книги из ГПНТБ / Алексеев Н.И. Трубопроводчик судовой учеб. пособие

связан штангой 13 с жестко закрепленной задней бабкой 12 станка и установлен в полукольцевых выточках (ручьях, желобах) ползуна И и гибочного диска 9, получающего вращение от планшайбы 15 станка. Ползун, имеющий соединение типа «ласточкин хвост», может пере­ мещаться поступательно в направляющей 7, поджимаемой упорным винтом 14.

Установка ползуна в начальное положение производится таким образом, чтобы его передний торец А находился в одной плоскости с передним торцом направляющей. Гибочный диск связан с план­ шайбой посредством упоров (щипов), входящих в выемки (пазы) последней.

Планшайба снабжена градусной шкалой (от 0° до 360°), укреп­ ленной на ее боковой поверхности. С помощью шкалы и стрелки 1, установленной на станине 6, фиксируется угол поворота планшайбы, что необходимо при гибке труб по картам замеров и технологическим картам (см. § 23—26).

Крепление конца трубы к гибочному диску выполняется с по­ мощью вкладыша (сухаря) 4, скобы 3 с винтом 5 и штыря 2, связы­ вающего скобу с гибочным диском. Во вкладыше также имеется

62

соответствующий наружному радиусу трубы ручей, на поверхности которого предусмотрена поперечная нарезка для предотвращения проскальзывания (проползания) трубы в начале гибки, поскольку оно приводит к образованию складок (волнистости).

Как видно на рисунке (см. сечение Б —Б), в течение всего процесса гибки в месте касания гибочного диска с ползуном сечение трубы изнутри и снаружи размещено в замкнутом контуре: наружная по­ верхность трубы находится в кольце, образованном ручьями гибоч­ ного диска и ползуна, а внутренняя опирается на калибрующую пробку круглого сечения.

Входе гибки гибочный диск тянет трубу, наматывая ее на себя

истаскивая с калибрующей пробки. При этом еще несогнутая часть трубы получает поступательное движение и силой трения (поскольку ползун и его направляющая прижаты к трубе упорным винтом 14) продвигает в том же направлении ползун, обеспечивающий правиль­ ное положение трубы по отношению к гибочному диску.

После выполнения первого погиба конец трубы освобождается от крепления к гибочному диску, отдается упорный винт направляю­ щей ползуна, труба выдвигается на необходимую длину для гибки следующего участка, ползун устанавливается в исходное положение и процесс повторяется.

Физические процессы при холодной гибке труб. Под воздействием изгибающего момента труба получает пластическую деформацию, выражающуюся в том, что подвергающийся гибке участок приобре­ тает криволинейную ось. В то же время при отдаче крепления трубы к гибочному диску погиб несколько распрямляется (пружинит), что свидетельствует о наличии упругой деформации. Таким образом, при гибке материал подвергается упругопластическим деформациям, распространяющимся в трех направлениях: тангенциальном (вдоль оси трубы), радиальном (по радиусу погиба) и аксиальном, (попереч­ ном), приводящим к искажению формы поперечного сечения трубы.

Максимальная деформация происходит в тангенциальном направ­ лении.

Упругие деформации характерны для ранней стадии процесса изгиба. С некоторого значения кривизны, полученной осью трубы, упругие деформации переходят в пластические (остаточные), рас­ пространяясь от крайних по высоте зон поперечного сечения к се­ редине. Распределение возникающих при этом в тангенциальном направлении нормальных напряжений по высоте сечения трубы изо­ бражено на рис. 25 (сгт — предел текучести материала трубы). В ста­ дии упругого изгиба нормальные напряжения изменяются по пря­ молинейному закону (закону Гука) и по величине не превышают предела текучести. В стадии пластического изгиба закон изменения нормальных напряжений значительно усложняется. Часть напря­ жений, расположенных в крайних зонах сечения трубы, превышает величину предела текучести и соответствует пластическим (остаточным) деформациям. Остальная часть напряжений, которая меньше предела текучести, соответствует упругим деформациям. Таким об­ разом, рис. 25, б показывает распределение нормальных напряжений

63

по сечению трубы при упругопластическом изгибе. Здесь учтено также влияние упрочнения материала — его способности сопротив­ ляться пластической деформации.

С увеличением кривизны погиба, т. е. с уменьшением отношения Ridn {R — радиус погиба по осевой линии трубы, dH— ее наружный диаметр), зоны пластической деформации распространяются по на­ правлению к середине сечения. Следует отметить, что пластические

Рис.г25. Распределение нормальных тангенциальных напряжений по сечению трубы: а — при упругом изгибе; б — при упругопла­ стическом изгибе с упрочнением.

деформации распространяются и на прямолинейные участки, смеж­ ные с изгибаемым.

Как показывают опыты, смещение деформации за пределы начала

При гибке на станках способом наматывания (рис. 26) на трубу действуют изгибающий момент Ми, перерезывающая сила Р, возни­ кающая от давления ползуна, силы реакций ручья гибочного диска и силы трения (между трубой и дорном, трубой и ползуном, трубой и гибочным диском). Как правило, силы реакций ручья гибочного диска (особенно при углах погиба до 90°) и силы трения не учитывают вслед­ ствие их небольшой величины. Так, наибольшая из сил трения (между трубой и дорном) составляет не более 3—5% от действующих в се­ чении трубы истинных напряжений.

Приближенное значение изгибающего момента можно определить по формуле

Л4И= 4 с у 25,

где ав — предел прочности (временное сопротивление) материала; б — толщина стенки трубы.

64

Перерезывающая сила

р_ Ми

~ 2L ’

где L — длина ползуна.

Для станков с переменной рабочей длиной ползуна

а 0 — ex -j- Дос,

где а 0 угол погиба с учетом пружинения, т. е. фактический угол погиба, отсчитанный по шкале планшайбы станка, °.

а угол погиба, требуемый по шаблону или чертежу, °. Да — угол пружинения, °.

Коэффициент п содержит число на­ ружных диаметров трубы, на которое длина ползуна L больше длины полу­ окружности гибочного диска, вычислен­ ной по его наружному диаметру.

В результате упругопластических де­ формаций, вызванных холодной гибкой, возникают следующие изменения геоме­ трических размеров изогнутого участка трубы и состояния ее материала:

утонение стенки выпуклой части погиба

иутолщение стенки вогнутой части смещение нейтральной оси трубы;

овальность (эллиптичность) поперечного сечения; удлинение в районе изгиба;

увеличение радиуса погиба и уменьшение угла погиба вследствие пружинения;

смещение пластических деформаций за пределы начала и конца погиба;

наклеп металла трубы на изогнутом участке.

Утонение стенки выпуклой и утолщение стенки вогнутой части погиба являются результатом тангенциальных (продольных) дефор­ маций. Степень изменения толщины стенки зависит от значения кри­ визны погиба и, следовательно, от величины отношения R/dH: с умень­ шением отношения деформации стенок увеличиваются. Утолщение

стенки может привести к образованию складок на вогнутой части погиба.

В табл. 6 приведены значения деформаций стенок труб при хо­ лодной гибке в зависимости от отношения среднего радиуса трубы г

к радиусу погиба R. Данные таблицы вычислены по следующим фор­ мулам:

смещение нейтрального слоя при гибке

сжатой зоны трубы egc

относительное удлинение растянутой зоны трубы

г

относительное сжатие сжатой зоны трубы

г

относительное утонение растянутой зоны трубы

г

относительное утолщение сжатой зоны трубы

г

На величину смещения нейтрального слоя, через который проходит нейтральная ось, влияют кривизна погиба и.изменение толщины сте­

нок трубы при ее гибке.

При гибке труб на станках наматыванием смещение нейтральной оси происходит в сторону вогнутой (сжатой) части погиба, при гибке на приспособлениях обкаткой — в сторону выпуклой (растянутой)

части.

На рис. 27 изображено сечение изогнутой трубы и положение нейтральной оси для случая гибки наматыванием. Толщина стенки имеет максимальное значение 8тах на вогнутой стороне погиба и ми­ нимальное 6min — на выпуклой. Нейтральная ось смещена к вогну­

66

той части погиба {О fix — положение нейтральной оси до гибки трубы; О20 2 — положение после гибки). Овальность сечения на рисунке не показана.

При изгибе под воздействием усилий, возникающих в плоскости, перпендикулярной к плоскости погиба, изменяется и форма попереч­ ного сечения трубы: появляется овальность, имеющая максимальное значение в середине погиба и уменьшающаяся к его началу и концу. При станочной гибке овальность присуща только наружной половине сечения трубы; внутренняя половина сечения, размещающаяся в ручье гибочного диска, сохраняет первоначальную форму. При свободной гибке (чис+ом изгибе), когда сечение трубы не ограничено

о.

Рис. 27. Изменение толщины стенки и положения нейтраль­ ной оси.

ручьями гибочного диска и ползуна, овальность распространяется и на внутреннюю половину сечения.

Овальность является функцией многих факторов; ее величина зависит от кривизны погиба, от значений наружного диаметра и толщины стенки трубы, от зазора между трубой и калибрующей проб­ кой, от величины опережения последней, от свойств материала трубы и качества его термообработки и т. д. Количественная оценка влия­ ния этих факторов на овальность с достаточной степенью точности еще не выполнена. Овальность уменьшает живое сечение трубы, понижает ее устойчивость и увеличивает гидравлические потери.

Как показывает практика, трубы в районе изгиба получают удлинение. Это обстоятельство, несущественное при гибке по прово­ лочному шаблону, приобретает важное значение в случаях гибки труб по записям и технологическим картам и гибки на станках с про­ граммным управлением. Удлинение трубы в районе изгиба опреде­ ляется по формуле

Следует отметить, что возникающие в процессе гибки силы трения между дорном и трубой вызывают ее дополнительное растяжение. Но так как эти дополнительные растягивающие напряжения состав­ ляют не более 5% истинных напряжений изгиба, их влиянием можно

5 *

пренебречь. В случае необходимости (для уточнения величин удли­ нений) их учитывают коэффициентом, равным 1,03.

Как указывалось ранее, при гибке в материале трубы появляются не только остаточные деформации, возникающие под действием усилии, превышающих предел текучести материала, но и упругие деформации, приводящие к пружинению, т. е. к некоторому разги­ банию трубы после изгиба и отдачи креплений. Угол, на который при указанных условиях разогнется труба, называется углом пружинения.

Из рисунка видно, что а 0 = а + Да. Следовательно, для полу­ чения заданного шаблоном, картой замеров или чертежом угла а

его необходимо увеличить на угол пружинения Да, т. е. выполнить погиб на фактический угол а 0.

Для наиболее ходового угла изгиба, равного 90°, угол пружине­ ния можно определить по формуле

Да90 = 90т

где

Для всех остальных углов изгиба угол пружинения можно найти методом линеинои интерполяции или экстраполяции. Удобно также использовать график, приведенный на рис. 41. Приведенные данные по определению угла пружинения дают только приближенные зна­ чения. Ьолее точная величина устанавливается опытным путем.

итметим, что пружинение увеличивается с повышением механи­ ческих свойств материала трубы; снижается с увеличением кривизны,

L 6' с Уменьшением радиуса изгиба, при одних и тех же углах изгиоа, возрастает с увеличением угла изгиба.

6 8

Из рис. 28 видно, что вследствие пружинения радиус погиба R возрос до Ri, значение последнего можно вычислить по формуле

а величину изменения радиуса погиба после пружинения — по урав­ нению

Д /?'= / ? , - / ? = 7 ? ^ - .

Таким образом, радиус погиба, заданный шаблоном, картой за­ меров или чертежом, может быть получен при использовании гибоч­ ного диска, радиус которого меньше заданного на величину AR'.

Трубогибочные станки. Холодная гибка труб производится на станках, работающих, как правило, по принципу наматывания трубы На гибочный диск. По виду привода станки можно подразделить на электромеханические, электрогидравлические и пневматические; по способу управления — с ручным и программным управлением.

Из отечественных широко применяются станки марок ИО-Ю, ИО-13 (электромеханический привод и ручное управление), СТГ-1м, СТГ-2, СТГ-3 (электрогидравлический привод и ручное управление), СТГП-2, СТГП-3 (электрогидравлический привод и программное управление). Из зарубежных используются станки типа «Вольман», «Максимум», «Климакс», «Хильгерс» и др.

Трубогибочный станок ИО-13 показан на рис. 29.

В число основных узлов станка входят электродвигатель, корпус, редуктор (коробка скоростей) и направляющая балка.

Редуктор, размещенный в корпусе 3 станка, передает вращение от электродвигателя 4 планшайбе 2, расположенной в верхней части корпуса. Радиальные ребра на планшайбе служат поводками для гибочного диска, установленного на ней и центрирующегося верти­ кальным шпинделем. В направляющей балке 16 коробчатого сечения находятся ползун, сменные вкладыши которого воспринимают нор­ мальное давление, возникающее при гибке, и штанга 6 с калибрую­ щей пробкой. Конструкция крепления балки к приливу 5 обеспечи-

69