способ формообразования полых деталей с отводами

Формула изобретения

Способ формообразования полых деталей с отводами, включающий формовку отвода путем направления материала трубной заготовки овального поперечного сечения в зону получаемого отвода за счет одновременного осевого обжима формующими усилиями, приложенными к торцам трубной заготовки, и поперечного обжима трубной заготовки формующими усилиями, приложенными к боковой поверхности при воздействии внутреннего давления наполнителя, отличающийся тем, что при формовке отвода трубную заготовку ориентируют большой осью овального поперечного сечения в направлении зоны получаемого отвода, формующие усилия осевого и поперечного обжима создают встречным движением пуансонов под углом к продольной оси трубной заготовки, отличным от прямого, с обеспечением поворота ее торцевых поперечных сечений для направления движения материала трубчатой заготовки, расположенного между формующими пуансонами в зону получаемого отвода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам формообразования полых изделий с отводами из трубных заготовок.

Известен способ формообразования полых деталей, включающий формование детали из трубной заготовки путем силового воздействия на боковую поверхность последней, где перед формованием трубную заготовку сплющивают до придания ей эллипсообразного поперечного сечения, величина меньшей оси которого не превосходит диаметра меньшего отвода готовой детали, а после формования при необходимости калибруют боковую поверхность и отводы готовой детали (описание к патенту № 2254190, МПК⁷ В21С 37/28, авт. Голуб В.В., Егоров В.Г., Невструев Ю.А. с приоритетом от 22.12.03, опубл. 20.06.05, Бюл. № 17, аналог). Сплющивание трубной заготовки до придания ей эллипсообразного поперечного сечения способствует сосредоточению избыточного объема материала в зоне интенсивного пластического формоизменения, а в результате последующего силового воздействия на боковую поверхность трубной заготовки материал перемещается в отвод тройника или раздаваемую часть переходника по кратчайшему пути с наименьшим перегибом и утонением. Однако при получении полых деталей с отводами с увеличенной длиной основной трубы эллипсообразное поперечное сечение сосредотачивает в себе настолько избыточные объемы материала по всей длине трубной заготовки, что при поперечном обжиме боковой поверхности последней наблюдается существенное (до 30-50%) утолщение стенки в периферийных участках, удаленных от зоны интенсивного пластического формоизменения. В результате готовая деталь имеет разнотолщинность, препятствующую последующему применению автоматической сварки при сборке ее в трассу трубопровода.

Известен способ гидравлической штамповки полых деталей с отводами, включающий операции заполнения внутренней полости трубной заготовки, имеющей овальное поперечное сечение, жидкостью высокого давления, вытяжки отводов и осевого обжима заготовки, где одновременно с осевым обжимом осуществляют поперечный обжим заготовки (описание к а.с. № 526412 СССР, МПК² В21С 37/29, авт. Кобышев А.Н., Белостоцкий Ю.Г. с приоритетом от 06.01.75, опубл. 30.08.76, Бюл. № 32, прототип). С применением известного способа получают полые детали с достаточно большой высотой отводов без увеличения длины трубной заготовки за счет перераспределения объемов формуемого материала при овализации трубной заготовки и ее поперечном обжиме. Однако приложение осевых сжимающих усилий в ходе обжима трубной заготовки по всему периметру поперечного сечения приводит к чрезмерному утолщению в зонах полой детали, противолежащих отводам. Кроме того, за счет сил контактного трения, возникающих между наружной поверхностью трубной заготовки при ее осевом и поперечном обжиме и стенками матрицы, происходит недопустимое утонение материала в средней и цилиндрической части формуемых отводов. Возникновение данных браковочных признаков не позволяет применить известный способ для изготовления полых деталей с отводами тонкостенного трубопровода.

Технический результат: повышение качества готовых полых деталей за счет дополнительного перераспределения избыточных объемов материала и минимизации сил контактного трения между стенками трубной заготовки и штамповым инструментом.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе формообразования полых деталей, включающем формовку отвода путем направления материала трубной заготовки овального поперечного сечения в зону получаемого отвода за счет одновременного осевого обжима формующими усилиями, приложенными к торцам трубной заготовки, и поперечного обжима трубной заготовки формующими усилиями, приложенными к боковой поверхности при воздействии внутреннего давления наполнителя, при формовке отвода трубную заготовку ориентируют большой осью овального поперечного сечения в направлении зоны получаемого отвода, формующие усилия осевого и поперечного обжима создают встречным движением пуансонов под углом к продольной оси трубной заготовки, отличным от прямого, с обеспечением поворота ее торцевых поперечных сечений для направления движения материала трубной заготовки, расположенного между формующими пуансонами, в зону получаемого отвода.

Дополнительное перераспределение избыточных объемов материала трубной заготовки, полученных за счет овализации поперечного сечения, достигается за счет того, что формующие пуансоны движутся навстречу друг другу под непрямым углом к продольной оси трубной заготовки. При этом в процессе пластического формоизменения возникают деформации сдвига в объеме основной трубы. Поперечные сечения трубной заготовки поворачиваются, способствуя тем самым перераспределению материала между зоной получаемого отвода и прилежащими к ней периферийными участками. Благодаря повороту сечений избыточные объемы направляются в формуемый отвод, способствуя как равномерности пластической деформации, так и повышению предельных возможностей формоизменения. Поперечное сечение основной трубы к конечному моменту формообразования становится круглым именно благодаря развитым деформациям сдвига. Повышению равномерности пластической деформации способствует и осевой обжим формующими пуансонами только материала, расположенного со стороны формуемого отвода. Таким образом удается избежать утолщения основной трубы в зоне, противолежащей отводу. При этом материал трубной заготовки, расположенный между формующими пуансонами, направляют в зону формуемого отвода с минимальным проскальзыванием относительно формующих пуансонов и стенок матрицы штампа. Имеет место простой перенос материала в зону получаемого отвода, при котором силы контактного трения между трубной заготовкой и штамповым инструментом минимальны, а в плоскости, содержащей большую ось овала поперечного сечения, - вообще равны нулю. В результате удается избежать неконтролируемого утонения стенок формуемого отвода, что способствует повышению качества готовых полых деталей.

На фиг.1 изображено сплющивание трубной заготовки перед формообразованием до придания ей поперечного сечения в виде овала;

на фиг.2 - схема силового воздействия на трубную заготовку в процессе формообразования готовой полой детали;

на фиг.3 - формообразование готовой полой детали в виде неравнопроходного тройника из предварительно сплющенной трубной заготовки;

на фиг.4 - разрез по А-А фиг.3;

на фиг.5 - схема силового воздействия на неравнопроходный тройник при его калибровке;

на фиг.6 - калибровка неравнопроходного тройника в калибровочном штампе;

на фиг.7 - формообразование готовой полой детали в виде полуфабриката переходника из предварительно сплющенной трубной заготовки;

на фиг.8 - разрез по В-В фиг.7;

на фиг.9 - схема силового воздействия на готовую деталь в виде полуфабриката переходника при его калибровке.

Способ осуществляют следующим образом. Перед формованием сплющивают трубную заготовку 1 до придания ей овального поперечного сечения 2. Устанавливают сплющенную трубную заготовку 1 с наполнителем 3 в ручей 4 штампа 5 так, чтобы большая ось 6 овального поперечного сечения 2 была ориентирована в зону развитых пластических деформаций, т.е. в зону 7 получаемого отвода 8. Материал 9 трубной заготовки 1, расположенный между формующими пуансонами 10, 11 со стороны формуемого отвода, направляют в зону 7 получаемого отвода 8 за счет встречного движения формующих пуансонов 10, 11 под углом к продольной оси 12 трубной заготовки 1. При этом одновременно прикладывается усилие поперечного обжима Р на боковую поверхность 13 трубной заготовки 1 и формующее усилие осевого обжима P ₁ на торцы 14, 15 трубной заготовки 1 со стороны получаемого отвода 8. За счет этого поперечные сечения 16, 17 трубной заготовки 1 поворачиваются и материал 9 направляется в формуемый отвод 8 при минимальном проскальзывании относительно формующих пуансонов 10, 11 и ручья 4 штампа 5. При этом в плоскости, содержащей большую ось 6 овального поперечного сечения 2, силы контактного трения будут равны нулю. При необходимости калибруют боковую поверхность 18 основной трубы 19 и получаемый отвод 8 готовой полой детали 20 одновременным приложением калибрующего усилия P₂ и внутреннего давления q в калибровочном штампе 21.

Пример 1. Из трубной заготовки 1 с наружным диаметром 60 мм, с толщиной стенки 1,0 мм и длиной 190 мм из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т формуют готовую полую деталь 20 в виде неравнопроходного тройника диаметром 50 мм, с толщиной стенки 1,0 мм, диаметром отвода d=32 мм и высотой отвода 10 мм. Для этого в специальном приспособлении, устанавливаемом на пресс П6324Б (на чертеже не показано), перед формованием сплющивали трубную заготовку 1 диаметром 60 мм до придания ей овального поперечного сечения 2, большая ось 6 которого равнялась 78 мм. Предварительно сплющенная трубная заготовка 1 с овальным поперечным сечением 2 заполнялась наполнителем 3 в виде сплава Bуда и после его затвердевания устанавливалась в ручей 4 штампа 5 так, чтобы большая ось 6 овального поперечного сечения 2 была ориентирована в зону 7 получаемого отвода 8. Формовали готовую полую деталь 20 с длиной основной трубы 19, равной 170 мм, в виде неравнопроходного тройника путем одновременного поперечного обжима усилием Р=215 кН боковой поверхности 13 трубной заготовки 1 и осевого обжима усилием P₁=150 кН торцов 14, 15 трубной заготовки 1 за счет встречного движения формующих пуансонов 10, 11 под углом =75° к продольной оси 12 трубной заготовки 1.

По окончании процесса формообразования получаемый отвод 8 готовой полой детали 20 в виде неравнопроходного тройника имел круглое поперечное сечение, а боковая поверхность 18 основной трубы 19 готовой полой детали 20 получила плоскую огранку. Для устранения последней помещали готовую полую деталь 20 в калибровочный штамп 21 и одновременно прикладывали калибрующее усилие Р₂ =350 кН с внутренним давлением наполнителя 3 q=8 кН/см² . Боковая поверхность 18 основной трубы 19 отштампованного неравнопроходного тройника имела круглую форму поперечного сечения. Максимальное утолщение материала в зоне, противолежащей отводу, составило 6%, а утонение в получаемом отводе 8 отсутствовало. Таким образом, готовая полая деталь 20 имела минимальную разнотолщинность, высоту отвода, достаточную для последующего применения автоматической сварки, что свидетельствует о ее высоком качестве.

Пример 2. Из трубной заготовки 1 с наружным диаметром 60 мм, с толщиной стенки 1,0 мм и длиной 200 мм из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т штампуют полуфабрикат переходника с диаметром получаемого отвода 8, равным 50 мм, диаметром основной трубы 19-32 мм и толщиной стенки 1,0 мм. Для этого в специальном приспособлении, устанавливаемом на прессе П6324Б (на чертеже не показано), сплющивали трубную заготовку 1 диаметром 60 мм до придания ей овального поперечного сечения 2, большая ось 6 которого равнялась 78 мм. Предварительно сплющенная трубная заготовка 1 с овальным поперечным сечением 2 заполнялась наполнителем 3 в виде сплава Вуда и после его затвердевания устанавливались в ручей 4 штампа 5 так, чтобы большая ось 6 овального поперечного сечения 2 была ориентирована в сторону зоны 7 получаемого отвода 8. Формовали готовую полую деталь 20 в виде полуфабриката переходника путем одновременного приложения усилия поперечного обжима Р=230 кН на боковую поверхность 13 трубной заготовки 1 и усилия осевого обжима P₁=160 кН на торцы 14, 15 трубной заготовки 1 за счет встречного движения формующих пуансонов 10, 11 под углом =75° к продольной оси 12 трубной заготовки 1.

По окончании процесса формообразования основная труба 19 готовой полой детали 20 в виде полуфабриката переходника имела круглое поперечное сечение диаметром d=32 мм, а полученный отвод 8 получил плоскую огранку. Для устранения последней помещали готовую полую деталь 20 в виде полуфабриката переходника в калибровочный штамп (на чертеже не показан) и прикладывали калибрующее внутреннее давление наполнителя 3 q=17 кН/см². Отштампованный полуфабрикат переходника разрезали перпендикулярно продольной оси 12 на два одинаковых переходника. Максимальное утонение переходника в полученном отводе 8 составило 6%. Таким образом, переходники имеют минимальную разнотолщинность, что свидетельствует об их высоком качестве, что позволяет существенно (на 25-30%) повысить ресурс трубопроводных магистралей, при монтаже которых подобные полые детали будут применяться.