2.3 Вплив технологічних факторів та інструменту на якість труб

Розвиток процесу пресування привів до необхідності визначення вимог до вихідної заготовки (гільзи). У зв'язку із цим у роботі був досліджений вплив калібрування матриці, стану поверхні, геометрії й форми торця гільз на якість пресованих труб. [11]

Кожна операція існуючої технології породжує в проміжному продукті відомі недосконалості: несиметричне нагрівання, ексцентричне центрування, різновелику овализацію, поперечну й поздовжню різностінність гільз, відхилення середньої товщини стінки, як у партії труб, так і на окремій трубі в поздовжньому напрямку, низька якість зовнішньої поверхні. При цьому кожний з перерахованих факторів, породжений декількома причинами, у складній сукупності визначає підсумкову форму і якість поверхонь готової труби[13].

Вплив калібрування матриці і форми торця гільзи на якість труб оцінимо на підставі проведених досліджень [6], при застосуванні плоско-конусних матриць (рисунок 2.1, а) з висотою паска, що калібрує, 5; 10 і 15 мм і радіусом закруглення робочої крайки відповідно 15; 10 і 5 мм, а також конічних матриць із кутом вхідного конуса α, рівним 135 і 120° (рисунок 2.1, б). У дослідах використовували гільзи із плоским переднім торцем і із закругленням крайки радіусом 15 і 20 мм, з фаскою 10х45°, а також гільзи із заточенням переднього торця під кутом 135; 120 і 90°.

Торець скляної шайби, що прилягає до матриці, виконувався за формою матриці, а торець, що контактує в процесі пресування з металом - за формою торця гільзи. На рисунку 2.1 зображено матриці трубо профільного прессу.

а – плоско-конусна; б – конусна

Рисунок 2.1 - Матриці трубопрофільного преса

По якості зовнішньої поверхні труб кращі результати одержали при пресуванні гільз із крайкою, закругленої радіусом 20 мм на плоско-конічній матриці з висотою паска, що калібрує 10 мм і радіусом на робочій крайці, рівним 10 мм, у сполученні зі склошайбою.

При пресуванні на конічних матрицях помітного впливу на якість поверхні труб різні сполучення форм торця гільзи й склошайби не зробили. Трохи покращилася якість поверхні труб при використанні гільз із конічним торцем (α=135°) і склошайби, форма, якої представлена на рисунку 2.2, а.

Рисунок 2.2 - Різні конфігурації (а - д) скляних шайб, застосованих при дослідженні.

Встановлено, що застосовувати конусні матриці й гільзи з переднім торцем під кутом 90° не треба через різке подстужувания його кромок, що приводить до значного підвищення зусилля пресування. [15]

Пресування труб на плоско-конічній матриці показало, що при застосуванні скляного змащення значний вплив на якість поверхні робить величина плоскої ділянки (регулююча товщину мастильної плівки), що повинна бути в межах 20—25 мм. Забезпечити це можна підбором відповідного розміру вихідної заготовки й частково радіусом закруглення робочої кромки кільця матриці.

Для визначення впливу якості зовнішньої поверхні гільз на якість поверхні пресованих труб використовували гільзи з різною чистотою поверхні (із грубими слідами різця й обточеними до чистоти 3; 4 і 6-го класу). Пресування труб розміром 108х5 мм проводили на плоско-конічних матрицях і склосмазках в'язкістю 115— 260 і 550—1300 пз в інтервалі температур пресування. Змащення на матрицю подавали у вигляді шайб товщиною 10—12 мм, виготовлених зі склопорошка фракції 0,4—0,8 мм [6].

Труби, виготовлені із заготовок із грубими слідами різця й ремонту, незалежно від застосовуваного змащення мали дефекти на поверхні[7]

а — із грубою зовнішньою поверхнею; б. д — із чистотою поверхні класу 3; в, е, і г, ж -те ж, класу 4 і класи 6 (при пресуванні труб з гільз б, в, г застосовували скло змащення в'язкістю 115— 200 пз, а з д, е, ж — в'язкістю 550—1300 пз; у системі СІ 1 пз = 0,1 н.с/м²

Рисунок 2.3 - Макроструктура зовнішньої поверхні труб, отриманих з гільз.

З підвищенням чистоти обробки вихідної заготовки якість поверхні гільз, а відповідно й труб помітно поліпшується (рисунок 2.3, б - г).

Кращі по чистоті зовнішньої поверхні труби одержали при пресуванні на змащенні з високою в'язкістю (550— 1300 пз), при цьому з гільз із чистотою поверхні 3-го класу отримані труби з більше якісною поверхнею (рисунок 2.3, д), ніж з гільз із чистотою обробки 6-го класу при застосуванні змащення з низькою в'язкістю (рисунок 2.3,г). Таким чином, для одержання труб з високою якістю поверхні необхідно застосовувати гільзи із чистотою обробки поверхні 4÷6-го класу (рисунок 2.3, е, ж).

Отже, висока якість пресованих труб з високолегованих сталей забезпечується при використанні гільз із чистотою обробленої поверхні не нижче 4-го класу. Один з торців гільзи повинен бути закруглений радіусом приблизно 20 мм.

Крім якості поверхні, іншим важливим параметром пресованих труб є різностінність.

На горячепресованих трубах спостерігається складний взаємозв'язок поперечної й поздовжньої різностінністю.

Погрішності товщини стінки труб, одержуваних прессуванням, є додатковим чинником, що впливає на відхилення стінки готових труб. У результаті деформування стінки на останньому агрегаті відхилення її товщини є складною сукупністю вихідних величин і тих значень погрішностей, які властиві процесу остаточного формування товщини стінки. Тому основним напрямком зниження різностінністі на готових трубах будемо вважати зниження відносної поперечної різностінністі гільз шляхом забезпечення оптимальних умов пресування.

Розглянемо вплив поперечної й поздовжньої різностінністі гільз на готових трубах на прикладі труб розміром 89х5 і 89х9 мм [8].

Згідно даним описаним в [6], дослідження проводили на гільзах з різностінністю 1÷2; 3÷4 і 5÷6 мм. Після пресування робили виміри товщини стінки кінців труб. Аналіз отриманих даних показав, що різностінність. передніх кінців вище, ніж задніх (рисунок 2.4, А), а з підвищенням ступеня деформації збільшується абсолютне вирівнювання товщини стінки (рисунок 2.4, Б); відносна різностінність виявилася трохи вище на тонкостінних трубах (рисунок 2.4, В).

Кількість

А - з товщиною стінки 9 мм (а, б и в - передній кінець, різностінність відповідно 1÷2; 3÷4 і 5÷6 мм; г, д и е - задній кінець, різностінність відповідно такаж); Б - передніх кінців (а' і б'-товщина труб 9 мм, різностінність гільз 1÷2; 3÷4 мм; в' і г'- теж, для товщини стінки 5 мм); В - відносна» для передніх кінців (а", б" і в"- товщина стінки 9 мм, різностінність гільз 1÷2; 3÷4 і 5÷6 мм; г", д" і е"- товщина стінки 5 мм і відповідна різностінність гільз)

Рисунок 2.4 - Відносна різностінність

Таким чином, при загальній низькій якості труб за геометричними розмірами при пресуванні тонкостінних труб з гільз із високої різностінністю (5÷6мм) спостерігалося більш значне абсолютне вирівнювання ексцентричності. Пояснюється це тим, що при осаді гільзи й заповненню металом зазорів між гільзою й інструментом відбувається редукування кінця гільзи у вхідному конусі матриці. При цьому в результаті підвищеної тангенціальної деформації на ділянці з більше тонкою стінкою товщина стінки трохи вирівнюється.

У процесі витікання металу виникають додаткові напруги, що діють на оправлення в радіальному напрямку й прагнучі встановити її концентрично щодо осі пресування. Величина цих напруг залежить від ряду факторів.

3. Розрахунок зусилля пресування на прессі зусиллям 3150 Н

Вихідні данні, умовні позначення, які використовуються при розрахунку таблиці пресування.

- довжина гільзи після прошивного преса, мм;

- внутрішній діаметр гільзи, мм; d_T

- діаметр підпресованої гільзи, мм; D_.Г.П.

- зовнішній діаметр гільзи в гарячому стані, мм;

- довжина гільзи в контейнері після підпресовки, мм;

- діаметр накінцівника верхньої голки прошивного преса, мм;

- зовнішній діаметр гільзи після прошивного пресу, мм;

- зовній діаметр ігли прошивного преса, мм;

- внутрішній діаметр ігли прошивного преса, мм;

- діаметр сверлення в заготовці, мм;

- внутрішній діаметр відрізного кільця, мм;

- діаметр заготовки у холодному стані, мм;

- довжина заготовки у гарячому стані, мм;

- довжина заготовки в холодному стані, мм;

діаметр труби в холодному стані, мм; =95

- внутрішній діаметр матричного кільця, мм;

- діаметр ігли профільного преса, мм;

- товщина стінки труби, мм; =10

- приблизне значення внутрішнього діаметра втулки контейнера, мм;

- внутрішній діаметр втулки контейнера, мм;

- ориєнтовано прийнятий коефіцієнт витягання;

- фактичний коефіцієнт витягання;

- діаметр втулки прошивного преса, мм;

- зовнішній діаметр пресшайби, мм;

- внутрішній діаметр пресшайби, мм;

- зовнішній діаметр пресштемпеля, мм;

- внутрішній діаметр пресштемпеля, мм;

- довжина труби після обрізки технологічної обрізі, мм;

Розрахунок таблиці пресування в умовах ЗАТ «СЕНТРАВІС ПРОДАКШ ЮКРЕЙН»

В основу розрахунку покладено:

1) загальне зусилля пресування не повинно перевищувати 31,5 МН;

2) максимальний коефіцієнт витяганняне повинен перевищувати:

при прошивці - пр<1,6 і при пресуванні прес<25.

Вихідні данні:

Дт*Sт = 93*9.5

Марка сталі - 08Х18Н10Т.

Розрахунок.

1 Трубопрофільний прес.

1.1 Визначаємо внутрішній діаметр кільця.

1.1

Приймаємо:

- зовнішній діаметр труби у холодному стані, мм;

1,016 - коеф. лінійного розширення при нагріванні заготовки;

0,2 - товщина шару змазки, мм.

1.2 Визначаємо діаметр голки.

1.2

Де S_T- товщина стінки труби, мм.

1.3 Визначаємо внутрішній діаметр втулки контейнера.

1.3

де - орієнтовно прийнятий коеф. витягання.

приймаємо: стандартний розмір втулки.

1.4 Фактичний коеф. витягання визначається по формулі:

1.4

1.5

де - зовнішній діаметр підпресованої гільзи, мм;

2 мм - товщина шару технологічної змазки.

1.5 Виконується перевірочний розрахунок зусилля, яке розвива прес.

1.6

де М - потужність преса, МН;

- необхідний питомий тиск в контейнері, = 600...700 МПа для сталей

типу 12Х18Н10Т.

У випадку, якщо зусилля пресування будуть більше М, то необхідно перейти на робочу втулку меньшого діаметра.

1.6 Розрахунок максимального зусиля пресування виконується по формулі Ж. Сежурне:

1.7

1.8

де - дійсний опір деформації, МПа ;

f - коеф. терття на контактній поверхні метал - інструмент, f =0,015...0,025;

- довжина гільзи в контейнері після підпресовки, м;

- величина патрубка, відрізаємого з пресзалишком, = 0,6 м;

- величина технологічної обрізі, = 0,15...0,7 м;

- товщина пресзалишка, = 0,015...0,025 м;

- довжина труби після обрізки кінців, м.

1.7 Визначення розмірів гільзи в гарячому стані.

1.7.1 Зовнішній діаметр гільзи:

1.9

де 4...15 - для ігл до 90 мм, мм;

6...15 - для ігл більше 100 мм, мм.

1.7.3 Довжина гільзи після прошивного преса:

2.0

2.1

де - зовнішній діаметр гільзи псля прошивного преса, без урахування змазки, мм;

2 мм - товщина шару технологічної змазки.

Примітка: max довжина гільзи не більш ніж 630 мм на пресі зусиллям 16,0 МН і 670 мм на пресі зусиллям 31,5 МН. Якщо довжина перевищує max, то потрібно взяти втулку більшого діаметра.

1.8 Зовнішній діаметр пресшайби дорівнює:

2.2

де 0,5...2,0 - тепловий зазор між втулкою контейнера і пресшайбою, мм.

1.9 Внутрішній діаметр пресшайби:

2.3

де 1,5...2,0 - тепловий зазор між втулкою контейнера і пресшайбою, мм.

1.10 Довжина внутрішньої втулки контейнера трубопрофільного преса незалежно від його конструкції повинна бути на 30 мм більша max довжини гільзи.

1.11 Довжину пресштемпеля вибирають більшою за max довжину гільзи на 175 мм.

1.12 Зовнішній діаметр пресштемпеля обирають меньше діаметра втулки контейнера на велечину П:

Дк, мм до 200 від 201 до 250 від 251 до 350

П, мм 5 6 8

2.4

1.13 Внутрішній діаметр пресштемпеля обирають на 3...5 мм більше max діаметра ігли або іглотримателя.

2.5

де - зовнішній діаметр іглотримателя, мм.

1.14 Для невеликих партій труб дозволяється використовувати пресштемпеля з більшими зазорами.

1.15 Після вибору розмірів пресштемпеля необхідно перевірити напруження у ньому, які виникають при max навантаженнях:

2.6

де - напруження і дорівнюють 1200 МПа.

Примітка: при пресуванні труб використовуються пресштемпелі із сталей марок 4Х5В2ФС і 4Х5МФС

Висновки розділу

В цьому розділі я розглянув технологію виробництва пресованих труб з нержавіючих сталей ЗАТ «СЕНТРАВІС ПРОДАКШ ЮКРЕЙН», та вплив різних технологічних факторів на якість труб. Розглянув пресувальний інструмент.

Пресовий інструмент можна підрозділити на 2 групи. До першої групи відносяться інструменти, що мають безпосереднє зіткнення з пресованим металом (матриці, прес-шайби, внутрішні втулки контейнерів, прошивні голки і матрицетримачі). До другої групи відноситься інструмент що не має безпосереднього зіткнення з пресованим металом, який містить для передачі зусилля) шплінтони, голкотримачи, перехідні патрони, контейнери, проміжні втулки контейнерів, наполегливі кільця.

Проведенний розрахунок зусилля пресування.