СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТУПЕНЧАТЫХ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ С ОТВОДАМИ ДАВЛЕНИЕМ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1997 года по МПК B21D26/02 B21C37/29 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в машиностроении для изготовления тройников, поворотных угольников и других полых деталей с отводами.

В обработке металлов давлением распространены способы изготовления полых деталей, основанные на использовании штамповки трубчатых заготовок давлением текучей среды, применение которых обеспечивает 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) [1]
Гидравлическая штамповка позволяет получать полые детали с отводами, высота которых достигает 1,25 d₀, где d₀ диаметр отвода.

Особенностями деталей, изготовленных указанным способом, является то, что за исключением участков отвода детали имеют форму цилиндра, наружный диаметр которого равняется диаметру исходной трубной заготовки.

Однако в машиностроении используются полые детали с отводами, имеющие ступенчатую форму, например поворотные угольники. У таких деталей концевые участки имеют диаметр меньший, чем диаметры примыкающих к ним цилиндрических участков, не относящихся к отводу. Между указанными участками располагается бурт, обычно имеющий форму кольца, поверхность которого перпендикулярна оси изделия.

Известен способ штамповки поворотных угольников, позволяющий изготавливать полые детали с отводами и буртами (Гидростатическая штамповка поворотных угольников) [2] Штамповка поворотного угольника осуществляется в два перехода с промежуточной термической обработкой. На первом переходе производят раздачу трубной заготовки с осевой осадкой материала и одновременным оформлением буртов. Предельный коэффициент раздачи K_D D/d, где D и d диаметры соответственно полученной и исходной заготовок, на этом переходе не превышает 1,6. Если конструкция угольника требует большего K_D, вводится дополнительная операция обжима концов трубчатой заготовки, что даст возможность повысить предельное значение K_D до 2,1. На втором переходе гидравлической штамповкой производится формовка отводов, причем осевая нагрузка прикладывается одновременно к торцам заготовки и к оформленным на первом переходе буртам.

Недостатком указанного способа изготовления ступенчатых полых деталей с отводами является необходимость выполнения термической обработки между первым и вторым переходами штамповки. Термическая обработка характеризуется длительностью технологического цикла (время рекристаллизационного отжига составляет несколько часов). Кроме того, после термической обработки необходимо выполнение дополнительных операций: травление, промывка и др. Таким образом, термическая обработка предопределяет высокую трудоемкость технологического процесса изготовления ступенчатых полых деталей с отводами.

Другим недостатком указанного способа является то, что в начальный момент формовки отвода давление текучей среды в полости заготовки мало, что создает опасность потери устойчивости и образования складок на заготовке.

В основу изобретения положена техническая задача разработки способа изготовления ступенчатых полых деталей с отводами, не требующего применения термической обработки, а также обеспечение устойчивости заготовки на начальной стадии формовки отвода, что снизит трудоемкость производства изделий и повысит их качество.

Указанная задача решается тем, что в способе изготовления ступенчатых полых деталей с отводами давлением текучей среды из трубных заготовок, включающем формирование ступеней на заготовке и формовку отвода с одновременной осевой осадкой, согласно изобретению формирование ступеней осуществляют в два этапа, на первом из которых производят образование конусных переходных участков между конечными и средней ступенями путем обжима концов трубной заготовки в конической матрице с наружным противодавлением, а на втором этапе, осуществляемом в процессе формовки отвода, производят формирование бурта между упомянутыми ступенями.

Поскольку при обжиме концов трубной заготовки ее средняя часть не подвергается пластическому деформированию, материал этой части не упрочняется, следовательно отпадает необходимость проведения термической обработки. На последующем переходе штамповки осуществляют формовку отвода из материала средней части ступенчатой заготовки. В процессе формовки отвода формируются бурты между конечными и средней ступенями путем пластического деформирования конусных участков заготовки, сопровождающегося возникновением давления в текучей среде, под действием которого происходит выпучивание средней части заготовки в рабочую полость полуматрицы. При формовке отвода используют пуансоны, в торцах которых имеются цилиндрические полости с размерами, соответствующими размерам цилиндрических концов ступенчатой заготовки.

Изготовление ступенчатой заготовки с образованием конусных участков между ступенями путем обжима позволяет отказаться от термической обработки заготовки перед формовкой отвода и расширяет технологические возможности способа формовки полых деталей с отводами давлением текучей среды с одновременной осевой осадкой заготовки, обеспечивая устойчивость заготовки на начальной стадии формовки.

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

На фиг.1 дана схема начальной стадии способа; на фиг.2 представлены фотографии опытных образцов по предлагаемому способу: А ступенчатая заготовка с конусными переходными участками; Б ступенчатый тройник после формовки отвода; В ступенчатый тройник после обрезки дна отвода.

Показанная на фиг.1 начальная стадия формовки ступенчатой полой детали с отводом пластично-вязким наполнителем с одновременной осевой осадкой ступенчатой заготовки заключается в формировании буртов и выпучивании стенки заготовки. Ступенчатая заготовка состоит из следующих элементов: концов 1 диаметром d, переходных конусных участков 2 и средней части 3, имеющей диаметр D, равный диаметру исходной трубчатой заготовки.

Участки 1 и 2 ступенчатой заготовки изготовлены путем обжима концов исходной трубной заготовки. Средняя часть 3 заготовки не подвергалась при обжиме пластическому деформированию и ее диаметр и толщина стенки, а также механические свойства материала сохранились такими же, как у исходной заготовки. Соотношение диаметров большей и меньшей ступеней при обжиме заготовок с относительной толщиной стенки S/D 0,02^oC0,10, что соответствует заготовкам, применяемым для изготовления большинства деталей с отводами, в случае использования обжима в коническую матрицу с наружным противодавлением для малоуглеродистой стали, латуни и алюминия достигает K_D= 1,66^oC2,00 (Ковка и штамповка: Справочник в 4 т. т.4. - Листовая штамповка/ Под ред. А.Д.Матвеева. -М. Машиностроение, 1987.-с.206, табл.3). Таким образом, в большинстве случаев ступенчатые заготовки для формовки полых деталей с отводами могут быть изготовлены за одну операцию обжима.

В первоначальный момент пуансоны 4 воздействуют на заготовку через торцы 5. Под действием усилий Q происходит прогиб конусных участков 2 внутрь заготовки, в результате чего в наполнителе 6 создается давление q, возрастающее по мере встречного движения пуансонов. Под действием давления происходит пластическое деформирование конусных участков и образование буртов 7, прилегающих к торцам пуансонов. Одновременно под действием давления наполнителя происходит выпучивание материала в рабочую полость полуматрицы 8.

Таким образом, к концу начальной стадии формовки на заготовке сформируются бурты и донная часть отвода.

При дальнейшем перемещении пуансонов 4 начинается основная стадия формовки отвода, под действием осевых усилий, передаваемых пуансонами через торцы заготовки и сформированные бурты. На основной стадии формовки происходит интенсивное пластическое деформирование заготовки и образование отвода.

Использование ступенчатой заготовки с конусными переходными участками позволяет к началу формовки отвода увеличить давление внутри заготовки, что способствует повышению качества изделий, т.к. устраняется опасность потери устойчивости заготовки на начальном этапе осадки средней части заготовки. Повышению качества деталей способствует также уменьшение утолщения стенки со стороны, противоположной отводу, т.к. в отличие от известных способов формовки полых деталей с отводами утолщение возникает после того, как часть отвода уже сформирована. Выпучивание заготовки в рабочую полость полуматрицы еще до начала осадки средней части заготовки способствует увеличению высоты отвода.

По окончании формовки отвода производят отрезку его донной части и при необходимости подрезку торцев 5 и расточку внутренних поверхностей концевых элементов детали.

Пример. Трубчатые заготовки из меди M1p диаметром D 24 мм и длиной 110 мм при толщине стенки S 1,5 мм подвергали обжиму в конической матрице с углом конусности 12^o. Обжим производили в штампе с наружным противодавлением для одного и другого концов заготовки поочередно. В результате обжима были изготовлены ступенчатые заготовки с цилиндрическими ступенями диаметром d 18,7 мм и длиной 12 мм, имеющие конусные переходные участки от ступени малого диаметра к средней части заготовки.

Ступенчатые заготовки подвергали формовке пластично-вязким наполнителем (парафином) под давлением с одновременной осевой осадкой пуансонами, в торцах которых имеются цилиндрические полости, размеры которых соответствуют размерам цилиндрических ступеней на концах заготовки. Результаты опытов подтвердили эффективность предложенного технического решения. Описанным способом изготовлена 90 ступенчатых тройников, имеющих высоту отвода b≅1,25d_o.

Ступенчатая заготовка и отштампованные тройники показаны на фиг.2.

Предложенный способ изготовления ступенчатых полых деталей с отводами может быть использован для производства тройников, поворотных угольников и других деталей, изготовляемых из сталей (малоуглеродистых, легированных, в том числе нержавеющих) и цветных металлов и сплавов (медь, латунь, алюминий 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 других случаях в качестве соединительных элементов трубопроводов.

Использование: в машиностроении при изготовлении тройников, поворотных угольников и других ступенчатых полых деталей с отводами. Сущность изобретения: путем обжима концов трубной заготовки в конической матрице с внешним противодавлением производят образование конусных переходных участков между конечными и средней ступенями детали. Затем осуществляют формовку отвода с одновременной осевой осадкой и формирование бурта между ступенями. 2 ил.

Способ изготовления ступенчатых полых деталей с отводами давлением текучей среды из трубных заготовок, включающий формирование ступеней на заготовке и формовку отвода с одновременной осевой осадкой, отличающийся тем, что формирование ступеней осуществляют путем обжима концов трубной заготовки в конической матрице с внешним противодавлением с образованием конусных переходных участков между конечными и средней ступенями, а формирование бурта между последними осуществляют в процессе формовки отвода.