VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Гибка труб – основная операция технологического процесса изготовления криволинейных деталей трубопроводов. В современных промышленных условиях очень сложно произвести качественную холодную гибку труб диаметром более 60 мм. В Южно-Уральском государственном университете на кафедре технологии машиностроения, станков и инструментов разработана технология холодной гибки труб с обкатыванием. Применение такой технологии позволяет в 3-5 раз снизить усилия гиба и энеpгоемкость, а так же полностью исключить сплющивание и гофpообpазование. Новая технология позволяет сохранять различные виды покрытий, нанесенные на внутреннюю поверхность трубы (рисунок 1).

В основе данной технологии лежит создание в изгибаемой трубе перемещающейся пластической зоны, в каждой точке которой под воздействием сосредоточенных радиальных сил возникают знакопеременные изгибные напряжения стенок трубы. Схема деформация трубы при ее обкатывании по наружной поверхности представлена на рисунке 2 [1,2,3].

Рисунок 1 - Схема гибки труб Рисунок 2 - Схема деформации трубы

с обкатыванием при обкатывании

Использование метода холодной гибки труб с обкатыванием нуждается в надежном теоретическом и экспериментальном обосновании. В частности, одним из важнейших вопросов является оценка изгибающих усилий.

На начальном этапе исследования теоретически было рассчитано усилие, необходимое для гибки труб без использования обкатного инструмента. Расчеты были произведены на основе известных зависимостей из условия прочности материала трубы [4]. Установлено, что изгиб трубы Ø 60 мм с толщиной стенки 3 мм из стали 20 (ГОСТ 1050-88) начинается при воздействии на неё поперечной силы равной P = 23 000 Н.

Для проведения экспериментов была спроектирована лабораторная установка. Кинематическая схема лабораторной установки показана на рисунке 3. Вращение от двигателя 6 через ремённую передачу сообщается червяку 7, червяк, в свою очередь, передает вращение на червячное колесо, соединенное с цепной передачей 8, которая вращает ходовой винт подачи трубы 9. Главное движение от электродвигателя 5 передаётся на обкатную головку 1. При помощи прижимного ролика 3 происходит фиксация трубы в направляющей 2 и создается изгибающее усилие. Труба 4 устанавливается в обкатную головку 1, другой конец трубы упирается в подающий винт 9.

Рисунок 3 - Кинематическая схема лабораторной установки

Внешний вид лабораторной установки представлен на рисунке 4. Для получения экспериментальных данных об усилиях гибки при различных параметрах в прижимной механизм был установлен динамометр. За основу был принят серийный динамометр сжатия модели ДС-3. А так же разработано приспособление для крепления динамометра на установке (рисунок 5).

Рисунок 4 - Внешний вид установки

Рисунок 5 - Динамометр на прижимном ролике

В качестве образцов для проведения экспериментов были использованы трубы из стали 20. Геометрические параметры образцов: длина – 1200 мм; диаметр – 60 мм; толщина стеки – 3 мм.

Были произведены измерения усилия гибки труб без использования обкатного инструмента. Измерения производились при подаче 40 мм/мин. Полученное усилие составляет 22 500 Н, что совпадает с теоретически рассчитанным значением.

Так же была проведена серия экспериментов с обкатыванием изгибаемой трубы на различных режимах гибки, главными из которых являются натяг обкатной головки и скорость продольной подачи трубы.

Результаты измерений представлены в таблице 1 и в графическом виде на рисунках 6–9. Проанализировав полученные данные, можно сделать следующие выводы:

1) усилие гибки при воздействии на трубу обкатного инструмента в 1,5–2,7 раза ниже, чем усилие гибки без использования обкатного инструмента;

2) наименьшее усилие гибки достигалось при минимальном значении продольной подачи. При увеличении подачи в 4 раза усилие гибки трубы возрастает на 11,5–20,5 %;

3) радиус гибки обеспечивается в пределах 3,5–5D трубы;

4) при гибке трубы с обкатыванием сохраняется внутреннее защитное покрытие трубы (рисунок 10-11).

5) полученные данные позволяют уточнить режимы гибки труб и технические характеристики станков.

Таблица 1 – Результаты проведения эксперимента

Натяг, мм	Подача, мм/мин	Максимальное усилие в момент нагрузки, Н	Усилие гибки в установившемся режиме, Н
0,7	50	11000	8500
	60	13500	9200
	70	15500	12000
1,5	50	9800	8000
	60	12000	9000
	70	13500	11000
2	50	9500	7500
	60	11500	9500
	70	13000	10500

Рисунок 6 – График зависимости максимального усилия

от подачи в момент нагрузки

Рисунок 7 – График зависимости усилия от подачи

в установившемся режиме гибки

Рисунок 8 – График зависимости максимального усилия

от натяга в момент нагрузки

Рисунок 9 – График зависимости усилия от натяга

в установившемся режиме гибки

Рисунок 10 – Образец согнутой трубы

с полимерной краской

Рисунок 11 – Образец согнутой трубы с фосфорированной

внутренней поверхностью

Для проведения дальнейших исследований, было решено дополнить механический динамометр автоматическим устройством регистрации силы. Главной причиной послужило неудобство проведения опытов. Запись показаний с динамометра велась параллельно с ручной нагрузкой натяга трубы, и требовало, как минимум двух человек, для проведения опыта. В качестве автоматического устройства была разработана установка, состоящая из четырех датчиков силы – тензодатчиков, собранных по мостовой схеме. Данная установка с помощью устройства согласования и применения персонального компьютера с разработанным программным обеспечением позволяет определять изменения усилия в динамике, рассчитывать средний результат эксперимента, строить график усилия, а так же повышает точность измерения. В данный момент установка находится в стадии тестирования.

Библиографический список

1. Козлов, А.В. Технология и оборудование холодной гибки тонкостенных труб: монография / А.В. Козлов, А.В. Бобылев. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. – 169 с.

2. Козлов, А.В. Новая технология гибки труб / А.В. Козлов, С.Г. Лакирев, Я.М. Хилькевич // Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. – Челябинск: ЧГТУ, 1993.

3. Козлов, А.В. Холодная гибка с воздействием на изгибаемую трубу вращающимся раскатником-обкатником / А.В. Козлов, И.П. Дерябин // Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте: труды международной конференции. – Самара: СамГТУ, 1999. – Ч. 1.

4. Беляев, Н.М. Сопротивление материалов / Н.М. Беляев. – М.: Наука, 1976. – 608 с.

Информация о руководителе: Козлов А.В. профессор, доктор технических наук

Код для цитирования: Скопировать