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 ребрами на наружной поверхности.

Оболочки с 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.

Известен способ изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами и устройство для его осуществления (патент РФ №2521938, МПК⁸ В21С 37/20 (2006.01), опубл. 10.07.2014, Бюл. №19), при котором до и после проведения операции формирования продольных ребер и после скручивая трубы подвергаются вакуумной термообработке при температуре рекристаллизации, при скручивании один из концов трубы фиксируют изнутри на оправке, в то время как второй конец трубы фиксируют снаружи в зажимном приспособлении с образованием по всей длине закручиваемого участка зазора между трубой и оправкой, составляющего не более величины допуска на непрямолинейность трубы, и с возможностью поворота оправки относительно трубы, а после скручивания проводят заключительную вакуумную термообработку при температуре рекристаллизации.

Недостатком способа изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами с помощью скручивания приводит к низкой производительности и большой трудоемкости.

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; B21K 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.

Однако способ предназначен для изготовления оболочек с ромбовидными рифлями на наружной поверхности за две операции и не позволяет получить ребра на наружной поверхности.

Задачей технического решения является расширение технологических возможностей для получения оболочек с любым заданным числом продольных или спиральных 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 проталкивание через матрицу пуансоном, при этом осуществляют формирование продольных ребер за одну операцию вытяжки с коэффициентом утонения m_s=1-h/S в матрице с рабочим пояском диаметром D₁=D₂-2h кроме локальных участков по периметру матрицы имеющей на рабочем пояске впадины глубиной h, соответствующих форме, числу и размерам требуемых ребер.

Для получения спиральных ребер на наружной поверхности оболочку проталкивают с ее одновременным поворотом вокруг своей оси через матрицу с наклоненными под углом Q впадинами на рабочем пояске.

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

На фиг.2, а приведена схема матрицы и пуансона на виде сверху, на фиг.2, б - изометрия матрицы с многозаходными впадинами на рабочей поверхности.

На фиг.3 приведена готовая оболочка с продольными ребрами на наружной поверхности.

На фиг.4 приведена схема перед началом операции формообразования спиральных ребер на наружной поверхности с углом подъема Q.

На фиг.5 показана готовая оболочка со спиральными ребрами на наружной поверхности.

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

Оболочку 1 с толщиной стенки S и внешним диаметром D2 устанавливают в заходную часть матрицы 3 (фиг.1). Внутренняя рабочая поверхность матрицы 3 выполнена с гладким рабочим пояском и впадинами на рабочем пояске (фиг.2), внутренний диаметр матрицы равен D₁=D₂-2h, а диаметр по вершине впадин составляет D₂. Диаметр пуансона 2 равен D₂-2S. При этом зазоры между матрицей 3 и пуансоном 2 изменяют от значения z_i=0,5[(D₂-2S)-D₁] до z₂=S. Таким образом, реализуют вытяжку с утонением стенки оболочки 1 за исключением локальных участков по периодическим впадинам матрицы 3. Далее осуществляют осевое перемещение пуансона 2 и проталкивание оболочки 1 через матрицу 3 напровал с формированием продольных ребер (фиг.3) на наружной поверхности оболочки 1. Число и форма ребер определяется размерами и формой впадин на рабочем пояске матрицы 3, коэффициентом утонения m_s=z₁/S=1-h/S в зависимости от требований к готовой детали. При этом высота ребер составляет h.

Аналогично выполняют операцию изготовления оболочки 4 со спиральными ребрами на наружной поверхности с углом подъема спирали Q (фиг.4). В процессе формообразования спиральных ребер (фиг.5) происходит как поступательное перемещение пуансона 5, так и его вращение вокруг матрицы 6 со спиральными впадинами на рабочем пояске с углом наклона Q совместно с оболочкой 4 под действием крутящего момента создаваемого формоизменением.

Для получения оболочек с наружными ребрами без дна используют пуансон с заплечиками для того, чтобы оболочка опиралась своей торцевой поверхностью на заплечики, и тем самым осуществлялось продольное перемещение.

Пример осуществления способа получения оболочек с ребрами на наружной поверхности.

Необходимо получить продольные ребра на наружной поверхности оболочки 1 (фиг.3), выполненной из алюминиевого сплава АДО. Высота оболочки 1 с дном составляет 30 мм, толщина стенки S=3 мм, D₂=36 мм. Высота ребер равна 1 мм, ребра имели клиновидную форму поперечного сечения с углом при вершине в 60°. Для этого используют пуансон 2 диаметром 30 мм и матрицу 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 образуется зазор z₁=2 мм, а на локальных участках периметра рабочего пояска матрицы 3 в местах клиновых углублений зазор z₂=3 мм. Оболочку 1 устанавливают на матрицу 3 (фиг.1). Включают пресс и осуществляют осевое перемещение пуансона 2 с проталкиванием оболочки 1 через матрицу 3 (фиг.2) напровал. При осуществлении операции вытяжки с коэффициентом утонения стенки m_s=2/3=0,66 технологическая сила составила не более 30 кН. Далее при обратном ходе пуансона 2 готовая оболочка 1 с продольными ребрами удаляют, в матрицу 3 устанавливают новую оболочку 1 и процесс повторяется.

Аналогично выполняют операцию изготовления оболочки 4 со спиральными ребрами на наружной поверхности с углом подъема спирали Q=15° (фиг.4). В процессе формообразования спиральных ребер (фиг.5) происходит как поступательное перемещение пуансона 5 относительно матрицы 6 со спиральными впадинами на рабочем пояске, так и его вращение вокруг своей оси совместно с оболочкой 4 под действием создаваемым формоизменением крутящим моментом. Технологическая сила формоизменения не превышала 45 кН Преимуществом способа является возможность получения оболочек с требуемым числом продольных или наклонных ребер на наружной поверхности за один рабочий ход по всей длине оболочки, что расширяет технологические возможности.

Техническое решение относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению деталей типа оболочек с ребрами на наружной поверхности. Способ получения оболочек с продольными ребрами на наружной поверхности включает установку оболочки на матрицу с заходной частью, ее проталкивание через матрицу пуансоном, при этом осуществляют формирование продольных ребер за одну операцию вытяжки с коэффициентом утонения m_s=1-h/S, где m_s - коэффициент утонения, h - глубина впадин рабочего пояска матрицы, S - толщина стенки оболочки, в матрице с рабочим пояском диаметром D₁=D₂-2h, где D₁ - диаметр рабочего пояска матрицы, D₂ - диаметр по вершине впадин рабочего пояска матрицы, h - глубина впадин рабочего пояска матрицы, при этом локальные участки по периметру матрицы выполняют имеющими на рабочем пояске впадины глубиной h, соответствующие форме, числу и размерам требуемых ребер. Технический результат заключается в получении оболочек с любым заданным числом продольных ребер на наружной поверхности. 5 ил.

Способ получения оболочек с продольными ребрами на наружной поверхности, включающий установку оболочки на матрицу с заходной частью, ее проталкивание через матрицу пуансоном, отличающийся тем, что осуществляют формирование продольных ребер за одну операцию вытяжки с коэффициентом утонения m_s=1-h/S, где m_s - коэффициент утонения, h - глубина впадин рабочего пояска матрицы, S - толщина стенки оболочки, в матрице с рабочим пояском диаметром D₁=D₂-2h, где D₁ - диаметр рабочего пояска матрицы, D₂ - диаметр по вершине впадин рабочего пояска матрицы, h - глубина впадин рабочего пояска матрицы, при этом локальные участки по периметру матрицы выполняют имеющими на рабочем пояске впадины глубиной h, соответствующие форме, числу и размерам требуемых ребер.