Патент на изобретение №2378070

(54) СПОСОБ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ С ОТВОДАМИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам формообразования полых изделий из трубных заготовок. Способ включает сплющивание трубной заготовки до придания ей эллипсообразного поперечного сечения, величина меньшей оси которого не превосходит диаметра меньшего отвода готовой полой детали. Осуществляют силовое воздействие на боковую поверхность трубной заготовки с одновременным приложением внутреннего давления наполнителя. При необходимости проводят калибровку боковой поверхности и отводов готовой полой детали. Смещаемый объем наполнителя в процессе силового воздействия на боковую поверхность трубной заготовки направляют в полости. Полости выполнены в наполнителе в зонах трубной заготовки, отстоящих от продольных осей отводов на расстояния, большие радиусов отводов готовой полой детали. Изобретение обеспечивает повышение качества и снижение себестоимости штампуемых полых деталей с отводами за счет удаления избыточных объемов наполнителя. 8 ил.

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

Известен способ формообразования полых деталей с отводами, приведенный в описании к «Наполнителю трубных заготовок для формообразования полых деталей с отводами» (патент РФ 2279327, МПК⁷ В21С 37/29, B21D 22/10, авторы Голуб В.В., Егоров В.Г., Невструев Ю.А., Давыдов О.Ю., заявл. 20.12.04, опубл. 10.07.06, Бюл. 19, аналог), в котором в ходе осадки трубной заготовки с наполнителем удаляют избыточный объем эластичного наполнителя из формуемого отвода кратчайшим путем для стабилизации давления в отводе тройника. В результате повышается качество штампуемых полых деталей с отводом. Недостатком способа является невозможность получения тройников с несколькими отводами из-за разрывов материала на готовых изделиях, являющихся следствием чрезмерных сил трения металла о стенки матрицы при его перемещении от торцов трубной заготовки в отвод. Для реализации способа необходимо специализированное оборудование.

Известен способ формообразования полых деталей (патент РФ 2254190, МПК⁷ В21С 37/28, авторы Егоров В.Г., Голуб В.В., Невструев Ю.А., заявлено 22.12.03, опубл. 20.06.05. – Бюл. 17, прототип), включающий сплющивание трубной заготовки до придания ей эллипсообразного поперечного сечения, величина меньшей оси которого не превосходит диаметра меньшего отвода готовой детали, формование полой детали из трубной заготовки путем силового воздействия на боковую поверхность последней с одновременным приложением внутреннего давления наполнителя, калибровку боковой поверхности и отводов готовой полой детали. Известный способ обеспечивает проведение процесса формования с направленным перемещением материала трубной заготовки в пластическую зону кратчайшим путем. За счет этого повышается качество изготовления полых деталей и появляется возможность формообразования тройников с несколькими отводами с увеличенной высотой.

Объем наполнителя в зонах трубной заготовки с эллипсообразным поперечным сечением, противолежащих штампуемым отводам, достаточен для заполнения штампуемых отводов. В то же время в зонах трубной заготовки с эллипсообразным поперечным сечением, отстоящих от продольных осей отводов на расстояния, большие радиусов отводов готовой полой детали, имеется избыток наполнителя. Недостаток: избыток наполнителя, образующийся в процессе силового воздействия на боковую поверхность трубной заготовки приводит к неконтролируемому росту внутреннего давления и, как следствие, к разрыву штампуемых отводов. Для стабилизации давления наполнителя необходимо применять специальную штамповую оснастку для каждого типоразмера формуемых полых деталей с отводами. Технический результат: повышение качества штампуемых полых деталей с отводами за счет удаления избыточных объемов наполнителя, снижение себестоимости готовых полых деталей за счет упрощения конструкции штамповой оснастки.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном способе формообразования полых деталей с отводами, включающем сплющивание трубной заготовки до придания ей эллипсообразного поперечного сечения, величина меньшей оси которого не превосходит диаметра меньшего отвода готовой полой детали, формование полой детали из трубной заготовки путем силового воздействия на боковую поверхность последней с одновременным приложением внутреннего давления наполнителя, калибровку, при необходимости, боковой поверхности и отводов готовой полой детали, смещаемый объем наполнителя в процессе силового воздействия на боковую поверхность трубной заготовки направляют в полости, выполненные в наполнителе в зонах трубной заготовки, отстоящих от продольных осей отводов на расстояния, большие радиусов отводов готовой полой детали, причем суммарный объем полостей определяют из зависимости

где S₁ – площадь наибольшего продольного сечения трубной заготовки с наполнителем, перпендикулярного направлению силового воздействия на боковую поверхность трубной заготовки;

S₂ – площадь поперечного сечения отвода с наполнителем;

h – величина осадки боковой поверхности трубной заготовки;

n – количество отводов в готовой полой детали.

В соответствии с заявляемым способом смещаемый объем наполнителя направляется по кратчайшему пути в полости, выполненные в наполнителе в тех зонах, где мог бы образоваться избыток наполнителя в процессе силового воздействия на боковую поверхность трубной заготовки. Речь идет о зонах трубной заготовки, отстоящих от продольных осей отводов на расстояния, большие радиусов отводов готовой полой детали. Объем наполнителя в зонах трубной заготовки, противолежащих штампуемым отводам, соответствует объему штампуемых отводов. Поэтому здесь нет смысла выполнять полости. Суммарный объем полостей V_пол. в 1,0÷1,3 раза превышает смещаемый объем наполнителя.

то может образоваться в процессе штамповки полой детали избыток наполнителя, который направится в отвод и вызовет его разрушение. При

доля полостей в общем объеме наполнителя возрастет настолько, что при воздействии на боковую поверхность трубной заготовки произойдет смятие наполнителя и из-за недостаточного внутреннего давления образуются продольные гофры на трубной заготовке, являющиеся браковочным признаком. Таким образом, формула

является расчетно-экспериментальной. С ее помощью можно рассчитать оптимальный объем полостей в наполнителе, который обеспечит качественное формообразование полых деталей каждого типоразмера. При этом отпадает необходимость изготовления специальных полостей в штампах для отвода наполнителя. Тем самым удешевляется штамповая оснастка и снижается себестоимость готовых полых деталей.

На фиг.1 показано сплющивание трубной заготовки перед формообразованием до придания ей эллипсообразного поперечного сечения;

на фиг.2 – трубная заготовка с эллипсообразным поперечным сечением;

на фиг.3 – трубная заготовка с наполнителем, в котором выполнены полости;

на фиг.4 – формообразование в штампе полой детали с отводами из предварительно сплющенной трубной заготовки с наполнителем;

на фиг.5 – разрез по А-А фиг.4;

на фиг.6 – отформованная полая деталь с отводами с наполнителем, внутри которого имеются незаполненные полости;

на фиг.7 – схема силового воздействия на готовую полую деталь при ее калибровке;

на фиг.8 – калибровка готовой полой детали в калибровочном штампе.

Способ осуществляют следующим образом. Сплющивают трубную заготовку 1 до придания ей эллипсообразного сечения 2, величина меньшей оси 3 которого не превосходит диаметра d отводов 4 готовой полой детали 5. В трубной заготовке 1 размещают наполнитель 6 с полостями 7, суммарный объем V_пол. которых определяют из зависимости

где S₁ – площадь наибольшего продольного сечения 8 трубной заготовки 1 с наполнителем 6, перпендикулярного направлению силового воздействия на боковую поверхность 9 трубной заготовки 1;

S₂ – площадь поперечного сечения 10 отводов 4 с наполнителем 6;

h – величина осадки боковой поверхности 9 трубной заготовки 1;

n – количество отводов 4 в готовой полой детали 5.

Полости 7 расположены в зонах 11 трубной заготовки 1, отстоящих от продольных осей 12 отводов 4 на расстояния, большие радиусов r отводов 4 готовой полой детали 5.

Устанавливают сплющенную трубную заготовку 1 с эллипсообразным поперечным сечением 2 и наполнителем 6 в ручей 13 штампа 14 так, чтобы большая ось 15 эллипсообразного поперечного сечения 2 была ориентирована в зону развитых пластических деформаций, т.е. в сторону штампуемых отводов 4. Путем приложения усилия Р осаживают боковую поверхность 9 трубной заготовки 1 на величину h (на чертеже не показана), формуя тем самым готовую полую деталь 5. По окончании процесса формообразования извлекают готовую полую деталь 5 из штампа 14 и удаляют из нее наполнитель 6 с незаполненными полостями 16. Готовая полая деталь 5 может иметь плоскую огранку 17 в местах контакта со стенками 18 штампа 14. При необходимости калибруют боковую поверхность 19 и отвод 4 готовой полой детали 5 одновременным приложением калибрующего усилия P₁ и внутреннего давления q в калибровочном штампе 20.

Пример. Из трубной заготовки 1 наружным диаметром 104 мм с толщиной стенки 1,0 мм и длиной 90 мм из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т формуют неравнопроходный тройник диаметром 90 мм, с толщиной стенки 1,0 мм, с диаметром отвода d=50 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 104 мм до придания ей эллипсообразного поперечного сечения 2, большая ось 15 которого равнялась 134 мм, а меньшая ось 3-50 мм. Предварительно сплющенная трубная заготовка 1 с эллипсообразным поперечным сечением 2 заполнялась наполнителем 6 (сплавом Вуда). После затвердевания наполнителя 6 в зонах 11 трубной заготовки 1, отстоящих на расстояния 27 мм от продольной оси 12 отвода 4, выполняли сверлением полости 7, суммарный объем V_пол. которых определялся как

где S₁ – 90·50=4500 мм² – площадь наибольшего продольного сечения 8 трубной заготовки 1 с наполнителем 6, перпендикулярного направлению силового воздействия на боковую поверхность 9 трубной заготовки 1;

– площадь поперечного сечения 10 отвода 4 с наполнителем 6;

h=21 мм – величина осадки боковой поверхности 9 трубной заготовки 1;

n=1 – количество отводов 4 в готовой полой детали 5.

Таким образом, V_пол.=1,15(4500-1963)·21=61269 мм³. Полости 7 выполнялись в виде шести глухих отверстий (по три отверстия на каждом из торцов трубной заготовки 1 с наполнителем 6 диаметром 27 мм и глубиной 18 мм.

Трубную заготовку 1 с наполнителем 6, в котором были выполнены полости 7, устанавливают в ручей 13 штампа 14 так, чтобы большая ось 15 эллипсообразного поперечного сечения 2 была ориентирована в зону развитых пластических деформаций, т.е. в сторону штампуемого отвода 4. Формовали готовую полую деталь 5 в виде тройника путем приложения воздействия усилием Р=320 кН на боковую поверхность 9 трубной заготовки 1, осаживая ее на величину h=21 мм.

По окончании процесса формообразования отвод 4 готовой полой детали 5 имел круглое поперечное сечение, а боковая поверхность 19 готовой полой детали 5 получила плоскую огранку 17. Для устранения последней помещали готовую полую деталь 5 с наполнителем 6 в калибровочный штамп 20 и одновременно прикладывали калибрующее усилие P₁=550 кН с внутренним давлением наполнителя q=12 кН/см².

Боковая поверхность 19 отштампованного неравнопроходного тройника имела круглую форму поперечного сечения. Максимальное утолщение материала в зоне, противолежащей отводу 4, составило 11%, а утонение в вершине отвода 4-5%. Таким образом, неравнопроходный тройник имел минимальную разнотолщинность, высоту отвода, достаточную для последующего применения автоматической сварки, что свидетельствует о его высоком качестве. Штампы 14, 20 просты в изготовлении, что снижает себестоимость штамповки готовых полых деталей 5.

Формула изобретения

Способ формообразования полых деталей с отводами, включающий сплющивание трубной заготовки до придания ей эллипсообразного поперечного сечения, величина меньшей оси которого не превосходит диаметра меньшего отвода готовой полой детали, силовое воздействий на боковую поверхность трубной заготовки с одновременным приложением внутреннего давления наполнителя, калибровку при необходимости боковой поверхности и отводов готовой полой детали, отличающийся тем, что смещаемый объем наполнителя в процессе силового воздействия на боковую поверхность трубной заготовки направляют в полости, выполненные в наполнителе в зонах трубной заготовки, отстоящих от продольных осей отводов на расстояния, большие радиусов отводов готовой полой детали, причем суммарный объем полостей определяют из зависимости

где S₁ – площадь наибольшего продольного сечения трубной заготовки с наполнителем, перпендикулярного направлению силового воздействия на боковую поверхность трубной заготовки, мм²;
S₂ – площадь поперечного сечения отвода с наполнителем, мм²;
h – величина осадки боковой поверхности трубной заготовки, мм;
n – количество отводов в готовой полой детали.

РИСУНКИ