СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛБ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ТЕРМОСА Российский патент 1997 года по МПК B21D51/00 A47J41/02 

Изобретение относится к термосам, а точнее к технологии изготовления термосов и может быть использовано при изготовлении колб металлических термосов, имеющих нижнее донышко, сужающуюся горловину и боковую цилиндрическую стенку.

Известен способ изготовления металлической колбы, состоящей из цилиндрической части, нижнего донышка, верхнего донышка и горловины, включающий вырубку из листа круглой заготовки, вытяжку цилиндрического стакана, обрезку припуска и обжим. (См. Справочник конструктора штампов. Листовая штамповка. Под общ. ред. Л.И.Рудмана, Москва, Машиностроение, 1988 г. стр. 10, 229.250, 340.345).

Для изготовления колбы используется одна круглая заготовка, но при этом остается большой отход материала из-за большого диаметра этой заготовки.

Известен способ изготовления колбы металлического термоса, цилиндрическая часть которой с целью экономии материала выполнена из трубы, а нижнее донышко и верхнее донышко, переходящее в своей верхней части в сужающуюся горловину, вытяжкой из круглых заготовок небольших диаметров. (См. патент Японии N 63-5088, кл. A 47 J 41/02, 1988 г.) Отдельные секции колбы стыкуются и свариваются между собой по предварительно отогнутым наружу фланцам.

Для получения колбы термоса по известному способу у цилиндрической секции необходимо изготовить один фланец для сварки с нижним донышком, а другой для сварки с верхним, то есть с обоих торцов цилиндра. При выполнении фланцев с двух сторон цилиндра один фланец мешает свободному подходу инструмента к другому вдоль оси детали, а это усложняет технологическую оснастку и затрудняет изготовление фланцев в штампах на высокопроизводительном прессовом оборудовании.

Известен способ изготовления колбы металлического термоса, по которому цилиндрическая часть, верхнее донышко и горловина изготовлены из одной заготовки. (См. патент Японии N 2-34611, кл. A 47 41/02, 1990 г.) Способ включает вырезку листовой заготовки, вальцовку и сварку боковых кромок с образованием цилиндра с открытыми верхним и нижним торцами. Затем на цилиндре токарно-давильной обработкой на оправке формуют горловину, а на горловине токарно-давильной обработкой на другой оправке формуют внутренний буртик.

Недостатком известного способа является низкая надежность колбы из-за большой длины сварного шва и значительной деформации шва в процессе получения горловины и внутреннего буртика.

Известен способ изготовления колб из двух заготовок с одним кольцевым сварным швом (см. патент РФ N 2015681, кл. А 47 J 41/02, В 21 Д 51/00, опубл. в 1994г.) прототип.

Способы включают вытяжку из одной листовой заготовки нижнего донышка с боковой цилиндрической стенкой, а из другой верхнего донышка с горловиной. Вытяжку верхнего донышка с горловиной ведут за несколько операций, вытянутый полуфабрикат подвергают калибровке и ведут накатку внутреннего буртика и резьбы, причем накатку ведут на горловине с отрезанным дном. Затем на оставшихся свободными торцах формируют стыкуемые фланцы, обрезают припуск, стыкуют и сваривают фланцы между собой.

В известном способе (см. технологию термоса ТМ.00.000-02 ТУ1-01-0509-86 производства АО "Салют", г. Самара) вытяжку нижнего донышка с боковой цилиндрической стенкой ведут за три операции. Первую операцию вытяжки ведут с коэффициентом вытяжки 0,5, вторую с коэффициентом 0,75 и третью с коэффициентом 0,8. Для улучшения условий вытяжки перед каждой операцией заготовку покрывают смазочным материалом в виде водоэмульсионного лака. Кроме этого, для повышения пластичности материала после первой и второй операций проводят нагрев заготовки в печи до температуры 1050 ^oC с последующим охлаждением в воде. Термообрабатывают также и верхнее донышко с горловиной, причем ведут ее перед накаткой буртика и резьбы. Накатку буртика и резьбы ведут раздельно. Вначале накатывают буртик, а затем резьбу. Термическую окалину после термообработки удаляют травлением.

Недостатком данного способа является большой отход материала при вырубке заготовки для нижнего донышка с высокой боковой стенкой.

Кроме того, колба имеет большой вес, так как детали получают вытяжкой без утонения материала, колба имеет стенку по высоте постоянной толщины, а нагрузки, которые воспринимает колба, по высоте в разных сечениях не одинаковы. Чем больше вес колбы, тем больше нагрузка на горловину, которая воспринимает этот вес и далее передает на наружную оболочку термоса.

Одновременно с весом толщина стенки колбы влияет на теплообмен в термосе. При большей толщине меньше теплоизоляционный зазор термоса и больше теплопередача вдоль стенки колбы к горловине.

Большое количество операций вытяжки нижнего донышка, необходимость многократной закалки и травления заготовок, нанесения водоэмульсионного лака снижает производительность, увеличивает трудоемкость изготовления и требует значительных энергозатрат.

Задачей изобретения является уменьшение энергозатрат, снижение трудоемкости и увеличение производительности изготовления, увеличение коэффициента использования материала, снижение веса, улучшение теплоизоляции и увеличение прочности колбы.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе изготовления колбы металлического термоса, включающем вытяжку из листовых заготовок нижнего донышка с боковой цилиндрической стенкой, и верхнего донышка, переходящего в своей верхней части в сужающуюся горловину, термообработку, калибровку, формовку выступов и отрезку дна в горловине, формирование стыкуемых фланцев, обрезку припуска, стыковку и сварку фланцев между собой, вытяжку нижнего донышка ведут за одну операцию из более толстого материала, чем верхнего, затем у вытянутого полуфабриката отрезают фланец и ведут раскатку его боковой стенки с образованием концевого утолщения, которое подвергается нагреву токами высокой частоты с последующей формовкой стыковочного фланца.

В предлагаемом способе требуемая высота нижнего донышка с боковой цилиндрической стенкой получается за счет раскатки боковой стенки предварительно вытянутого полуфабриката. С целью снижения трудоемкости и увеличения производительности изготовления вытяжку полуфабриката ведут за одну операцию с последующей торцовкой. При раскатке без удаления металла толщина стенки уменьшается, а высота цилиндрической части увеличивается.

За счет деформации в холодном состоянии со степенью обжатия до 70 материал раскатного цилиндра по своим удельным прочностным характеристикам значительно превосходит прочность остальной части колбы, что позволяет колбе выполнять свои рабочие функции, имея меньшую толщину, чем у остальной части колбы.

Технологический процесс изготовления колб с применением раскатки значительно сокращается. Отпадает необходимость в двух дополнительных вытяжках полуфабриката, двух термообработках, нанесении и сушки лака, удалении лака и термической окалины с помощью травления, что дает возможность снизить трудоемкость изготовления, энергозатраты и материальные затраты при повышении производительности и качества.

Так как деталь получается с утонением боковой стенки, листовая заготовка для вытяжки полуфабриката требуется значительно меньше, чем для вытяжки такой же детали без утонения. Это уменьшает отход материала при вырубке листовых заготовок, увеличивает коэффициент использования материала.

Так как площадь раскатанного цилиндра значительно больше площади утолщенного донышка, в сумме изменение толщины стенок ведет к уменьшению веса колбы. С уменьшением веса колбы уменьшается нагрузка на горловину, через которую колба соединяется с наружной колбой термоса. Горловина наиболее опасный элемент колбы, она воспринимает вес всей колбы и имеет минимальную площадь поперечного сечения, поэтому разгрузка горловины ведет к увеличению надежности колбы.

Уменьшение толщины стенки при раскатке осуществляется за счет уменьшения наружного диаметра цилиндра, потому теплоизоляционный зазор в термосе с колбой, изготовленной по предлагаемому способу, на величину утонения стенки увеличивается, а это улучшает теплоизоляцию термоса. Кроме этого, уменьшение толщины стенки цилиндра уменьшает площадь поперечного сечения и уменьшает теплопередачу вдоль стенки по высоте колбы. За счет этого уменьшается теплообмен между различными слоями содержимого термоса и между содержимым и горловиной.

В предлагаемом способе для улучшения пластичности материала перед формовкой стыковочного фланца ведут термообработку. Причем термообработку ведут в месте формовки фланца. Уменьшение прочности на этом участке за счет термообработки компенсируется образованным при раскатке концевым утолщением. Таким образом, термообработка осуществляется только в зоне утолщения без нагрева утоненной части заготовки, тем самым сохраняя ее в нагартованном, упроченном состоянии. При локальной термообработке уменьшается зона образования термической окалины. Чем меньше окалины, тем проще процесс ее удаления. Чем меньше нагреваемый объем, тем меньше требуется для этого количество теплоты, а это уменьшает энергоемкость процесса. Кроме того, отпадает необходимость в охлаждении, так как нагретый участок интенсивно охлаждается за счет передачи теплоты соседним участкам цилиндра.

Термообработка перед формовкой фланца дает возможность получать фланец с минимальным радиусом гиба, что позволяет уменьшить зазор между двумя состыкованными частями колбы, упрощая содержание колбы в чистоте.

На фиг. 1 изображена колба термоса в разрезе, изготовленная по предлагаемому способу; на фиг. 2 -операционные эскизы изготовления нижнего донышка с боковой цилиндрической стенкой.

Способ изготовления колбы термоса включает вытяжку из одной листовой заготовки нижнего донышка 1 с боковой цилиндрической стенкой 2, а из другой - верхнего донышка 3 с горловиной 4.

Вытяжку верхнего донышка 3 ведут из листовой нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 0,6 мм и осуществляют ее за шесть операций. За первую, вторую и третью операции осуществляют вытяжку цилиндрического стакана, внутренний диаметр которого соответствует внутреннему диаметру колбы. За четвертую, пятую и шестую ведут ступенчатую вытяжку узкой и глубокой горловины 4. Вытяжку ведут на многопозиционном прессе при коэффициентах вытяжки 0,8 с применением жидкой смазки. Вытянутый полуфабрикат подвергают калибровке с исправлением перекоса горловины 4 относительно верхнего донышка 3. После этого у горловины 4 отрезают дно и ведут термообработку в печи с нагревом до 1050 ^oC. Затем ведут травление и осуществляют накатку кольцевого буртика 5. После накатки буртика ведут накатку резьбы 6.

Нижнее донышко 1 с боковой цилиндрической стенкой 2 изготавливают из листовой нержавающей стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм. Вначале осуществляют вытяжку полфабриката 7 с донышком 1 и боковой цилиндрической стенкой 8 толщиной 1 мм и высотой 60 мм. Вытяжку ведут за одну операцию с применением жидкой смазки. Коэффициент вытяжки 0,52. Затем у полуфабриката 7 отрезают фланец 9 с неровными кромками. Отрезку ведут в штампе. Затем полуфабрикат 7 устанавливают на оправку и ведут раскатку его боковой цилиндрической стенки 8. После раскатки боковая стенка имеет толщину 0,3.0,32 мм и высоту 140.147 мм. Конец стенки 10 на ширине 10.15 мм выполнен толщиной 0,6 мм. После раскатки утолщенный конец 10 термообрабатывают с нагревом токами высокой частоты с одновременным вращением заготовки вокруг продольной оси. Нагрев осуществляют до 1050 ^oC в течение 3 с. Охлаждение на воздухе.

Для стыковки частей колбы между собой у них выполняют отогнутые наружу фланцы 11, 12, которые после стыковки соединяют сваркой.

Использование: изобретение относится к производству термосов и может быть применено при изготовлении колб металлических термосов, имеющих сужающуюся горловину и цилиндрическую стенку. Решается задача снижения материалоемкости, повышения производительности процесса изготовления, улучшения теплоизоляционных и прочностных характеристик колбы. Сущность: способ включает вытяжку из листовых заготовок нижнего донышка с боковой цилиндрической стенкой и верхней части, переходящей в сужающуюся горловину, термообработку частей колбы, калибровку, отрезку дна в горловине и накатку буртика и резьбы на ней. Затем формируют стыкуемые фланцы, проводят обрезку припуска, стыковку и сварку стыкуемых фланцев между собой. Особенностью процесса является то, что вытяжку нижнего донышка проводят из заготовки большей толщины, чем толщина заготовки верхней части, при этом у вытянутого полуфабриката отрезают фланец и осуществляют раскатку боковой цилиндрической поверхности с образованием концевого утолщения, проводят термообработку этого утолщения с нагревом его токами высокой частоты и формированием из него стыкуемого фланца. 2 ил.

Способ изготовления колб металлического термоса, включающий вытяжку из листовых заготовок нижнего донышка с боковой цилиндрической стенкой и верхней части, переходящей в сужающуюся горловину, термообработку частей колбы, калибровку, отрезку дна в горловине и накатку буртика и резьбы на ней, формирование стыкуемых фланцев, обрезку припуска, стыковку и сварку стыкуемых фланцев между собой, отличающийся тем, что вытяжку нижнего донышка проводят за одну операцию из заготовки большей толщины, чем толщина заготовки верхней части, у вытянутого полуфабриката отрезают фланец и осуществляют раскатку боковой цилиндрической стенки с образованием концевого утолщения, проводят термообрабоку этого утолщения с нагревом его токами высокой частоты и формированием из него стыкуемого фланца.