PL245548B1

PL245548B1 - Sposób formowania rur kwadratowych, zwłaszcza cienkościennych

Info

Publication number: PL245548B1
Application number: PL441175A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Kut
Original assignee: Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza
Priority date: 2022-05-13
Filing date: 2022-05-13
Publication date: 2024-08-26
Also published as: PL441175A1

Abstract

Sposób formowania rur kwadratowych, zwłaszcza cienkościennych prowadzi się tak, że w pierwszym etapie profil wyjściowy umieszcza się pomiędzy walcem kształtującym górnym (1) i walcem kształtującym dolnym (2) posiadającymi na każdej ze ścian profilu roboczego (3), od jednego naroża tego profilu roboczego (3) do jego drugiego naroża, wybranie w kształcie wycinka koła o promieniu (r) o wielkości od 2,8 do 4,8 razy większej od wysokości (a) kształtowanej rury.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania rur kwadratowych, zwłaszcza cienkościennych, 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 profilowan ia 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.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku P.436433 znany jest sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych prowadzony z wykorzystaniem dwóch walców z profilem roboczym V-kształtnym, w którym 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. W tym znanym sposobie możliwe jest jednak wyeliminowanie przegięcia ścianek rury do wewnątrz i uzyskanie płaskich ścianek w zakresie współczynnika cienkościenności jedynie od 0,02 do 0,16.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego sposobu formowania rur kwadratowych, zwłaszcza cienkościennych, który będzie miał zastosowanie do wytwarzania rur, których współczynnik cienkościenności jest mniejszy od 0,02.

Sposób formowania rur kwadratowych, zwłaszcza cienkościennych prowadzony z wykorzystaniem dwóch walców z profilem roboczym V-kształtnym, w którym w pierwszym etapie profil wyjściowy o przekroju kołowym umieszczany jest pomiędzy walcem kształtującym górnym i walcem kształtującym dolnym narzędzia do kształtowania rury, a następnie walce kształtujące przemieszczane są do siebie

PL 245548 Β1 i kształtowany jest profil wstępny, który następnie, po rozsunięciu tych walców kształtujących jest wyciągany, a następnie w drugim etapie profil wstępny jest umieszczany pomiędzy walcem dolnym symetrycznym do niego walcem górnym, których kształty wnęk kształtujących odpowiadają kształtowi wytwarzanej rury, a następnie te walce przemieszczane są do siebie, profil wstępny jest zamykany pomiędzy nimi i kształtowana jest rura, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie profil wyjściowy umieszcza się pomiędzy walcem kształtującym górnym i walcem kształtującym dolnym posiadającymi na każdej ze ścian profilu roboczego, od jednego naroża tego profilu roboczego do jego drugiego naroża, wybranie w kształcie wycinka koła o promieniu o wielkości od 2,8 do 4,8 razy większej od wysokości kształtowanej rury.

Korzystnie w pierwszym etapie profil wyjściowy umieszcza się pomiędzy walcem kształtującym górnym i walcem kształtującym dolnym posiadającymi na każdej ze ścian profilu roboczego wybranie w kształcie wycinka koła o promieniu o wielkości 3,6 razy większym od wysokości kształtowanej rury, zaś pod koniec prowadzenia formowania profilu wstępnego walce kształtujące narzędzia do kształtowania rury przemieszcza się dodatkowo o wielkość wprost proporcjonalną do iloczynu różnicy promienia wybrania w kształcie wycinka koła profilu roboczego i połowy pierwiastka z różnicy czterokrotności kwadratu promienia tego wybrania i kwadratu wysokości rury oraz współczynnika zależnego od stosunku grubości ścianki rury do jej wysokości, zależnego od stosunku promienia zaokrąglenia naroży rury do grubości jej ścianki oraz zależnego od stosunku promienia wybrania do wysokości rury.

Nowy sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych stosowany jest w profilarkach wielowalcowych lub zwykłych walcarkach jednoklatkowych. Zastosowanie narzędzi z określonym wybraniem o kształcie wycinka koła o określonym promieniu, umożliwia prowadzenie profilowania rur w zakresie wartości współczynnika cienkościenności t/a od 0,008 do 0,16 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 do formowania rur kwadratowych, 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 ψ od współczynnika cienkościenności t/a.

Do stosowania sposobu formowania rur kwadratowych, 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 wybranie 4, które utworzone jest od jednego do drugiego naroża profilu roboczego 3 i ma kształt wycinka koła o promieniu r o wielkości od 2,8 do 4,8 razy większej od wysokości a kształtowanej rury. Średnica φθ walca kształtującego 1,2 jest pomniejszona o wielkość wprost proporcjonalną do iloczynu różnicy promienia r wybrania 4 i połowy pierwiastka z różnicy czterokrotności kwadratu promienia r wybrania 4 i kwadratu wysokości a rury oraz współczynnika ψ zależnego od stosunku grubości t ścianki rury do jej wysokości a, zależnego od stosunku promienia R zaokrąglenia naroży rury do grubości t jej ścianki oraz zależnego o stosunku promienia r wybrania 4 do wysokości a rury:

gdzie:

X - wielkość dodatkowego przemieszczenia walców kształtujących 1, 2 uzyskiwana w wyniku usunięcia materiału z powierzchni walcowych φθ obydwu walców kształtujących 1 oraz 2 na głębokość równą połowie wartości tej wielkości,

PL 245548 Β1

Ψ - współczynnik zależny od stosunku grubości ścianki rury do jej wysokości t/a, czyli od współczynnika cienkościenności, zależny od stosunku promienia zaokrąglenia naroży rury do grubości jej ścianki R/t oraz zależny od stosunku promienia wybrania 4 do wysokości rury r/a, przy czym współczynnik ten wyznacza się doświadczalnie lub na podstawie wyników modelowania numerycznego, a - wysokość rury.

Sposób formowania rur kwadratowych, 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, przy czym promień r wybrania 4 jest 3,6 razy większy od wysokości a kształtowanej rury. 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 formuje 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 4>d okrągłej rury wyjściowej 5 z zależności:

φά = — · (4α - 8/? + 2flR) π φά = 1-(4-50-8-6 + 12^) = 60,38 mm π

Następnie oblicza się wartość współczynnika cienkościenności t/a:

t/a = 3/50 = 0,06

Po czym oblicza się iloraz R/t:

R/t = 6/3 = 2

Następnie określa się wartość współczynnika ψ. Początkowo sporządza się wykres zależności współczynnika ψ 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 r = 3,6a sporządza się modele numeryczne procesu profilowania rury dla jedenastu wartości współczynnika cienkościenności t/a leżących w zakresie 0,008 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 ψ dla poszczególnych współczynników cienkościenności i sporządza się wykres zależności współczynnika ψ od współczynnika cienkościenności t/a. Wykres ten, w analogiczny sposób sporządza się na podstawie prób eksperymentalnych.

Kolejno określa się wartość współczynnika ψ, który dla zadanych parametrów t/a, R/t oraz wartości promienia r = 3,6a wybrania 4 wynosi 1,5.

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

X = 1,5 1180--^/4-180² -50² | = 2,62 mm l 2 )

Podczas kształtowania profilu wstępnego walce kształtujące 1,2 przemieszcza się do siebie dodatkowo o 2,62 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 2,62 mm, przy czym każdy z walców ma średnicę zewnętrzną φϋ pomniejszoną o co najmniej 2,62 mm.

Sposób profilowania rur, zwłaszcza cienkościennych, według wynalazku, w trzecim przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie pierwszym, z tym, że promień r wybrania 4 jest 4,8 razy większy niż wysokość kształtowanej rury.

Wykaz oznaczeń rysunkowych

- walec kształtujący górny

- walec kształtujący dolny

- profil roboczy

- wybranie

- profil wyjściowy

- profil wstępny

- walec górny

- walec dolny

- profil roboczy kalibrujący r - promień wybrania t - grubość ścianki rury a - wysokość rury

R - promień zaokrąglenia naroży φD - średnica walca φd - średnica zewnętrzna profilu wyjściowego

Claims

1. Sposób formowania rur kwadratowych, zwłaszcza cienkościennych prowadzony z wykorzystaniem dwóch walców z profilem roboczym V-kształtnym, w którym w pierwszym etapie profil wyjściowy o przekroju kołowym umieszczany jest pomiędzy walcem kształtującym górnym i walcem kształtującym dolnym narzędzia do kształtowania rury, a następnie walce kształtujące przemieszczane są do siebie i kształtowany jest profil wstępny, który następnie, po rozsunięciu tych walców kształtujących jest wyciągany, a następnie w drugim etapie profil wstępny jest umieszczany pomiędzy walcem dolnym i symetrycznym do niego walcem górnym, których kształty wnęk kształtujących odpowiadają kształtowi wytwarzanej rury, a następnie te walce przemieszczane są do siebie, profil wstępny jest zamykany pomiędzy nimi i kształtowana jest rura znamienny tym, że w pierwszym etapie profil wyjściowy (5) umieszcza się pomiędzy walcem kształtującym górnym (1) i walcem kształtującym dolnym (2) posiadającymi na każdej ze ścian profilu roboczego (3), od jednego naroża tego profilu roboczego (3) do jego drugiego naroża, wybranie w kształcie wycinka koła o promieniu (r) o wielkości od 2,8 do 4,8 razy większej od wysokości (a) kształtowanej rury.

2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że w pierwszym etapie profil wyjściowy umieszcza się pomiędzy walcem kształtującym górnym (1) i walcem kształtującym dolnym (2) posiadającymi na każdej ze ścian profilu roboczego (3) wybranie w kształcie wycinka koła o promieniu (r) o wielkości 3,6 razy większym od wysokości (a) kształtowanej rury.

3. Sposób, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pod koniec prowadzenia formowania profilu wstępnego (6) walce kształtujące (1,2) narzędzia do kształtowania rury przemieszcza się dodatkowo o wielkość wprost proporcjonalną do iloczynu różnicy promienia (r) wybrania (4) w kształcie wycinka koła profilu roboczego (3) i połowy pierwiastka z różnicy czterokrotności kwadratu promienia (r) tego wybrania (4) i kwadratu wysokości (a) rury oraz współczynnika (ψ) zależnego od stosunku grubości (t) ścianki rury do jej wysokości (a), zależnego od stosunku promienia (R) zaokrąglenia naroży rury do grubości jej ścianki (1) oraz zależnego od stosunku promienia (r) wybrania (4) do wysokości (a) rury.