Способ получения оболочек с ребрами на наружной поверхности Российский патент 2023 года по МПК B21C37/20 

Техническое решение относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению деталей типа оболочек с продольными ребрами на наружной поверхности.

Оболочки с продольными ребрами на наружной поверхности используются в основном в теплообменных аппаратах. Наличие ребер на наружной поверхности трубы позволяет значительно повысить КПД установки за счет улучшения отвода тепла от стенок трубы к теплоносителю. Также ребра используются для увеличения жесткости оболочек.

Известен способ производства труб с продольными наружными ребрами на роликовом стане (Авторское свидетельство СССР №1266582, МПК⁸ В21В 21/00 (2006.01), В21С 37/22 (2006.01), опубл. 30.10.1986), при котором полую заготовку деформируют на оправке последовательно двумя рядами ручьевых роликов, имеющих канавки. Ролики возвратно-поступательно перемещаются. Первый их ряд обжимает заготовку по диаметру и стенке до готового размера. При этом ребра формируются ребордами роликов утолщенными и укороченными. После поворота и подачи выходящая из первого ряда роликов труба направляется одной частью ребер в зазор между ребордами роликов второго ряда. Зазор по величине меньше зазора первого ряда и равен ширине дна канавок роликов второго ряда. Ребра в зазоре обжимают по толщине до готового размера.

Недостатком способа является низкая производительность, ограниченность числа формируемых ребер ввиду конструктивных особенностей.

Также известен способ получения оболочки с переменной толщиной стенки по периметру (патент РФ №2761569, МПК⁸ B21D 22/26, опубл. 10.12.2021, бюл. №34), по которому осуществляют формоизменение многогранной листовой заготовки путем комбинированной вытяжки, последующей вытяжки с утонением и выдавливания с получением оболочки с поперечным сечением площадью Fв и раструбом на открытом торце и формирования упомянутой оболочки вытяжкой или отбортовкой, или отрезкой, при этом комбинированную вытяжку, вытяжку с утонением и выдавливание осуществляют в матрице посредством ступенчатого пуансона, комбинированную вытяжку проводят при переменной величине зазора по периметру между ступенью пуансона и матрицей с получением полуфабриката, имеющего площадь поперечного сечения Fm при соотношении Fm/Fв≥1,65, причем многогранную заготовку ориентируют в матрице с обеспечением совпадения середины ее сторон с минимальным зазором между пуансоном и матрицей, а вытяжку с утонением и выдавливание осуществляют с переменным зазором между пуансоном и матрицей.

Недостатком способа является возможность его осуществления при соблюдении соотношения Fm/Fв≥1,65, тогда как для меньших соотношений он неприемлем. Кроме того, по данному способу нельзя получить продольные ребра.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ формирования рифлей ромбовидной формы на наружной поверхности цилиндрической оболочки (патент РФ №2655555, кл. В21С 37/20; B21J 5/12; B21J 13/02; В21К 21/06, опубл. 28.05.2018, бюл. №16), принятый за прототип, включающий формоизменение цилиндрической оболочки за две последовательные операции вытяжки, на каждой из которых цилиндрическую оболочку под действием пуансона, введенного в полость цилиндрической оболочки с упором в нее, проталкивают через матрицу с многозаходными спиральными выступами на рабочей поверхности, имеющими угол подъема спирали от 10° до 45°, с обеспечением поворота пуансона с цилиндрической оболочкой, или матрицы вокруг оси под действием силы вытяжки и утонением стенки цилиндрической оболочки в местах контакта со спиральными выступами матрицы. На первой и второй операциях вытяжки используют матрицы с многозаходными спиральными выступами, имеющими противоположное направление угла подъема спирали, а операции вытяжки осуществляют с удалением цилиндрической оболочки со спиральными канавками на наружной поверхности на провал.

Способ предназначен для изготовления оболочек с ромбовидными рифлями на наружной поверхности за две операции, но не позволяет получить продольные ребра на наружной поверхности.

Задачей технического решения является расширение технологических возможностей для получения оболочек с любым заданным числом продольных ребер на наружной поверхности.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе получения оболочек с ребрами на наружной поверхности, включающем установку оболочки на матрицу с заходной частью, ее формоизменение вытяжкой через матрицу пуансоном, при этом осуществляют формирование продольных ребер за одну операцию комбинированной вытяжки с коэффициентами изменения диаметра m_d=D₁/D₀, утонения m_s=1-h/S в матрице с рабочим пояском диаметром D₁=D₀-2h кроме локальных участков по периметру матрицы имеющих впадины на рабочем пояске глубиной h, соответствующих форме, числу и размерам требуемых ребер.

На фиг. 1 показана схема перед началом операции формообразования продольных ребер на листовой заготовке.

На фиг. 2 дана схема перед началом операции формообразования продольных ребер на наружной поверхности заготовки-оболочки.

На фиг. 3а приведена схема матрицы и пуансона на виде сверху, на фиг. 3б - изометрия матрицы с многозаходными впадинами на рабочей поверхности.

На фиг. 4 приведена готовая оболочка с продольными ребрами.

Способ получения оболочек с ребрами на наружной поверхности осуществляется следующим образом.

Листовую заготовку 1 (фиг. 1) или заготовку-оболочку 7 (фиг. 2) с толщиной стенки S и внешним диаметром D₀ устанавливают в заходную часть матрицы 3. Внутренняя рабочая поверхность матрицы 3 выполнена с гладким рабочим пояском и периодическими впадинами на рабочем пояске (фиг. 3), внутренний диаметр матрицы равен D₁, а диаметр по вершине впадин составляет D₂=D₁+2h. Диаметр пуансона 2 равен D₂-2S. При этом зазоры между матрицей 3 и пуансоном 2 изменяют от значения z₁=S-h до z₂=S. Таким образом, реализуют комбинированную вытяжку с утонением стенки листовой заготовки 1 или заготовки-оболочки 7 за исключением локальных участков по периодическим впадинам матрицы 3 с получением на наружной поверхности продольных ребер, высотой h=z₂-z₁. Далее осуществляют осевое перемещение пуансона 2 и проталкивание листовой заготовки 1 или заготовки-оболочки 7 через матрицу 3 напровал с формированием продольных ребер (фиг. 4) на наружной поверхности листовой заготовки 1 или заготовки-оболочки 7. Число и форма ребер определяют размерами и формой углублений на рабочем пояске матрицы 3, коэффициентом утонения m_s=1-h/S в зависимости от требований к готовой детали. Таким образом, возможно получение ребер как на плоской листовой заготовке, так и на заготовке типа стакан.

Пример осуществления способа получения оболочек с ребрами на наружной поверхности.

Необходимо получить продольные ребра высотой h=1 мм на заготовке-оболочке 7 (фиг. 2), выполненной из алюминиевого сплава АД0. Высота заготовки-оболочки 7 с дном составляет 60 мм, толщина стенки после формоизменения по продольным ребрам составляет 3 мм, а по впадинам 2 мм. Продольные ребра имели треугольную форму поперечного сечения с углом при вершине 60°. Для этого используют пуансон 2 диаметром 30 мм и матрицу 3 (фиг. 3) диаметром рабочего пояска D₁=34 мм. Заходная часть рабочей полости матрицы 3 имеет конусную поверхность с углом конусности 15°, при этом на рабочем пояске матрицы 3 выполнены впадины с углом при вершине 60° в количестве 12 шт., глубиной 1 мм и диаметром при вершине углублений D₂=36 мм. Между рабочим пояском матрицы 3 и поверхностью пуансона 2 диаметром 30 мм образуют зазор z₁=2 мм, а на локальных участках периметра рабочего пояска матрицы 3 в местах впадин зазор z₂=3 мм. Заготовку-оболочку 7 с наружным диаметром 50 мм, высотой 23 мм, толщиной стенки S=3 мм устанавливают на матрицу 3. Включают пресс и осуществляют осевое перемещение пуансона 2 и проталкивают заготовку-оболочку 7 через матрицу 3 напровал. При осуществлении операции вытяжки с коэффициентом утонения стенки m_s=0,66 технологическая сила составила не более 50 кН. Далее при обратном ходе пуансона 2 готовую заготовку-оболочку 7 с продольными ребрами удаляют, а в матрицу 3 устанавливают новую заготовку-оболочку 7 и процесс повторяют.

Преимуществом способа является расширение технологических возможностей получения оболочек с продольными ребрами за один рабочий ход по всей длине оболочки.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению деталей типа оболочек с продольными ребрами на наружной поверхности. Способ получения оболочек с продольными ребрами на наружной поверхности включает установку заготовки-оболочки на матрицу с заходной частью, ее формоизменение вытяжкой через матрицу пуансоном, при этом осуществляют формирование продольных ребер за одну операцию комбинированной вытяжки с коэффициентом изменения диаметра, равным m_d=D₁/D₀, где m_d - коэффициент изменения диаметра; D₁ - внутренний диаметр рабочего пояска матрицы, равный наружному диаметру готовой оболочки; D₀ - внешний диаметр заготовки-оболочки с коэффициентом утонения, равным m_s=l-h/S, где m_s - коэффициент утонения; h - высота продольных ребер оболочки, S - толщина стенки заготовки-оболочки, а локальные участки по периметру рабочего пояска матрицы имеют впадины глубиной, равной высоте продольных ребер готовой оболочки h, соответствующие форме, числу и размерам получаемых на внешней поверхности оболочек продольных ребер. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей для получения оболочек с любым заданным числом продольных ребер на наружной поверхности. 4 ил.

Способ получения оболочек с продольными ребрами на наружной поверхности, включающий установку заготовки-оболочки на матрицу с заходной частью, ее формоизменение вытяжкой через матрицу пуансоном, отличающийся тем, что осуществляют формирование продольных ребер за одну операцию комбинированной вытяжки с коэффициентом изменения диаметра, равным m_d=D₁/D₀, где m_d - коэффициент изменения диаметра; D₁ - внутренний диаметр рабочего пояска матрицы, равный наружному диаметру готовой оболочки; D₀ - внешний диаметр заготовки-оболочки с коэффициентом утонения, равным m_s=l-h/S, где m_s - коэффициент утонения; h - высота продольных ребер оболочки, S - толщина стенки заготовки-оболочки, а локальные участки по периметру рабочего пояска матрицы имеют впадины глубиной, равной высоте продольных ребер готовой оболочки h, соответствующие форме, числу и размерам получаемых на внешней поверхности оболочек продольных ребер.