СПОСОБ ПЛАКИРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K20/00 B21C23/22 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки.

Известны эксплуатационные преимущества плакированных изделий, например нефтепромысловых туб с внутренней плакировкой.

Рациональной технологией здесь является технология плакирования заготовок (слитков) с последующим их прессованием. Вместе с тем весьма важным требованием, предъявляемым к технологическому процессу плакирования, является требование по обеспечению условий (степень деформации плакирующего материала, величина радиального давления, наличие сдвиговых деформаций на контактной поверхности плакирующий материал заготовка и т.д.) для образования металлических связей, что, в конечном итоге, определяет качество приварки плакирующего материала к материалу заготовки и равномерность толщины плакировки в отпрессованных трубах.

Известен способ плакирования внутренней поверхности заготовки, при котором в ее коническую полость в пределах части длины устанавливают втулку из плакирующего материала с конической внешней поверхностью, прикладывая осевое усилие к плакирующей втулке, обеспечивают ее осевое перемещение и формирование радиального давления на конической поверхности втулка заготовка (см. М.И.Чепурко. Биметаллические трубы. М. Металлургия, 1974, 224 с.).

Известный способ имеет главные недостатки:
относительно небольшие величины радиального давления, что определяется углом конусности на контактной поверхности втулка заготовка,
неравномерность толщины стенки плакирующей втулки, что вызывает неравномерность толщины плакировки на отпрессованном изделии,
повышенную трудоемкость изготовления заготовки плакирующей втулки с соответствующими коническими поверхностями,
возможность потери устойчивости плакирующей втулки с образованием утолщения, что приводит к браку.

Известен также способ плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки, при котором в отверстие заготовки устанавливают сердечник из плакирующего материала, производят его фиксирование на поверхности заготовки путем приложения осевого давления (сжатия) к сердечнику (см. авт.св. N 1044375, кл. B 23K 20/00 от 05.04.83, опубл. 07.04.87).

Недостатками известного способа плакирования являются
весьма малые степени деформации сердечника из плакирующего материала, что не обеспечивает надежного разрушения окисных поверхностных пленок,
низкий уровень радиальных давлений, затрудняющий образование металлических связей в пределах всей контактной поверхности заготовка - сердечник.

В основу настоящего изобретения положена задача по созданию способа плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки, который отвечал бы требованиям производства при получении прессованных изделий.

Эта задача решается тем, что по способу плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки, по которому в отверстие заготовки устанавливают втулку из плакирующего материала, производят ее фиксирование на поверхности заготовки путем приложения радиального давления к внутренней поверхности втулки, согласно изобретению втулку из плакирующего материала образуют последовательным набором отдельными кольцами, устанавливаемыми в отверстия заготовки с регламентируемым зазором, причем фиксирование каждого кольца осуществляет осевым его сжатием в условиях первоначального течения материала в направлении заготовки и последующего выдавливания части его объема в направлении, противоположном направлению осевого сжатия.

В процессе патентно-технического поиска заявителем не были обнаружены технические решения, имеющие сходные отличительные признаки.

Осуществление предлагаемого способа плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки позволяет обеспечить требуемое качество отпрессованных изделий. Это объясняется тем, что в новом техническом решении реализуются следующие технологические возможности по управлению величиной степени деформации при раздаче втулки из плакирующего материала, обеспечению заданного уровня радиальных давлений, что гарантирует образование металлических связей на контактной поверхности заготовка плакирующая втулка, обеспечению требуемой толщины стенки плакирующей втулки.

На фиг.1 показано исходное положение инструментальной оснастки, заготовки и первого кольца из плакирующего материала перед выполнением операции плакирования, на фиг.2 стадия осевого сжатия материала кольца с его течением в направлении заготовки и образованием точечного контакта (точка А), на фиг. 3 конечная стадия осевого сжатия материала кольца, на фиг.4 конечная стадия выдавливания части объема плакирующего кольца в направлении, противоположном осевому сжатию, на фиг. 5 исходное положение инструментальной оснастки и второго кольца из плакирующего материала перед выполнением операции плакирования, на фиг.6 конечная стадия плакирования последним плакирующим кольцом, на фиг.7 заготовка с фиксированным плакирующим материалом по ее торцам.

Пустотелую заготовку 1, например, из алюминиевого сплава Д16 размещают на нижней обойме 2, имеющей осевое сквозное отверстие. В данное отверстие по посадке движения устанавливают цилиндрический стержень 3. На цилиндрическом стержне 3 с минимальным зазором размещают кольцо 4 из плакирующего материала, причем между внешним диаметром кольца 4 и внутренним диаметром заготовки 1 формируют регламентированный зазор Z. На цилиндрический стержень 3 по посадке движения устанавливают втулочный пуансон 5. После этого на верхнем торце заготовки 1 размещают обойму 6, имеющую центральное сквозное отверстие диаметpом, равным диаметру отверстия в заготовке 1 (фиг.1).

Лучший вариант осуществления способа плакирования внутренней цилиндрической поверхности состоит в следующем.

При воздействии осевым усилием P на торец втулочного пуансона 5 вызывают его перемещение в направлении обоймы 2. При этом имеет место течение материала плакирующего кольца 4 в направлении заготовки 1. Регламентируемый односторонний зазор Z, обеспечивающий требуемую степень деформации материала кольца 4 по высоте, уменьшается и в один из моментов формируется точечный контакт (точка А) между плакирующим кольцом 4 и заготовкой 1 (фиг.2). Дальнейшее перемещение втулочного пуансона 5 приводит к формированию поверхности контакта сдвиговой деформацией материала кольца 4 между последним и заготовкой 1 (фиг. 1). Процесс плакирования заготовки 1 заканчивается на стадии, когда путем выдавливания части объема материала кольца 4 в направлении, противоположном направлению осевого сжатия, формируется выступ толщиной, равной величине одностороннего зазора между заготовкой 1 и втулочным пуансоном 5, высотой, равной 3-4 мм (фиг.4). Следует подчеркнуть, что на завершающей стадии плакирования формировании выступа посредством операции выдавливания достигается заданная величина радиального давления P, определяемая по известной формуле:

где s_0,2 предел текучести материала кольца 4,
F площадь поперечного сечения отверстия в заготовке 1,
f площадь поперечного сечения втулочного пуансона 5,
ε степень деформации плакирующего материала на стадии его выдавливания при образовании выступа.

Как показывает практика, образование металлической связи между материалом кольца 4 и материалом заготовки 1 имеет место при e ≥ 0,7. 0,7.

После этого операция плакирования продолжается путем установки на цилиндрический стержень 3 второго кольца (фиг.5). Процесс плакирования заканчивается после деформации последнего кольца (фиг.6). При этом втулка из плакирующего материала может быть со свободным торцом или с зафиксированными торцами материалом заготовки 1 (фиг.2).

Технологическими параметрами, определяющими новый технологический процесс, являются степень деформации материала плакирования на этапе выдавливания, величина радиального давления P, создаваемого на поверхности контакта плакирующего материала и заготовки, геометрические размеры формируемого выступа из плакирующего материала.

Предлагаемый технологический процесс плакирования прошел опытно-промышленную проверку при плакировании заготовок из алюминиевого сплава Д16 плакирующим материалом из технически чистого алюминия АДО.

Геометрические размеры заготовок и колец соответственно составляют: внешний диаметр 165 и 65,3 мм, внутренний диаметр 68,3 и 55 мм, длина - 100 и 15 мм.

Технологическая оснастка изготавливалась из стали У8А по 7-му квалитету точности и имела твердость после закалки НRC 56-58 ед. Плакирование заготовок осуществлялось на гидравлическом прессе ПСУ-250 при деформирующих усилиях, не превышающих 1 Мн. На заключительной стадии выдавливания формировали выступ высотой 4 мм и толщиной 0,5 мм.

Среднеинтегральная деформация материала кольца на стадии осевого сжатия составляла 25% на стадии выдавливания 91,5% Величина радиального давления в последнем случае составляла от 2,7 до 3,5 предела текучести алюминия АДО.

Плакированные заготовки подвергались горячему прессованию обратным методом с получением труб, имеющих размеры 38х4х4550 мм. Температура прессования 400^oС, вытяжка 48,4, скорость прессования 20 мм/с.

Отпрессованные трубы подвергались металлографическому исследованию по качеству приварки АДО к поверхности заготовки из сплава Д16, а также равномерности нанесения плакирующего слоя. Было установлено, что имеет место качественная приварка АДО к поверхности заготовки, при этом равнотолщинность плакирующего слоя на одном погонном метре трубы составила 0,052 мм при общей толщине плакирующего слоя 0,375 мм.

Исследованиями на межкристальную коррозию по ГОСТ 9.012-74 найдено, что сопротивление коррозии возросло с 6-ти баллов для неплакированной заготовки до 3-х баллов при наличии плакировки.

Изобретение применимо при выполнении технологического процесса плакирования заготовок (слитков), предназначенных к последующему прессованию, с целью получения пустотелых изделий с цилиндрической плакированной поверхностью.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способу плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где требуется производство плакированных изделий. Сущность: втулку из плакирующего материала образуют последовательным набором отдельными кольцами, устанавливаемыми в отверстии заготовки с регламентируемым зазором, причем фиксирование каждого кольца осуществляют осевым его сжатием в условиях первоначального течения материала в направлении заготовки и последующего выдавливания части его объема в направлении заготовки и последующего выдавливания части его объема в направлении, противоположном направлению осевого сжатия. 7 ил.

Способ плакирования внутренней цилиндрической поверхности заготовки, при котором в отверстие заготовки устанавливают с регламентируемым зазором сердечник из плакирующего материала, производят его фиксирование на поверхности заготовки усилием осевого сжатия до устранения зазора, отличающийся тем, что сердечник из плакирующего материала образуют из колец, последовательно устанавливаемых в отверстие заготовки, осевое сжатие до устранения зазора прикладывают последовательно к каждому кольцу, с последующим выдавливанием части его объема в направлении, противоположном направлению усилия осевого сжатия.