraz walca kształtującego dolnego 2 o wartość równą tej wielkości;X - the amount of the additional displacement of the tool resulting in the reduction of the distance between the axes of the rollers obtained as a result of reducing the diameter φϋ of the upper shaping roller 1 and the lower shaping roller 2 by a value equal to this value;

μ - współczynnik zależny od wielkości współczynnika cienkościenności t/a oraz ilorazu promienia zaokrąglenia naroży R oraz grubości ścianki rury t;μ - coefficient depending on the value of the thin-walled coefficient t/a and the quotient of the corner radius R and the pipe wall thickness t;

a - wysokość rury;a - pipe height;

a - kąt ostry wybrania 4.a - acute angle of recess 4.

Narzędzie do profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, według wynalazku, w trzecim przykładzie wykonania, takie jak w przykładzie drugim, z tym że kąt a ostry wybrania 4 ma wartość 3°, zaś średnica φϋ walca kształtującego 1,2 jest pomniejszona o wielkość X przez szlifowanie.A tool for profiling pipes, especially thin-walled, according to the invention, in the third embodiment, as in the second example, except that the acute angle a of the recess 4 has a value of 3°, and the diameter φϋ of the shaping roll 1.2 is reduced by the amount X by grinding .

Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, prowadzi się tak, że w celu wykonania rury o przekroju kwadratowym o wysokości a 25 mm, grubości ścianek 11,5 mm, zaokrągleniu naroży o promieniu R 3 mm, oblicza się wielkość średnicy zewnętrznej profilu wyjściowego 5 o przekroju okrągłym, z zależności:The method of profiling pipes, especially thin-walled ones, is carried out in such a way that in order to make a pipe with a square cross-section with a height of 25 mm, wall thickness of 11.5 mm, corner rounding with a radius of R 3 mm, the size of the outer diameter of the output profile 5 with a cross-section of circular, from the dependence:

PL241 721 Β1 ¢^ = 1.(4^-8^ + 2^) π ^=l.(4-25-8-3 + 6/r)=30,19mm πPL241 721 Β1 ¢^ = 1.(4^-8^ + 2^) π ^=l.(4-25-8-3 + 6/r)=30.19mm π

Następnie oblicza się wartość współczynnika cienkościenności t/a:Then, the value of the thin-wall coefficient t/a is calculated:

t/a = 1,5/25 = 0,06t/a = 1.5/25 = 0.06

Po czym oblicza się wartość parametru R/t:After that, the value of the R/t parameter is calculated:

R/t = 3/1,5 = 2R/t = 3/1.5 = 2

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 przemieszczenia 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 t/a i sporządza się wykres zależności współczynnika μ od współczynnika cienkościenności. Wykres ten w analogiczny sposób sporządza się na podstawie prób eksperymentalnych.Then the value of the coefficient μ is determined. Initially, a graph of the dependence of the μ coefficient on the thin-walled coefficient t/a, shown in Fig. 6, is plotted, where the location of the points is determined on the basis of the results of numerical modeling using the finite element method, so that with constant values of the parameters R/t = 2 and a = 3°, numerical models of the pipe profiling process are prepared for eight values of the thin-wall coefficient t/a in the range of 0.02 to 0.16. For each of the tested values of the thin-wall coefficient t/a, a number of numerical calculations are performed, analyzing the effect of the additional displacement X, until the X value is determined at which the pipe walls do not bend during shaping. Then, the value of the μ coefficient is calculated for individual thin-walled coefficients t/a and a graph of the dependence of the μ coefficient on the thin-walled coefficient is plotted. This graph is prepared in an analogous way on the basis of experimental trials.

Z wyznaczonego wykresu zależności współczynnika μ od współczynnika cienkościenności t/a wyznacza się wartość współczynnika μ, który dla t/a = 0,06 wynosi μ = 1,2.From the determined graph of the dependence of the μ coefficient on the thin-walled coefficient t/a, the value of the μ coefficient is determined, which for t/a = 0.06 is μ = 1.2.

Po czym oblicza się wartość dodatkowego przemieszczenia się walców kształtujących 1, 2 do kształtowania profilu wstępnego:Then, the value of the additional displacement of the shaping rolls 1, 2 for shaping the rough profile is calculated:

„ 1" 1

X =-/i-atgaX =-/i-atga

X =0,5 -1,2 -25 -rg(3° )=0,5-1,2-25 0,0524 »0,8 mmX =0.5 -1.2 -25 -rg(3° )=0.5-1.2-25 0.0524 »0.8mm

Podczas kształtowania profilu wstępnego walce kształtujące 1,2 przemieszcza się do siebie dodatkowo o 0,8 mm, przy czym każdy z tych walców kształtujących 1, 2 ma średnicę zewnętrzną φϋ pomniejszoną o co najmniej; 0,8 mm.During shaping of the rough profile, the shaping rolls 1,2 are moved towards each other by an additional 0.8 mm, each of these shaping rolls 1, 2 having an outer diameter φϋ minus at least; 0.8mm.

Claims

Patent claims

1. A tool for profiling pipes, especially thin-walled pipes, in the form of two shaping rollers with a V-shaped working profile, characterized in that the working profile (3) has two recesses (4) on each of its surfaces, each of which is formed from the corner of this working profile (3) to its central part at an acute angle (a) of 3° to 6°.

2. The tool according to claim 1, characterized in that the diameter of the shaping roll (1,2) is reduced by a value equal to the product of half the value of the coefficient (μ) depending on the value of the thin-wall coefficient (t/a) and the quotient of the corner rounding radius (R) and the pipe wall thickness (t ), the values of the profile height (a) and the tangent of the acute angle (a).

3. The tool of claim 2, characterized in that the size of the coefficient (μ) depending on the size of the thin-wall coefficient (t/a) and the quotient of the corner radius (R) and the pipe wall thickness (t) is determined experimentally.

4. The tool of claim 2, characterized in that the value of the coefficient (μ) depending on the size of the thin-wall coefficient (t/a) and the quotient of the radius of the corner rounding (R) and the thickness of the pipe wall (t) is determined on the basis of the results of numerical modeling.