СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКОВОК КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОЛУКОРПУСОВ ШАРОВЫХ КРАНОВ, ИМЕЮЩИХ ГОРЛОВИНУ И СФЕРИЧЕСКУЮ ЧАСТЬ Российский патент 2013 года по МПК B21K21/10 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к получению поковок крупногабаритных полукорпусов шаровых кранов из стальных центробежнолитых и кованых трубных заготовок, методом прямого горячего выдавливания полуфабриката и последующего обжима его утолщенной верхней части (горловины) с одновременной раздачей более тонкой нижней части в специальном штампе.

При этом предлагаемый способ эффективен применительно к изготовлению крупногабаритных полукорпусов на Dy=500, 700, 1000, 1200 и 1400 мм.

Известен способ изготовления крупногабаритных полукорпусов из стальных листов по способу, разработанному ЦНИИТМАШ [Артес А.Э. Технологические процессы изготовления поковок из трубных заготовок. Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. - №11. - 2003 г. - C.25-31].

Типовой технологический процесс (ЦНИИТМАШ) включает следующие операции: вырезку из толстого листа (S=45, 50, 60, 100 мм) круглых заготовок с отверстием, вытяжку полуфабриката, обжим с раздачей и высадку горловины. Штамповка осуществляется на мощном гидравлическом прессе двойного действия.

При этом коэффициент использования металла менее 0,7.

Известен также способ получения поковок крупногабаритных полукорпусов, имеющих горловину и сферическую часть, включающий нагрев исходной трубной заготовки и ее деформирование (JP 0056071547 А, B21J 5/06, 15.06.1981, реферат, фиг.1-2, документ на 1 л).

Недостатком этого способа является то, что максимальные габариты труб по ГОСТ 8738-78 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент» ограничиваются диаметром 550 мм и толщиной стенки 75 мм. Такие параметры труб пригодны для изготовления полукорпусов на Ду500.

Эти способы, по мнению заявителя могут рассматриваться как прототипы.

Задачей изобретения является уменьшение расхода металла и трудоемкости изготовления полукорпусов (полусфер) шаровых кранов.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что в качестве исходных заготовок используется более дешевый металл -центробежнолитые и кованные трубные заготовки, который в результате пластических деформаций повышает свои механические характеристики, приближающиеся к характеристикам прокатанного металла. При этом становится возможность изготовления полукорпусов на Ду700, Ду1000, Ду1200, Ду1400, повышается производительность труда за счет использования меньшего количества операций и повышается коэффициент использования металла.

Отличительная часть предлагаемого способа состоит в использовании в качестве исходной трубной заготовки стальной центробежнолитой или кованной трубы, которую нагревают до температуры 1150-1200°C и деформируют сначала путем горячего прямого выдавливания в штампе, содержащем пуансон, матрицу и оправку, имеющую возможность скольжения в пуансоне, с получением полуфабриката толщиной, меньшей толщины исходной заготовки на 25-30% и равной толщине сферической части поковки полукорпуса шарового крана, а затем после нагрева полуфабриката путем его штамповки во втором штампе, имеющем сферический нижний пуансон, при этом одновременно осуществляют обжим и раздачу частей полуфабриката с получением, соответственно, горловины и сферической части поковки полукорпуса шарового крана, причем раздачу части полуфабриката производят с увеличением на упомянутом сферическом нижнем пуансоне наружного диаметра не менее чем на 10%.

Описание последовательности операций деформирования в двух штампах.

Параметры исходной трубной заготовки и схема штампа для выдавливания трубной заготовки указаны на фиг.1:

1. Пуансон

2. Оправка

3. Заготовка

4. Матрица

5. Бандаж

6. Поковка (полуфабрикат)

где: D₁ - диаметр матрицы,

D₂ - диаметр оправки,

D₃ - диаметр калибрующего пояска матрицы

α≤15°

S₀ - толщина заготовки,

S₁ - толщина поковки,

S₀=(1,25…1,30)S₁

При этом высота заготовки Н₀ рассчитывается из равенства объемов металла заготовки и готовой поковки с учетом угара при нагреве, а внутренний и внешний диаметры рассчитываются с учетом относительной степени деформации при выдавливании и диаметров инструмента D₁ и D₂. Относительная степень деформации при прямом выдавливании:

$$\epsilon =\frac{D_{з.н.}^2-D_{п.н.}^2}{D_{з.н.}^2-D_{з.в.}^2}$$

где: D_з.н. - наружный диаметр исходной трубной заготовки, несколько меньший (на 0,5-1%) диаметра D₁ (фиг.1),

D_з.в. - внутренний диаметр исходной трубной заготовки, равный D₂ (фиг.1),

D_п.н - наружный диаметр поковки, равный Ds (фиг.1).

После нагрева до температуры 1150-1200°С заготовка устанавливается в штампе, опираясь на коническую поверхность матрицы с углом α≤15°. При перемещении ползуна гидравлического пресса вниз (до упора) металл под действием силы Р выдавливается пуансоном 1 в зазор между оправкой 2 и калибрующим пояском матрицы 3 (фиг.1). При этом операция прямого выдавливания в первом штампе осуществляется с получением полуфабриката с меньшей от начальной толщины (на 25-30%) трубы, и равной толщины сферической части поковки полукорпуса шарового крана, а сила выдавливания Р минимальна за счет исключения сил трения на подвижной оправке, благодаря ее скольжению в пуансоне.

Поковка при подъеме ползуна вверх с пуансоном 1 и оправкой 2 остается в матрице за счет конической проточки в матрице и удаляется из матрицы с помощью выталкивателя (на фиг.1 не показан).

После второго нагрева полуфабрикат 6 штампуют во втором штампе (фиг.2) методом обжима верхней части (горловины) с одновременной раздачей нижней части с увеличением на сферическом нижнем пуансоне наружного диаметра не менее чем на 10%, при этом металл поковки прилегающей к нижнему пуансону быстро охлаждается, повышая устойчивость процесса обжима. При этом обжим верхней части полуфабриката с диаметра D₁ до диаметра D₄ осуществляет матрица 7, а раздачу нижней части с D₃ до диаметра D₅ ведет сферический нижний пуансон 8. При этом D₅≥1,1D₃·S_min≈S₁.

При обжиме металл деформируется по схеме всестороннего неравномерного сжатия, что позволяет получить мелкозернистую структуру со значительным повышением механических характеристик.

На фиг.2 изображена схема штампа для обжима и раздачи полуфабриката:

6. Полуфабрикат

7. Матрица

8. Пуансон сферический нижний

9. Поковка

где: D₄ - наружный диаметр обжатой части горловины

D₅ - наружный диаметр поковки после раздачи.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении поковок крупногабаритных полукорпусов шаровых кранов из центробежнолитых и кованых трубных заготовок. Заготовку нагревают до температуры 1150-1200°C и деформируют. Сначала путем горячего прямого выдавливания в штампе получают полуфабрикат, толщина которого меньше толщины исходной заготовки на 25-30% и равна толщине сферической части поковки. Затем после нагрева полуфабриката осуществляют его штамповку во втором штампе со сферическим нижним пуансоном. При этом одновременно производят обжим и раздачу частей полуфабриката с получением, соответственно, горловины и сферической части поковки. Раздачу осуществляют на сферическом нижнем пуансоне с увеличением наружного диаметра полуфабриката не менее чем на 10%. Таким образом, практически весь объем металла трубной заготовки подвергается пластическому деформированию без нарушения сплошности. В результате обеспечивается возможность использования более дешевых исходных заготовок, повышаются механические характеристики поковки и производительность труда, сокращается расход металла. 2 ил.

Способ получения поковок крупногабаритных полукорпусов шаровых кранов, имеющих горловину и сферическую часть, включающий нагрев исходной трубной заготовки и ее деформирование, отличающийся тем, что в качестве исходной трубной заготовки используют стальную центробежнолитую или кованую трубу, которую нагревают до температуры 1150-1200°C и деформируют, при этом сначала осуществляют горячее прямое выдавливание в штампе, содержащем матрицу, пуансон и выполненную с возможностью скольжения в пуансоне оправку, с получением полуфабриката толщиной, которая меньше толщины исходной заготовки на 25-30% и равна толщине сферической части поковки полукорпуса шарового крана, а затем после нагрева полуфабриката осуществляют его штамповку во втором штампе со сферическим нижним пуансоном, при которой одновременно производят обжим и раздачу частей полуфабриката с получением, соответственно, горловины и сферической части поковки полукорпуса шарового крана, причем раздачу части полуфабриката производят с увеличением на упомянутом сферическом нижнем пуансоне наружного диаметра полуфабриката не менее чем на 10%.