СПОСОБ ФОРМОВКИ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ С ОТВОДАМИ Российский патент 1997 года по МПК B21C37/29 B21D26/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в машиностроении для изготовлении деталей типа тройников, крестовин и других полых деталей с отводами.

В обработке металлов давлением распространены способы штамповки полых деталей с использованием в качестве деформирующих элементов эластичных, жидких и газообразных сред, применение которых обеспечивает равномерность давления и в ряде случаев большие технологические возможности по сравнению с традиционными способами холодной штамповки в жестких штампах.

В настоящее время основным способом холодной штамповки полых деталей с отводами является гидравлическая штамповка, при которой детали изготавливают путем формовки жидкостью под давлением с одновременной торцевой осадкой трубных заготовок (Изготовление полых сложных деталей / К. Н. Богоявленский, Е. И. Серяков, А. Н. Кобышев, Н. Ф. Воронина; под ред. К. Н. Богоявленского,
Л. Машиностроение, 1979, рис. 20).

Гидравлическая штамповка позволяет получать на полых деталях отводы достаточной высоты, пригодные для соединения деталей с трубами пневмо- или гидросистем с помощью резьбы, сварки или пайки.

Давление жидкости внутри заготовки необходимо изменить по определенному закону, обеспечивающему штамповку качественных деталей. При малых давлениях возможна потеря устойчивости стенки трубчатой заготовки, проявляющаяся в возникновении кольцевых волн. В случае излишне высоких давлений быстро развивается утонение в вершине отвода, что приводит к разрыву заготовки. Допустимые значения давления жидкости внутри заготовки могут быть установлены по известным формулам (там же, формулы (59), (60)). При гидравлической штамповке полых деталей с отводами с регулированием давления жидкости внутри заготовки используют сложное специализированное оборудование. В конструкцию пресса для гидравлической штамповки входят насосы, мультипликаторы давления, силовые цилиндры и другие гидроагрегаты высокого давления (там же, рис. 55). Сложность и высокая стоимость оборудования препятствуют широкому применению способа гидравлической штамповки для производства полых деталей с отводами.

Известен способ штамповки полых деталей с отводами путем осадки трубной заготовки, которая заполнена пластично-вязким наполнителем, например, парафином (там же, рис. 19). При таком способе штамповки давление внутри заготовки не создается каким-либо внешним устройствами, типа насосов и мультипликаторов, а возникает вследствие уменьшения внутреннего объема заготовки при его осадке. Применение наполнителей существенно упрощает процесс штамповик полых изделий с отводами, позволяет отказаться от использования сложного и дорогого оборудования.

Однако при таком способе штамповки давления в полости заготовки не может регулироваться в необходимых пределах. Быстрое нарастание давления по мере осадки заготовки приводит к ее разрыву в зоне вершины отвода. Высота отвода, получаемого таким способом b ≈ 0,5 d, где d диаметр отвода. Малая высота отводов ограничивает область применения способа, т. к. изделия с короткими отводами невозможно соединить с трубами с помощью резьбы или пайкой.

В основу изобретения положена техническая задача создания давления наполнителя внутри заготовки при ее формировании, исключающего разрыв заготовки в области вершины формируемого отвода, что обеспечивает расширение технологических возможностей способа формовки полых изделий за счет возможности увеличения высоты отводов.

Указанная задача решается тем, что в способе формовки полых деталей с отводами, включающем образование отводов пластино-вязкими наполнителем под давлением с одновременной торцевой осадкой заготовки, согласно изобретению с начального момента образования отвода и в течение всего процесса формовки осуществляют снижение давления наполнителя в полости заготовки до значения меньшего, чем давление разрыва вершины отвода, определяемое по известной формуле.

Поставленная цель достигается также тем, что снижение давления в полости заготовки осуществляют дросселированием пластично-вязкого наполнителя через отверстие малого диаметра в торце одного из пуансонов.

Кроме того, для достижения поставленной цели и более равномерного распределения давления в пластично-вязком наполнителе предусматривают его дросселирование через отверстия малого диаметра в торцах обоих пуансонов.

В сравнении с ближайшим аналогом заявляемый способ обладает новизной, отличаясь от него снижением давления в полости заготовки в определенный момент ее формовки.

Заявителю неизвестны способы, обладающие совокупностью указанных существенных признаков и обеспечивающие за счет названных выше отличительных признаков, таких как снижение давления в полости заготовки с момента начала образования отвода и в течение всего процесса формовки до значения меньшего, чем давление разрыва заготовки в области вершины отвода, достижение указанного технического эффекта.

Дросселирование наполнителя через отверстия малого диаметра интенсифицирует процесс пластичного деформирования и обеспечивает увеличение высоты отвода до b 1,25d. Детали, изготовленные по предлагаемому способу, допускают соединение с трубами путем сварки, пайки или с помощью резьбы.

Реализация изобретения на производстве возможна с помощью широко применяемых в машиностроении универсальных гидравлических прессов.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого способа штамповки полых деталей с отводами. Заготовку 1 заполняют наполнителем 2 и укладывают в полость разъемной матрицы 3. Осевыми пуансонами 4 и 5 сжимают заготовку вместе с наполнителем усилием Q. Вследствие малой сжимаемости наполнителя внутри заготовки увеличивается давление q.

Под действием давления наполнителя и осевых усилий, прикладываемых со стороны пуансонов 4 и 5, материал заготовки пластически деформируется и перемещается в радиальную полость матрицы, образуя полую деталь с отводом. С начального момента образования отвода и на протяжении всего процесса формовки часть наполнителя истекает через отверстие диаметром d₀, выполненное в торце пуансона 5. Истечение наполнителя вызывает снижение давления в полости заготовки до величины меньшей, чем давление разрыва вершины отвода, но достаточной для обеспечения устойчивости стенки разрыва заготовки. Приближенно величину давления наполнителя, необходимого для формовки полой детали с отводами, можно определить по известным формулам для гидравлической штамповки. Диаметр дросселирующего отверстия d₀ устанавливают опытным путем. При этом следует учитывать, что уменьшение d₀ увеличивает сопротивление истечению наполнителя и обеспечивает повышение давления в полости заготовки. Для более равномерного распределения давления вблизи торцов пуансонов дросселирование наполнителя выполняют через отверстия малого диаметра в торцах обоих пуансонов.

Пример. Трубчатые заготовки из меди MIp диаметром 24 мм и длиной 110 мм с толщиной стенки 1,5 мм, предварительно заполненные парафином, подвергали торцевой осадке в штампе для формовки тройников с диаметром отвода d 24 мм. Первая партия заготовок осаживалась пуансонами, не имеющими отверстий, - вторая, пуансонами, в одном из которых имеется дросселирующее отверстие d₀ 1,5 мм, а третья таким же комплектом пуансонов при d₀ 1,2 мм. Заготовки первой партии разрывались в зоне вершины отвода, когда его высота достигала b≅0,52d. Тройники, изготовленные по предлагаемому способу, имели значительно большую высоту отводов: вторая партия b≅1,02d, третья партия b≅1,25d. Опытная штамповка производилась на лабораторном гидравлическом прессе простого действия усилием 18 тс.

Предложенный способ формовки полых деталей с отводами может быть использован для производства тройников, крестовин и других деталей, изготовляемых из сталей (малоуглеродистых, легированных, в том числе нержавеющих) и цветных металлов и сплавов (медь, латунь, алюминий, дюралюминий и др.). Изделия, изготовленные предложенным способом, могут найти применение в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности, в водопроводных сетях, в пневмо- и гидросистемах летательных аппаратов и во многих случаях в качестве соединительных элементов трубопроводов.

Реализация изобретения связана с необходимостью предварительного заполнения заготовок пластично-вязким наполнителем, а также удаления наполнителя из полости штампованной детали после формовки. Однако эти операции могут быть выполнены одновременно для больших групп заготовок и не требуют больших затрат энергии при использовании легкоплавких наполнителей. Например, парафин плавится при 65^oC.

Указанный недостаток предлагаемого способа не снижает его высокую эффективность для производства, определяемую прежде всего тем, что для промышленной реализации способа не требуется сложное специализированное оборудование.

Использование: обеспечение возможности увеличения высоты отводов при изготовлении тройников, крестовин и других полых деталей с отводами. Сущность: при формовке полых деталей с отводами из трубной заготовки давлением пластично-вязкого наполнителя с одновременной торцевой осадкой с начального момента образования отвода осуществляют равномерное снижение давления в полости заготовки до значения меньшего, чем давление разрыва вершины отвода. Снижение давления в полости заготовки осуществляют дросселированием пластично-вязкого наполнителя через отверстия малого диаметра в торцах одного или обоих пуансонов. 2 з. п. ф. и., 1 ил.

1. Способ формовки полых деталей с отводами из трубных заготовок, включающий формовку отводов пластично-вязким наполнителем под давлением с одновременной торцевой осадкой заготовки пуансонами, отличающийся тем, что с начала образования отвода и в течение всего процесса формовки осуществляют равномерное снижение давления в полости заготовки до значения, меньшего, чем давление разрыва заготовки в области вершины отвода. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что снижение давления в полости заготовки осуществляют дросселированием пластично-вязкого наполнителя через отверстие малого диаметра в торце одного из пуансонов. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что снижение давления в полости заготовки осуществляют дросселирование пластично-вязкого наполнителя через отверстия малого диаметра в торцах обоих пуансонов.