СПОСОБ ПРЕССОВАНИЯ СЛИТКОВ Российский патент 1996 года по МПК B21C23/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а более точно к способам прессования составных по толщине слитков, с целью получения труб с плакированной поверхностью.

Интенсификация существующих технологических процессов, например, в нефтедобывающем и нефтехимическом производстве невозможна без использования труб с повышенными антикоррозионными, прочностными и иными эксплуатационными свойствами. Эффективное обеспечение последних возможно только на многослойных изделиях, например, плакированных трубах. Вместе с тем, производство высококачественных плакированных труб горячей деформацией сопряжено с необходимостью сохранения физико-механических свойств каждого металла и прочной их сварки.

Известен способ прессования составных по толщине слитков, полученных кристаллизацией плакирующего металла относительно боковой поверхности втулки из плакируемого металла в процессе полунепрерывного литья, при котором слиток нагревают, размещают на игле, устанавливают в контейнер и прикладывают к его торцу осевое сжимающее усилие [1]
К недостаткам известного способа следует отнести: высокую трудоемкость получения составных слитков литьем из-за необходимости обеспечения соответствующего качества боковой поверхности втулки из плакируемого металла; применение специальных кристаллизаторов, поскольку используются относительно короткие втулки из плакируемого металла; сравнительно небольшой выход годного; повышенная стоимость плакированных труб вследствие необходимости механической обработки внешней поверхности составных слитков.

Известен также способ прессования слитков, преимущественно с продольной слоистостью, содержащих две размещенные друг в друге заготовки, внешняя из которых выполнена, например, из более прочного материала, при котором слиток нагревают, устанавливают на игле с последующим прессованием через коническую матрицу, путем его размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к торцу [2]
Известный способ характеризуется следующими недостатками:
большой разнотолщинностью плакирующего материала по длине трубы в связи с отсутствием предварительной сварки обрабатываемых материалов перед их совместным деформированием;
весьма низким коэффициентом выхода годного, так как возникает необходимость отделения большого по длине выходного конца трубы;
сравнительно небольшая производительность технологического процесса прессования из-за малой скорости деформирования.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в обеспечении требуемого качества плакированных труб (минимальная разнотолщинность плакирующего слоя, высококачественная сварка обрабатываемых материалов, повышенные коррозионные свойства труб и т.д.) при высоком выходе годного.

Это достигается тем, что слиток с продольной слоистостью, содержащий две размещенные друг в друге заготовки, внешняя из которых выполнена, например, из более прочного материала, нагревают, устанавливают на игле с последующим прессованием через коническую матрицу путем его размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к торцу слитка, согласно изобретению, слиток формируют из разновеликих заготовок с образованием полости на одном из его торцов, при установке слитка на игле полость располагают со стороны матрицы, а процесс прессования осуществляют с переменной скоростью деформирования, первоначально прикладывая осевое сжимающее усилие только к заготовке из более прочного материала, с обеспечением сварки обрабатываемых материалов и прессования трубы из более прочного материала, после чего осуществляют совместное деформирование заготовок со скоростью, превышающей первоначальную.

Осуществление способа прессования составных по толщине слитков позволяет обеспечить требуемое качество плакированных труб (геометрических размеров, а также качество сварки плакирующего и плакируемого материалов) при высоком коэффициенте выхода годного.

Это объясняется тем, что параметры сварки обрабатываемых материалов, а именно величина радиального давления и время выдержки свариваемых материалов при заданной величине давления в условиях выбора рационального температурно-скоростного интервала деформирования, позволяют обеспечить качественную сварку обрабатываемых материалов в контейнере перед их совместным деформированием. При этом управляемость технологическими параметрами процесса прессования составных слитков достигается путем выбора оптимальной длины заготовки из более прочного материала и ее превышение над длиной заготовки из плакирующего материала. В результате первоначальное приложение деформирующего усилия только к заготовке из более прочного материала обуславливает процесс получения трубы методом прессования из монометалла. За время этого этапа прессования плакирующий материал приваривается к внутренней поверхности заготовки из более прочного материала. Кроме того, такое последовательное прессование: труба из монометалла плакированная труба устраняет какую-либо возможность перемещения заготовки из плакирующего материала относительно заготовки из более прочного материала. Повышение выхода годного гарантируется большей длиной прессованной трубы при стандартных длинах, отрезаемых от выходного и утяжинного концов трубы. Переменная скорость деформирования при прессовании приводит к повышенной производительности нового техпроцесса.

На фиг. 1 изображено исходное положение заготовок и инструмента перед фиксированием заготовки из плакирующего материала в заготовке из более прочного материала;
на фиг. 2 составной слиток с полостью на одном из его торцов;
на фиг. 3 исходное положение составного слитка, размещенного на игле, в контейнере и ограниченного с одной стороны конической матрицей, а с другой стороны пресс-шайбой;
на фиг. 4 начальная стадия деформирования заготовки из более прочного материала, при котором реализуются начальные параметры сварки (давление Р₁; время τ₁);
на фиг. 5 стадия прессования трубы из более прочного материала с фиксированием заготовки из плакирующего материала от осевого перемещения и повышении параметров сварки до давления P₂ и времени τ₂;
на фиг. 6 совместное деформирование обрабатываемых материалов в процессе прессования с получением трубы, имеющей внутреннюю плакировку;
на фиг. 7 отпрессованная труба, подлежащая разделению.

Вариант осуществления предлагаемого к рассмотрению способа прессования слитков состоит в следующем.

Предварительно осуществляют сборку составного слитка, выполняя следующие операции (см. фиг. 1). В заготовке 1 из прочного материала, например, алюминиевого сплава Д16, имеющего геометрические размеры: внешний диаметр - D₀; внутренний диаметр d₀; длину L, со стороны одного из его торцов, выполняют резанием углубление диаметром D и глубиной h. Заготовку 2 из плакирующего материала, например, алюминия марки АДО с геометрическими размерами: внешним диаметром D₁ (⊘D₁< ⊘d_o), внутренним диаметром d₁ и длиной l устанавливают в отверстие заготовки 1, используя вкладыш 3, таким образом, чтобы в дальнейшем была сформирована полость длиной l₁ и диаметром d₀. Длина l заготовки 2 в этом случае гарантирует выступание ее торца над торцом заготовки 1 (со стороны углубления в заготовке 1) на величину Н. В последующем, разметив в отверстии заготовки 2 ступенчатый пуансон 4 и прикладывая осевое сжимающее усилие к торцу последнего, выполняют осадку заготовки 2 и заполнение ее материалом свободного объема углубления в заготовке 1 (фиг. 2). Перед осуществлением процесса сборки заготовок их контактирующие поверхности подвергают соответствующей обработке с целью очищения от масляных пленок, незначительных дефектов и т.п. Кроме того, из слитка удаляют вкладыши 3. Далее составной слиток (фиг. 2) нагревают до температуры прессования АДО в индукционной печи, после чего его размещают на игле 5, условно показанной неподвижной, и устанавливают в контейнере 6, содержащем на одном из торцов закрепленную коническую матрицу 7. Необходимо подчеркнуть, что слиток устанавливают на игле 5 так, чтобы его полость была обращена к матрице 5. Осевое сжимающее усилие от пресс-штемпеля сообщают слитку через пресс-шайбу 8 (фиг. 3). Приложение осевого сжимающего усилия P со скоростью V первоначально только к заготовке 1 приводит к реализации процесса прессования трубы из монометалла (более прочного материала) (фиг. 4). Одновременно на контактной поверхности двух заготовок 1 и 2 создают начальное радиальное давление Р₁ с продолжительностью воздействия τ₁.. Таким образом, уже начальная стадия прессования трубы из монометалла обеспечивает удаление воздуха из свободного объема, определяемого геометрическими размерами зазора между заготовками 1 и 2 (фиг. 4). Установившийся процесс прессования трубы из монометалла характеризуется увеличенным по отношению к Р₁ давлением, а именно Р₂>Р₁, и продолжительностью воздействия этого давления Р₂ на контактирующей поверхности, т. е. τ₂ > τ₁ (фиг. 5). В результате к моменту совместного деформирования обрабатываемых материалов имеет место качественная сварка материала заготовки 2 с материалом заготовки 1. Последнее позволяет повысить скорость деформирования с величины V до величины V₁, обеспечивая повышенную производительность (фиг. 6). После окончания процесса прессования и отрезки стандартных длин со стороны выходного и утяжинного концов труба разрезается по границе раздела моно и плакированной трубы (фиг. 7).

Опытно-промышленная проверка разработанного способа проводилась при прессовании плакированных алюминием АДО труб из алюминиевого сплава Д16. Заготовки имели следующие геометрические размеры:
из сплава Д16 внешний диаметр D₀ 145 мм;
внутренний диаметр d_o 30 мм;
диаметр углубления D₁ 44 мм;
глубину углубления h 5,0 мм;
длину L 100 мм;
из алюминия марки АДО внешний диаметр D₁ 29,5 мм;
внутренний диаметр d₁ 26,0 мм;
длину l 92 мм.

Сборку слитков проводили на гидравлическом прессе ПСУ-250 с усилием, равным 80 кН. Для удаления воздуха в зазоре между заготовками осуществляли раздачу заготовки из АДО с помощью дорна, имевшего диаметр 26,4 мм. В слитках формировали полость глубиной l₁ 30 мм и диаметром, равным d₀ 30,0 мм. Подготовка контактируемых поверхностей заготовок проводилась по известной технологии (см. прототип). Нагрев слитков осуществлялся в индукционной печи до температуры Т 380^oС. Прессование осуществлялось прямым методом с подвижной иглой 5 через коническую матрицу 7 (угол конусности 150^o) с диаметром отверстия, равным 32,0 мм, на горизонтальном гидравлическом прессе, развивающем максимальное усилие в 16 МН. Диаметр иглы составлял 24,0 мм. Усилие прессования трубы из сплава Д16 на стадии установившегося процесса составляло в пределах 9 10 МН и обеспечивало качественную сварку обрабатываемых материалов. Время прессования 1,8 2,0 мин при скорости прессования 0,6 1,0 м/мин. Прессование плакированной трубы выполняли при скорости 1,1 м/мин. Было отпрессовано 10 метров плакированных труб с поперечным сечением 32 х 4,0 мм. Металлографическими исследованиями, проводимыми на образцах, отрезанных через каждые 200 мм длины трубы, была установлена разнотолщинность плакированного слоя в пределах 12 20% что вполне соответствовало техническим требованиям на производство данной продукции. Коррозионные испытания выявили повышение коррозионной стойкости труб не менее чем на 3 балла. Изобретение может быть использовано при получении нефтепроводных труб, труб для пищевой промышленности и т.д.

Сущность: способ прессования слитков, преимущественно с продольной слоистостью, содержащих две размещенные друг в друге заготовки, внешняя из которых выполнена, например, из более прочного материала, при котором слиток нагревают, устанавливают на игле с последующим прессованием через коническую матрицу путем его размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к торцу слитка. Слиток формируют из разновеликих заготовок с образованием полости на одном из его торцов. При установке слитка на игле полость располагают со стороны матрицы. Процесс прессования осуществляют с переменной скоростью деформирования, первоначально прикладывая осевое сжимающее усилие только к заготовке из более прочного материала, с обеспечением сварки обрабатываемых материалов и прессования трубы из более прочного материала, после чего осуществляют совместное деформирование заготовок со скоростью, превышающей первоначальную. 7 ил.

Способ прессования слитков преимущественно с продольной слоистостью, содержащих две размещенных друг в друге заготовки, внешняя из которых выполнена, например, из более прочного материала, при котором слиток нагревают, устанавливают на игле с последующим прессованием через коническую матрицу путем его размещения в контейнере и приложения осевого сжимающего усилия к торцу слитка, отличающийся тем, что слиток формируют из разновеликих заготовок с образованием полости на одном из его торцов, при установке слитка на игле полость располагают со стороны матрицы, а процесс прессования осуществляют с переменной скоростью деформирования, первоначально прикладывая осевое сжимающее усилие только к заготовке из более прочного материала с обеспечением сварки обрабатываемых материалов и прессования трубы из более прочного материала, после чего осуществляют совместное деформирование заготовок со скоростью, превышающей первоначальную.